Modeling of the power section of downhole screw motors

Abstract

Purpose. Downhole screw motors (DSMs) are commonly used for drilling wells of various applications. The problem is to ensure reliable operation of DSM, particularly its power section “rotor – stator”. To evaluate its functioning, it is necessary to study the work of the Wenzel Downhole Tools Company downhole screw motor of 171 mm diameter under the conditions of drilling rigs during the development of Gnidyntsivsk oil field in order to select the rational design and operational parameters of DSMs, which ensure their reliable and efficient functioning. Methods. The SolidWorks Software Flow Simulation module has been applied to simulate the flow of liquids and gases based on the use of their typical physical models. Findings. The models of the fields of velocity, pressure and temperature of the drilling mud in the plane of the section of the working couple “rotor – stator”, as well as the models of the fields of pressure and temperature on the rotor surface are obtained. Graphs of changes in the studied parameters are constructed. The analysis of the models and curves obtained as a result of the research is carried out. Originality. The original solution of this problem by creating a mathematical model of the drilling mud movement in the power section of the downhole screw motor has been proposed, which involved obtaining parametric fields of velocity, pressure and temperature. Practical implications. The models are recommended for hydraulic and thermodynamic calculations of downhole screw motor.

Мета. У практиці буріння свердловин різного призначення все частіше застосовуються гвинтові вибійні двигуни. Постає проблема забезпечення надійного функціонування ГВД, зокрема, робочої пари “ротор – статор”. Для оцінки його функціонування необхідно дослідити роботу гвинтового вибійного двигуна виробництва компанії Wenzel Downhole Tools діаметром 171 мм при бурінні Гнідинцівського нафтового родовища для вибору раціональної конструкції та режимних параметрів ГВД, які забезпечують надійне і ефективне їх функціонування. Методика. Застосовано модуль Flow Simulation програмного середовища SolidWorks для моделювання течії рідин і газів на основі використання їх типових фізичних моделей. Результати. Отримано моделі поля швидкостей, тисків та температури бурового розчину в площинах перерізу робочої пари “ротор – статор”, а також моделі поля тисків та температури на поверхні ротора. Побудовано графіки зміни досліджуваних параметрів. Виконано аналіз моделей та кривих, які отримано в результаті досліджень. Наукова новизна. Розв’язання даної задачі шляхом побудови математичної моделі руху бурового розчину в силовій секції гвинтового вибійного двигуна, одержання параметричних полів швидкостей, тисків та температури. Практична значимість. Одержані моделі рекомендуються для використання при гідравлічних і термодинамічних розрахунках вибійного гвинтового двигуна.

Цель. В практике бурения скважин разного назначения все чаще применяются винтовые забойные двигатели. Возникает проблема обеспечения надежного функционирования ВЗД, в частности, рабочей пары “ротор – статор”. Для оценки его функционирования необходимо исследовать работу винтового забойного двигателя производства компании Wenzel Downhole Tools диаметром 171 мм при бурении Гнидинцивского нефтяного месторождения для выбора рациональной конструкции и режимных параметров ВЗД, которые обеспечивают надежное и эффективное их функционирования. Методика. Применен модуль Flow Simulation программной среды SolidWorks для моделирования течения жидкостей и газов на основе использования типических физических моделей. Результаты. Получены модели поля скоростей, давлений и температуры бурового раствора в плоскостях разреза рабочей пары “ротор – статор”, а также модели поля давлений и температуры на поверхности ротора. Построены графики изменения исследуемых параметров. Выполнен анализ моделей и кривых, полученных в результате исследований. Научная новизна. Решение данной задачи путем построения математической модели движения бурового раствора в силовой секции винтового забойного двигателя, получения параметрических полей скоростей, давлений и температуры. Практическая значимость. Полученные модели рекомендуются для использования при гидравлических и термодинамических расчетах забойного винтового двигателя.