Nedhulsmotor ( engelsk positiv forskydningsmotor; muddermotor; boremotor ) er en positiv forskydningsmaskine (hydrostatisk). De vigtigste strukturelle elementer er: motorsektion, spindelsektion, vinkeljustering. Screw downhole motor (SDM) bruges til boring af brønde i forskellige dybder, der er meget brugt til retningsbestemt og horisontal boring.
USSR er fødestedet for turbineboring. Det første industrielle design blev lavet tilbage i 1922-1923. Det var en gearet turbobore med en et-trins turbine, siden 1940'erne var det vigtigste tekniske værktøj til boring af brønde en flertrins turboboremaskine. Den udbredte brug af turbineboring har gjort det muligt at opnå høje vækstrater i olie- og gasproduktionen . [en]
Men med stigningen i gennemsnitlige dybder af brønde, forbedring af bor og roterende boreteknologi, begyndte den indenlandske olieindustri at sakke bagud på verdensniveau med hensyn til penetration pr. løb. Så i 1981-1982 var den gennemsnitlige penetration per tur i USA 350 m, mens den i USSR ikke oversteg 90 m. min med pumpernes nødvendige moment og trykniveau, og som følge heraf var det umuligt at bruge moderne lavhastigheds keglebits. Og USSR's olieindustri stod over for spørgsmålet om at skifte til lavhastighedsboreteknologi. [en]
Selvom der blev brugt rotationsboring, var det teknologisk langt bagud på verdensplan: Der var ingen borerør og borerigge af et højt teknisk niveau. Det blev derfor besluttet at skabe en lavhastighedsmotor i borehullet til at erstatte turbobor. Arbejdet med at skabe prototyper af skruemotorer (SDM) begyndte i USA og USSR i midten af 60'erne. I USA var de første PDM'er et alternativ til turbobor til retningsboring, og i USSR fungerede de som et middel til at drive lavhastighedsbor [1] .
I de senere år er der sket væsentlige ændringer i teknikken og teknologien til at bore brønde: nye teknologier er dukket op inden for retningsboring (boring af vandrette sektioner, boring af yderligere aksler fra tidligere borede brønde), udbredelsen af PDC-bits, de nyeste telemetrisystemer til overvågning af parametre i borehullet under boring mv. Og hvis tidligere PDM'er kun blev betragtet som et alternativ til turbobor, og deres udsigter var tvetydige, er PDM'er nu på grund af deres unikke egenskaber blevet hoveddelen af moderne teknologier. I 2010 blev ¾ af den samlede boring og overhaling af brønde ved hjælp af PDM afsluttet i Rusland, og de blev overtaget af næsten alle russiske og udenlandske olie- og gas- og serviceselskaber [2] .
Skruemotorer i borehullet er roterende hydrauliske maskiner med positiv forskydning, og ifølge den generelle teori om sådanne maskiner er elementerne i arbejdslegemer (RO):
Det relativt lave metalforbrug og det enkle design er en vigtig faktor, der bidrager til den udbredte brug af roterende hydrauliske maskiner i moderne teknologi.
RO PDM er en spiralformet gerotormekanisme - et tandhjulspar med intern rumlig gearing, bestående af en rotor og en stator med cykloidale tandprofiler.
Rotoren udfører planetarisk bevægelse inde i den faste stator, centrene af deres tværsnit er forskudt af afstanden af indgrebsexcentriciteten.
De kendetegn ved VZD inkluderer:
Da PDM'en er i direkte kontakt med væsken (boremudder), som driver den, er den på grund af disse egenskaber praktisk talt den eneste type volumetriske hydrauliske motorer, der er relativt holdbare, når der anvendes arbejdsvæsker, der indeholder mekaniske urenheder [4] .
Næsten enhver PDM kan opdeles i flere hovedenheder: fremdriftssektionen, spindelsektionen, skævvinkelregulatoren. [5]
Motorsektionen (kraft) er designet til at omdanne væskestrømmens energi til rotationsbevægelse af rotoren. Den består af en stålrotor med spiralformede tænder og en stator, som har en elastisk foring med en indvendig spiralformet overflade, normalt lavet af gummi. Motorsektionens stator og rotor skal opfylde visse betingelser: [5]
Statorens og rotorens tænder er i kontinuerlig kontakt og danner enkeltkamre, der lukker langs statorens længde. Borevæsken, der passerer gennem disse kamre, drejer rotoren inde i statoren. I henhold til design af motorsektionen skelnes monolitiske og sektionsmotorer. [5]
Spindelsektion . Udtrykket "spindel" refererer til en selvstændig motorenhed med en udgangsaksel med aksiale og radiale lejer. Spindlen er en af hovedkomponenterne i motoren. Den overfører drejningsmoment og aksial belastning til boret, opfatter bundhulsreaktionen og den hydrauliske aksiale belastning, der virker i RO'en, samt radiale belastninger fra boret og krydset mellem planetrotoren og spindelakslen (hængsel eller fleksibel aksel). [6]
Spindlen er lavet i form af en monolitisk hul aksel, som er forbundet ved hjælp af en nær-bit sub i den nederste del til bit, og ved hjælp af en kobling i den øvre del - til et hængsel eller en fleksibel aksel [6] Afhængigt af designet er spindlerne åbne og oliefyldte. I åbne (bruges i næsten alle serielle husholdningsmotorer) smøres og afkøles friktionsenheder med borevæske, og i oliefyldte friktionsenheder er de i et oliebad med et overtryk på 0,1-0,2 MPa, der overstiger det omgivende tryk. [7] .
Vinkelregulatoren er designet til at skæve akserne af motorsektionerne eller selve motoren i forhold til bunden af borestrengen. Den installeres mellem kraft- og spindelsektionerne eller over selve PDM'en. Den består normalt af to subs, en kerne og en gearkobling. [5]
Overskudsventiler er installeret i de fleste bundhulssamlinger, der inkluderer en PDM. De er designet til at forbinde borestrengens indre hulrum med ringrummet under udløsningsoperationer. Brugen af ventilen eliminerer tomgangsrotation af motoren og reducerer også den hydrodynamiske effekt på bunden og væggene af brøndboringen, forhindrer overløb af borevæsken ved brøndhovedet. De er installeret over motoren eller er inkluderet direkte i designet af PDM [8] .