Un motor de lodo (o motor de perforación) es una bomba de desplazamiento positivo de cavidad progresiva (PCPD) colocada en la sarta de perforación para proporcionar potencia adicional a la barrena durante la perforación. La bomba PCPD utiliza fluido de perforación (comúnmente conocido como lodo de perforación o simplemente lodo) para crear un movimiento excéntrico en la sección de potencia del motor que se transfiere como potencia concéntrica a la broca.. El motor de lodo utiliza diferentes configuraciones de rotor y estator para proporcionar un rendimiento óptimo para la operación de perforación deseada, aumentando típicamente el número de lóbulos y la longitud del conjunto de potencia para una mayor potencia. En determinadas aplicaciones, se puede utilizar aire comprimido u otro gas para la potencia de entrada del motor de lodo. La rotación normal de la broca mientras se usa un motor de lodo puede ser de 60 rpm a más de 100 rpm.
Principio básico
Basado en el principio desarrollado por Rene Moineau, la teoría establece que un rotor helicoidal con uno o más lóbulos rotará excéntricamente cuando el estator contiene más lóbulos que el rotor. El flujo del fluido transmite potencia, lo que permite que el conjunto gire y gire la broca. [1]
Construcción / uso normal
La construcción normal del motor de lodo consta de un subwoofer superior, que conecta el motor de lodo a la columna de perforación; la sección de potencia, que consta del rotor y el estator; la sección de transmisión, donde la potencia excéntrica del rotor se transmite como potencia concéntrica a la barrena usando una junta de velocidad constante ; el conjunto de cojinetes que protege la herramienta de las presiones del fondo y del fondo; y el sub inferior que conecta el motor de lodo a la broca.
Cuando la broca toca fondo y el motor funciona eficazmente, hay un aumento notable de la presión en el sistema de fluido. Esto es causado por una restricción dentro del motor y se denomina "presión diferencial". Si esta presión diferencial es demasiado alta, el motor puede detenerse, lo que significa que la broca ha dejado de girar y esto puede causar daños graves a la superficie interna del estator.
Un motor de lodo se describe en términos de su número de etapas, relación de lóbulos y diámetro externo. Las etapas son el número de giros completos que hace el estator de un extremo al otro y la relación de lóbulos es el número de lóbulos en el estator y el número de lóbulos del rotor (el estator siempre tiene un lóbulo más que el rotor) . Un mayor número de etapas indica un motor más potente. Un número más alto de lóbulos indica una salida de par más alta (para una presión diferencial dada), un número más bajo de lóbulos indica una reducción en el par producido pero una velocidad de rotación de la broca más rápida.
Los parámetros de funcionamiento incluyen el caudal, las rpm del bit y el par. La relación entre la geometría del rotor y el estator determina la velocidad de rotación y el par. La velocidad de rotación es proporcional al caudal y el par es proporcional a la caída de presión en el fluido a medida que fluye a través del motor. Cuantos más lóbulos, mayor es el par y más lentas son las rpm.
El uso de motores de lodo depende en gran medida de la eficiencia financiera. En pozos verticales rectos, el motor de lodo se puede usar únicamente para aumentar la tasa de penetración (ROP) o para minimizar la erosión y el desgaste de la sarta de perforación, ya que la sarta de perforación no necesita girarse tan rápido.
La mayor parte del uso de motores de lodo se realiza en la perforación de orificios direccionales . Aunque se pueden usar otros métodos para dirigir la barrena a la zona objetivo deseada, consumen más tiempo, lo que aumenta el costo del pozo. Los motores de lodo se pueden configurar para que tengan una curva usando diferentes configuraciones en el motor mismo. Los motores de lodo típicos se pueden modificar de 0 grados a 4 grados con aproximadamente seis incrementos en la desviación por grado de curvatura. La cantidad de curva está determinada por la velocidad de ascenso necesaria para alcanzar la zona objetivo. Mediante el uso de una herramienta de medición durante la perforación (MWD), un perforador direccional puede dirigir la barrena a la zona objetivo deseada.
