Positive forskyvningsmotorer (PDM)

Positive Displacement Motor (PDM), ofte kjent som en gjørmemotor ellerpositiv forskyvningsmotor (PDM), er et volumetrisk nedihulls elektroverktøy som konverterer den hydrauliske energien til borevæske til mekanisk rotasjon. Mye brukt i retningsboring, horisontale brønner og rette-hullsapplikasjoner, muliggjør PDM presis kontroll av borkronens rotasjon uten å rotere hele borestrengen fra overflaten.

En PDM drives av borevæske (slam) pumpet fra overflateslampumpene. Når væsken strømmer gjennom en omløpsventil og kommer inn i motorseksjonen, utvikles en trykkforskjell over motorens innløp og utløp. Dette trykkfallet driver rotoren til å rotere eksentrisk inne i statoren. Rotasjonshastigheten og dreiemomentet overføres gjennom et universalledd (fleksaksel) og en drivakselenhet til borkronen, noe som muliggjør boreoperasjoner.

En PDM består av fire hovedenheter:

1. Bypass ventil
2. Hydraulisk motor (stator og rotor)
3. Universalledd (fleksaksel)
4. Drivakselenhet

1. Omløpsventil

Omløpsventilen omfatter et ventilhus, ventilhylse, ventilkjerne og fjær. Under påvirkning av væsketrykk glir ventilkjernen inne i hylsen, og endrer strømningsbanen. Ventilen har to tilstander:

• Bypass State (Åpen):Under tripping inn eller ut (når slamstrømmen er lav eller stoppet), skyver fjæren kjernen opp og åpner bypass-portene. Slam i borestrengen omgår motoren og kommer ut i ringrommet.
• Lukket tilstand:Når slamstrømningshastigheten og trykket når en innstilt verdi, skifter kjernen ned og lukker bypass-portene. All gjørme strømmer deretter gjennom motoren og konverterer trykkenergi til mekanisk rotasjon.

2. Motorseksjon (stator og rotor)

Motoren er kjernekomponenten i PDM.

Stator:Et stålrør med en elastomer (gummi) foring støpt til en spiralformet form med spesifikke geometriske parametere.

Rotor:En hard-belagt skrueformet skrue i stål (vanligvis forkrommet-belagt eller hard-belagt) som går i inngrep med statoren.

Rotoren og statoren danner en serie forseglede hulrom. Ettersom slamtrykket tvinger rotoren til å dreie eksentrisk inne i statoren, overføres rotasjonen til borkronen. En enkelt spiraldeling (én hel gjenge) tilsvarer ett trinn. For effektiv drift bør trykkfallet per trinn ikke overstige 0,8 MPa (omtrent 116 psi); utover dette øker intern lekkasje (glidning), rotorhastigheten synker kraftig, og motorskade kan oppstå.

Ytelsesegenskaper:

• Teoretisk utgangsmoment er proporsjonalt med motorens trykkfall.
• Utgangsrotasjonshastighet (RPM) er proporsjonal med strømningshastigheten for inngangsslam.
• Når belastningen (bitmomentet) øker, synker motorhastigheten.

Ved å overvåke overflatepumpetrykk og strømningshastighet kan boreren effektivt kontrollere nedihulls dreiemoment og RPM.

Rotorlober (tråder):Rotorer kan være enkelt-lobe eller multi-lobe.

• Færre lapper (f.eks. 1:2)→ Høyere RPM, lavere dreiemoment.
• Flere lapper (f.eks. 7:8)→ Lavere RPM, høyere dreiemoment (ideelt for applikasjoner med høyt-moment som horisontal boring).

3. Universalledd (fleksaksel)

Kardanleddet konverterer den planetariske (eksentriske) bevegelsen til rotoren til konsentrisk (aksial) rotasjon for drivakselen. De fleste moderne PDM-er bruker en fleksibel aksel-design (flex-shaft) for pålitelighet og kompakthet.

4. Drivakselenhet

Drivakselen overfører rotasjonen og dreiemomentet fra universalleddet til borkronen. Den tåler også de aksiale (vekten-på-borkronen) og radielle belastninger som oppstår under boring. Derfor krever drivaksler høy hardhet, utmerket slitestyrke og lang levetid. Varmebehandling (herding og herding) brukes ofte for å forlenge levetiden til drivakselkomponenter betydelig.

Operasjonelle retningslinjer

• Strømningshastighet:Den faktiske slamstrømningshastigheten må holde seg innenfor produsentens anbefalte område. Overdreven flyt kan akselerere slitasje; utilstrekkelig strømning reduserer motorens effektivitet.
• Trykkfall:Overvåk trykkfallet over motoren. En plutselig økning eller uregelmessig oppførsel kan indikere motorstopp eller intern skade.
• Startmoment:Opprinnelig bruddmoment kan være høyere enn løpende dreiemoment; operatører bør sakte påføre belastning.

Søknader

PDM-er er avgjørende for:

• Retningsbestemt og horisontal boring (med bøyd hus).
• Sidesporing og re-boring.
• Kveilet rørboring.
• Rett-hullsboring der kontrollert borekronehastighet er ønsket.

Den positive forskyvningsmotoren er et modent, pålitelig nedihullsverktøy som transformerer hydraulisk kraft til mekanisk rotasjon, noe som muliggjør effektiv boring i vertikale, avvikende og horisontale brønner. Å forstå komponentene-omløpsventil, motor (stator/rotor), universalledd og drivaksel-så vel som forholdet mellom strømningshastighet, trykkfall, dreiemoment og hastighet, er grunnleggende for å optimalisere boreytelsen og forhindre nedihullsfeil. Fremskritt innen elastomerteknologi, rotorbelegg og varmebehandling av drivaksler fortsetter å utvide driftsomfanget til PDM-er i høy-temperatur, høyt-moment og krevende boremiljøer. For mer detaljert informasjon, ikke nøl med å kontakte Vigor-teamet for mer detaljert produktinformasjon.