В нафтогазовій промисловості, Двигуни свердловин відіграють вирішальну роль у бурінні, перетворюючи гідравлічну енергію в механічне обертання, що дозволяє високоефективне буріння в складних підповерхневих умовах. Ці двигуни, насамперед позитивні мотори переміщення (PDMS) або прогресивні порожнинні двигуни (PCM), покладаються на еластомерні статури, щоб ефективно функціонувати.
Еластомери є важливими для рухового застосування свердловин завдяки їх здатності протистояти екстремальній температурі, агресивними буріннями та механічними напруженнями. Без еластомерів, свердловинні двигуни відчували б швидкі невдачі, знижуючи ефективність буріння та збільшуючи експлуатаційні витрати. Ця стаття досліджує основні властивості еластомерів, їх роль у пом'якшенні збоїв у сядках та їх застосуванні в оптимізації продуктивності буріння.
Основні властивості та класифікація еластомерів
Еластомери-це клас полімерів з гумовою гнучкістю та стійкістю. Їх здатність деформуватися під напругою та повертатися до їх первісної форми робить їх ідеальними для свердловин. Деякі ключові властивості еластомерів включають:
Висока еластичність та гнучкість - необхідна для підтримки цілісності герметизації.
Стійкість до змін температури - вирішальна для стабільності в екстремальних умовах.
Хімічна стійкість - життєво важлива для витримки агресивних бурових рідин.
Довговічність при механічному стресі - необхідна для тривалого використання в свердловинних двигунах.
Класифікація еластомерів, що використовуються в свердловинних двигунах
що використовуються в свердловинних
| Еластомери |
, |
двигунах |
| Нітрилова гума (NBR) |
Хороша стійкість до нафти та палива, помірна температура |
Стандартні свердловики та ущільнювачі |
| Гідрогенізована нітрилова гума (HNBR) |
Покращена термічна та хімічна стійкість порівняно з NBR |
Високопродуктивні свердловині двигуни в суворих умовах |
| Фтороеластомери (FKM/Viton) |
Відмінна теплота та хімічна стійкість |
Використовується в високотемпературних бурінням |
| Мономер етилену пропілену (EPDM) |
Хороша стійкість до води та пари, обмежена стійкість до масла |
Спеціальні програми для герметизації в свердловинних двигунах |
Вибір еластомерів залежить від конкретних оперативних вимог свердловин, таких як температура, тиск та сумісність рідини.
Оперативне середовище та виклики свердловинних двигунів
Екстремальні умови свердловини
Двигуни свердловин працюють у деяких найсуворіших умовах на Землі. Умови включають:
Високі температури, що перевищують 200 ° C (392 ° F) у глибоких лунках.
Екстремальний тиск, що досягає до 20 000 фунт / кв.дюйм при бурінні високого тиску.
Вплив агресивних бурових рідин , що містять вуглеводні, воду та корозійні хімічні речовини.
Механічний знос від безперервного обертання, крутного моменту та напруги.
Ці екстремальні умови потребують використання міцних та стійких матеріалів, таких як еластомери для забезпечення надійних продуктивності двигуна.
Режими несправності двигунів свердловин
Без належних еластомерних компонентів мотори свердловин схильні до декількох режимів відмови:
Деградація статора - статутори еластомерів зношуються через високий крутний момент та температуру.
Невдача ущільнення - втрата цілісності герметизації призводить до вступу до рідини та несправності двигуна.
Хімічна атака - свердління рідини погіршують матеріали еластомеру, що спричиняє набряк або розтріскування.
Невдача втоми - повторні стресові цикли призводять до розбиття еластомеру, зниження тривалості руху.
Роль еластомерів у пом'якшувальних ризиках
Еластомери відіграють життєво важливу роль у запобіганні збоїв у свердловині за допомогою:
Підвищення ефективності двигуна за допомогою ефективної взаємодії статора-ротора.
Забезпечення вищих можливостей ущільнення для запобігання забрудненню рідини.
Поглинання механічних ударів та вібрацій для захисту рухових компонентів.
Опір суворі хімічні речовини для продовження рухового експлуатаційного терміну експлуатації.
Включивши високоефективні еластомери, свердловині двигуни досягають більшої надійності, скорочення простоїв та підвищення ефективності буріння.
