ट्राइकोन ड्रिल बिट्स का सही उपयोग
ड्रिलिंग के दौरान चट्टानों की संरचना (लिथोलॉजी) बिट की विफलता को कैसे प्रभावित करती है? चट्टानों की संरचना ड्रिलिंग प्रदर्शन को कई तरह से प्रभावित करती है: यह प्रवेश दर और ड्रिलिंग क्षेत्र को प्रभावित करती है, परिसंचरण हानि, झटके, कुएं का ढहना और पाइप का फंसना जैसी जटिल ड्रिलिंग समस्याएं उत्पन्न कर सकती है, ड्रिलिंग द्रव के व्यवहार को बदल देती है, और बोरहोल की गुणवत्ता (बोरहोल विचलन और अनियमित व्यास) को प्रभावित करती है, जो बदले में सीमेंटिंग की गुणवत्ता पर असर डालती है। चट्टानों की संरचना और उसके ड्रिलिंग व्यवहार का विश्लेषण उपयुक्त बिट के चयन और उसके उपयोग की उपयुक्तता का आकलन करने के लिए आवश्यक है।
चिकनी मिट्टी, मडस्टोन और शेल: ये संरचनाएं ड्रिलिंग द्रव से मुक्त जल को आसानी से अवशोषित कर लेती हैं और फूल जाती हैं, जिससे बोरहोल का व्यास कम हो जाता है और प्रवेश में रुकावट पैदा होती है, जिसके कारण पाइप फंस सकता है। लंबे समय तक जल में भीगे रहने से स्लाउगिंग और बोरहोल का विस्तार भी हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ढहना हो सकता है। जहां संभव हो, ताजे पानी या कम घनत्व और कम चिपचिपाहट वाले मड का उपयोग करें। कार्बोनेशियस शेल में कमजोर जुड़ाव होता है और वे ढहने के लिए प्रवण होते हैं। नरम, चिकनी मिट्टी से भरपूर संरचनाएं तेजी से ड्रिल की जा सकती हैं, लेकिन बिट बॉलिंग के प्रति संवेदनशील होती हैं।
बलुआ पत्थर: बलुआ पत्थर के गुण कणों के आकार, खनिज संरचना और सीमेंट के प्रकार के अनुसार बहुत भिन्न होते हैं। महीन कण, उच्च क्वार्ट्ज़ मात्रा और सिलिका युक्त या लौह-समृद्ध सीमेंट चट्टान को कठोर और अधिक घर्षणशील बनाते हैं, जिससे बिट का घिसाव बढ़ जाता है (जैसे, क्वार्ट्ज़ अरेनाइट)। अधिक चिकनी मिट्टी, अभ्रक या फेल्डस्पार की उपस्थिति चट्टान को नरम और ड्रिल करने में आसान बनाती है। मोटे कण और कमजोर सीमेंटेशन से पारगम्यता बढ़ जाती है और द्रव रिसाव का खतरा बढ़ जाता है; दीवार पर एक मोटी परत बन सकती है जिससे चिपचिपा आसंजन और अटकने की समस्या हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप बिट का संचालन असामान्य हो सकता है।
कंग्लोमरेट: कंग्लोमरेट में ड्रिलिंग करने से अक्सर बिट का उछलना, कंपन और बोरहोल की दीवार का टूटना जैसी समस्याएं होती हैं। यदि पंप की गति कम हो या मिट्टी की चिपचिपाहट अपर्याप्त हो, तो बजरी के आकार के कण आसानी से सतह पर वापस नहीं आते; बड़े टुकड़े बिट के शंकु और दांतों को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
चूना पत्थर: आमतौर पर कठोर होता है, लेकिन इसकी प्रवेश गति धीमी होती है और ड्रिलिंग की लंबाई सीमित होती है। कई चूना पत्थरों में दरारें, छिद्र और गुहाएँ विकसित हो जाती हैं; इनके संपर्क में आने से बिट अटक सकती है, ड्रिलिंग में रुकावट आ सकती है, परिसंचरण बाधित हो सकता है और कभी-कभी झटके लग सकते हैं या बिट फट सकती है। चूना पत्थर ड्रिलिंग की प्रवेश गति, यांत्रिक दर और बिट के घिसाव को बहुत प्रभावित करता है। कठोर और नरम परतों का बारी-बारी से होना (उदाहरण के लिए कठोर बलुआ पत्थर के साथ मिश्रित मडस्टोन) और अत्यधिक झुकाव वाली संरचनाएँ बोरहोल के विचलन की संभावना को बढ़ाती हैं; अत्यधिक झुकाव वाले छेदों की ड्रिलिंग करते समय बिट के क्षतिग्रस्त होने की संभावना अधिक होती है। घुलनशील नमक की परतें (जिप्सम, हैलाइट, आदि) मिट्टी के गुणों को खराब कर सकती हैं और बिट के सामान्य प्रदर्शन को बाधित कर सकती हैं।
