Aus welchen Komponenten besteht ein PDM-Bohrer (Progressive Cavity Drill)?

Der PDM-Bohrer ist ein Verdrängungsbohrer, der Bohrflüssigkeit als Antriebskraft nutzt, um die Druckenergie der Flüssigkeit in mechanische Energie umzuwandeln.

Komponenten

Die PDM-Bohrmaschine besteht im Wesentlichen aus vier Hauptbaugruppen: Bypassventil, Hydraulikmotor, Kardanwelle und Antriebswelle. Der Schraubenmotor (Hydraulikmotor) ist die Kernkomponente der Bohrmaschine.

1. Bypassventilbaugruppe

Das Bypassventil besteht aus einem Ventilkörper, einer Ventilhülse, einem Ventileinsatz und einer Feder. Unter Druck gleitet der Ventileinsatz in der Ventilhülse, und diese Bewegung ändert die Strömungsrichtung des Fluids – das Bypassventil kennt daher zwei Zustände: Bypass und geschlossen.

Beim Ein- und Ausfahren des Bohrgestänges: Die Durchgangslöcher der Ventilhülse und des Ventilkörpers sind nicht geschlossen, sodass sich das Bypassventil im Bypass-Zustand befindet und der Bohrschlamm im Bohrgestänge am Motor vorbeiströmen und in den Ringraum gelangen kann.

Sobald die Schlammfördermenge und der Druck die voreingestellten Standardwerte erreichen, bewegt sich der Ventilkegel nach unten und verschließt die Bypassventilbohrung. Dabei strömt der Schlamm durch den Motor und wandelt Druckenergie in mechanische Energie um.

Wenn die Schlammfördermenge zu gering ist oder die Pumpe abgeschaltet wird: Die Feder drückt den Ventileinsatz nach oben, und die Bypassventilbohrung öffnet sich – das Ventil kehrt in den Bypass-Zustand zurück.

2. Hydraulikmotor

Der Hydraulikmotor besteht aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator wird hergestellt, indem eine Gummibuchse in die Innenwand eines Stahlrohrs eingespritzt wird. Seine Innenbohrung bildet eine Helix mit spezifischen geometrischen Parametern. Der Rotor ist eine Gewindestange mit einer Hartbeschichtung. Rotor und Stator greifen ineinander, und durch die unterschiedlichen Durchbiegungen entsteht ein spiralförmiger, abgedichteter Hohlraum, der die vollständige Energieumwandlung ermöglicht.

Die Helix des Motorrotors kann ein- oder mehranlaufend sein:

Weniger Rotorumdrehungen führen zu einer höheren Drehzahl und einem geringeren Drehmoment;

Mehr Rotorumdrehungen führen zu einer geringeren Drehzahl und einem höheren Drehmoment.

3. Kardanwelle

Die Funktion der Kardanwelle besteht darin, die Planetenbewegung des Motors in die Rotation der Antriebswelle umzuwandeln und das vom Motor erzeugte Drehmoment und die Drehzahl auf die Antriebswelle (und letztlich auf den Bohrer) zu übertragen. Die meisten Kardanwellen sind als flexible Wellen ausgeführt.

4. Antriebswelle

Die Antriebswelle überträgt die Drehbewegung des Motors auf den Bohrmeißel und trägt gleichzeitig die durch das Gewicht auf dem Bohrmeißel (WOB) entstehenden axialen und radialen Belastungen. Daher muss die Antriebswelle eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer aufweisen. Eine Härtebehandlung kann die Lebensdauer der Antriebswelle deutlich verlängern.

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