ड्रिलिंग की गति बढ़ाने वाले उपकरणों पर शोध

वर्तमान में, ड्रिलिंग गति बढ़ाने वाले उपकरणों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: यांत्रिक प्रकार और हाइड्रोलिक प्रकार। यांत्रिक उपकरण बिट पर भार (WOB) का उपयोग करके प्रभाव बल उत्पन्न करते हैं, जिससे कठोर चट्टानों में चट्टान तोड़ने की क्षमता में प्रभावी रूप से सुधार होता है, लेकिन इनमें तीव्र कंपन, उच्च ऊर्जा खपत और आसानी से क्षति होने जैसी समस्याएं हैं। हाइड्रोलिक उपकरण ड्रिलिंग द्रव का उपयोग करके प्रभाव हथौड़ों को चलाते हैं, जो चट्टान को तोड़ने के लिए प्रभाव, घूर्णन और जेट का संयोजन करते हैं। इनमें प्रवेश दर (ROP) बढ़ाने, कुएं के विचलन को नियंत्रित करने और बिट के जीवनकाल को बढ़ाने के महत्वपूर्ण लाभ हैं, लेकिन आमतौर पर इनमें एकल प्रभाव आवृत्ति और विभिन्न संरचनाओं की आवश्यकताओं के अनुकूल होने में कठिनाई जैसी समस्याएं होती हैं।

इम्पैक्ट ड्रिलिंग तकनीक को मुख्य रूप से कार्यप्रणाली के आधार पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है: टॉर्शनल इम्पैक्ट तकनीक, एक्सियल इम्पैक्ट तकनीक और एक्सियल-टॉर्शनल कम्पोजिट इम्पैक्ट तकनीक। गति बढ़ाने के लिए इम्पैक्ट ड्रिलिंग का मूल सिद्धांत गैस या तरल पदार्थ की दबाव ऊर्जा को एक इम्पैक्टर के माध्यम से एक्सियल या टॉर्शनल इम्पैक्ट यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना है, जिसे सीधे बिट के पिछले सिरे पर लगाया जाता है। इससे बिट की काटने की क्षमता में सुधार होता है और चट्टान तोड़ने की दक्षता बढ़ती है।

टॉरशनल इम्पैक्ट ड्रिलिंग तकनीक हाल के वर्षों में ड्रिलिंग की गति बढ़ाने वाली एक उभरती हुई तकनीक है, जिसका मुख्य उपयोग पीडीसी बिट्स द्वारा उत्पन्न होने वाले "स्टिक-स्लिप" कंपन को दूर करने के लिए किया जाता है। उपयोग के दौरान, टॉरशनल इम्पैक्टर को बिट के पिछले सिरे पर लगाया जाता है। इसकी आंतरिक संरचना के कारण, यह द्रव की हाइड्रोलिक ऊर्जा को टॉरशनल इम्पैक्ट यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित कर सकता है। ड्रिल स्ट्रिंग के स्थिर टॉर्क और इम्पैक्टर द्वारा उत्पन्न इम्पैक्ट टॉर्क के संयुक्त प्रभाव से बिट चट्टान को तोड़ता है।

निम्नलिखित उदाहरण दो नवोन्मेषी उपकरणों का परिचय देते हैं।

1. समायोज्य प्रभाव आवृत्ति के साथ ड्रिलिंग गति बढ़ाने वाला उपकरण

आवृत्ति-समायोज्य हाइड्रोलिक ड्रिलिंग गति-वृद्धि उपकरण में बियरिंग, निचला शाफ्ट बॉडी, पिस्टन जोड़े, इम्पैक्ट हैमर, थ्रॉटल नोजल और अन्य घटकों से बनी एक कोर इम्पैक्ट संरचना होती है।

काम के सिद्धांत:यह उपकरण इम्पैक्ट हैमर के ऊपरी और निचले कक्षों में ड्रिलिंग द्रव द्वारा उत्पन्न आवधिक दबाव अंतर का उपयोग करके इम्पैक्ट हैमर को उच्च गति से आगे-पीछे चलाने में सक्षम होता है, जिससे अक्षीय प्रभाव बल उत्पन्न होता है जो सीधे बिट तक पहुंचता है और चट्टान को तोड़ने में सहायता करता है। इसकी मुख्य विशेषता यह है कि यह उपकरण निचले शाफ्ट बॉडी में सममित छिद्रों की संख्या को बदलकर प्रभाव आवृत्ति को समायोजित कर सकता है, जिससे यह विभिन्न प्रकार की चट्टानों की ड्रिलिंग आवश्यकताओं के अनुकूल हो जाता है।

