motores de fondo.pdf
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1SMITH
INTERNATIONAL, INC.
Motores de Fondo
Motor Liso Mejorar la perforacin
Puede adaptarse un bent sub para desviar
No se rota cuando tiene el bent sub
Puede ser ajustable (adjustable bent housing)
Motor Navegable (steerable) Teora de contacto ( 3 puntos )
Pequea deflexin de la broca
Dependiendo del grado de ajuste, el motor se puede rotar.
Tipos Generales
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2 Motores Direccionales
Hacer kick-offs, correcciones, control de
ngulo, side tracking
Motores Lisos
Incrementar ROP, mantener ngulo, control
efectivo en formaciones difciles crooked hole
country
Aplicaciones especiales
Abrir ventanas, molinos, ampliar agujeros,
Impulsar Sistema Rotatorio RSS (motor assist) ,
Radio corto, etc.
Aplicaciones
Ensamble catch / o vlvula de alivio
Seccin de fuerza rotor/estator
Eje/f lecha impulsora
Ensamble de transmisin
Seccin de cojinetes/baleros
rea de ajuste del codo
Componentes del Motor
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3Drive Sub
(Bit Box)
Cojinetes/
baleros
Varilla
flexible
Estator Vlvula
bypass
Eje/flecha Junta Universal Rotor
1 etapa a) Mono Lbulob) Multi Lbulos
Diseo del motor
Vlvula de bypass (estilo antiguo)
Metiendo tubera
Permite llenar la
tubera al bajar
Sacando tubera
Permite que el
fluido salga al
sacar la tubera
CerradaAbierta
Camisa
del
pistn
Camisa
del
Estator
Flujo del
lodo
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4Catch Mandril
La funcin del
mandril catch es
minimizar la
posibilidad de perder
otros componentes
del motor en caso de
que alguna conexin
externa se soltara o
quebrara.
Falla en conexin
Condiciones normales de operacin:
-el catch rota con el rotor
Falla en conexin: -- Con el motor en fondo --- perdida de presin repentina
--al levantar fuera de fondo, la presin aumenta cientos de psi
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5` `
`
Top Sub Top Sub
Catch Mandril
Seated
Catch Mandril
Unseated
Motor off BottomConnection Failure
Catch Mandril
Operacin Normal
Seccin de fuerza
Convierte la energa hidrulica en energa mecnica
Proporciona torque a la broca
Consiste de un rotor con forma helicoidal (sinusoide) y un estator en forma de espiral.
El rotor tiene un lbulo menos que el estator.
Eg. # Lbulos del estator = # Lbulos del rotor +1
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6Trayectoria del lodo
Estator
(Elastmero)
Rotor
recubierto
Flujo
de lodo
Direccin
de
Rotacin
Junta
Universal
El estator tiene un lbulo mas que el rotor La interface entre rotor y el
estator crea un espacio o cmara (cavidad-tolerancia)
Cuando el rotor gira a la derecha, cada cmara se mueve hacia abajo.
La presin del fluido ejerce una fuerza en el rotor excntrico.
La fuerza excntrica produce torque y rotacin.
Trayectoria del lodo
El fluido hidrulico pasa por la pared del estator
presionando contra el rotor y as se crea la rotacin del
rotor
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7Power Section OperationLa alta presin del fluido dentro de la
cavidad presiona contra las superficies del
rotor y del estator
Lnea de centro del
rotor
Lnea de centro
del estator
. Como resultado de la presin
diferencial , el rotor gira alrededor de
su lnea de centro
`
Configuracin de Lbulos
Motores de baja velocidad 5:6, 6:79:10
Utilizados en pozos direccionales y pozos horizontales.
Motores de velocidad media 3:4, 4:5
Utilizados en pozos verticales, y ER (extended reach)
Motores de alta velocidad 1:2, 2:3
Utilizados en sidetracks.
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8Baja velocidad y alto torque
Alta velocidad y bajo torque
1/2
5/6 7/8
4/51/2
Configuracin de Motores
1/2
5/6 7/8
3/42/3
9/10
Configuracin de Lbulos
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91/2 2/3 3/4 4/5 5/6 6/7 7/8 8/9 9/10
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tan
tes
RAZON ROTOR/ESTATOR
Eficiencia relativa de motores de igual tamao
Torque
Motor RPM
Razn rotor/estator vs. eficiencia
Rotor
El rotor es una flecha en espiral diseado
para entrar en el estator
Barra solida de acero inoxidable y
plateado con cromo o Carburo de
tungsteno para reducir la corrosin y
disminuir la friccin
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Diseo del estator
Estator convencional
Moldeado alrededor del metal, el
elastmero es de un espesor no uniforme.
Diseo del estator
Estator de pared uniforme
El elastmero tiene un espesor uniforme;
esta contorneado alrededor de una camisa
metlica (magnum)
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Motor Proyectos
Acer
o
Seccin de
poder de pared
uniforme
Seccin de
poder
convencional
Goma
Temperatura Swell of Elastmero
Ya que el espesor del elastmero
en un estator convencional varia,
la cantidad de expansin termal
varia alrededor internamente.
El perfil geomtrico interior
distorsionado degrada el
rendimiento de la seccin de
poder del motor e incrementa
aun mas la generacin de calor
por friccin incrementando la
distorsin.
Elastomer
Elastmero hinchado
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Solucin de estator de pared uniforme
El reforzamiento de acero
del lbulo del estator
incrementa la resistencia del
lbulo a la flexin y
distorsin y minimiza la
perdida de rendimiento.
