स्क्रू-टाइप डाउनहोल ड्रिलिंग टूल्स — बुनियादी जानकारी
संक्षिप्त विवरण: स्क्रू-टाइप डाउनहोल ड्रिलिंग टूल एक वॉल्यूमेट्रिक, डाउनहोल पावर टूल है जो ड्रिलिंग फ्लूइड (मड) को अपने पावर सोर्स के रूप में उपयोग करता है और हाइड्रोलिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। सतह से पंप किया गया मड एक बाईपास वाल्व से होकर डाउनहोल मोटर में प्रवेश करता है। मोटर के इनलेट और आउटलेट के बीच दबाव अंतर के कारण रोटर स्टेटर के अंदर घूमने लगता है। रोटर की गति और टॉर्क एक यूनिवर्सल जॉइंट (फ्लेक्स शाफ्ट) और एक ड्राइव शाफ्ट के माध्यम से ड्रिल बिट तक संचारित होते हैं, जिससे ड्रिलिंग संभव हो पाती है।
मुख्य घटक: एक स्क्रू-टाइप ड्रिलिंग असेंबली में मुख्य रूप से चार प्रमुख असेंबली शामिल होती हैं: बाईपास वाल्व, मड मोटर, यूनिवर्सल जॉइंट और ड्राइव शाफ्ट।
मड मोटर मुख्य घटक है। फील्ड अनुभव और सैद्धांतिक विश्लेषण से पता चलता है कि सामान्य और विश्वसनीय संचालन के लिए, प्रत्येक मोटर स्टेज में प्रेशर ड्रॉप आदर्श रूप से 0.8 एमपीए से अधिक नहीं होना चाहिए; अन्यथा फ्लूइड लीकेज होता है, रोटर की गति तेजी से गिरती है, और गंभीर मामलों में रोटेशन रुक सकता है और मोटर क्षतिग्रस्त हो सकती है। (एक मोटर लीड एक स्टेज के बराबर होती है।) फील्ड में उपयोग किए जाने वाले मड फ्लो को अनुशंसित सीमा के भीतर रखना आवश्यक है; इस सीमा से बाहर का फ्लो मोटर की दक्षता को कम करता है और घिसाव बढ़ाता है। मोटर के प्रदर्शन पैरामीटर संपूर्ण ड्रिलिंग असेंबली के मुख्य प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं। मोटर का सैद्धांतिक आउटपुट टॉर्क मोटर प्रेशर ड्रॉप के समानुपाती होता है, और आउटपुट रोटेशनल स्पीड इनपुट मड फ्लो के समानुपाती होती है। बिट लोड बढ़ने पर आरपीएम गिरता है; इसलिए सरफेस पंप फ्लो और पंप प्रेशर (स्टैंडपाइप प्रेशर गेज के माध्यम से) की निगरानी करके डाउनहोल टॉर्क और स्पीड का अनुमान लगाया जा सकता है और उसे नियंत्रित किया जा सकता है।
बाईपास वाल्व एक बॉडी, स्लीव, वाल्व एलिमेंट (कोर) और स्प्रिंग से मिलकर बना होता है। दबाव पड़ने पर वाल्व एलिमेंट स्लीव के अंदर सरकता है और इसकी स्थिति तरल पदार्थ के प्रवाह को बदलकर दो अवस्थाएँ प्रदान करती है: बाईपास (खुला) और बंद। रन-इन या ट्रिपिंग के दौरान, स्लीव और बॉडी पोर्ट खुले रहते हैं जिससे कीचड़ मोटर को बाईपास करके एनुलस में प्रवाहित होता है। जब कीचड़ का प्रवाह और दबाव वाल्व के निर्धारित बिंदु तक पहुँच जाता है, तो वाल्व एलिमेंट नीचे की ओर खिसककर बाईपास पोर्ट को बंद कर देता है; फिर कीचड़ मोटर से होकर प्रवाहित होता है, जिससे हाइड्रोलिक ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यदि प्रवाह बहुत कम हो जाता है या पंपिंग बंद हो जाती है, तो स्प्रिंग वाल्व एलिमेंट को ऊपर की ओर धकेलती है और वाल्व फिर से खुल जाता है जिससे कीचड़ दोबारा मोटर को बाईपास कर देता है।
