موتورهای جابجایی مثبت (PDM)

موتور جابجایی مثبت (PDM) که معمولاً به عنوان موتور گل یاموتور جابجایی مثبت (PDM)، یک ابزار برقی حجمی است که انرژی هیدرولیک سیال حفاری را به چرخش مکانیکی تبدیل می کند. PDM که به طور گسترده در حفاری جهت دار، چاه های افقی و کاربردهای سوراخ مستقیم استفاده می شود، کنترل دقیق چرخش بیت را بدون چرخش کل رشته مته از سطح امکان پذیر می کند.

یک PDM از طریق سیال حفاری (گل) که از پمپ های گل سطحی پمپ می شود، تغذیه می شود. هنگامی که سیال از طریق یک شیر بای پس جریان می یابد و وارد بخش موتور می شود، اختلاف فشار در ورودی و خروجی موتور ایجاد می شود. این افت فشار، روتور را به چرخش خارج از مرکز در داخل استاتور سوق می دهد. سرعت چرخشی و گشتاور از طریق یک اتصال جهانی (شفت انعطاف پذیر) و مجموعه محور محرک به مته منتقل می شود و عملیات حفاری را امکان پذیر می کند.

یک PDM از چهار مجموعه اصلی تشکیل شده است:

1. شیر بای پس
2. موتور هیدرولیک (استاتور و روتور)
3. مفصل جهانی (شفت فلکس)
4. مونتاژ شفت محرک

1. شیر بای پس

شیر بای پس از بدنه سوپاپ، آستین سوپاپ، هسته سوپاپ و فنر تشکیل شده است. تحت تأثیر فشار سیال، هسته شیر در داخل آستین می لغزد و مسیر جریان را تغییر می دهد. شیر دو حالت دارد:

• حالت دور زدن (باز):در حین ورود یا خروج (زمانی که جریان گل کم است یا متوقف می شود)، فنر هسته را به سمت بالا فشار می دهد و درگاه های بای پس را باز می کند. گل در رشته مته موتور را دور زده و از آنولوس خارج می شود.
• ایالت بسته:هنگامی که نرخ جریان و فشار گل به مقدار تعیین شده می رسد، هسته به سمت پایین جابجا می شود و درگاه های بای پس بسته می شود. سپس تمام گل از طریق موتور جریان می یابد و انرژی فشار را به چرخش مکانیکی تبدیل می کند.

2. بخش موتور (استاتور و روتور)

موتور جزء اصلی PDM است.

استاتور:یک لوله فولادی با روکش الاستومری (لاستیک) که به شکل مارپیچ با پارامترهای هندسی خاص قالب گیری شده است.

روتور:یک پیچ مارپیچ فولادی با روکش سخت (معمولاً با روکش کروم-روکش سخت-) که با استاتور درگیر می‌شود.

روتور و استاتور مجموعه ای از حفره های مهر و موم شده را تشکیل می دهند. از آنجایی که فشار گل، روتور را وادار می کند تا به طور غیرعادی در داخل استاتور بچرخد، چرخش به بیت منتقل می شود. یک گام مارپیچ منفرد (یک نخ کامل) برابر است با یک مرحله. برای عملکرد کارآمد، افت فشار در هر مرحله نباید از 0.8 مگاپاسکال (تقریباً 116 psi) تجاوز کند. فراتر از این، نشتی داخلی (لغزش) افزایش می یابد، سرعت روتور به شدت کاهش می یابد و ممکن است آسیب موتور رخ دهد.

ویژگی های عملکرد:

• گشتاور خروجی نظری متناسب با افت فشار موتور است.
• سرعت چرخش خروجی (RPM) متناسب با سرعت جریان گل ورودی است.
• با افزایش بار (گشتاور بیت) سرعت موتور کاهش می یابد.

با نظارت بر فشار پمپ سطحی و سرعت جریان، مته‌کن می‌تواند به طور موثر گشتاور و RPM را کنترل کند.

لوب های روتور (نخ ها):روتورها می توانند تک لوبی-یا چند لوبی- باشند.

• لوب کمتر (مثلاً 1:2)→ دور در دقیقه بیشتر، گشتاور کمتر.
• لوب های بیشتر (مثلاً 7:8)← RPM کمتر، گشتاور بیشتر (ایده آل برای کاربردهای-گشتاور بالا مانند حفاری افقی).

3. مفصل جهانی (شفت فلکس)

مفصل جهانی حرکت سیاره ای (برون مرکزی) روتور را به چرخش متحدالمرکز (محوری) برای محور محرک تبدیل می کند. اکثر PDM های مدرن از طراحی شفت انعطاف پذیر (فلکس-شفت) برای قابلیت اطمینان و فشردگی استفاده می کنند.

4. مونتاژ محور محرک

محور محرک چرخش و گشتاور را از مفصل جهانی به مته انتقال می دهد. همچنین بارهای محوری (وزن-روی-بیت) و شعاعی که در حین حفاری با آن مواجه می‌شوند را تحمل می‌کند. بنابراین، محورهای محرک به سختی بالا، مقاومت در برابر سایش عالی و عمر طولانی نیاز دارند. عملیات حرارتی (کوئنچ و تمپر) معمولاً برای افزایش قابل توجه عمر مفید اجزای محور محرک اعمال می شود.

دستورالعمل های عملیاتی

• نرخ جریان:سرعت جریان واقعی گل باید در محدوده توصیه شده سازنده باقی بماند. جریان بیش از حد می تواند سایش را تسریع کند. جریان ناکافی باعث کاهش راندمان موتور می شود.
• افت فشار:افت فشار در سراسر موتور را کنترل کنید. افزایش ناگهانی یا رفتار نامنظم ممکن است نشان دهنده توقف موتور یا آسیب داخلی باشد.
• گشتاور شروع:گشتاور گسست اولیه ممکن است بیشتر از گشتاور در حال اجرا باشد. اپراتورها باید به آرامی بار را اعمال کنند.

برنامه های کاربردی

PDM ها برای موارد زیر ضروری هستند:

• حفاری جهت دار و افقی (با محفظه خمیده).
• حفاری ردیابی و ورود مجدد.
• حفاری لوله های مارپیچ.
• سوراخ کردن مستقیم-در جایی که سرعت بیت کنترل شده مورد نظر است.

موتور جابجایی مثبت یک ابزار حفره ای بالغ و قابل اعتماد است که نیروی هیدرولیک را به چرخش مکانیکی تبدیل می کند و حفاری کارآمد را در چاه های عمودی، انحرافی و افقی امکان پذیر می کند. درک اجزای آن-شیر بای پس، موتور (استاتور/روتور)، مفصل جهانی، و محور محرک-و همچنین روابط بین سرعت جریان، افت فشار، گشتاور و سرعت، برای بهینه‌سازی عملکرد حفاری و جلوگیری از خرابی‌های چاله ضروری است. پیشرفت‌ها در فناوری الاستومری، پوشش روتور و عملیات حرارتی محورهای محرک همچنان به گسترش پوشش عملیاتی PDM‌ها در محیط‌های حفاری با دمای بالا، گشتاور{5} و سخت ادامه می‌دهد. برای اطلاعات دقیق تر، لطفاً برای اطلاعات دقیق تر محصول با تیم Vigor تماس بگیرید.