El reforzamiento de acero
del lbulo incrementa la
trasferencia de calor del
lbulo que ahora resiste la
degradacin termal del
elastmero.
Capas mas delgadas de
elastmero se hinchan
menos a temperaturas
elevadas y no distorsionan el
perfil interno como en un
estator convencional.
Convencional
Mayor variedad
Mayor disponibilidad
Mas Barato
Pared uniforme
Mayor torque
Velocidad mas
consistente
Menos sensible a la
temperatura
Mayor confiabilidad
Estatores: Convencional vs Pared Uniforme
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Tolerancia fit
La tolerancia correcta de operacin es +0.02.
Elastmero se expande con la temperatura y la absorcin de fluido.
Elastmero se comprime con la presin hidrosttica.
Algunas generalidades
RPM es proporcional al flujo que pasa
por la seccin de fuerza.
El torque es proporcional a la presin
diferencial en la seccin de fuerza
El torque es independiente del flujo
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Reglas generales sobre PDM
Mas lbulos = Mayor torque
Mas lbulos = Menos Revoluciones por minuto
Mas etapas = Mayor torque
Mas etapas = Mayor presin disponible
Tolerancia mas reducida = Mayor torque / Menor slip (desliz entre rotor y estator)
Exceso de presin = Reduccin en la vida del Elastmero
Exceso de flujo = El motor se atasca
Stall motor = Reduce vida del estator
`
`
Bent Housing Ajustable
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Bent Housing Ajustable
3 Modalidades
0-2
0-3
0-4 utilizado en
perforacion de
pozos de radio
corto.
0-5 Fijos
Adjustable Bend Housing
`
Estator
Camisa
superior
Anillo de
ajuste
Camisa
inferior
Camisa
de
cojinetes
Upper Housing
Adjustment Ring
Lower Housing
Upper Housing
Adjustment Ring
Lower Housing
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Transmisin- acoplamiento
El sistema de la junta universal transmite torque y empuje a la broca.
Convierte el movimiento excntrico a movimiento concntrico.
Hecho de materiales de alta resistencia, diseado para soportar fatiga.
Rotor
Rotor
Drive Sub
Flujo de lodoEnsamble de la
junta universal
U-Joint Housing
Junta Universal (Velocidad constante)
La flecha transmite el torque y empuje
Convierte el movimiento a concntrico
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Rotor
Rotor Drive Sub
Flexible Shaft
Assembly (Titanio)
U-Joint Housing
Drilling Fluid
Flow Path
Eje, junta de torsin
Ensamble de cojinetes/baleros
Los cojinetes (thrust bearings)
suportan la fuerza que resulta de
el Peso sobre la broca (WOB) y el
empuje hidraulico.
Los baleros (Radial bearings)
soportan cargas radiales en la
flecha.
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Fallas del motor
La mayora de las fallas en los motores
se deben al desgaste del estator.
Conforme el estator se desgasta, la
presin y la fuerza disminuyen.
Diagrama sobre la vida del estator
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Falla Light Chunking
Falla Heavy Chunking
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La flexin del lbulo del
estator causa una generacin
de calor por friccin que se
acumula en el elastmero.
Como los elastmeros son
aislantes el calor producido
por friccin en el centro de los
lbulos no pueden escapar al
fluido o al tubo de acero.
Esta temperatura elevada
eventualmente degrada al
elastmero en el centro de
los lbulos del estator.
Thermal Limitations of Conventional Stators
Pressure Limitations of Convencional Stators
Perfil original del
estator.
Elastmero de lbulo de
estator distorsionado o
flexionado por alta
presin de fluido lo que
permite perdidas.
Las perdidas de fluido
limitan el torque del
motor y causan un
decremento en la
velocidad del motor.
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Failure Mode for Convencional Stators
Los centros de lbulo
degradados por temperatura
eventualmente alcanzan el
punto en que el lbulo de
estator entero falla o se
desintegra.
Pedazos del estator fallado
pueden causar dao colateral
en las porciones axiales
inferiores del estator y el motor.
Utilizando curvas de motores
La siguiente curva muestra que a 300 psi de presin diferencial y
un gasto de 200 GPM, la velocidad aproximada de este motor es
de 96 rpm y su torque es de 1560 ft-lbs.
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Curva de la velocidad del motor
Curva fuerza del motor
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Curva de torque
Tabla de especificaciones
Mud Motors
3 3/4" $71,668.00
4 3/4" $66,550.00
4 3/4" PF $93,170.00
4 3/4" HOTT $258,582.00
6 1/4" $94,402.00
6 1/4" PF $111,804.00
6 3/4" (includes 6 1/2") $111,804.00
6 3/4" PF (includes ESX) $173,030.00
6 3/4" HOTT $281,144.00
7 3/4" $139,755.00
7 3/4" PF $167,706.00
8" HOTT $328,677.00
9 5/8" $186,340.00
9 5/8" ComboPF $239,580.00
9 5/8" PF $239,580.00
11 1/2" $260,876.00
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Tabla de especificaciones
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MTBF
Pathfinder USA/ Motor MTBF Summary/ 2008
Motor Size/ Total Total Number YTD
OD Range/ Inches No. Runs D&C Hrs Failures MTBF
3 3/4 9 5/8 4,838 248,842 59 4,218
Preguntas y Respuestas