मोटर की संरचना और कार्यप्रणाली: मोटर में एक स्टेटर और एक रोटर होता है। स्टेटर का निर्माण स्टील के आवरण की भीतरी दीवार पर रबर लाइनर चिपकाकर किया जाता है; इसका भीतरी भाग एक निश्चित ज्यामिति वाला हेलिक्स होता है। रोटर कठोर स्टील का स्क्रू होता है। रोटर और स्टेटर अपने लीड अंतर के कारण आपस में जुड़कर हेलिकल सीलबंद कक्ष बनाते हैं, जिससे ऊर्जा का रूपांतरण संभव होता है। रोटर एकल-लोब या बहु-लोब वाले हो सकते हैं। कम लोब होने पर गति अधिक होती है लेकिन टॉर्क कम होता है; अधिक लोब होने पर गति कम और टॉर्क अधिक होता है।
यूनिवर्सल जॉइंट मोटर की ग्रहीय (सनकी) गति को ड्राइव शाफ्ट के स्थिर घूर्णन में परिवर्तित करता है और मोटर के टॉर्क और गति को ड्राइव शाफ्ट और बिट तक पहुंचाता है। आमतौर पर लचीले शाफ्ट वाले यूनिवर्सल जॉइंट का उपयोग किया जाता है।
ड्राइव शाफ्ट मोटर से बिट तक घूर्णी शक्ति संचारित करता है और साथ ही बिट पर वजन और निर्माण संपर्क द्वारा उत्पन्न अक्षीय और रेडियल भार को भी वहन करना पड़ता है।
परिचालन आवश्यकताएँ
ड्रिलिंग द्रव की आवश्यकताएँ: स्क्रू-टाइप मोटरें विभिन्न प्रकार के ड्रिलिंग द्रवों के साथ प्रभावी ढंग से काम कर सकती हैं, जिनमें तेल-आधारित मड, इमल्शन, जल-आधारित बेंटोनाइट मड और यहाँ तक कि अपेक्षाकृत साफ पानी भी शामिल हैं। मड की श्यानता और घनत्व का मोटर के प्रदर्शन पर सीधा प्रभाव कम होता है, लेकिन सिस्टम के दबाव पर इनका सीधा प्रभाव पड़ता है। यदि अनुशंसित प्रवाह पर दबाव पंप के निर्धारित दबाव से अधिक हो जाता है, तो प्रवाह को कम किया जाना चाहिए या मोटर और बिट के बीच दबाव में अंतर को कम किया जाना चाहिए। रेत जैसे ठोस कण बियरिंग और मोटर स्टेटर पर घिसाव को बढ़ाते हैं, इसलिए ठोस पदार्थों की मात्रा 1% से कम रखी जानी चाहिए। प्रत्येक मोटर मॉडल के लिए एक निर्दिष्ट इनपुट प्रवाह सीमा निर्धारित होती है जहाँ दक्षता अच्छी होती है; उस सीमा का मध्य बिंदु आमतौर पर इष्टतम परिचालन प्रवाह होता है।
मड प्रेशर और पंप प्रेशर कंट्रोल: जब मोटर तल से ऊपर होती है और प्रवाह स्थिर होता है, तो मोटर के आर-पार प्रेशर ड्रॉप स्थिर रहता है। जैसे ही बिट तल के संपर्क में आती है और बिट पर भार बढ़ता है, सर्कुलेटिंग प्रेशर और पंप प्रेशर दोनों बढ़ते हैं। ड्रिलर निम्न सूत्र का उपयोग कर सकता है: तल पर पंप प्रेशर (ड्रिलिंग के दौरान) = तल से ऊपर सर्कुलेटिंग पंप प्रेशर + मोटर लोड प्रेशर ड्रॉप। तल से ऊपर सर्कुलेटिंग पंप प्रेशर वह पंप प्रेशर होता है जब मोटर तल से ऊपर होती है (जिसे फ्री-ऑफ-बॉटम या सर्कुलेशन पंप प्रेशर भी कहा जाता है)। यह कुएं की गहराई और मड के गुणों के अनुसार बदलता रहता है, इसलिए यह एक स्थिर मान नहीं है। व्यवहार में, स्टैंड उठाने के तुरंत बाद मापा गया तल से ऊपर का प्रेशर कंट्रोल गणनाओं के लिए एक अनुमानित मान के रूप में पर्याप्त होता है। जब तल पर पंप प्रेशर मोटर के अनुशंसित अधिकतम मान तक पहुँच जाता है, तो मोटर अपना इष्टतम टॉर्क उत्पन्न करती है; बिट पर भार में और वृद्धि से पंप प्रेशर बढ़ेगा और यदि अधिकतम डिज़ाइन प्रेशर से अधिक हो जाता है, तो मोटर रुक सकती है। ऐसी स्थिति में, आंतरिक क्षति को रोकने के लिए ड्रिलर को बिट पर भार तुरंत कम करना चाहिए।