समायोज्य प्रभाव आवृत्ति के साथ ड्रिलिंग गति बढ़ाने वाले उपकरण का अनुप्रयोग

मध्यम-कठोर संरचना में फील्ड परीक्षण: संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा चयनित इष्टतम प्रभाव आवृत्ति (16 हर्ट्ज़) के आधार पर, इस उपकरण का परीक्षण शिनजियांग तेल क्षेत्र के कुआँ X1 में किया गया। अत्यधिक घर्षण और कम प्रवेश दर (ROP) वाले संरचना खंड में, स्क्रू ड्रिल उपकरण का उपयोग करने वाले निकटवर्ती कुएँ से तुलना करने पर पता चला कि इस उपकरण के उपयोग के बाद, एकल रन फुटेज में 53% की वृद्धि हुई, यांत्रिक ROP में 27.0% की वृद्धि हुई, जिससे ट्रिप की संख्या में प्रभावी रूप से कमी आई और निर्माण अवधि में बचत हुई।

कठोर संरचना में क्षेत्र परीक्षण: संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा चयनित इष्टतम प्रभाव आवृत्ति (18 हर्ट्ज़) के अनुसार, इस उपकरण का परीक्षण शिनजियांग तेल क्षेत्र के कुआँ X3 में खराब ड्रिलिंग क्षमता वाली कार्बोनिफेरस एंडेसाइट और बेसाल्ट संरचनाओं में किया गया था।

निष्कर्ष: परिणामों से पता चलता है कि इस उपकरण का उपयोग करने के बाद, आस-पास के कुओं की तुलना में यांत्रिक आरओपी में 103.2% की उल्लेखनीय वृद्धि हुई है, जो प्रभावी रूप से साबित करता है कि यह विभिन्न संरचनाओं में ड्रिलिंग दक्षता में उल्लेखनीय सुधार कर सकता है और ड्रिलिंग चक्र को छोटा कर सकता है।

2. मिश्रित इम्पैक्ट ड्रिलिंग गति बढ़ाने वाले उपकरण का डिज़ाइन

एक हाइड्रोलिक टॉर्सनल इम्पैक्ट मैकेनिज्म डिजाइन किया गया है, जिसका मूल तीन भागों से मिलकर बना है: एक प्रवाह वितरण तंत्र, एक रिवर्सिंग तंत्र और एक इम्पैक्ट तंत्र।

गति प्रक्रिया: प्रारंभ में (अवस्था a), उच्च दाब वाला द्रव रिवर्सिंग वाल्व कोर के बाएँ प्रवाह चैनल के माध्यम से हाइड्रोलिक हैमर की बाईं गुहा में प्रवेश करता है, जिससे हाइड्रोलिक हैमर और वाल्व कोर एक साथ दक्षिणावर्त दिशा में घूमने लगते हैं जब तक कि हाइड्रोलिक हैमर हाइड्रोलिक हैमर सीट से टकराता नहीं (अवस्था b)। टकराने के बाद, उच्च दाब वाला द्रव फिर हाइड्रोलिक हैमर और वाल्व कोर द्वारा निर्मित दाईं गुहा में दाएँ नियंत्रण प्रवाह चैनल के माध्यम से प्रवेश करता है, जिससे वाल्व कोर रिवर्सिंग स्थिति (अवस्था c) तक दक्षिणावर्त दिशा में घूमना जारी रखता है, जिससे उच्च दाब वाला द्रव दाईं प्रवाह चैनल में स्थानांतरित हो जाता है और हाइड्रोलिक हैमर की दाईं गुहा में प्रवेश करता है, जिससे हाइड्रोलिक हैमर और वाल्व कोर वामावर्त दिशा में घूमने लगते हैं (अवस्था c)। जब तक हाइड्रोलिक हैमर फिर से हाइड्रोलिक हैमर सीट से टकराता नहीं (अवस्था d), उच्च दाब वाला द्रव बाएँ नियंत्रण प्रवाह चैनल के माध्यम से बाईं गुहा में प्रवेश करता है, जिससे वाल्व कोर रिवर्सिंग के लिए वामावर्त दिशा में घूमने लगता है और प्रारंभिक अवस्था (अवस्था a) में लौट आता है। यह चक्र चलता रहता है, जिससे द्रव द्वारा संचालित निरंतर रिवर्सिंग और प्रभाव के माध्यम से उच्च आवृत्ति वाला प्रत्यावर्ती मरोड़ प्रभाव उत्पन्न होता है।

काम के सिद्धांत:ऊपरी जोड़ और गाइड पाइप के माध्यम से प्रवाह वितरण स्लीव में द्रव (कीचड़) प्रवाहित होने के बाद, यह रिवर्सिंग मैकेनिज्म और इम्पैक्ट मैकेनिज्म में वितरित होता है, और प्रवाह वितरण प्लेट द्वारा द्रव के दोनों पथ अलग किए जाते हैं। इसके बाद, द्रव मैंड्रेल के अंदर नोजल से गुजरता है, जिससे इसके आगे और पीछे उच्च और निम्न दबाव क्षेत्र बनते हैं। दबाव अंतर के कारण रिवर्सिंग वाल्व कोर घूमता है, जिससे हाइड्रोलिक हैमर के बाएं और दाएं कैविटी बारी-बारी से उच्च और निम्न दबाव क्षेत्रों से जुड़ते हैं, जिससे हाइड्रोलिक हैमर आगे-पीछे गति करता है और दबाव अंतर के प्रभाव से हाइड्रोलिक हैमर सीट पर प्रभाव डालता है, इस प्रकार उच्च आवृत्ति वाला प्रत्यावर्ती मरोड़ प्रभाव उत्पन्न होता है।

