PDM (Positive Displacement Motor) หรือ Mud Motor

• Facebook
• Twitter
• Line

PDM (Positive Displacement Motor) หรือ Mud Motor – ทบทวนเรื่องการเจาะกันก่อนสักเล็กน้อยนะครับ … เราหมุนหัวเจาะด้วยการหมุนก้านเจาะจากบนแท่นที่ตั้งอยู่บนดิน(แท่นบก)หรือบนน้ำ(แท่นนอกชายฝั่ง)

แรกๆก็โอเคดีหรอกครับกับการหมุนก้านเจาะจากข้างบนแท่น อารมณ์ปั่นเส้นก๋วยเตี๋ยวหรือปั่นหลอดกาแฟด้านหนึ่ง ปลายอีกด้านหนึ่งมันก็หมุนตามไปด้วยความเร็วรอบ (RPM) ที่เท่าๆกัน แรงบิดและความเร็ว(กำลัง)ในการปั่นก็ขึ้นกับตัวขับหรือมอเตอร์ไฟฟ้าที่อยู่บนแท่น

ต่อมาเมื่อเราขุดลึกไปเรื่อยๆ กำลังมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้หมุนก้านเจาะจากบนแท่นชักจะไม่พอที่จะขุดลงไปลึกๆ (ก็น้ำมันที่อยู่ตื้นๆโดนดูดไปจนหมดแล้วนี่ครับ ก็เลยต้องลงไปหาที่ลึกๆ)

PDM

Positive Displacement Motor

พวกเราก็คิดค้นมอเตอร์ที่ติดอยู่ปลายก้านเจาะขึ้นมา มอเตอร์ตัวนี้ไม่ใช่มอเตอร์ไฟฟ้า เป็นมอเตอร์ที่เรียกว่า hydraulic motor คือใช้การไหลของของไหล(ในที่นี้คือน้ำโคลน)เป็นพลังงานในการหมุน

หลักการก็ง่ายๆ Archimedes คิดมาตั้งแต่เกือบ 300 ปีก่อนคริสตกาล

มันคือกังกันทดน้ำแบบโบราณนี่เอง ดูรูปก็ร้องอ๋อใช่ป่ะ มันคือท่อๆหนึ่ง มีเกลียวติดแกนอยู่ข้างใน เหมือนตะปูเกลียวที่ใช้เจาะฝาพนังแขวนผ้าข้ามม้าแขวนกรอบรูปนั่นแหละ จุ่มปลายด้านหนึ่งลงน้ำ หมุนแกน เกลียวก็จะทดน้ำขึ้นมาได้

ดังนั้นถ้าเราทำกลับกัน คือ เทหรืออัดน้ำใส่จากด้านบน เกลียวก็จะหมุน แกนก็จะหมุนไปด้วย … แจ่มเลยไหมครับ

สมัยนี้เราเรียกสิ่งนี้ว่า screw pump ลองกูเกิลดูได้ หรือ เรียกให้ดูขลังมีภูมิหน่อย ก็เรียกว่า Positive Displacement Pump (PDP) ในกรณีที่หมุนแกนแล้วอยากให้ของเหลวเคลื่อนที่ แต่ถ้าทำกลับกันคือ ปั๊มของเหลวลงไปแล้วอยากให้แกนหมุน มันก็จะคือ Positive Displacement Motor (PDM)

เนื่องจากของเหลวที่เราใช้ขับมอเตอร์พวกนี้คือน้ำโคลน (mud) เราก็เลยเรียก Positive Displacement Motor (PDM) ที่ใช้ในงานของเราสั้นๆว่า mud motor ง่ายดี

เราก็เอามันมาติดไว้ที่ปลายก้านเจาะ เอาหัวเจาะมาติดกับแกนมันแบบรูปข้างล่างนี่ จะเห็นว่าส่วนปลอกที่อยู่กับที่ (stater) มันเป็นยาง ส่วนแท่งเกลียวที่หมุน (rotor) มันเป็นโลหะ แปลว่าอะไรครับ แปลว่าเราต้องเลือกใช้ stater ให้ถูกโฉลกกับประเภทน้ำโคลนและสารเคมีในที่ใช้ เพราะมันเป็นยาง คนที่เรียนเรื่องยางเรื่องวัสดุมาจะเข้าใจดี

