مروری بر سازوکارهای حاکم بر ازکارافتادگی آستر لاستیکی مورد استفاده در استاتور موتورهای درون چاهی

بخش تولید توان موتورهای درون‌چاهی شامل یک روتور فلزی و یک استاتور با آستر لاستیکی است که با جریان‌یابی سیال حفاری در بین حفراتی که از اختلاف هندسه روتور و استاتور ایجاد شده‌اند، تبدیل انرژی هیدرولیکی سیال حفاری به انرژی چرخشی روتور و نهایتا چرخش سرمته‌ی حفاری صورت می‌پذیرد. از نقطه‌نظر طراحی، ضروری است آستر لاستیکی در حین تنش‌های عملیاتی، بتواند با حداقل میزان تغییرشکل مکانیکی، آب‌بندی مناسبی بین حفرات مجاور ایجاد کرده تا امکان پیشروی سیال حفاری در راستای روتور بدون گرمااندوزی زیاد در لاستیک ایجاد شود. برای این منظور لزوم استفاده از الاستومری با سفتی بالا برای اجتناب از اعوجاج و تغییر شکل دینامیکی بالا و جهندگی کافی برای ایجاد قابلیت آب‌بندی مناسب وجود دارد. وجود خواص استحکامی بالا و مقاومت در برابر ایجاد و رشد ترک از دیگر ویژگی‌های الاستومر مورد استفاده در این کاربرد است. این نوع موتورها عمدتا از بخش تولید توان و بیش‌تر از ناحیه آستر لاستیکی استاتور دچار ازکارافتادگی می‌شوند. به ‌دلیل فشار و دمای بالای درون چاه، تاثیر شیمی سیال حفاری و قرارگیری تحت بارهای مکانیکی متناوب، این آسترها متحمل انواعی از تخریب حرارتی، تخریب شیمیایی، خستگی حرارتی و خستگی مکانیکی می‌شوند که برطرف کردن ازکارافتادگی آن‌ها بسیار پرهزینه است. مقاله حاضر آخرین دستاوردها در ارزیابی از کارافتادگی الاستومر آستر لاستیکی را مورد تحلیل و بررسی قرار می‌دهد. در آسترهای لاستیکی با ضخامت کم و یکنواخت نسبت به انواع معمولی آن‌ها، میزان تخریب حرارتی برخلاف ازکارافتادگی ناشی از تغییر شکل و بارهای تناوبی مکانیکی تا حد قابل قبولی کاهش یافته‌است.

a review on the failure mechanisms of rubber liner used in stator of downhole motors

the power section of downhole motors consists of a helical steel rotor and a rubber-covered stator which together converts the hydraulic energy of a drilling fluid to the mechanical energy of rotor rotation. flowing of drilling fluid through the cavities formed by the geometrical difference between the rotor and the stator can finally rotate the drilling bit. from a design point of view, it is essential that the rubber lining is able to provide proper sealing for the cavities at minimal mechanical deformation so as to allow advancement of drilling fluid without excessive heat generation. for this purpose, on the one hand, the elastomer used needs to have high modulus to avoid distortion and high dynamic deformation, and on the other hand, it must have sufficient resilience for adequate sealing capabilities. sufficient strength and resistance to crack formation and growth are among the other important criteria for this application. failure of downhole motors is mainly due to the poor performance of the power section and in particular it results from the failure of the stator rubber lining. the high pressure and temperature existing inside the well, the chemistry of drilling fluid and also the intensified mechanical stresses due to the rotor rotation, can all contribute to various mechanisms of rubber failure including thermal degradation, chemical degradation, thermal fatigue and mechanical fatigue. to repair any damage to the rubber lining makes the failure of downhole motors very costly. this paper works on the latest achievements in the analysis of elastomer failure in downhole motors. it was realized that the thermal degradation mechanism is more prominent for the lining known as “uniform wall thickness” than the “conventional” type. however, failure resulting from the mechanical periodic loading is greater in the uniform wall thickness lining than the conventional types.