Застосування еластомерів у свердловинних двигунах
Статури еластомерів у прогресивних порожнинних двигунах (PCM)
Одне з найважливіших застосувань еластомерів у свердловинних двигунах - це прогресивні порожнинні двигуни (PCM). Ці двигуни складаються з металевого ротора та еластомерного статора, де еластомер утворює порожнини, що дозволяють рух рідини, генеруючи обертальний крутний момент.
Переваги статурів еластомеру в ПКМ включають:
Високий крутний момент для ефективного буріння.
Гнучкість розміщення нерівності ротора та зменшення зносу.
Покращена продуктивність герметизації для послідовної роботи двигуна.
Критичні ущільнювальні компоненти
Печатки - ще одне вирішальне застосування еластомерів у свердловинних двигунах. Ці компоненти забезпечують утримання рідини та запобігають забрудненню внутрішніх деталей двигуна.
Поширені еластомерні ущільнювачі в свердловинних двигунах включають:
О-кільця -запобігти витоку рідини в рухових з'єднаннях.
Ущільнювачі для губ - захищають підшипники та обертові вали від сміття.
Пакери та прокладки -підтримують цілісність тиску в середовищах високого тиску.
Вібраційне демпфування та поглинання амортизації
Під час буріння, свердловині двигуни відчувають значні вібрації та механічні потрясіння. Еластомери діють як демпфірні матеріали, поглинаючи ці сили та запобігаючи недостатній збій складової.
Основні переваги систем демпфування на основі еластомеру:
Знижений знос компонентів двигуна для більш тривалого терміну служби.
Посилена точність буріння за допомогою мінімізації відхилень двигуна.
Зниження витрат на технічне обслуговування внаслідок підвищення міцності.
Хімічна та нафтостійкість
Еластомери, що використовуються в свердловинних двигунах, повинні протистояти агресивним бурінням, в тому числі:
Вуглеводні , які можуть спричинити набряк або деградацію.
На водній основі та синтетичні бурові грязі , які можуть реагувати з еластомерами.
Високососні розсоки , які можуть прискорити розбиття матеріалу.
Для вирішення цих викликів вдосконалені рецептури еластомеру, такі як HNBR та FKM, використовуються для вищої хімічної стійкості та більш тривалого терміну експлуатації.
Висновок
Еластомери незамінні в Двигуни свердловини , що забезпечують основні властивості, такі як гнучкість, довговічність та хімічна стійкість. Їх застосування в прогресивних порожнинних двигунах (PCM), герметичних компонентах, демпфіруванні вібрації та хімічної стійкості забезпечують надійну продуктивність двигуна в екстремальних обертах.
Вибір правильного матеріалу еластомеру є критичним для оптимізації довговічності двигуна, зниження швидкості відмови та підвищення ефективності буріння. Оскільки нафтогазова промисловість продовжує підштовхувати межі технології буріння, просування в рецептурах еластомеру відіграватиме ключову роль у підвищенні рухової продуктивності свердловин.
Поширені запитання
1. Чому еластомери використовуються в свердловинних двигунах?
Еластомери забезпечують гнучкість, хімічну стійкість та довговічність компонентів двигунів свердловини, забезпечуючи ефективну роботу в суворих свердловинах.
2. Який найпоширеніший еластомер, який використовується в двигунах свердловин?
Нітрильна гума (NBR) та гідрогенізована нітрильна гума (HNBR) зазвичай використовуються завдяки їх відмінній стійкості до масла та механічних властивостей.
3. Як еластомери покращують тривалість життя свердловин?
Еластомери підвищують продуктивність герметизації, поглинають вібрації та протистоять хімічній деградації, зменшуючи знос та продовження терміну експлуатації.
4. З якими проблемами стикаються еластомери в свердловинних двигунах?
Екстремальні температури, високий тиск, агресивні бурові рідини та механічні напруження можуть з часом погіршити еластомери.
5. Чи є альтернативи еластомерам у свердловинних двигунах?
Хоча досліджуються деякі високоефективні полімери або композити, еластомери залишаються найефективнішим матеріалом для статурів та ущільнювачів завдяки їх унікальним властивостям.
