Positiva deplacementmotorer (PDM)

Positive Displacement Motor (PDM), allmänt känd som en lermotor ellerPositiv deplacementmotor (PDM), är ett volymetriskt elverktyg i borrhålet som omvandlar borrvätskans hydrauliska energi till mekanisk rotation. Används i stor utsträckning vid riktad borrning, horisontella brunnar och raka-hålsapplikationer, PDM möjliggör exakt kontroll av borrkronans rotation utan att rotera hela borrsträngen från ytan.

En PDM drivs av borrvätska (slam) som pumpas från slampumparna. När vätskan strömmar genom en bypass-ventil och kommer in i motorsektionen, utvecklas en tryckskillnad över motorns inlopp och utlopp. Detta tryckfall driver rotorn att rotera excentriskt inuti statorn. Rotationshastigheten och vridmomentet överförs genom en universalknut (flexaxel) och en drivaxelenhet till borrkronan, vilket möjliggör borrning.

En PDM består av fyra huvudenheter:

1. Bypassventil
2. Hydraulmotor (stator och rotor)
3. Universalknut (flexaxel)
4. Drivaxelenhet

1. Bypassventil

Bypassventilen innefattar en ventilkropp, ventilhylsa, ventilkärna och fjäder. Under påverkan av vätsketrycket glider ventilkärnan inuti hylsan, vilket ändrar flödesvägen. Ventilen har två tillstånd:

• Bypass State (Öppet):Under tripp in eller ut (när slamflödet är lågt eller stoppat) trycker fjädern upp kärnan och öppnar bypass-portarna. Lera i borrsträngen går förbi motorn och går ut i ringen.
• Stängt tillstånd:När slamflödet och trycket når ett inställt värde, växlar kärnan nedåt, vilket stänger bypass-portarna. All lera strömmar sedan genom motorn och omvandlar tryckenergi till mekanisk rotation.

2. Motorsektion (stator och rotor)

Motorn är kärnkomponenten i PDM.

Stator:Ett stålrör med en elastomer (gummi) foder gjuten till en spiralform med specifika geometriska parametrar.

Rotor:En hård-belagd spiralskruv i stål (vanligtvis förkromad-pläterad eller hård-belagd) som griper in i statorn.

Rotorn och statorn bildar en serie förseglade kaviteter. När slamtrycket tvingar rotorn att rotera excentriskt i statorn, överförs rotationen till borrkronan. En enda spiraldelning (en hel gänga) motsvarar ett steg. För effektiv drift bör tryckfallet per steg inte överstiga 0,8 MPa (ungefär 116 psi); utöver detta ökar internt läckage (slirning), rotorhastigheten sjunker kraftigt och motorskador kan uppstå.

Prestandaegenskaper:

• Det teoretiska utgående vridmomentet är proportionellt mot motortryckfallet.
• Utgående rotationshastighet (RPM) är proportionell mot ingående slamflöde.
• När belastningen (bitsmomentet) ökar, minskar motorhastigheten.

Genom att övervaka ytpumpens tryck och flödeshastighet kan borraren effektivt kontrollera vridmoment och varvtal i borrhålet.

Rotorlober (gängor):Rotorer kan vara en-lob eller fler-lob.

• Färre lober (t.ex. 1:2)→ Högre varvtal, lägre vridmoment.
• Fler lober (t.ex. 7:8)→ Lägre RPM, högre vridmoment (idealiskt för applikationer med högt-vridmoment som horisontell borrning).

3. Universalknut (flexaxel)

Kardanknuten omvandlar rotorns planetariska (excentriska) rörelse till koncentrisk (axiell) rotation för drivaxeln. De flesta moderna PDM:er använder en flexibel axeldesign (flex-shaft) för tillförlitlighet och kompakthet.

4. Drivaxelenhet

Drivaxeln överför rotationen och vridmomentet från kardanknuten till borrkronan. Den bär också de axiella (vikt-på-borrkronan) och radiella belastningar som uppstår under borrning. Därför kräver drivaxlar hög hårdhet, utmärkt slitstyrka och lång livslängd. Värmebehandling (härdning och härdning) används vanligtvis för att avsevärt förlänga livslängden för drivaxelkomponenter.

Driftsriktlinjer

• Flödeshastighet:Det faktiska slamflödet måste ligga inom tillverkarens rekommenderade intervall. Överdrivet flöde kan påskynda slitaget; otillräckligt flöde minskar motorns effektivitet.
• Tryckfall:Övervaka tryckfallet över motorn. En plötslig ökning eller oregelbundet beteende kan indikera motorstopp eller inre skador.
• Startmoment:Det initiala brytmomentet kan vara högre än körmomentet; operatörer bör långsamt applicera belastning.

Ansökningar

PDM:er är viktiga för:

• Riktad och horisontell borrning (med böjt hus).
• Sidospårning och åter-borrning.
• Spiralrörsborrning.
• Raka-hålsborrning där kontrollerad bithastighet önskas.

Den positiva deplacementmotorn är ett moget, pålitligt borrhålsverktyg som omvandlar hydraulisk kraft till mekanisk rotation, vilket möjliggör effektiv borrning i vertikala, avvikande och horisontella brunnar. Att förstå dess komponenter-förbikopplingsventil, motor (stator/rotor), kardanknut och drivaxel-såväl som förhållandet mellan flödeshastighet, tryckfall, vridmoment och hastighet, är grundläggande för att optimera borrprestanda och förebygga fel i borrhålet. Framsteg inom elastomerteknologi, rotorbeläggning och värmebehandling av drivaxlar fortsätter att utöka driftsomfånget för PDM:er i hög-temperatur, högt-vridmoment och krävande borrmiljöer. För mer detaljerad information, tveka inte att kontakta Vigor-teamet för mer detaljerad produktinformation.