در صنعت نفت و گاز ، موتورهای Downhole با تبدیل انرژی هیدرولیک به چرخش مکانیکی ، نقش مهمی در عملیات حفاری دارند و امکان حفاری با کارایی بالا در شرایط زیرسطحی به چالش کشیده می شوند. این موتورها ، در درجه اول موتورهای جابجایی مثبت (PDM) یا موتورهای پیشرونده حفره (PCM) ، به استاتورهای الاستومریک متکی هستند تا به طور کارآمد عمل کنند.
الاستومرها به دلیل توانایی مقاومت در برابر دمای شدید ، مایعات حفاری تهاجمی و تنش های مکانیکی در کاربردهای حرکتی Downhole ضروری هستند. بدون الاستومرها ، موتورهای Downhole باعث خرابی سریع ، کاهش راندمان حفاری و افزایش هزینه های عملیاتی می شوند. در این مقاله به بررسی خصوصیات اساسی الاستومرها ، نقش آنها در کاهش خرابی حرکات Downhole و کاربرد آنها در بهینه سازی عملکرد حفاری می پردازیم.
خصوصیات اساسی و طبقه بندی الاستومرها
الاستومرها کلاس پلیمرها با انعطاف پذیری و انعطاف پذیری لاستیکی هستند. توانایی آنها در تغییر شکل تحت استرس و بازگشت به شکل اصلی آنها باعث می شود که آنها برای کاربردهای حرکتی DownhoLE ایده آل باشند. برخی از خصوصیات اصلی الاستومرها عبارتند از:
کشش و انعطاف پذیری بالا - برای حفظ یکپارچگی آب بندی ضروری است.
مقاومت در برابر تغییرات دما - برای ثبات در محیط های شدید بسیار مهم است.
مقاومت شیمیایی - برای تحمل مایعات حفاری تهاجمی حیاتی است.
دوام تحت استرس مکانیکی - برای استفاده طولانی مدت در موتورهای داوطلبانه لازم است.
طبقه بندی الاستومرهای مورد استفاده در موتورهای داون
الاستومرهای مورد استفاده در برنامه های حرکتی Downhole بر اساس ترکیب شیمیایی و ویژگی های عملکرد آنها طبقه بندی می شوند:
Elastomer
ویژگی های کلیدی
برنامه های کاربردی معمولی در موتورهای Downhole
لاستیک نیتریل (NBR)
مقاومت خوب روغن و سوخت ، قابلیت دمای متوسط
استاتورها و مهر و موم های استاندارد موتور پایین
لاستیک نیتریل هیدروژنه (HNBR)
مقاومت حرارتی و شیمیایی بهبود یافته در مقایسه با NBR
موتورهای با کارایی بالا در محیط های سخت
فلوئورولاستومرها (FKM/Viton)
گرمای عالی و مقاومت شیمیایی
در عملیات حفاری درجه حرارت بالا استفاده می شود
اتیلن پروپیلن دیین مونومر (EPDM)
مقاومت خوب در برابر آب و بخار ، مقاومت محدود روغن
برنامه های مهر و موم تخصصی در موتورهای Downhole
انتخاب الاستومرها به الزامات عملیاتی خاص موتورهای پایین مانند مانند دما ، فشار و سازگاری سیال بستگی دارد.
محیط عملیاتی و چالش های موتورهای پایین
شرایط شدید پایین
موتورهای Downhole در برخی از سخت ترین محیط های روی زمین فعالیت می کنند. شرایط شامل:
دمای زیاد بیش از 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) در چاه های عمیق.
فشارهای شدید به 20،000 psi در حفاری با فشار بالا رسیده است.
قرار گرفتن در معرض مایعات حفاری تهاجمی حاوی هیدروکربن ها ، آب و مواد شیمیایی خورنده.
سایش مکانیکی و پارگی از چرخش مداوم ، گشتاور و استرس.
این شرایط شدید نیاز به استفاده از مواد بادوام و انعطاف پذیر مانند الاستومرها برای اطمینان از عملکرد حرکتی قابل اعتماد دارد.
حالت های خرابی موتورهای داون
بدون اجزای الاستومری مناسب ، موتورهای داونول مستعد چندین حالت شکست هستند:
تخریب استاتور - استاتورهای الاستومر به دلیل گشتاور زیاد و دوچرخه سواری دما سایش می کنند.
خرابی مهر و موم - از دست دادن یکپارچگی آب بندی منجر به ورود به مایع و نقص موتور می شود.
حمله شیمیایی - مایعات حفاری مواد الاستومر را تخریب می کنند و باعث تورم یا ترک خوردگی می شوند.
خرابی خستگی - چرخه استرس مکرر منجر به تجزیه الاستومر می شود و باعث کاهش طول عمر می شود.
نقش الاستومرها در کاهش خطرات
الاستومرها نقش مهمی در جلوگیری از خرابی حرکتی پایین آواز دارند:
افزایش راندمان حرکتی از طریق تعامل مؤثر استاتور روتور.
فراهم کردن قابلیت های آب بندی برتر برای جلوگیری از آلودگی مایعات.
جذب شوک های مکانیکی و ارتعاشات برای محافظت از اجزای حرکتی.
مقاومت در برابر مواد شیمیایی خشن برای گسترش عمر عملیاتی حرکتی.
با ترکیب الاستومرهای با کارایی بالا ، موتورهای Downhole به قابلیت اطمینان بیشتر ، کاهش خرابی و بهبود کارایی حفاری دست می یابند.
