Positive forskydningsmotorer (PDM)

Positive Displacement Motor (PDM), almindeligvis kendt som en muddermotor ellerpositiv forskydningsmotor (PDM), er et volumetrisk elværktøj i borehullet, der omdanner den hydrauliske energi fra borevæske til mekanisk rotation. Udbredt i retningsbestemt boring, vandrette brønde og applikationer med lige-huller, muliggør PDM præcis kontrol af borets rotation uden at rotere hele borestrengen fra overfladen.

En PDM drives af borevæske (mudder) pumpet fra overflademudderpumperne. Når væsken strømmer gennem en bypass-ventil og kommer ind i motorsektionen, udvikles der en trykforskel over motorens ind- og udløb. Dette trykfald driver rotoren til at rotere excentrisk inde i statoren. Omdrejningshastigheden og drejningsmomentet overføres gennem et kardanled (flex aksel) og en drivakselsamling til boret, hvilket muliggør boreoperationer.

En PDM består af fire store samlinger:

1. Bypass ventil
2. Hydraulikmotor (stator og rotor)
3. Universalled (flexaksel)
4. Drivakselsamling

1. Bypassventil

Bypassventilen omfatter et ventilhus, ventilbøsning, ventilkerne og fjeder. Under påvirkning af væsketryk glider ventilkernen inde i muffen og ændrer strømningsvejen. Ventilen har to tilstande:

• Bypass-tilstand (åben):Under tripping ind eller ud (når mudderstrømmen er lav eller stoppet), skubber fjederen kernen op og åbner bypass-portene. Mudder i borestrengen omgår motoren og kommer ud i ringrummet.
• Lukket tilstand:Når mudderflowhastigheden og trykket når en indstillet værdi, skifter kernen ned og lukker bypass-portene. Alt mudder strømmer derefter gennem motoren og omdanner trykenergi til mekanisk rotation.

2. Motorsektion (stator og rotor)

Motoren er kernekomponenten i PDM.

Stator:Et stålrør med en elastomer (gummi) foring støbt i en spiralform med specifikke geometriske parametre.

Rotor:En hård-belagt skrueformet skrue i stål (typisk forkromet-belagt eller hård-beklædt), der går i indgreb med statoren.

Rotoren og statoren danner en række forseglede hulrum. Da muddertrykket tvinger rotoren til at dreje excentrisk inde i statoren, overføres rotationen til boret. En enkelt skrueformet stigning (et komplet gevind) svarer til et trin. For effektiv drift bør trykfaldet pr. trin ikke overstige 0,8 MPa (ca. 116 psi); ud over dette øges intern lækage (skridning), rotorhastigheden falder kraftigt, og motorskade kan opstå.

Ydelseskarakteristika:

• Det teoretiske udgangsmoment er proportionalt med motorens trykfald.
• Output rotationshastighed (RPM) er proportional med input mudderstrømningshastighed.
• Når belastningen (bitmomentet) stiger, falder motorhastigheden.

Ved at overvåge overfladepumpetryk og strømningshastighed kan boreren effektivt styre drejningsmoment og omdrejningstal nede i borehullet.

Rotorlapper (tråde):Rotorer kan være enkelt-lobe eller multi-lobe.

• Færre lapper (f.eks. 1:2)→ Højere RPM, lavere drejningsmoment.
• Flere lapper (f.eks. 7:8)→ Lavere omdrejningstal, højere drejningsmoment (ideel til applikationer med højt-moment som vandret boring).

3. Universalled (flexaksel)

Kardanleddet omdanner rotorens planetariske (excentriske) bevægelse til koncentrisk (aksial) rotation for drivakslen. De fleste moderne PDM'er bruger et fleksibelt aksel (flex-)-design for pålidelighed og kompakthed.

4. Drivakselsamling

Drivakslen overfører rotationen og drejningsmomentet fra kardanleddet til boret. Den bærer også de aksiale (vægt-på-bor) og radiale belastninger, der opstår under boring. Derfor kræver drivaksler høj hårdhed, fremragende slidstyrke og lang levetid. Varmebehandling (quenching og temperering) anvendes almindeligvis for at forlænge levetiden for drivakselkomponenter betydeligt.

Operationelle retningslinjer

• Flowhastighed:Den faktiske mudderflowhastighed skal forblive inden for producentens anbefalede område. Overdreven strømning kan fremskynde slid; utilstrækkeligt flow reducerer motorens effektivitet.
• Trykfald:Overvåg trykfaldet over motoren. En pludselig stigning eller uregelmæssig adfærd kan indikere motorstop eller intern skade.
• Startmoment:Det indledende afbrydelsesmoment kan være højere end det kørende moment; operatører bør langsomt påføre belastning.

Ansøgninger

PDM'er er afgørende for:

• Retningsbestemt og vandret boring (med bøjet hus).
• Sidesporing og gen{0}}boring.
• Oprullet rørboring.
• Lige-hulboring, hvor der ønskes kontrolleret bithastighed.

Den positive forskydningsmotor er et modent, pålideligt borehulsværktøj, der omdanner hydraulisk kraft til mekanisk rotation, hvilket muliggør effektiv boring i lodrette, afvigende og vandrette brønde. At forstå dens komponenter-omløbsventil, motor (stator/rotor), kardanled og drivaksel-såvel som forholdet mellem strømningshastighed, trykfald, drejningsmoment og hastighed er grundlæggende for at optimere boreydelsen og forhindre fejl i borehullet. Fremskridt inden for elastomerteknologi, rotorbelægning og varmebehandling af drivaksler fortsætter med at udvide den operationelle ramme for PDM'er i høje-temperaturer, høje-drejningsmomenter og krævende boremiljøer. For mere detaljeret information, tøv ikke med at kontakte Vigor-teamet for mere detaljeret produktinformation.