Se utilizan motores orientables para perforar el punto de inicio. Al perforar el punto de inicio, asegúrese de evitar perforar una formación blanda inmediatamente debajo de una dura. En formaciones abrasivas duras, las fuerzas laterales elevadas en el arranque pueden causar un desgaste severo del vástago de la broca. Idealmente, el punto de inicio debe seleccionarse en una formación homogénea no abrasiva. [2]
Ventajas
- Las formaciones de rocas extremadamente duras se pueden perforar con motores que utilizan brocas de diamante o de diamante policristalino compacto (PDC).
- Se pueden lograr altas tasas de penetración ya que las velocidades de rotación son altas.
- Permitirá la circulación del pozo sin importar los caballos de fuerza o el par producido por el motor.
Gran desventaja en las aplicaciones de yacimientos petrolíferos
El estator de PCPD, que es un componente principal de la bomba, generalmente está revestido con un elastómero . La mayoría de las fallas de la bomba de PCPD se deben a esta pieza de elastómero. Sin embargo, las condiciones de funcionamiento [3] y el entorno no deben degradar ni inducir fallas mecánicas de la pieza de elastómero durante la vida útil del equipo. Desafortunadamente, la industria no tiene elastómeros que puedan durar más, resistir fluidos y sólidos abrasivos y resistir deflexiones en las temperaturas de funcionamiento. Los grados de elastómero más comunes utilizados para esta aplicación son los grados NBR (caucho de nitrilo o acrilonitrilo butadieno), que funcionan moderadamente bien. Definitivamente existe una necesidad de mejores compuestos elastoméricos para llegar a áreas que actualmente no son accesibles por los PCPD y también mejorar la vida útil de los productos actuales.
- Las velocidades de bits pueden ser muy altas, ya que la selección de bits es importante. Las altas velocidades pueden limitar el uso de ciertos tipos de bits.
- Es posible que se necesiten requisitos especiales de la bomba ya que pueden ser necesarias presiones y caudales particulares para mantener el funcionamiento adecuado y eficiente del motor.
- Si se usa para control direccional, el conjunto de fondo de pozo puede ser largo y esto puede llevar tiempo ensamblar en el piso de perforación.
- El motor de lodo puede ser sensible a los agentes incrustantes. Esto significa que ciertos tipos de fluidos de perforación o aditivos pueden arruinar el motor o disminuir su rendimiento. Un ejemplo particular, como se mencionó anteriormente, sería el uso de lodo a base de aceite con el motor de lodo. Con el tiempo, el aceite degrada los elastómeros y las juntas del motor.
Mecanismos de falla
Chunking: donde se ha desgastado la goma de la parte superior del estator.
Desunión: falla en el tubo de acero al agente de unión; falla en los elastómeros al agente de unión del agente de unión al agente de unión.
Ajuste deficiente del rotor / estator: tolerancias inadecuadas debido a la degradación con el tiempo. Además, si el ajuste es incorrecto, la presión diferencial puede ser demasiado alta o demasiado baja. Demasiado alto y puede dañar el motor; demasiado bajo y el motor se debilitará y se detendrá, lo que puede provocar que el estator se rompa.
Las temperaturas del fondo del pozo y del lodo pueden causar fatiga térmica del estator. Se debe tener cuidado para compensar la hinchazón del estator.
Ciertos fluidos de perforación pueden hacer que los elastómeros del estator se hinchen. La consideración de esto y las temperaturas del fondo del pozo también es un factor.
El material de circulación perdido (LCM) puede tapar el motor y los objetos con bordes afilados pueden desgastar los componentes internos del motor. [4]
Ver también
Referencias
- ^ Baker Hughes Incorporated (1998). Manual de Navi-Drill Motor . Baker Hughes Incorporated.
- ^ Aguilera, R .; RS Artindale; GM Cordell; MC Ng; GW Nicholl; Runions GA. Pozos horizontales . Houston.
- ^ artículo completo. WoS: MODELADO DE LA SECCIÓN DE POTENCIA DE MOTORES DE TORNILLO BAJADO Autor (es): Biletskyi, V (Biletskyi, V.); Landar, S (Landar, S.); Mishchuk, Y (Mishchuk, Yu) Fuente: MINING OF MINERAL DEPOSITS Volumen: 11 Edición: 3 Páginas: 15-22 DOI: 10.15407 / mining11.03.015 Publicado: 20 17 Número de acceso: WOS: 000426091500002
- ^ Schlumberger (2000). Manual de PowerPak Steerable Mortor . Schlumberger.