Bohrlochverdrängungsmotor (PDM-Bohrer)

Ein PDM-Bohrer (Positive Displacement Motor) ist ein im Bohrloch betriebener Verdrängermotor, der Bohrflüssigkeit als Antriebsquelle nutzt, um hydraulische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Wenn der von der Schlammpumpe geförderte Schlamm durch den Bohrer fließt, …BypassventilBeim Eintritt in den Motor entsteht ein bestimmter Druckunterschied zwischen dessen Ein- und Auslass. Dieser Druckunterschied versetzt den Rotor in Rotation um die Statorachse und überträgt Drehzahl und Drehmoment über das Kreuzgelenk und die Antriebswelle auf den Bohrer, wodurch der Bohrvorgang ermöglicht wird.

Hauptkomponenten

Eine PDM-Bohranlage besteht im Wesentlichen aus vier Hauptbaugruppen: dem Bypassventil,Schlammmotor, Kreuzgelenk und Antriebswelle.

Der Schraubenmotor ist die Hauptkomponente des Werkzeugs. Erfahrungsgemäß und theoretisch sollte der Druckabfall pro Motorstufe 0,8 MPa nicht überschreiten, damit der Motor effektiv arbeitet. Andernfalls kann es zu Leckagen kommen, die einen rapiden Drehzahlabfall oder einen vollständigen Stillstand zur Folge haben und den Motor beschädigen können.

Eine Motorzuleitung entspricht einer Stufe. Die vor Ort verwendete Spülungsdurchflussrate sollte im empfohlenen Bereich liegen; andernfalls wird die Motoreffizienz beeinträchtigt und der Verschleiß kann zunehmen. Die Leistungsparameter des Schraubenmotors sind die primären Leistungsparameter des PDM-Bohrers.

Das theoretische Drehmoment des Motors ist proportional zum Druckabfall, die Drehzahl hingegen proportional zur Fördermenge des zugeführten Bohrschlamms. Mit steigender Last sinkt die Drehzahl des Werkzeugs. Durch die Steuerung des Manometerstands und der Pumpenfördermenge an der Oberfläche lassen sich Drehmoment und Drehzahl im Bohrloch regeln.

Bypassventilabschnitt

Das Bypassventil besteht aus einem Ventilkörper, einer Ventilhülse, einem Ventilschieber, einer Feder und weiteren Bauteilen. Unter Druckeinwirkung gleitet der Ventilschieber in der Ventilhülse. Durch diese Bewegung ändert sich die Strömungsrichtung des Fluids, wodurch das Bypassventil entweder in den Bypass-Zustand oder in den geschlossenen Zustand versetzt werden kann.

Beim Ein- und Ausfahren des Motors sind die Kanäle in der Ventilhülse und im Ventilkörper nicht abgedichtet, sodass sich das Bypassventil im Bypass-Zustand befindet. Dadurch kann Bohrschlamm aus dem Bohrgestänge am Motor vorbei in den Ringraum gelangen.

Sobald Schlammflussrate und Druck die voreingestellten Standardwerte erreichen, bewegt sich der Ventilschieber nach unten und schließt die Bypassventilanschlüsse. Anschließend fließt der Schlamm durch den Motor und wandelt dabei hydraulische Energie in mechanische Energie um.

Wenn die Schlammfördermenge zu gering ist oder die Pumpe abgeschaltet wird, drückt die Feder den Ventilschieber nach oben, öffnet die Bypass-Anschlüsse und versetzt das Ventil in den Bypass-Zustand.

Motor (Leistungsteil)

Der Motor besteht aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator wird durch Spritzgießen einer Gummiauskleidung in ein Stahlrohr hergestellt. Seine Innenbohrung hat eine spiralförmige Gestalt mit spezifischen geometrischen Parametern. Der Rotor ist eine Gewindestange mit gehärteter Oberfläche.

Rotor und Stator greifen ineinander. Der Unterschied in ihren Anschlusslängen erzeugt abgedichtete spiralförmige Hohlräume, die die Energieumwandlung ermöglichen.

Die Spiralen des Motorrotors können ein- oder mehrlappig sein. Je weniger Rotorlappen, desto höher die Drehzahl und desto niedriger das Drehmoment; je mehr Lappen, desto niedriger die Drehzahl und desto höher das Drehmoment.

Kardangelenk

Die Funktion des Kreuzgelenks besteht darin, die Planetenbewegung des Motors in eine Drehbewegung der Antriebswelle umzuwandeln und das vom Motor erzeugte Drehmoment und die Drehzahl auf die Antriebswelle und anschließend auf den Bohrer zu übertragen. Üblicherweise wird ein Kreuzgelenk mit flexibler Welle verwendet.

Antriebswelle

Die Antriebswelle dient der Übertragung der Drehbewegung des Motors auf den Bohrer und muss gleichzeitig die durch dessen Gewicht entstehenden axialen und radialen Belastungen aufnehmen. Daher sind hohe Härte, Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer der Antriebswelle unerlässlich. Durch Härten lässt sich die Lebensdauer der Antriebswelle deutlich verlängern.

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