ड्रिलिंग पैरामीटर और उनके प्रभाव ड्रिलिंग प्रक्रिया में मुख्य नियंत्रणीय पैरामीटर बिट पर भार (WOB), घूर्णी गति (RPM) और मड परिसंचरण दर हैं। इन पैरामीटरों का चयन निर्माण की स्थितियों, बिट के प्रकार, ड्रिलिंग रिग की क्षमताओं और ऑपरेटर के कौशल के आधार पर किया जाना चाहिए। ड्रिलिंग पैरामीटरों को आमतौर पर इस प्रकार वर्गीकृत किया जाता है:
ड्रिलिंग के लिए अनुकूलित मापदंड: वे मापदंड जो दी गई परिस्थितियों में सर्वोत्तम आर्थिक परिणाम प्राप्त करते हैं।
आक्रामक (या उन्नत) ड्रिलिंग पैरामीटर: अधिक प्रवेश दर प्राप्त करने के लिए सामान्य से अधिक मान।
विशेष ड्रिलिंग तकनीकें: विशिष्ट उद्देश्यों के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट विधियाँ या सीमित पैरामीटर सेट।
विभिन्न पैरामीटर विकल्पों के लिए विभिन्न प्रकार के बिट की आवश्यकता होती है; विभिन्न ड्रिलिंग स्थितियों के तहत बिट विभिन्न तंत्रों द्वारा विफल हो जाते हैं और उनके साथ तदनुसार व्यवहार किया जाना चाहिए।
2.1 बिट पर भार का प्रभाव (WOB): बिट के मुख पर चट्टान को तोड़ने के लिए WOB एक आवश्यक शर्त है। WOB का परिमाण चट्टान तोड़ने के तरीके और विशेषताओं को निर्धारित करता है और प्रवेश दर और बिट के घिसाव को सीधे प्रभावित करता है। अक्षीय भार और घूर्णी टॉर्क के तहत, काटने वाले दांत चट्टान में धंसते और उसे काटते समय घिस जाते हैं, कुंद हो जाते हैं या टूट जाते हैं, जिससे स्पष्ट रूप से प्रवेश प्रभावित होता है। WOB बढ़ने पर, प्रवेश आमतौर पर बढ़ता है, लेकिन बेयरिंग और काटने वाले दांत तेजी से घिसते हैं, जिससे प्रवेश प्रभावित होता है। WOB और प्रवेश के बीच संबंध तीन अलग-अलग चरणों में बदलता है:
सतही विखंडन अवस्था: जब WOB चट्टान की धंसाव कठोरता से कम होता है, तो काटने वाले दांत चट्टान में प्रवेश नहीं कर पाते बल्कि केवल उसकी सतह को घिसते हैं। घिसाव अधिक होता है और प्रवेश कम होता है, हालांकि WOB बढ़ने के साथ प्रवेश भी आनुपातिक रूप से बढ़ता है।
थकान-विखंडन चरण: जब WOB चट्टान की धंसाव कठोरता के करीब पहुंचता है, तो दांतों की बार-बार क्रिया से कई सतही दरारें उत्पन्न होती हैं और पूर्ण प्रवेश के बिना भी प्रगतिशील विखंडन होता है।
बल्क-फ्रैक्चर चरण: जब WOB चट्टान की इंडेंटेशन कठोरता से अधिक हो जाता है, तो दांत अंदर तक प्रवेश करते हैं और बल्क फ्रैक्चरिंग उत्पन्न करते हैं; ड्रिलिंग कुशल हो जाती है और यह सामान्य ड्रिलिंग प्रक्रिया है। इसलिए, दांतों को अंदर तक प्रवेश करने और बल्क फ्रैग्मेंटेशन उत्पन्न करने के लिए लगाया गया WOB पर्याप्त होना चाहिए।
ट्राइकॉन बिट्स पर किए गए परीक्षणों में WOB को दोगुना करने से पता चला कि अलग-अलग चट्टानें अलग-अलग प्रतिक्रिया देती हैं: मध्यम कठोर चट्टानों (चट्टान वर्ग 6-7) में प्रवेश दर में सबसे अधिक वृद्धि देखी गई; नरम (वर्ग 4-5) और कठोर (वर्ग 8-9) चट्टानों में कम वृद्धि हुई। चिपचिपी नरम संरचनाओं में ड्रिलिंग करने से मड ब्रिजिंग और बिट अटकने की समस्या हो सकती है, इसलिए WOB अपेक्षाकृत कम होना चाहिए। अत्यधिक घर्षणकारी संरचनाओं में, अपर्याप्त WOB के कारण बिट समय से पहले घिस जाता है, इसलिए WOB को उचित रूप से बढ़ाया जाना चाहिए। जब टूटी हुई संरचनाओं का सामना करना पड़ता है, तो बिट का उछलना आम बात है और दांत टूटने या छिलने से बचने के लिए WOB को कम किया जाना चाहिए। इसलिए, WOB एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो दांत के पर्याप्त प्रवेश और दांत के घिसाव को कम करने के बीच संतुलन बनाए रखता है।
2.2 घूर्णी गति (आरपीएम) का प्रभाव घूर्णी गति यह मापती है कि दिए गए व्यास का एक बिट कितनी तेज़ी से घूमता है। चूंकि चट्टान तोड़ने का व्यवहार और डब्ल्यूओबी का प्रभाव चट्टान की कठोरता के साथ बदलता रहता है, इसलिए चट्टान तोड़ने और यांत्रिक प्रवेश पर आरपीएम के प्रभाव का आकलन करते समय चट्टान की संरचना और चट्टान टूटने में लगने वाले समय जैसे कारकों को ध्यान में रखना आवश्यक है।
नरम संरचनाओं में आरपीएम: नरम, अत्यधिक लचीली और कम घर्षण वाली संरचनाओं (जैसे, मिट्टी जैसी परतें) में चिप की मोटाई दांत की प्रवेश गहराई के बराबर होती है और दांत का घिसाव न्यूनतम होता है। डब्लूओबी को स्थिर रखते हुए, आरपीएम और यांत्रिक प्रवेश दर लगभग समानुपातिक रूप से बढ़ती हैं।
मध्यम-कठोर और कठोर चट्टानों में RPM: इन चट्टानों में धंसाव की कठोरता और घर्षण अधिक होता है; दांत जल्दी घिस जाते हैं, संपर्क क्षेत्र बढ़ जाता है, और दरार के फैलने और विरूपण का समय बढ़ जाता है। प्रवेश धीमा हो जाता है और अधिक WOB की आवश्यकता होती है। कठोर चट्टानों में RPM बढ़ाने से प्रति चक्कर चट्टान तोड़ने का समय बढ़ सकता है, इसलिए अत्यधिक RPM दांतों के अलग होने से पहले पूर्ण विखंडन को रोक सकता है, जिससे प्रभावी प्रवेश कम हो जाता है और घिसाव बढ़ जाता है। इसलिए, मध्यम-कठोर या कठोर चट्टानों में RPM को अत्यधिक नहीं बढ़ाना चाहिए।
चट्टानों के प्रकारों के बीच आरपीएम में अंतर: प्रत्येक चट्टान प्रकार की एक विशिष्ट प्रतिक्रिया वक्र और एक सीमित आरपीएम होती है। चिकनी मिट्टी में, प्रवेश दर आरपीएम के साथ आनुपातिक रूप से बढ़ती है; कठोर, अत्यधिक अपघर्षक चट्टानों में, प्रवेश आरपीएम के साथ धीमी गति से बढ़ता है क्योंकि चट्टान के टूटने में अधिक समय लगता है और सीमित आरपीएम कम होती है—उस सीमा से अधिक होने पर वास्तव में प्रवेश कम हो सकता है।
ट्राइकॉन बिट्स पर आरपीएम को दोगुना करने के परीक्षण परिणामों से पता चलता है कि ग्रेड 4 की चट्टान (जैसे संगमरमर) के लिए प्रवेश दर में लगभग 93% की वृद्धि हुई, जबकि ग्रेड 9 के पोरफाइरिटिक ग्रेनाइट के लिए यह वृद्धि केवल लगभग 28% थी। ग्रेड 4 से ग्रेड 9 तक, आरपीएम के साथ प्रवेश में वृद्धि एक वक्र के अनुदिश घटती है। इस प्रकार, आरपीएम बढ़ाने से नरम, कम घर्षण वाली संरचनाओं को लाभ होता है, लेकिन कठोर, अत्यधिक घर्षण वाली संरचनाओं में इसका सीमित लाभ मिलता है।
