Moteur de forage à déplacement positif (PDM Drill)

Un moteur volumétrique (PDM) est un moteur de fond de puits qui utilise le fluide de forage comme source d'énergie pour convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Lorsque la boue pompée par la pompe à boue traverse levanne de dérivationLorsque le fluide pénètre dans le moteur, une différence de pression se crée entre l'entrée et la sortie de celui-ci. Cette différence de pression entraîne la rotation du rotor autour de l'axe du stator, transmettant ainsi vitesse et couple, via le joint de cardan et l'arbre de transmission, au foret, permettant le perçage.

Composants principaux

Une perceuse PDM se compose principalement de quatre ensembles principaux : la vanne de dérivation,moteur de boue, joint universel et arbre de transmission.

Le moteur à vis est le composant principal de l'outil. D'après l'expérience et l'analyse théorique, pour un fonctionnement optimal, la chute de pression par étage ne doit pas dépasser 0,8 MPa. Dans le cas contraire, le moteur risque de fuir, entraînant une diminution rapide de sa vitesse, voire un arrêt complet, ce qui peut l'endommager.

Chaque hélice du moteur correspond à un étage. Le débit de boue utilisé sur le chantier doit rester dans la plage recommandée ; dans le cas contraire, le rendement du moteur sera affecté et son usure pourrait augmenter. Les paramètres de performance du moteur à vis sont les principaux paramètres de performance de la foreuse PDM.

Le couple théorique du moteur est proportionnel à la perte de charge, tandis que sa vitesse de rotation est proportionnelle au débit de boue d'entrée. Lorsque la charge augmente, la vitesse de rotation de l'outil diminue. Par conséquent, en contrôlant la pression indiquée par le manomètre et le débit de la pompe en surface, il est possible de gérer le couple et la vitesse de rotation en fond de puits.

Section de vanne de dérivation

La vanne de dérivation est composée d'un corps, d'un manchon, d'un tiroir, d'un ressort et d'autres composants. Sous l'effet de la pression, le tiroir coulisse dans le manchon. Ce mouvement modifie le sens d'écoulement du fluide, permettant ainsi à la vanne de dérivation de se mettre en position ouverte ou fermée.

Lors des manœuvres de descente et de remontée, les passages du manchon et du corps de la vanne ne sont pas étanches, la vanne de dérivation est donc en position ouverte. Cela permet à la boue de forage de contourner le moteur et de pénétrer dans l'espace annulaire.

Lorsque le débit et la pression de la boue atteignent les valeurs de consigne, le tiroir de la vanne s'abaisse, fermant les orifices de la vanne de dérivation. La boue traverse alors le moteur, convertissant l'énergie hydraulique en énergie mécanique.

Lorsque le débit de boue est trop faible ou que la pompe est arrêtée, le ressort pousse le tiroir de la vanne vers le haut, ouvrant les orifices de dérivation et mettant la vanne en état de dérivation.

Moteur (Section Puissance)

Le moteur se compose d'un stator et d'un rotor. Le stator est réalisé par moulage par injection d'une chemise en caoutchouc dans un tube en acier. Son alésage interne présente une forme hélicoïdale aux paramètres géométriques spécifiques. Le rotor est une tige filetée à surface trempée.

Le rotor et le stator s'engrènent. La différence de longueur de leurs conducteurs crée des cavités hélicoïdales étanches, qui facilitent la conversion d'énergie.

Les hélices du rotor du moteur peuvent être monolobées ou multilobées. Moins il y a de lobes, plus la vitesse est élevée et le couple faible ; plus il y a de lobes, plus la vitesse est faible et le couple élevé.

Joint universel

Le rôle du joint de cardan est de convertir le mouvement planétaire du moteur en rotation à axe fixe pour l'arbre de transmission et de transmettre le couple et la vitesse générés par le moteur à l'arbre de transmission, puis au foret. On utilise généralement un joint de cardan à arbre flexible.

Arbre de transmission

L'arbre de transmission a pour fonction de transmettre la puissance de rotation du moteur au foret tout en supportant les charges axiales et radiales générées par le poids de ce dernier. Par conséquent, il doit présenter une dureté élevée, une grande résistance à l'usure et une longue durée de vie. Un traitement thermique de trempe permet d'allonger considérablement cette durée de vie.

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