ダウンホール式容積型モーター（PDMドリル）

PDM（容積式モーター）ドリルは、掘削流体を動力源として油圧エネルギーを機械エネルギーに変換するダウンホール容積式モーターです。泥ポンプによって汲み上げられた泥がドリルを通過すると、バイパスバルブ空気がモーターに入ると、モーターの入口と出口の間に一定の圧力差が生じます。この圧力差によってローターがステーターの軸を中心に回転し、ユニバーサルジョイントとドライブシャフトを介してドリルビットに速度とトルクが伝達され、穴あけ作業が可能になります。

主要構成要素

PDMドリルは主に4つの主要なアセンブリで構成されています。バイパスバルブ、マッドモーターユニバーサルジョイント、およびドライブシャフト。

スクリューモーターは、この工具の主要部品です。実務および理論分析によると、モーターが効果的に動作するためには、モーター段あたりの圧力降下は0.8MPaを超えてはなりません。超えると、モーターから漏れが発生し、速度が急激に低下したり、完全に停止したりして、モーターが損傷する可能性があります。

モーターの1リードは1段と定義されます。現場で使用する泥水流量は推奨範囲内に維持する必要があります。そうでない場合、モーター効率に影響を与え、摩耗が増加する可能性があります。スクリューモーターの性能パラメータは、PDMドリルの主要な性能パラメータです。

モーターの理論上の出力トルクは圧力降下に比例し、出力速度は流入する泥水流量に比例します。負荷が増加すると、ツールの回転速度は低下します。したがって、地上の圧力計の読み取り値とポンプ流量を制御することで、坑内トルクと回転速度を管理できます。

バイパスバルブ部

バイパスバルブは、バルブ本体、バルブスリーブ、バルブスプール、スプリング、およびその他の部品で構成されています。圧力が加わると、バルブスプールがバルブスリーブ内を摺動します。バルブスプールの動きによって流体の流れ方向が変化し、バイパスバルブはバイパス状態または閉鎖状態のいずれかになります。

バルブの出し入れ中は、バルブスリーブとバルブ本体の通路が密閉されていないため、バイパスバルブはバイパス状態になります。これにより、ドリルストリングからの泥水がモーターを迂回して環状空間に流れ込むことができます。

泥水の流量と圧力が設定値に達すると、バルブスプールが下降し、バイパスバルブのポートが閉じます。すると、泥水はモーターを通過し、油圧エネルギーが機械エネルギーに変換されます。

泥水の流量が低すぎる場合、またはポンプが停止した場合、スプリングがバルブスプールを押し上げ、バイパスポートを開いてバルブをバイパス状態にします。

モーター（動力部）

モーターは固定子と回転子から構成される。固定子は、鋼管にゴムライナーを射出成形することによって形成される。その内径は、特定の幾何学的パラメータを持つ螺旋状である。回転子は、表面が硬化処理されたねじ棒である。

ローターとステーターは互いに噛み合っている。リード線の差によって密閉されたらせん状の空洞が形成され、これがエネルギー変換を促進する。

モーターローターのらせんは、単葉型または多葉型のいずれかである。ローターの葉の数が少ないほど回転速度は速く、トルクは低くなる。葉の数が多いほど回転速度は遅く、トルクは高くなる。

ユニバーサルジョイント

ユニバーサルジョイントの機能は、モーターの遊星運動を駆動軸の固定軸回転に変換し、モーターによって発生したトルクと速度を駆動軸、そしてドリルビットへと伝達することです。一般的には、フレキシブルシャフトタイプのユニバーサルジョイントが使用されます。

ドライブシャフト

駆動軸の役割は、モーターの回転動力をドリルビットに伝達すると同時に、ビットにかかる重量によって生じる軸方向および半径方向の荷重に耐えることです。そのため、駆動軸には高い硬度、耐摩耗性、そして長い耐用年数が求められます。焼入れ熱処理は、駆動軸の耐用年数を大幅に延ばすことができます。

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