संचालन और उपयोग
पहले उपयोग से पहले सामान्य नोट: घटकों के बीच थ्रेडेड कनेक्शन कारखाने में अवायवीय चिपकने वाले पदार्थ से तैयार किए जाते हैं और निर्दिष्ट मानों तक टॉर्क किए जाते हैं; पहले उपयोग से पहले पुनः टॉर्क करने की सामान्यतः आवश्यकता नहीं होती है।
छेद में डालने से पहले सतह का निरीक्षण करें
लिफ्टिंग सब की मदद से असेंबली को उठाएं और उसे रोटरी टेबल पर इस तरह रखें कि बाईपास वाल्व टेबल के ऊपर हो और आसानी से दिखाई दे। सेफ्टी स्लिप्स लगाएं और लिफ्टिंग सब को हटा दें।
बायपास वाल्व की कार्यप्रणाली की जाँच करें: वाल्व एलिमेंट को लकड़ी की छड़ी से नीचे दबाएँ और छोड़ दें; स्प्रिंग को एलिमेंट को सुचारू रूप से वापस ऊपर लाना चाहिए। किसी भी प्रकार की रुकावट न होने की पुष्टि के लिए इसे 3-5 बार दोहराएँ।
रोटरी टेबल के नीचे बाईपास पोर्ट रखते हुए, पंप को थोड़ी देर के लिए चालू करें: बाईपास पोर्ट बंद हो जाना चाहिए, मोटर चालू हो जानी चाहिए और ड्राइव जॉइंट घूमना चाहिए। पंप बंद करने के बाद, वाल्व एलिमेंट रीसेट हो जाना चाहिए और बाईपास पोर्ट के माध्यम से कीचड़ बाहर निकल जाना चाहिए, जो सामान्य कार्यप्रणाली को दर्शाता है।
छेद में मोटर चलाना
तेजी से नीचे उतरने से बचने के लिए चलने की गति को सख्ती से नियंत्रित करें, क्योंकि इससे मोटर उलटी दिशा में चल सकती है और आंतरिक थ्रेडेड कनेक्शन खुल सकते हैं, और रेत के पुलों, आवरण के किनारों या चट्टानों से गुजरते समय क्षति को रोका जा सकता है।
गहरे या उच्च तापमान वाले हिस्सों में, और असंगठित रेत क्षेत्रों से गुजरते समय, मोटर को ठंडा करने, स्टेटर रबर की सुरक्षा करने और रेत के जमने से रोकने के लिए समय-समय पर कीचड़ का संचार करें।
जैसे ही मोटर तल के करीब पहुंचे, प्रवाह की गति धीमी कर दें; अंतिम प्लेसमेंट से पहले, कम प्रवाह से शुरू करते हुए ड्रिलिंग के टुकड़े सतह पर वापस आने तक प्रवाह को बढ़ाएं, फिर आवश्यकतानुसार प्रवाह बढ़ाएं।
मोटर को झटके से नीचे न गिराएं और न ही उसे नीचे स्थिर रहने दें।
मोटर से ड्रिलिंग करना
ड्रिलिंग शुरू करने से पहले छेद के निचले हिस्से को अच्छी तरह से साफ करें और ऑफ-बॉटम सर्कुलेटिंग पंप के दबाव को मापें।
शुरुआत में ड्रिलिंग का भार धीरे-धीरे लगाएं। ड्रिलिंग कार्यों को नियंत्रित करने के लिए ऊपर दिए गए पंप-दबाव संबंध का उपयोग करें।
शुरुआत में बहुत तेजी से ड्रिल न करें; मोटर, बिट और छेद का निचला भाग "कसकर" जुड़े होते हैं और छेद की अपर्याप्त सफाई से बिट बॉलिंग हो सकती है।
मोटर का टॉर्क मोटर के दबाव में गिरावट के समानुपाती होता है; बिट पर वजन बढ़ाने से मोटर का भार बढ़ता है और इस प्रकार मोटर के दबाव में गिरावट और टॉर्क भी बढ़ता है।
ड्रिलिंग की सुचारू और एकसमान दर और ड्रिल स्ट्रिंग की स्थिरता बोरहोल के झुकाव नियंत्रण और दिशात्मक सटीकता को बनाए रखने में मदद करती है।
गड्ढे से बाहर निकालना और निरीक्षण करना
बायपास वाल्व को साफ पानी से धो लें और एक लकड़ी की छड़ी से वाल्व एलिमेंट को ऊपर और नीचे तब तक हिलाएं जब तक कि वह ठीक से बंद न हो जाए।