มีเรียนฟิสิกส์กันหน่อยดีกว่า อย่าเพิ่งยี้ดิ แหม … มาอ่านเว็บผมต้องมีความรุ้ติดสมองกลับไปบ้าง

พลังงานที่ใส่เข้าไปในมอเตอร์นี้คือ อัตราการไหล (Q) x ผลต่างของความดันของเหลวขาเข้ากับขาออก (pressure drop P2 – P1 หรือ delta P นั่นแหละ) ถ้าใครที่เรียกไฟฟ้ามาเหมือนผม เทียบง่ายๆคือ กระแส(I) x แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมนั่นเอง (V2-V1 หรือ delta V นั่นแหละ)

ส่วนพลังงานที่ออกมาให้เราใช้งานก็คือ แรงบิด (T) x ความเร็วรอบ (RPM) นั่นเอง

ประสิทธิภาพ (eff) ของมอเตอร์ตัวนี้คิดง่ายๆก็คือ พลังงานออก หาร พลังงานเข้า นั่นคือ (T x RPM) / (Q x delta P)

เราไม่ต้องไปคิดให้เมื่อตุ้มหรอก บ.ผู้ผลิตเขามีสเป็กมาให้แล้ว มีกราฟมาให้เสร็จว่า ปั๊ม Q เท่าไร รีดแรงบิดได้เท่าไร ความดันตกคร่อม (คือความดันที่ต้องเสียไปในระบบ) เท่าไร แล้วจะได้ความเร็วรอบ RPM เท่าไร stater แบบนี้รุ่นนี้ใช้กับน้ำโคลนประเภทไหน อายุใช้งานกี่ชม. ฯลฯ เซลส์พูดขายให้เราฟังไฟแลบเลยล่ะกัน 555

เห็นป่ะ มีครบหมดในกราฟเดียว แรงบิด ความเร็วรอบ อัตราการไหล ความดันตกคร่อมที่สูญเสียไป … หุๆ อ่านกราฟให้เป็นก็แล้วกัน 🙂 ถ้าเราเอามันมาตัดด้านขวางก็จะเห็นแบบรูปข้างล่าง

จะเห็นว่าส่วนเว้าของ stater จะมากกว่าส่วนนูนของ rotor อยู่ 1 เสมอ เราเรียกส่วนเว้นส่วนนูนนี้ว่า lobe ออกเสียงว่า โลป ในรูปข้างบน ส่วนเว้านับได้ 6 ส่วนนูนนับได้ 5 เราเรียกมอเตอร์นี้ว่า 5/6 หรือ 5:6 lobe มาดูกันว่า เจ้าอัตราส่วน lobe นั้นสำคัญอย่างไร

ซึ่งก็เหมือนกับการออกแบบทางวิศวกรรม(และชีวิตคนเรา)นั่นแหละครับ ได้อย่างมันก็ต้องเสียอย่าง รูปข้างล่างนี้ตอบคำถามชัดแจ่มแจ้ง

ด้วยกำลังที่ใส่เข้าไป (อัตราการไหล x ความดันตกคร่อม) เท่าๆกัน อยากได้มอเตอร์ที่หมุนได้เร็ว (แต่แรงบิดต่ำ) เหมือนรถเกียร์ 5 ก็เลือกมอเตอร์ที่ lobe ต่ำๆ แต่ถ้าอยากได้มอเตอร์ที่ให้แรงบิดสูงๆ (แต่ความเร็วรอบต่ำ) เหมือนรถเกียร์ 1 ก็เลือกมอเตอร์ที่ lobe สูงๆ