1- ऊपरी सब; 2- बाहरी आवरण; 3- गाइड पाइप; 4- प्रवाह वितरण स्लीव; 5- प्रवाह वितरण प्लेट; 6- बोल्ट; 7- ऊपरी सपोर्ट रिंग; 8- हाइड्रोलिक हैमर सीट; 9- हाइड्रोलिक हैमर; 10- रिवर्सिंग वाल्व कोर; 11- निचली सपोर्ट रिंग; 12- मैंड्रेल; 13- निचली सब;

मरोड़ प्रभाव तंत्र संरचना का योजनाबद्ध आरेख

मरोड़ प्रभाव तंत्र की गति प्रक्रिया

एक प्रकार का अक्षीय प्रभाव तंत्र डिजाइन किया गया है। हाइड्रोलिक अक्षीय प्रभावक मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं: वाल्व प्रकार और वाल्व रहित प्रकार। वाल्व प्रकार के प्रभावकों की आंतरिक संरचना जटिल होती है और उनकी विश्वसनीयता कम होती है; वाल्व रहित प्रकारों में मुख्य रूप से जेट प्रकार और जेट-चूषण प्रकार शामिल हैं, जिनमें से जेट प्रकार का सेवा जीवन कम होता है। जेट-चूषण हाइड्रोलिक प्रभावक की संरचना सरल होती है, यह जेट प्रवाह और जल हथौड़ा दोलन प्रभाव पर निर्भर प्रभाव उत्पन्न करता है, इसमें आंतरिक गतिमान पुर्जे कम होते हैं और कोई कमजोर पुर्जे नहीं होते हैं, और यह जटिल भूगर्भीय स्थितियों के लिए बेहतर अनुकूल होता है।

1- ऊपरी नोजल सीट; 2- ऊपरी नोजल; 3- ऊपरी वाल्व; 4- ऊपरी वाल्व स्लीव; 5- सेकेंडरी नोजल; 6- अक्षीय बाहरी आवरण; 7- सपोर्ट स्लीव; 8- इम्पैक्ट हैमर; 9- हैमर हेड; 10- हैमर सीट; 11- सुरक्षा कैप; 12- षट्कोणीय जोड़। अक्षीय इम्पैक्ट तंत्र का कार्य सिद्धांत।

प्रारंभिक प्रवाह और दाब अंतर का निर्माण: उच्च दाब वाला द्रव ऊपरी नोजल से एक उच्च गति वाली जेट बनाता है। जेट एंट्रेनमेंट और थ्रॉटलिंग प्रभाव की संयुक्त क्रिया के तहत, ऊपरी वाल्व के ऊपरी और निचले कक्षों में, साथ ही इम्पैक्ट हैमर के बाहरी ऊपरी कक्ष और हैमर हेड के निचले सिरे के बीच दाब अंतर उत्पन्न होता है।

घटकों की ऊपर की ओर गति और प्रवाह चैनल की सीलिंग: अपने-अपने दबाव अंतरों से प्रेरित होकर, ऊपरी वाल्व ऊपर की ओर बढ़ता है, और प्रभाव घटक (द्वितीयक नोजल, प्रभाव हथौड़ा और हथौड़ा शीर्ष) भी ऊपर की ओर तब तक बढ़ते हैं जब तक कि द्वितीयक नोजल ऊपरी वाल्व के संपर्क में नहीं आ जाता और प्रवाह चैनल को सील नहीं कर देता।

वाटर हैमर जनरेशन और संयुक्त नीचे की ओर गति: प्रवाह चैनल के तात्कालिक बंद होने से वाटर हैमर दोलन शुरू हो जाता है, और कक्ष में दबाव तेजी से बढ़ता है, जिससे ऊपरी वाल्व और प्रभाव घटक एक साथ नीचे की ओर गति करने के लिए प्रेरित होते हैं।

जड़त्वीय प्रभाव और चक्र पुनर्प्राप्ति: ऊपरी वाल्व के निचली सीमा स्थिति तक पहुँचने के बाद, प्रभाव घटक जड़त्व के कारण नीचे की ओर गति करते रहते हैं और अंत में हैमर सीट से टकराकर अक्षीय प्रभाव को पूरा करते हैं। प्रभाव के बाद, प्रवाह चैनल सुचारू हो जाता है और बिट पर भार (WOB) की क्रिया के तहत तंत्र रीसेट हो जाता है, जिससे अगला चक्र शुरू होता है।

संपर्क :जेसी झोउ

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