برنامه های الاستومرها در موتورهای داون
Elastomer Stators در موتورهای پیشرونده حفره (PCMS)
یکی از مهمترین کاربردهای الاستومرها در موتورهای داون در موتورهای پیشرونده (PCMS) است. این موتورها از یک روتور فلزی و یک استاتور الاستومری تشکیل شده اند ، جایی که الاستومر حفره هایی را تشکیل می دهد که امکان حرکت سیال را فراهم می کند و گشتاور چرخشی را تولید می کند.
مزایای Stators Elastomer در PCM ها عبارتند از:
خروجی گشتاور بالا برای حفاری کارآمد.
انعطاف پذیری برای اسکان سوء استفاده از روتور و کاهش سایش.
عملکرد آب بندی بهبود یافته برای عملکرد موتور ثابت.
اجزای مهر و موم بحرانی
مهر و موم ها یکی دیگر از کاربردهای مهم الاستومرها در موتورهای Downhole است. این مؤلفه ها از مهار سیال اطمینان حاصل می کنند و از آلودگی قطعات موتور داخلی جلوگیری می کنند.
مهر و موم های الاستومریک رایج در موتورهای داون شامل موارد زیر است:
حلقه های O- از نشت مایعات در اتصالات حرکتی جلوگیری کنید.
مهر و موم لب - از یاتاقان ها و شفت های چرخان در برابر زباله ها محافظت کنید.
بسته ها و واشر -یکپارچگی فشار را در محیط های فشار قوی حفظ کنید.
میرایی لرزش و جذب شوک
در حین انجام عملیات حفاری ، موتورهای Downhole ارتعاشات قابل توجهی و شوک های مکانیکی را تجربه می کنند. الاستومرها به عنوان مواد میرایی عمل می کنند ، این نیروها را جذب می کنند و از خرابی اجزای زودرس جلوگیری می کنند.
مزایای اصلی سیستم های میرایی مبتنی بر الاستومر:
کاهش سایش در اجزای حرکتی برای عمر طولانی تر.
دقت حفاری جهت دار با به حداقل رساندن انحراف حرکتی.
هزینه های نگهداری پایین تر به دلیل دوام بهبود یافته.
مقاومت شیمیایی و روغن
الاستومرهای مورد استفاده در موتورهای داون باید در برابر مایعات حفاری تهاجمی مقاومت کنند ، از جمله:
هیدروکربن هایی که می توانند باعث تورم یا تخریب شوند.
گلهای حفاری مبتنی بر آب و مصنوعی که ممکن است با الاستومرها واکنش نشان دهند.
آبسرهای با نمک بالا که می توانند شکست مواد را تسریع کنند.
برای پرداختن به این چالش ها ، فرمولاسیون پیشرفته الاستومر مانند HNBR و FKM برای مقاومت شیمیایی برتر و طول عمر عملیاتی طولانی تر استفاده می شود.
پایان
الاستومرها در موتورهای Downhole ، ارائه خواص اساسی مانند انعطاف پذیری ، دوام و مقاومت شیمیایی. کاربردهای آنها در استورهای پیشرونده موتور حفره (PCM) ، اجزای آب بندی ، میرایی لرزش و مقاومت شیمیایی عملکرد حرکتی قابل اعتماد را در محیط های حفاری شدید تضمین می کند.
انتخاب مواد الاستومر مناسب برای بهینه سازی طول عمر حرکتی ، کاهش میزان خرابی و بهبود کارایی حفاری بسیار مهم است. از آنجا که صنعت نفت و گاز همچنان به محدودیت های فناوری حفاری ادامه می دهد ، پیشرفت در فرمولاسیون الاستومر نقش مهمی در تقویت عملکرد حرکتی پایین آویز خواهد داشت.
متداول
1. چرا از الاستومرها در موتورهای داون استفاده می شود؟
الاستومرها انعطاف پذیری ، مقاومت در برابر شیمیایی و دوام در اجزای حرکتی پایین را ارائه می دهند و از عملکرد کارآمد در محیط های حفاری سخت اطمینان می دهند.
2. رایج ترین الاستومر مورد استفاده در استاتورهای موتور Downhole چیست؟
لاستیک نیتریل (NBR) و لاستیک نیتریل هیدروژنه (HNBR) معمولاً به دلیل مقاومت در برابر روغن عالی و خاصیت مکانیکی آنها مورد استفاده قرار می گیرد.
3. چگونه الاستومرها طول عمر موتورهای Downhole را بهبود می بخشند؟
الاستومرها باعث افزایش عملکرد آب بندی ، جذب ارتعاشات و مقاومت در برابر تخریب شیمیایی ، کاهش سایش و گسترش عمر حرکتی می شوند.
4. الاستومرها در موتورهای فرومایه با چه چالش هایی روبرو هستند؟
درجه حرارت شدید ، فشارهای زیاد ، مایعات حفاری تهاجمی و فشارهای مکانیکی می تواند الاستومرها را به مرور زمان تخریب کند.
5. آیا گزینه های دیگری برای الاستومرها در موتورهای داون وجود دارد؟
در حالی که برخی از پلیمرهای با کارایی بالا یا کامپوزیت ها مورد کاوش قرار می گیرند ، الاستومرها به دلیل خاصیت منحصر به فرد خود ، مؤثرترین ماده برای استاتورها و مهر و موم ها هستند.
