Аналіз пошкоджуваності гвинтових вибійних двигунів при роботі в ускладнених умовах буріння
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9965-2026-1(60)-74-87Ключові слова:
гвинтовий вибійний двигун; силова секція; ротор; статор; напружено-деформований стан; пошкоджуваність; довговічністьАнотація
У сучасних умовах буріння глибоких, похило-скерованих та горизонтальних свердловин гвинтові вибійні двигуни (ГВД) працюють під дією підвищених осьових, крутних та поперечних навантажень, що супроводжуються інтенсивними динамічними коливаннями, температурними впливами та агресивною дією бурових розчинів. Ускладнені умови експлуатації призводять до прискореного накопичення пошкоджень елементів силової секції, зокрема деградації еластомерного статора, втомного руйнування ротора, розвитку контактних та фретингових пошкоджень, а також термомеханічної нестабільності системи «ротор-статор». Це зумовлює зниження енергетичної ефективності двигуна, втрату герметичності робочих камер та передчасний вихід ГВД з ладу. Метою роботи є аналіз механізмів пошкоджуваності гвинтових вибійних двигунів в ускладнених умовах буріння та встановлення взаємозв’язку між напружено-деформованим станом елементів силової секції і експлуатаційними факторами. У дослідженні використано системний підхід, аналітичний аналіз наукових джерел, узагальнення промислових даних експлуатації, а також концептуальні положення механіки деформівного твердого тіла та трибології. Встановлено, що ключовими чинниками деградації ГВД є змінні контактні напруження в зоні спряження ротора і статора, циклічні деформації еластомеру, локальний перегрів, гідроабразивний вплив твердих частинок бурового розчину та динамічні перевантаження під час буріння. Обґрунтовано необхідність комплексного врахування амплітудно-частотних характеристик коливань, температурного режиму та гідравлічних параметрів при оцінці довговічності двигуна. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення методів прогнозування ресурсу ГВД, оптимізації режимів буріння та підвищення надійності роботи двигунів у складних геолого-технічних умовах.
Завантаження
Посилання
1. Biletskyi, V., Landar, S., & Mishchuk, Y. (2017). Modeling of the power section of downhole screw motors. Mining of Mineral Deposits, 11(3), 15–22. https://doi.org/10.15407/mining11.03.015
2. Biletskyi, V., Vitryk, V., Mishchuk, Y., Fyk, M., Dzhus, A., Kovalchuk, Yu., Romanyshyn, T., & Yurych, A. (2018). Examining the current of drilling mud in a power section of the screw down-hole motor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, (2/5 (92)), 41–47. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126230
3. Izadi, M., Tabatabaee Ghomi, M., & Pircheraghi, G. (2019). Mechanical strength improvement of mud motor’s elastomer by nano clay and prediction the working life via strain energy. International Journal of Engineering, 32(2), 338–345. https://doi.org/10.5829/ije.2019.32.02b.20
4. Kolyshkin, A. (2021). Predicting mud motor performance and reliability with reduced order modeling. In F. Chinesta, R. Abgrall, O. Allix, & M. Kaliske (Eds.), 14th World Congress in Computational Mechanics (WCCM); ECCOMAS Congress 2020. Scipedia. https://www.scipedia.com/wd/images/7/79/Draft_Content_668595009p2816.pdf
5. Kuang, Y., & Zhou, J. (2024). Performance evaluation for positive displacement motors by combining FSI simulations and experiments [Preprint]. SPE. https://doi.org/10.2118/223929-PA
6. Lawal, T. O. (2020). Mud motor failure analysis using surface sensor data: Features and trends [Master’s thesis, The University of Texas at Austin]. UT Electronic Theses and Dissertations. https://repositories.lib.utexas.edu/items/76216624-f7a4-45a3-a8dd-c7a9e247dc45
7. Li, F., Song, H., & Wang, Y. (2024). Drilling dynamics measurement of drilling motors and its application in recognition of motor operation states through machine learning. Petroleum, 10(4), 608–619. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2024.06.003
8. Orlovskyi, V. M., Biletskyi, V. S., Vitryk, V. H., & Sirenko, V. I. (2021). Burove i tekhn-?lohichne obladnannia [Drilling and technological equipment]. KhNUMH im. O. M. Beketova; NTU “KhPI”; Novyi Svit–2000. (in Ukrainian)
9. Schöne, A., Landgraf, R., Ihlemann, J., Zeller, S., Hohl, C., & Regener, T. (2024). Constitutive modeling and FE-simulation of temperature dependent stator elastomers in positive displacement motors. In Constitutive Models for Rubber XIII: Proceedings of the 13th European Conference on Constitutive Models for Rubbers (ECCMR 2024) (pp. 66–71). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781003516880
10. Zhang, Y., Zhang, L., Gao, Y., Shi, P., Wang, Y., & Kong, L. (2024). Research on erosion damage laws and structural optimization of bypass valve for positive displacement motors. Processes, 12(9), Article 1953. https://doi.org/10.3390/pr12091953
11. Epikhin, A. V., Ushakov, A. V., Barztaikin, V. V., Melnikov, V. V., & Ulyanova, O. S. (2015). Experimental research of drilling mud influence on mud motor mechanical rubber components. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 27(1), Article 012051. https://doi.org/10.1088/1755-1315/27/1/012051
12. Wenzel Downhole Tools. (2013). WZL motor handbook (4th ed.). Wenzel Downhole Tools.
13. Baker Hughes. (2020). Navi-Drill motor handbook (15th ed.). Baker Hughes.
14. Syzrantseva, K., & Syzrantsev, V. (2016). Load on multipair contact zones of operating parts of screw pumps and motors: A computer analysis. Procedia Engineering, 150, 768–774. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.104
15. Belov, D., Chen, W., Gilliam, J., & Wang, Y. (2025). Real-time fatigue risk assessment of BHA connectors using combined physics and data-driven approach. Annual Conference of the Prognostics and Health Management Society.
16. Kanzenbach, L., Lehmann, T., & Ihlemann, J. (2022). Digital image correlation-based characterization of rubber material at large shear deformations in an extended temperature range. GAMM-Mitteilungen, 45(3-4), Article e202200017. https://doi.org/10.1002/gamm.202200017
17. Dvoynikov, M., Kunshin, A., Blinov, P., & Morozov, V. (2020). Development of mathematical model for controlling drilling parameters with screw downhole motor. International Journal of Engineering, 33(7), 1423–1430. https://doi.org/10.5829/ije.2020.33.07a.30
18. Fang, X., Zhang, C., Li, C., Chen, L., Li, J., Yang, X., & Xie, H. (2023). Structural design and numerical analysis of an all-metal screw motor for drilling applications in high-temperature and high-pressure environments in ultra-deep wells. Applied Sciences, 13(15), Article 8630. https://doi.org/10.3390/app13158630
19. Buslaev, G. V., & Konoplyannikov, A. V. (2026). Mathematical modeling of a hydro-mechanical system with a positive displacement motor and hydraulic thruster to optimize the drilling process for extended-reach drilling wells. International Journal of Engineering, 39(5), 1077–1087. https://doi.org/10.5829/ije.2026.39.05b.03
20. Aribowo, A. G. (2024). Dynamic modeling and performance analysis of rotary drilling systems with a downhole passive regulator [Doctoral dissertation, Eindhoven University of Technology]. TU/e Repository. https://tomax.no/content/uploads/2025/03/2024_PhDThesis_ArviandyAribowo_sub.pdf
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторські права....
1.png)