असेंबली को पाइप रिंच से पकड़ें, ड्राइव-जॉइंट को चेन रिंच से दक्षिणावर्त घुमाएं और साथ ही बाईपास वाल्व के ऊपरी हिस्से से साफ पानी डालकर अंदरूनी भाग को साफ करें, फिर मोटर में थोड़ी मात्रा में चिकनाई वाला तेल (खनिज तेल) डालें।
पाइप फंसने या मोटर को नुकसान से बचाने के लिए खींचने की गति को नियंत्रित करें।
बेयरिंग क्लीयरेंस मापें; यदि शाफ्ट बेयरिंग क्लीयरेंस अनुमेय सीमा से अधिक है, तो मोटर की मरम्मत और बेयरिंग को बदलना आवश्यक है। पुनः उपयोग या मरम्मत की गई मोटरों में, अक्षीय बेयरिंग क्लीयरेंस को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जाना चाहिए।
रन से पहले सतह की जाँच सूची (सारांश)
लिफ्टिंग सब-टू-बाईपास वाल्व कनेक्शन को छोड़कर सभी हाउसिंग पर थ्रेड लॉकिंग कंपाउंड लगाया जाता है।
सही बिट एडाप्टर का उपयोग करके स्क्रू-टाइप बिट लगाएं। चेन रिंच का उपयोग केवल ड्राइव-शाफ्ट सिरे पर करें और कसते समय आंतरिक थ्रेड्स को ढीला होने से बचाने के लिए इसे केवल वामावर्त (ऊपर से देखने पर) घुमाएं।
लिफ्टिंग सब की मदद से मोटर को उठाएं और उसे रोटरी में रखें; बाईपास वाल्व को ऐसी जगह पर रखें जहां से उसे देखा जा सके, उसे स्लिप्स से सुरक्षित करें और लिफ्टिंग सब को हटा दें।
बायपास वाल्व की सीलिंग की जाँच करें: वाल्व एलिमेंट को नीचे दबाएँ और ऊपर से बायपास क्षेत्र में पानी भरें। यदि वाल्व ठीक से बंद है, तो पानी के स्तर में कोई खास गिरावट नहीं आनी चाहिए। स्टिक को हटाएँ; वाल्व एलिमेंट स्प्रिंग की मदद से ऊपर उठ जाना चाहिए और साइड पोर्ट से पानी समान रूप से बहना चाहिए - यह सामान्य स्थिति को दर्शाता है।
मशीन चालू करने के बाद, बाईपास वाल्व को केली/रोटरी के नीचे दिखाई देने वाली जगह पर रखें। मड पंप चालू करें और धीरे-धीरे प्रवाह बढ़ाएं जब तक कि बाईपास वाल्व बंद न हो जाए। मोटर को थोड़ा ऊपर उठाएं और देखें कि बिट घूम रहा है या नहीं; वाल्व बंद होने पर बाईपास से कोई कीचड़ बाहर नहीं निकलना चाहिए। पंप बंद करने के बाद, पुष्टि करें कि बाईपास फिर से खुल गया है और बाईपास पोर्ट से कीचड़ निकल रहा है। पंप चलते समय बाईपास वाल्व को रोटरी टेबल से ऊपर न उठाएं ताकि रिग फ्लोर दूषित न हो।
डिजाइन किए गए असेंबली के अनुसार, आवश्यक बेंट सब, नॉन-मैग्नेटिक ड्रिल कॉलर, स्टेबलाइजर आदि को असेंबल करें।
गड्ढे में दौड़ना — अतिरिक्त मार्गदर्शन
रेत के पुलों, चट्टानों या आवरण के किनारों से होने वाले नुकसान से बचने के लिए उतरने की गति को नियंत्रित करें। यदि ऐसे खंड सामने आते हैं, तो कीचड़ को घुमाएँ और आगे बढ़ने से पहले धीरे-धीरे छेद को खोलें।
यदि बेंट सब या बेंट हाउसिंग का उपयोग किया जाता है, तो बिट साइड बोरहोल की दीवार या केसिंग शूज़ के संपर्क में अधिक आसानी से आ सकती है; साइड-ट्रैकिंग प्रभावों को कम करने के लिए असेंबली को समय-समय पर घुमाते रहें।
गहरे या उच्च तापमान वाले कुओं के लिए, बिट प्लगिंग को रोकने और स्टेटर रबर को गर्मी से होने वाले नुकसान से बचाने के लिए, मशीन को चालू करते समय रुक-रुक कर परिसंचरण करें।
