Động cơ dịch chuyển dương (PDM)

Động cơ dịch chuyển dương (PDM), thường được gọi là động cơ bùn hoặcĐộng cơ dịch chuyển dương (PDM), là một dụng cụ điện hạ cấp thể tích giúp chuyển đổi năng lượng thủy lực của dung dịch khoan thành chuyển động quay cơ học. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khoan định hướng, giếng ngang và lỗ{1}}thẳng, PDM cho phép điều khiển chính xác độ xoay của mũi khoan mà không cần xoay toàn bộ chuỗi mũi khoan khỏi bề mặt.

PDM được cung cấp năng lượng bằng dung dịch khoan (bùn) được bơm từ máy bơm bùn bề mặt. Khi chất lỏng chảy qua van bypass và đi vào phần động cơ, sự chênh lệch áp suất sẽ xuất hiện ở đầu vào và đầu ra của động cơ. Sự giảm áp suất này làm cho rôto quay lệch tâm trong stato. Tốc độ quay và mô-men xoắn được truyền qua khớp vạn năng (trục mềm) và cụm trục truyền động tới mũi khoan, cho phép thực hiện các thao tác khoan.

Một PDM bao gồm bốn cụm chính:

1. Van bỏ qua
2. Động cơ thủy lực (Stator và Rotor)
3. Khớp vạn năng (Trục Flex)
4. Lắp ráp trục truyền động

1. Van rẽ nhánh

Van bypass bao gồm thân van, ống bọc van, lõi van và lò xo. Dưới tác động của áp suất chất lỏng, lõi van trượt bên trong ống bọc, làm thay đổi đường dẫn dòng chảy. Van có hai trạng thái:

• Trạng thái bỏ qua (Mở):Trong quá trình di chuyển vào hoặc ra (khi dòng bùn chảy thấp hoặc ngừng), lò xo đẩy lõi lên, mở các cổng rẽ nhánh. Bùn trong dây khoan đi vòng qua động cơ và thoát ra ngoài.
• Trạng thái đóng:Khi tốc độ dòng chảy và áp suất bùn đạt đến giá trị cài đặt, lõi sẽ dịch chuyển xuống, đóng các cổng rẽ nhánh. Tất cả bùn sau đó sẽ chảy qua động cơ, chuyển đổi năng lượng áp suất thành chuyển động quay cơ học.

2. Phần động cơ (Stator & Rotor)

Động cơ là thành phần cốt lõi của PDM.

Stator:Một ống thép có lớp lót đàn hồi (cao su) được đúc thành hình xoắn ốc với các thông số hình học cụ thể.

Cánh quạt:Một vít xoắn ốc bằng thép được bọc-cứng (thường được mạ- crom hoặc mặt cứng-) ăn khớp với stato.

Rôto và stato tạo thành một loạt các khoang kín. Khi áp suất bùn buộc rôto quay lệch tâm trong stato, chuyển động quay được truyền tới bit. Một bước xoắn ốc đơn (một sợi hoàn chỉnh) tương đương với một giai đoạn. Để vận hành hiệu quả, mức giảm áp suất trên mỗi giai đoạn không được vượt quá 0,8 MPa (khoảng 116 psi); ngoài mức này, rò rỉ bên trong (trượt) tăng lên, tốc độ rôto giảm mạnh và có thể xảy ra hư hỏng động cơ.

Đặc tính hiệu suất:

• Mô-men xoắn đầu ra lý thuyết tỷ lệ thuận với độ giảm áp suất của động cơ.
• Tốc độ quay đầu ra (RPM) tỷ lệ thuận với tốc độ dòng bùn đầu vào.
• Khi tải (mô-men xoắn bit) tăng, tốc độ động cơ giảm.

Bằng cách theo dõi áp suất và tốc độ dòng chảy của bơm bề mặt, máy khoan có thể kiểm soát hiệu quả mô-men xoắn và RPM của lỗ khoan.

Thùy cánh quạt (Chủ đề):Rôto có thể là-bùy đơn hoặc nhiều-bùy.

• Ít thùy hơn (ví dụ: 1:2)→ RPM cao hơn, mô-men xoắn thấp hơn.
• Nhiều thùy hơn (ví dụ: 7:8)→ RPM thấp hơn, mô-men xoắn cao hơn (lý tưởng cho các ứng dụng-mô-men xoắn cao như khoan ngang).

3. Khớp vạn năng (Flex Shaft)

Khớp vạn năng chuyển đổi chuyển động hành tinh (lệch tâm) của rôto thành chuyển động quay đồng tâm (trục) cho trục truyền động. Hầu hết các PDM hiện đại đều sử dụng thiết kế trục linh hoạt (trục{1}}linh hoạt để đảm bảo độ tin cậy và độ nén.

4. Lắp ráp trục truyền động

Trục truyền động truyền chuyển động quay và mô-men xoắn từ khớp vạn năng đến mũi khoan. Nó cũng chịu tải trọng trục (trọng lượng-trên-bit) và tải trọng hướng tâm gặp phải trong quá trình khoan. Vì vậy, trục truyền động yêu cầu độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và tuổi thọ dài. Xử lý nhiệt (làm nguội và ủ) thường được áp dụng để kéo dài đáng kể tuổi thọ của các bộ phận trục truyền động.

Hướng dẫn hoạt động

• Tốc độ dòng chảy:Tốc độ dòng bùn thực tế phải nằm trong phạm vi khuyến nghị của nhà sản xuất. Dòng chảy quá mức có thể tăng tốc độ mài mòn; lưu lượng không đủ làm giảm hiệu suất động cơ.
• Giảm áp suất:Theo dõi sự sụt giảm áp suất trên động cơ. Sự gia tăng đột ngột hoặc hành vi thất thường có thể cho thấy động cơ bị chết máy hoặc hư hỏng bên trong.
• Momen khởi động:Mô-men xoắn ly khai ban đầu có thể cao hơn mô-men xoắn chạy; người vận hành nên áp dụng tải từ từ.

Ứng dụng

PDM rất cần thiết cho:

• Khoan định hướng và khoan ngang (với vỏ uốn cong).
• Đi chệch hướng và{0}}tập lại.
• Khoan ống cuộn.
• Khoan lỗ- thẳng ở nơi mong muốn có tốc độ bit được kiểm soát.

Động cơ Dịch chuyển Tích cực là một công cụ hạ cấp hoàn thiện, đáng tin cậy, biến năng lượng thủy lực thành chuyển động quay cơ học, cho phép khoan hiệu quả trong các giếng thẳng đứng, lệch và ngang. Hiểu các thành phần của nó-van rẽ nhánh, động cơ (stator/rôto), khớp vạn năng và trục truyền động-cũng như các mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy, độ giảm áp suất, mô-men xoắn và tốc độ là điều cơ bản để tối ưu hóa hiệu suất khoan và ngăn ngừa sự cố trong hố khoan. Những tiến bộ trong công nghệ đàn hồi, lớp phủ rôto và xử lý nhiệt của trục truyền động tiếp tục mở rộng phạm vi hoạt động của PDM trong các môi trường-nhiệt độ cao, mô-men xoắn-cao và đòi hỏi khắt khe. Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ với nhóm Vigor để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm.