जमीन के नीचे ड्रिल रॉड पर लगने वाले हर बल (और उन्हें जानने से स्टील खरीदने का आपका तरीका क्यों बदल जाता है)
ड्रिल रॉड खरीदने वाले अधिकांश लोग इसे इस आधार पर खरीदते हैं कि यह कितने मीटर चलने के बाद टूट जाएगी। खरीदारी के लिए बनाई गई शीट के हिसाब से तो यह ठीक है, लेकिन अगर आप इसे समझना चाहते हैं...क्योंछड़ें विफल हो जाती हैं - और ऐसा क्यों होता है कि महंगी छड़ें कभी-कभी विफल नहीं होतीं, और सस्ती छड़ें कभी-कभी विफल हो जाती हैं - इसके लिए आपको बलों के संदर्भ में सोचना होगा।
ड्रिल रॉड देखने में सरल लगती है। यह दोनों सिरों पर धागों वाली एक स्टील की छड़ होती है। लेकिन एक मीटर छेद करने में लगने वाले तीस सेकंड के दौरान, इस छड़ पर इतना भार पड़ता है जितना शायद ही किसी मशीन के पुर्जे पर पड़ता है। यहां रॉड पर लगने वाले सभी बल, उसी क्रम में बताए गए हैं जिस क्रम में वे रॉड पर पड़ते हैं।
अक्षीय संपीड़न और तनाव — धक्का-खींच चक्र
यह तो स्पष्ट है। पिस्टन शैंक एडाप्टर से टकराता है। शैंक रॉड से टकराता है। रॉड बिट से टकराती है। बिट चट्टान से टकराता है।
लेकिन बहुत से लोग एक बात भूल जाते हैं: पत्थर भी पलटवार करता है।
जब रॉड चट्टान से टकराती है, तो चट्टान केवल प्रहार को अवशोषित नहीं करती। यह एक परावर्तित तनाव तरंग को रॉड के माध्यम से वापस भेजती है। यह तरंग तन्य होती है - यह रॉड को धकेलने के बजाय खींचती है। इस प्रकार, एक ही प्रहार में, रॉड संपीड़न से तनाव और फिर वापस संपीड़न की अवस्था में आ जाती है। 50 प्रहार प्रति सेकंड की दर से, यह प्रति सेकंड 50 पूर्ण धक्का-खींच चक्र होते हैं, यानी प्रति घंटे 180,000 चक्र।
उस छड़ में मौजूद हर धागे का सिरा, हर अनुप्रस्थ काट का बदलाव, हर धातु संबंधी असंतुलन एक मिनट में तीन हजार बार खिंचता और दबता है। छड़ इसलिए टिकी रहती है क्योंकि तनाव का स्तर उचित रूप से ऊष्मा-उपचारित इस्पात की थकान सीमा से नीचे रहता है। लेकिन अगर यह सीमा कम हो जाती है - चाहे ज़्यादा गरम होने से हो, सतह पर किसी खराबी से हो, या ऊष्मा-उपचार में किसी कमज़ोरी से - तो समय शुरू हो जाता है।
झुकने का तनाव — दुबलेपन की समस्या
ड्रिल रॉड एक पतली स्तंभनुमा संरचना होती है। सुरंग बनाने के लिए इस्तेमाल होने वाली R32 रॉड तीन मीटर लंबी हो सकती है, जिसका थ्रेडेड भाग 32 मिलीमीटर व्यास का होता है। इसका आस्पेक्ट रेशियो लगभग 100:1 होता है।
तीन चीजें उस स्तंभ में झुकाव पैदा करती हैं। गुरुत्वाकर्षण बल ही एक लंबी छड़ को झुका सकता है, खासकर दस या उससे अधिक छड़ों की श्रृंखला में। फीड फोर्स (ड्रिल को आगे धकेलने वाला दबाव) भी इसमें योगदान देता है यदि वह पूरी तरह से अक्षीय न हो। और प्रभाव बल, यदि छड़ बिल्कुल सीधी न हो, तो प्रत्येक प्रहार के साथ झुकाव पैदा करता है क्योंकि ऊर्जा का पथ केंद्र रेखा से विचलित हो जाता है।
बेंडिंग स्ट्रेस महत्वपूर्ण है क्योंकि यह योगात्मक होता है। एक छड़ जो केवल अक्षीय संपीड़न के अधीन है, 200 किलोनाइट्रोजन का प्रभाव झेल सकती है। यदि उसमें थोड़ा सा झुकाव या फीड में गड़बड़ी के कारण बेंडिंग मोमेंट जुड़ जाए, तो मोड़ के बाहरी फाइबर पर अधिकतम तनाव अक्षीय भार से उत्पन्न तनाव का दोगुना हो सकता है। इसी कारण एक छड़, जो वास्तव में ठीक होनी चाहिए थी, अपनी निर्धारित लंबाई के आधे पर ही टूट जाती है।
मरोड़ तनाव — घुमाव
हाइड्रोलिक ड्रिफ्टर पर लगा रोटेशन मोटर, ड्रिल स्ट्रिंग (शैंक, रॉड, कपलिंग और बिट) के पूरे हिस्से को घुमाने के लिए टॉर्क लगाता है। रॉड को उस टॉर्क को संचारित करने के साथ-साथ अक्षीय प्रभाव और मौजूद बेंडिंग लोड को भी सहन करना पड़ता है।
मरोड़ तनाव संयुक्त तनाव की स्थिति में जुड़ जाता है। मरोड़, झुकाव और अक्षीय प्रभाव के अधीन एक छड़ त्रिअक्षीय तनाव की स्थिति में होती है। ऐसी स्थिति में विफलता का पूर्वानुमान लगाना आसान नहीं है - यह सापेक्ष परिमाणों और बहुअक्षीय भार के प्रति पदार्थ की प्रतिक्रिया पर निर्भर करता है। व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण बात यह है कि उच्च मरोड़ कठोरता वाली छड़ आसानी से मुड़ने वाली छड़ की तुलना में संयुक्त भार को बेहतर ढंग से सहन करती है, क्योंकि कम कोणीय विक्षेपण का अर्थ है कि छड़ के शरीर में कम ऊर्जा का क्षय होता है और वह चट्टान को अधिक ऊर्जा प्रदान करती है।
बाहरी टूट-फूट — घर्षण, खरोंच और पानी
सभी बल ड्रिल से ही नहीं आते। छेद स्वयं एक घर्षणशील वातावरण होता है।
जब छेद सीधा न हो, तो छड़ छेद की दीवार से रगड़ खाती है। बहते पानी के साथ चट्टान के टुकड़े छड़ के चारों ओर घूमते हैं और गीले सैंडपेपर की तरह सतह पर घिसते हैं। बहता पानी, जिसमें अक्सर महीन अपघर्षक कण होते हैं, समय के साथ छड़ की सतह को नष्ट कर देता है। संक्षारक भूजल स्थितियों में - उदाहरण के लिए, अम्लीय खदान का पानी - स्टील पर रासायनिक हमले के साथ-साथ यांत्रिक भार भी पड़ता है, जिससे तनाव संक्षारण तंत्र के माध्यम से थकान दरारों की प्रक्रिया तेज हो जाती है।
यही कारण है कि रॉड की सतह की फिनिशिंग महत्वपूर्ण होती है, और यही कारण है कि स्पेसिफिकेशन शीट पर एक जैसी दिखने वाली रॉड जमीन के नीचे अलग-अलग तरह से व्यवहार कर सकती हैं। एक चिकनी, अच्छी तरह से तैयार सतह दरारों के बनने को रोकती है। मशीनिंग के निशान या पपड़ी वाली खुरदरी सतह जंग और थकान को पनपने का मौका देती है।
वाइल्ड कार्ड्स — विशेष अभियान
फिर कुछ ऐसे काम भी होते हैं जिनके लिए छड़ी को कभी बनाया ही नहीं गया था, लेकिन फिर भी उसे करने के लिए कहा जाता है।
ड्रिल स्ट्रिंग से चट्टान को ढीला करना। ढह चुके छेद में फंसी हुई रॉड को खींचकर निकालना। फीड प्रेशर कम होने और बिट का चट्टान से संपर्क टूट जाने पर ब्लैंक फायरिंग करना। चिकनी सतह वाले छेद में रॉड को चलाना, जहां दीवारें टूटी हुई और खुरदरी हों। इनमें से प्रत्येक स्थिति रॉड पर ऐसे भार डालती है जो डिज़ाइन सीमा से बाहर होते हैं।
एक छड़ जो हज़ार मीटर तक सामान्य ड्रिलिंग का काम संभाल सकती है, पहली ही बार में किसी औज़ार से तोड़ने पर टूट सकती है। बल अलग-अलग होते हैं, तनाव का स्तर अलग-अलग होता है, और छड़ को इस बात का पता नहीं होता या उसे परवाह नहीं होती कि उसे इससे ज़्यादा समय तक चलना चाहिए था।
खरीदते समय यह क्यों मायने रखता है
इसका व्यावहारिक निष्कर्ष यह है। जब आप समान विशिष्टताओं वाली दो ड्रिल रॉड को देखते हैं — एक ही प्रकार का थ्रेड, एक ही लंबाई, एक ही स्टील ग्रेड — और एक की कीमत 30% अधिक होती है, तो अंतर लगभग हमेशा इस बात में होता है कि रॉड इस बहु-अक्षीय भार वातावरण को कैसे संभालती है।
सस्ती छड़ की सतह की कठोरता तो सही हो सकती है, लेकिन उसके भीतरी भाग में अचानक बदलाव आ सकता है, जिससे वह झुकने के कारण जल्दी खराब हो सकती है। उसकी तन्यता शक्ति तो सही हो सकती है, लेकिन सतह की फिनिशिंग खराब हो सकती है, जिससे उसमें जंग लगने की संभावना बढ़ जाती है। उसकी ज्यामिति तो सही हो सकती है, लेकिन सीधापन एक जैसा नहीं होता, इसलिए स्ट्रिंग में लगी हर छड़ अपने आप झुकने का कारण बन जाती है।
जो छड़ महंगी होती है और लंबे समय तक चलती है, वह कोई जादू नहीं है। यह तो बस स्टील है जिसे इस तरह से संसाधित किया गया है कि वह एक साथ पांचों प्रकार के बल को सहन कर सके, न कि केवल उस बल को जिसे निर्दिष्ट करना सबसे आसान हो।