यदि उतरते समय बायपास पोर्ट से कीचड़ तेजी से नहीं बहता है, तो रन-इन गति धीमी कर दें या बीच-बीच में रुककर मोटर को कीचड़ से भर दें। मोटर को झटका न दें या उसे तल पर न रखें।
छेद में मोटर चालू करना
यदि मोटर नीचे की ओर है, तो उसे 0.3–0.4 मीटर ऊपर उठाएं और मड पंप चालू करें। स्टैंडपाइप के दबाव को रिकॉर्ड करें और उसकी तुलना हाइड्रोलिक गणनाओं से करें। बिट पर पार्श्व भार के कारण थोड़ा अधिक दबाव होना सामान्य है।
विशेष रूप से दिशात्मक कुओं में, छेद के तल को अच्छी तरह से साफ करें। जमा हुआ अपशिष्ट पदार्थ आरपीएम को प्रभावित करता है और टेढ़ेपन का कारण बन सकता है। मोटर को धीरे-धीरे घुमाते हुए (या एक बार में 30-40 डिग्री घुमाते हुए) उचित परिसंचरण से तल में जमा अपशिष्ट पदार्थ साफ हो जाएंगे। सफाई के बाद, मोटर को 0.3-0.4 मीटर ऊपर उठाएं, दबाव मानों की जांच करें और उन्हें रिकॉर्ड करें।
नीचे की ओर पुनः प्रवेश करें, बिट पर धीरे-धीरे भार बढ़ाएँ; मोटर टॉर्क बढ़ेगा और स्टैंडपाइप का दबाव भी बढ़ेगा। स्टैंडपाइप के दबाव में वृद्धि मोटर मॉडल के लिए निर्दिष्ट मोटर प्रेशर ड्रॉप मानों के अनुरूप होनी चाहिए। इस वृद्धि की निगरानी से यह जानकारी मिलती है कि मोटर लोड और ड्रिलिंग भार उपयुक्त हैं और मोटर की गति स्थिर है। स्टैंडपाइप के दबाव को मोटर की अनुशंसित सीमाओं के भीतर रखें ताकि ड्रिलर उपकरण की स्थिति का तुरंत मूल्यांकन कर सके।
यदि मोटर नीचे से ऊपर है और परिसंचरण दबाव अधिक है, तो बिट नोजल अवरुद्ध हो सकते हैं या ड्राइव शाफ्ट जाम हो सकता है।
यात्रा के दौरान सावधानियां बरतनी चाहिए
ट्रिपिंग के दौरान, बाईपास वाल्व बाईपास (खुली) अवस्था में होता है और ड्रिल स्ट्रिंग में मौजूद ड्रिल द्रव को एनुलस में प्रवाहित होने देता है, लेकिन मोटर स्वयं द्रव को बाहर नहीं निकाल सकती। सुरक्षित विस्थापन सुनिश्चित करने के लिए मोटर को बाहर निकालने से पहले ड्रिल स्ट्रिंग के ऊपरी भाग को अधिक भार वाले द्रव से विस्थापित करना आम बात है।
जब मोटर रिग फ्लोर पर बाईपास वाल्व के स्तर तक पहुँच जाए, तो बाईपास के पुर्जों को हटा दें और बाईपास वाल्व के ऊपरी भाग से साफ पानी डालकर मोटर को धो लें। वाल्व एलिमेंट को ऊपर-नीचे हिलाने के लिए लकड़ी की छड़ी या हथौड़े के हैंडल का उपयोग करें जब तक कि वह आसानी से हिलने न लगे। सफाई के बाद, लिफ्टिंग सब को दोबारा जोड़ें और मोटर को बाहर निकाल लें।
यदि परिसर में ताजे पानी से धुलाई की सुविधा उपलब्ध है, तो भंडारण से पहले मोटर को अच्छी तरह से धो लें।
यदि सफाई की सुविधा उपलब्ध न हो, तो मोटर बॉडी को रिग फ्लोर पर सुरक्षित करें, ड्राइव शाफ्ट के बड़े सिरे (जो बिट से जुड़ता है) को हाइड्रोलिक टोंग से क्लैंप करें और उसे दक्षिणावर्त (डाउनहोल ड्रिलिंग की दिशा के समान) घुमाएँ। इससे मोटर के सीलबंद कक्षों से कीचड़ बाहर निकल जाता है और मोटर को जंग से बचाने में मदद मिलती है। यह प्रक्रिया सर्दियों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है ताकि मोटर को दोबारा चलाने से पहले उसके अंदर बचा हुआ कीचड़ जम न जाए।