เลือกแล้วเลือกเลยนะครับ จับต่อกับปลายก้านเจาะ ต่อกับหัวเจาะ ยัดลงหลุมแล้ว เปลี่ยนใจไม่ได้แล้วนะครับ ไม่สามารถไปเปลี่ยน lobe ได้เหมือนเปลี่ยนเกียร์

ถ้าอยากเปลี่ยน lobe ก็ต้องถอนก้านเจาะขึ้นมาเปลี่ยนมอเตอร์ทั้งแท่งเลย ถอนก้านเจาะแต่ล่ะทีก็เกือบครึ่งวัน ค่าโสหุ้ยแท่นเจาะนอกชายฝั่งวันล่ะ 2-3 แสนเหรียญ ฮ่าๆ รับผิดชอบกันปายยย ถ้าเลือก lobe ผิด …

แล้วเมื่อไรจะต้องการแรงบิด เมื่อไรจะต้องการความเร็วรอบ หุหุ เป็นทั้งศาสตร์และศิลป์ ศาสตร์คือ ชั้นหินที่แตกต่างกันไปจะตอบสนองต่อแรงบิดและความเร็วรอบที่ต่างกัน อันนี้ไปเรียน rock mechanic มาก่อน 555 ศิลป์ก็คือ ประสบการณ์ล้วนๆว่าเคยเจาะชั้นหินนี้แล้ว lobe ประมาณเท่านี้นี้เจาะได้ดี ได้เร็ว อะไรแบบนี้แหละครับ

คิดอะไรไม่ออกก็แทงกั๊กไว้ก่อนเอาสัก 4/5 หรือ 5/6 กำลังดี ไปโยนหัวโยนก้อยกันเอาหน้างาน 555

ดังนั้น พอเห็นประโยชน์แล้วเนอะ ถ้าหมุนก้านเจาะที่บนแท่นได้ 100 RPM (รอบต่อนาที) mud motor หมุนได้อีก 250 RPM หัวเจาะก็จะหมุน (เมื่อเทียบกับหินที่อยู่นี่งๆที่กำลังโดนเจาะ) 350 RPM ชิลๆ แรงบิดก็เช่นกัน

แล้วพลังงานนี้มาจากไหน ก็มาจากปั๊มไงครั้ง เพราะว่าเราต้องปั๊มน้ำโคลนให้อัตราการไหลเท่าๆเดิม แต่มีความดันตกคร่อมมอเตอร์(สูญเสียไปในระบบ)มากขึ้น คือระบบมีภาระ (load) มากขึ้น ดังนั้นความดันรวมที่ปลายก้านเจาะบนแท่นก็จะสูงขึ้น ปั๊มน้ำโคลนก็จะต้องตัวใหญ่ขึ้น มอเตอร์ที่ขับปั๊มก็ต้องใหญ่ตาม กินไฟฟ้ามากขึ้น กินน้ำมันจากเครื่องปั่นไฟบนแท่นมากขึ้น กินน้ำมันดีเซลที่ใช้ปั่นไฟมากขึ้น ค่าน้ำมันดีเซลก็มากขึ้น ค่าโสหุ้นรวมก็มากขึ้น ต้นทุนการขุดเจาะฯก็มากขึ้น ไปตามส่วน

พอแล้ว ให้รู้แค่นี้พอ ให้รู้มากกว่านี้เดี๋ยวมาแย่งงานผมทำ 555 😛 … ชะแว๊บบบบบ ….

Mud motor

ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Mud_motor

A mud motor (or drilling motor) is a progressive cavity positive displacement pump (PCPD) placed in the drill string to provide additional power to the bit while drilling. The PCPD pump uses drilling fluid (commonly referred to as drilling mud, or just mud) to create eccentric motion in the power section of the motor which is transferred as concentric power to the drill bit. The mud motor uses different rotor and stator configurations to provide optimum performance for the desired drilling operation, typically increasing the number of lobes and length of power assembly for greater horsepower. In certain applications, compressed air, or other gas, can be used for mud motor input power. Normal rotation of the bit while using a mud motor can be from 60 rpm to over 100 rpm.

• Facebook
• Twitter
• Line