מנוע תזוזה חיובית (PDM), המכונה בדרך כלל מנוע בוץ אומנוע תזוזה חיובית (PDM), הוא כלי חשמלי נפחי למטה הממיר את האנרגיה ההידראולית של נוזל הקידוח לסיבוב מכני. בשימוש נרחב בקידוח כיווני, בארות אופקיות ויישומי חורים ישרים, ה-PDM מאפשר שליטה מדויקת בסיבוב הסיביות מבלי לסובב את כל מחרוזת הקידוח מפני השטח.
עקרון בסיסי
PDM מופעל על ידי נוזל קידוח (בוץ) הנשאב ממשאבות בוץ פני השטח. כאשר הנוזל זורם דרך שסתום מעקף ונכנס לקטע המנוע, מתפתח הפרש לחץ על פני כניסת המנוע והיציאה. ירידת לחץ זו מניעה את הרוטור להסתובב בצורה אקסצנטרית בתוך הסטטור. מהירות הסיבוב והמומנט מועברים דרך מפרק אוניברסלי (גל גמיש) ומכלול גל הינע למקדחה, מה שמאפשר פעולות קידוח.
רכיבים עיקריים
PDM מורכב מארבע מכלולים עיקריים:
- שסתום עוקף
- מנוע הידראולי (סטטור ורוטור)
- מפרק אוניברסלי (פיר גמיש)
- מכלול גל הינע
1. שסתום עוקף
שסתום המעקף מורכב מגוף שסתום, שרוול שסתום, ליבת שסתום וקפיץ. תחת פעולת לחץ הנוזל, ליבת השסתום מחליקה בתוך השרוול, ומשנה את נתיב הזרימה. לשסתום שני מצבים:
- מצב עוקף (פתוח):במהלך מעידה פנימה או החוצה (כאשר זרימת הבוץ נמוכה או נעצרת), הקפיץ דוחף את הליבה כלפי מעלה, ופותח את יציאות העוקפות. בוץ במיתר המקדחה עוקף את המנוע ויוצא לתוך הטבעת.
- מצב סגור:כאשר קצב זרימת הבוץ והלחץ מגיעים לערך מוגדר, הליבה זזה כלפי מטה, וסוגרת את יציאות העוקף. כל הבוץ זורם דרך המנוע, וממיר אנרגיית לחץ לסיבוב מכני.
2. מקטע מנוע (סטטור ורוטור)
המנוע הוא מרכיב הליבה של ה-PDM.
גַלגַל מְכַוֵן:צינור פלדה עם בטנת אלסטומר (גומי) יצוק לצורת סליל עם פרמטרים גיאומטריים ספציפיים.
רוטור:בורג סליל פלדה-מצופה קשיח (בדרך כלל מצופה בכרום-או בעל פנים קשה-) שמתחבר עם הסטטור.
הרוטור והסטטור יוצרים סדרה של חללים אטומים. כאשר לחץ הבוץ מאלץ את הרוטור להסתובב בצורה אקסצנטרית בתוך הסטטור, הסיבוב מועבר אל הביט. גובה סלילי בודד (חוט שלם אחד) שווה שלב אחד. לפעולה יעילה, ירידת הלחץ בכל שלב לא תעלה על 0.8 MPa (כ-116 psi); מעבר לכך, הדליפה הפנימית (החלקה) גוברת, מהירות הרוטור יורדת בחדות, ועלול להתרחש נזק למנוע.
מאפייני ביצועים:
- מומנט המוצא התיאורטי הוא פרופורציונלי לירידה בלחץ המנוע.
- מהירות סיבוב הפלט (RPM) פרופורציונלית לקצב זרימת הבוץ הקלט.
- ככל שהעומס (מומנט הסיביות) עולה, מהירות המנוע יורדת.
על ידי ניטור לחץ משאבת פני השטח וקצב הזרימה, הקודח יכול לשלוט ביעילות על המומנט והסל"ד למטה.
אונות רוטור (חוטים):רוטורים יכולים להיות-אונה אחת או רב-אונה.
- פחות אונות (למשל, 1:2)← סל"ד גבוה יותר, מומנט נמוך יותר.
- עוד אונות (למשל, 7:8)← סל"ד נמוך יותר, מומנט גבוה יותר (אידיאלי עבור יישומי מומנט- גבוהים כמו קידוח אופקי).
3. מפרק אוניברסלי (פיר גמיש)
המפרק האוניברסלי ממיר את התנועה הפלנטרית (אקסצנטרית) של הרוטור לסיבוב קונצנטרי (צירי) עבור ציר ההינע. רוב ה-PDMs המודרניים משתמשים בעיצוב פיר גמיש (flex-shaft) עבור אמינות וקומפקטיות.
4. מכלול גל הינע
ציר ההנעה מעביר את הסיבוב והמומנט מהמפרק האוניברסלי למקדחה. הוא גם נושא את העומסים הציריים (המשקל-על-הסיביות) והעומסים הרדיאליים במהלך הקידוח. לכן, פירי הינע דורשים קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה מעולה וחיי שירות ארוכים. טיפול בחום (המרווה והזמה) מיושם בדרך כלל כדי להאריך משמעותית את חיי השירות של רכיבי גל הינע.
הנחיות תפעוליות
- קצב זרימה:קצב זרימת הבוץ בפועל חייב להישאר בטווח המומלץ של היצרן. זרימה מוגזמת עלולה להאיץ בלאי; זרימה לא מספקת מפחיתה את יעילות המנוע.
- ירידת לחץ:עקוב אחר ירידת הלחץ על פני המנוע. עלייה פתאומית או התנהגות לא סדירה עשויה להצביע על עצירה מוטורית או נזק פנימי.
- מומנט התחלה:מומנט הפריצה הראשוני עשוי להיות גבוה יותר ממומנט הריצה; מפעילים צריכים להפעיל עומס לאט.
יישומים
PDMs חיוניים עבור:
- קידוח כיווני ואופקי (עם בית כפוף).
- קידוח צד וקידוח-מחדש.
- קידוח צינור מפותל.
- קידוח חורים ישר- היכן שרצוי מהירות סיביות מבוקרת.
מנוע תזוזה חיובית הוא כלי בוגר ואמין למטה הבור שהופך כוח הידראולי לסיבוב מכני, המאפשר קידוח יעיל בבארות אנכיות, סטיות ואופקיות. הבנת המרכיבים-שסתום המעקף, המנוע (סטטור/רוטור), המפרק האוניברסלי וציר ההנעה-וכמו כן את הקשרים בין קצב זרימה, ירידת לחץ, מומנט ומהירות, היא בסיסית למיטוב ביצועי הקידוח ולמניעת כשלים בבור. ההתקדמות בטכנולוגיית האלסטומר, ציפוי הרוטור וטיפול בחום של פירי הנעה ממשיכות להרחיב את המעטפת התפעולית של PDMs בסביבות קידוח גבוהות-, מומנט- גבוה ובסביבות קידוח תובעניות. למידע מפורט יותר, אנא אל תהסס לפנות לצוות Vigor לקבלת מידע מפורט יותר על המוצר.
