प्रमुख डाउनहोल उपकरण: रोलर कोन बिट्स और डायमंड बिट्स के वर्गीकरण और अनुप्रयोग के लिए एक व्यापक मार्गदर्शिका

01 रोलर कोन बिट्स: विभिन्न संरचनाओं के अनुकूल होने के लिए बहुमुखी उपकरण

1909 में इनके आविष्कार के बाद से, रोलर कोन बिट्स रोटरी ड्रिलिंग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले बिट प्रकार बन गए हैं। इनकी अनूठी मल्टी-कोन संरचनात्मक डिज़ाइन इन्हें नरम से लेकर अत्यंत कठोर तक, विभिन्न प्रकार की निर्माण स्थितियों के अनुकूल होने में सक्षम बनाती है।

संरचनात्मक संरचना और कोर प्रौद्योगिकियां

रोलर कोन बिट में पाँच मुख्य घटक होते हैं:

• बिट बॉडी: तीन शंकु के आकार के पैर आपस में वेल्ड किए हुए, जिनके ऊपरी हिस्से पर कनेक्शन थ्रेड्स हैं।
• रोलर कोन: सतह पर खांचेदार दांतों या अंदर लगे दांतों वाले शंक्वाकार धातु के पिंड।
• बेयरिंग सिस्टम: इसमें चार प्रकार के बेयरिंग शामिल हैं: बड़े, मध्यम, छोटे और थ्रस्ट बेयरिंग।
• नोजल: आमतौर पर इनकी संख्या 3-4 होती है, जिनका व्यास 7-14 मिमी होता है।
• तेल भंडारण और सीलिंग प्रणाली: रबर या धातु की सीलिंग रिंग, दबाव क्षतिपूर्ति उपकरणों के साथ संयुक्त।

इनमें से, बेयरिंग सीलिंग तकनीक रोलर कोन बिट्स के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी उपलब्धि का प्रतिनिधित्व करती है। आधुनिक बिट्स एक तेल भंडारण दबाव क्षतिपूर्ति प्रणाली को अपनाते हैं, जो दबाव संचरण छिद्रों, दबाव क्षतिपूर्ति डायाफ्राम और तेल कप जैसे घटकों के माध्यम से बेयरिंग कैविटी में तेल के दबाव और डाउनहोल ड्रिलिंग द्रव स्तंभ के दबाव के बीच गतिशील संतुलन बनाए रखती है।

वर्गीकरण प्रणाली और आईएडीसी कोडिंग

इंटरनेशनल एसोसिएशन ऑफ ड्रिलिंग कॉन्ट्रैक्टर्स (आईएडीसी) ने रोलर कोन बिट्स के लिए एक विश्व स्तर पर एकीकृत वर्गीकरण मानक विकसित किया है, जिसमें तीन अंकों की कोडिंग प्रणाली का उपयोग किया गया है:

पहला अंक: दांत का प्रकार और लागू संरचना

1: पिसे हुए दांत, मुलायम संरचनाएं

2: पिसे हुए दांत, मध्यम से मध्यम कठोर संरचनाएं

3: पिसे हुए दांत, कठोर और अपघर्षक संरचनाएं

5: दांत डालें, नरम से मध्यम संरचनाएं

6: दांत डालें, मध्यम-कठोर संरचनाएं

7: दांत, कठोर और अपघर्षक संरचनाएं डालें

8: दांत डालें, अत्यंत कठोर और अत्यधिक अपघर्षक संरचनाएं

दूसरा अंक: निर्माण की कठोरता का उपविभाजन (श्रेणी 1-4; उच्च संख्याएँ अधिक कठोर निर्माणों को दर्शाती हैं)

तीसरा अंक: बिट संरचनात्मक विशेषताएँ

4: सीलबंद रोलर बियरिंग

6: सीलबंद स्लाइडिंग बियरिंग

7: सीलबंद स्लाइडिंग बियरिंग + इंसर्ट गेज सुरक्षा

8: दिशात्मक ड्रिलिंग के लिए विक्षेपण बिट्स

रोलर कोन बिट्स के लिए सरलीकृत IADC वर्गीकरण प्रणाली

चट्टान तोड़ने की क्रियाविधि और गति की विशेषताएं

संचालन के दौरान, एक रोलर कोन बिट तीन प्रकार की मिश्रित गति प्रदर्शित करता है:

• घूर्णन: शंकु पूरे बिट के साथ दक्षिणावर्त दिशा में घूमते हैं।
• घूर्णन: दांत शंकु अक्ष के चारों ओर वामावर्त दिशा में घूमते हैं।
• फिसलना: इसमें त्रिज्यात्मक और स्पर्शरेखीय फिसलन शामिल है।

इस संयुक्त गति से चट्टान तोड़ने का दोहरा प्रभाव प्राप्त होता है:

1.प्रभाव से कुचलने का प्रभाव: निचले छेद के साथ एकल और दोहरे दांतों के बारी-बारी से संपर्क से अनुदैर्ध्य कंपन उत्पन्न होता है, जिससे प्रभाव भार उत्पन्न होता है।

2.स्लाइडिंग शीयर प्रभाव: ओवरहैंग, डबल कोन और ऑफसेट संरचनाओं के डिजाइन के माध्यम से चट्टान की कतरन हासिल की जाती है।

चयन रणनीति और गठन मिलान 

चट्टान के गुणों के आधार पर रोलर कोन बिट्स का चयन करने के लिए बुनियादी सिद्धांत:

• नरम संरचनाएं: ऑफसेट, ओवरहैंग और डबल-कोन संरचना वाले बिट्स का चयन करें, जो ऊंचे, चौड़े और विरल मिल्ड या इंसर्ट दांतों से सुसज्जित हों।
• मध्यम-कठोर संरचनाएं: ऑफसेट, ओवरहैंग और डबल कोन के मानों को कम करें; छोटे, संकरे और घने दांतों का उपयोग करें।
• कठोर और अपघर्षक सतहों के लिए: बिना ओवरहैंग या ऑफसेट वाले सिंगल-कोन रोलर्स का उपयोग करें, जो बॉल टीथ या शंक्वाकार-बॉल टीथ से सुसज्जित हों।
• विक्षेपण-प्रवण संरचनाएं: बिना ऑफसेट या छोटे ऑफसेट वाले और बिना गेज वाले दांतों के साथ छोटे दांतों वाले बिट्स का चयन करें।
• नरम और कठोर परतों के बीच अंतर्निहित संरचनाएं: कठोर चट्टान के आधार पर बिट के प्रकार का चयन करें, और ड्रिलिंग के दौरान मापदंडों को गतिशील रूप से समायोजित करें।

विशेष कार्य परिस्थितियों के प्रति प्रतिक्रिया

• छोटे छेद (<177 मिमी): उच्च शक्ति के लिए बड़े शंकु, दांत और बियरिंग वाले सिंगल-रोलर शंकु बिट्स का उपयोग करें।
• दिशात्मक ड्रिलिंग: आईएडीसी कोड के तीसरे अंक 8 वाले विशेष विक्षेपण बिट्स का चयन करें। 

02 डायमंड बिट्स: कठोर संरचनाओं के लिए शक्तिशाली उपकरण 

प्रकृति में पाए जाने वाले सबसे कठोर पदार्थ के रूप में, हीरे की मोह्स कठोरता ग्रेड 10 है, इसकी संपीडन शक्ति 8800 एमपीए तक है और इसका घिसाव प्रतिरोध स्टील से 9000 गुना अधिक है। इसी गुण का लाभ उठाते हुए, हीरे के बिट कठोर संरचनाओं से निपटने के लिए सर्वोत्तम उपकरण बन गए हैं।

वर्गीकरण प्रणाली और तकनीकी विकास

आधुनिक डायमंड बिट्स को मुख्य रूप से तीन प्रकारों में विभाजित किया गया है:

1.सतह-सेट डायमंड बिट्स

• मैट्रिक्स की सतह पर हीरे के कण दिखाई देते हैं।
• मध्यम से कठोर संरचनाओं के लिए उपयुक्त।
• हीरे के कणों का आकार वर्गीकरण:
• नरम संरचनाएं: 2 ग्रेन प्रति कैरेट (जीपीसी) (कण का आकार लगभग 4 मिमी)
• मध्यम कठोर संरचनाएं: 3-4 जीपीसी (कण का आकार लगभग 3.6 मिमी)
• कठोर संरचनाएं: 10-15 जीपीसी (कण का आकार लगभग 2.0 मिमी)

2.संसेचित हीरे के टुकड़े

• हीरे मैट्रिक्स के अंदर समाहित होते हैं (60-400 जीपीसी)।
• कठोर और अपघर्षक संरचनाओं (जैसे, चकमक पत्थर, सिलिका युक्त डोलोमाइट) के लिए उपयुक्त।
• मैट्रिक्स के घिसाव के माध्यम से हीरे की स्वतः तीक्ष्णता प्राप्त की जाती है।

3.पीडीसी बिट्स (पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड कॉम्पैक्ट बिट्स)

• इसे सर्वप्रथम 1973 में संयुक्त राज्य अमेरिका की जनरल इलेक्ट्रिक (जीई) द्वारा पेश किया गया था।
• कॉम्पैक्ट संरचना: हीरे की परत + सीमेंटेड कार्बाइड सब्सट्रेट।
• नरम से मध्यम कठोर समरूप संरचनाओं के लिए उपयुक्त।

संरचनात्मक डिजाइन और कोर पैरामीटर

डायमंड बिट्स में कोई हिलने-डुलने वाला पुर्जा नहीं होता है और इनका डिज़ाइन एकीकृत होता है, जिसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल हैं:

• स्टील बॉडी: मध्यम कार्बन स्टील से बनी, जिसके ऊपरी हिस्से पर कनेक्शन थ्रेड्स हैं।
• मैट्रिक्स: टंगस्टन कार्बाइड पाउडर + तांबे पर आधारित बॉन्डिंग धातु, जिसकी कठोरता का स्तर HRC 30-45 है।
• कटिंग एलिमेंट्स: प्राकृतिक/सिंथेटिक हीरे या पीडीसी कॉम्पैक्ट।
• हाइड्रोलिक संरचना: जलमार्ग और प्रवाह चैनल (त्रिज्यीय, सर्पिल, आदि)।

प्रमुख डिजाइन पैरामीटर

• हीरे की सांद्रता: निर्माण की अपघर्षकता के आधार पर समायोजित; अधिक अपघर्षक संरचनाओं के लिए उच्च सांद्रता।
• उभार की ऊंचाई:
• नरम संरचनाएं: कण के आकार का 1/3
• कठोर संरचनाएं: कण के आकार का 1/6-1/10 भाग
• होंठों का आकार:
• समतल तल: समरूप संरचनाओं के लिए
• घुमावदार: कठोर संरचनाओं के लिए
• दांतेदार: अपघर्षक संरचनाओं के लिए

चट्टान तोड़ने की प्रक्रिया और निर्माण प्रतिक्रिया

हीरे के टुकड़ों से चट्टान तोड़ने की विधि चट्टान निर्माण के गुणों के अनुसार भिन्न होती है:

प्लास्टिक संरचनाएं (जैसे, मडस्टोन, जिप्सम): एक "जुताई" प्रक्रिया के समान; हीरे संरचना में प्रवेश करके चट्टान के प्लास्टिक प्रवाह का कारण बनते हैं।

भंगुर संरचनाएं (जैसे, क्वार्ट्ज बलुआ पत्थर): आयतनिक कुचलने वाले गड्ढे बनाए जाते हैं, जिनमें काटने का आकार हीरे के उभार से 2-4 गुना होता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च दक्षता प्राप्त होती है।

कठोर चट्टानें (जैसे, चकमक पत्थर, सिलिका युक्त चट्टान): संसेचित बिट्स का उपयोग किया जाता है, और सूक्ष्म कटाई और खरोंच के माध्यम से चट्टान को तोड़ा जाता है, जो ग्राइंडिंग व्हील घर्षण के समान होता है।

पीडीसी बिट्स के तकनीकी लाभ और सीमाएँ

डायमंड बिट परिवार में एक क्रांतिकारी उत्पाद के रूप में, पीडीसी बिट्स के अद्वितीय लाभ हैं:

संरचनात्मक विशेषताएं

स्टील-बॉडी पीडीसी बिट्स: सतह को सख्त करने के उपचार के साथ इंटीग्रल मीडियम कार्बन स्टील।

मैट्रिक्स-बॉडी पीडीसी बिट्स: ऊपरी स्टील बॉडी + निचला टंगस्टन कार्बाइड मैट्रिक्स, बेहतर प्रदर्शन प्रदान करता है।

प्रोफ़ाइल डिज़ाइन

पैराबोलिक: नरम संरचनाओं के लिए, उच्च फुटेज और ड्रिलिंग दर को सक्षम बनाता है।

गोल: रोटरी टेबल ड्रिलिंग के लिए, जो कठोर अंतर्स्तरों में प्रवेश को सुगम बनाता है।

शंक्वाकार: उच्च गति ड्रिलिंग के लिए, अच्छी प्रवेश क्षमता के साथ।

अनुप्रयोग सीमाएँ

बजरी संरचनाओं और नरम-कठोर अंतर्स्तरित संरचनाओं के लिए उपयुक्त नहीं है।

तापमान प्रतिरोध सीमा (350℃ से ऊपर घिसाव बढ़ जाता है; 700℃ पर शक्ति विफलता होती है)।

प्रभाव प्रतिरोध क्षमता कम है; नए बिट्स के किनारों पर चिपिंग होने की संभावना रहती है।

डायमंड बिट्स के लिए उपयुक्त संरचनाओं की तुलना तालिका

03 वैज्ञानिक चयन मार्गदर्शिका: संरचनाओं और परिचालन आवश्यकताओं का मिलान

रोलर कोन बिट चयन के लिए सुनहरे नियम

गठन कठोरता मिलान

नरम संरचनाओं के लिए: उच्च ऑफसेट, ओवरहैंग और डबल-कोन संरचना वाले बिट्स का चयन करें, जो वेज-आकार या चम्मच-आकार के दांतों से सुसज्जित हों।

कठोर संरचनाएं: एकल-शंकु, गैर-ऑफसेट संरचनाओं को अपनाएं, जो बॉल दांत या शंक्वाकार-बॉल दांत से सुसज्जित हों।

घर्षण के प्रति प्रतिक्रिया

घर्षणयुक्त सतहों के लिए, गेज दांतों वाले इंसर्ट बिट्स का उपयोग करें।

यदि बाहरी पंक्ति के दांत गोल हो गए हैं जबकि मध्य दांतों में घिसावट कम है, तो अगले बिट को बेहतर गेज सुरक्षा के साथ डिजाइन किया जाना चाहिए।

विशेष कार्य परिस्थितियों के लिए प्रतिउपाय

विक्षेपण-प्रवण संरचनाएं: बिना ऑफसेट या कम ऑफसेट वाले छोटे दांत वाले बिट्स का चयन करें; संरचना अनुकूलन क्षमता वास्तविक संरचना की तुलना में थोड़ी नरम होनी चाहिए।

नरम और कठोर चट्टानों के बीच अंतर्निहित संरचनाएं: कठोर चट्टान के आधार पर बिट्स का चयन करें, और ड्रिलिंग के दौरान मापदंडों को गतिशील रूप से समायोजित करें।

गहरे कुएं में ड्रिलिंग करते समय, ट्रिपिंग के दौरान होने वाले समय के नुकसान की भरपाई के लिए अधिक कुल लंबाई वाले बिट्स का उपयोग करें।

डायमंड बिट्स के लिए चयन रणनीति

पीडीसी बिट्स के लिए लागू शर्तें

इष्टतम परिस्थितियाँ: लंबी समरूप नरम से मध्यम-कठोर संरचनाएँ (जैसे, शेल, मडस्टोन, जिप्सम)।

निषिद्ध परिस्थितियाँ: बजरी संरचनाएँ, चकमक पत्थर की अंतर्परतें, नरम-कठोर संरचनाओं की अंतर्परतें।

पैरामीटर सेटिंग: कम WOB (30-60 kN), उच्च RPM (100-300 rpm), उच्च प्रवाह दर।

प्राकृतिक/सिंथेटिक डायमंड बिट्स के लिए लागू शर्तें

कठोर से अत्यंत कठोर संरचनाएं (जैसे, ग्रेनाइट, क्वार्ट्ज बलुआ पत्थर)।

अत्यधिक अपघर्षक संरचनाएं (जैसे, चकमक पत्थर, सिलिका युक्त डोलोमाइट)।

टरबाइन ड्रिलिंग, गहरे/अति गहरे कुएं और कोरिंग ऑपरेशन।

कोर बिट्स के लिए विशेष आवश्यकताएँ

रोलर कोन कोर बिट्स: चार-रोलर कोन (शंक्वाकार/बेलनाकार) या छह-रोलर कोन (पूर्ण बेलनाकार) डिजाइन।

डायमंड कोर बिट्स: इनमें समान रूप से वितरित कटिंग एज और एकसमान घिसाव प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

मुख्य संकेतक: कोर के अंडाकार होने से बचने के लिए आंतरिक छेद और बाहरी वृत्त के बीच संकेंद्रण।

डाउनहोल विसंगति निर्णय और प्रबंधन

रोलर कोन बिट की कार्यशील स्थिति की पहचान

बेयरिंग में खराबी: रोटरी टेबल में समय-समय पर झटके लगना, उच्च WOB के तहत स्थिति का बिगड़ना, ड्रिलिंग दर में कमी लेकिन पंप का दबाव सामान्य रहना।

कोन लॉस: ड्रिलिंग के दौरान गंभीर रूप से अटकना, वजन संकेतक में हिंसक उतार-चढ़ाव, ड्रिल स्ट्रिंग को ऊपर खींचते समय ट्रिप-इन गहराई में परिवर्तन।

दांतों का घिसाव: रोटरी टेबल पर भार कम होता है, झटके नहीं लगते, ड्रिलिंग की दर में उल्लेखनीय कमी आती है।

डायमंड बिट्स के उपयोग से संबंधित वर्जित बातें

बिट को छेद में नीचे की ओर चलाने से पहले नीचे के छेद को अच्छी तरह से साफ करना आवश्यक है ताकि धातु के किसी भी प्रकार के अवशेष न रह जाएं।

कम WOB और कम RPM के साथ ड्रिलिंग शुरू करें ताकि "ब्रेक-इन" हो सके (0.5 मीटर बॉटम होल कंडीशनिंग)।

रीमिंग प्रक्रियाओं से बचें; यदि आवश्यक हो, तो एकसमान संचालन के लिए कम WOB और कम RPM का उपयोग करें।

संपर्क :जेसी झोउ
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