रिवर्स सर्कुलेशन डाउन-द-होल एयर हैमर ड्रिलिंग के लिए बड़े व्यास वाले एयर रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिल बिट का डिज़ाइन और संख्यात्मक विश्लेषण
 

 

रिवर्स सर्कुलेशन डाउन-द-होल (आरसी-डीटीएच) एयर हैमर ड्रिलिंग हार्ड रॉक ड्रिलिंग के लिए एक तेज़ और लागत प्रभावी तरीका है। चूंकि एयर आरसी ड्रिल बिट रिवर्स सर्कुलेशन बनाने के लिए आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग सिस्टम का केंद्र है, एक बड़े व्यास वाले आरसी ड्रिल बिट को सक्शन क्षमता के संबंध में नवीन रूप से डिजाइन और संख्यात्मक रूप से अनुकूलित किया गया था। परिणाम बताते हैं कि सक्शन-नोजल ऊंचाई कोण और विक्षेपण कोण बढ़ाने से ड्रिल बिट सक्शन क्षमता में सुधार हो सकता है। ड्रिल बिट का प्रदर्शन अपनी इष्टतम स्थिति तक पहुँच जाता है जब वायु प्रवाह दर लगभग 1.205 किग्रा/सेकेंड होती है, उसके बाद यह वायु द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि के साथ एक विपरीत भिन्नता प्रवृत्ति प्रदर्शित करता है। इस कार्य में अध्ययन किए गए ड्रिल बिट के लिए सक्शन नोजल का इष्टतम व्यास 20 मिमी है। 665 मिमी के बाहरी व्यास के साथ आरसी ड्रिल बिट और 400 मिमी के बाहरी व्यास के साथ आरसी-डीटीएच एयर हैमर का निर्माण किया गया और एक फील्ड परीक्षण किया गया। फ़ील्ड परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग विधि का उपयोग करके प्रवेश दर पारंपरिक रोटरी ड्रिलिंग विधि से दोगुनी से अधिक है। यह ड्रिलिंग दृष्टिकोण भूमि तेल और गैस ड्रिलिंग, भूतापीय ड्रिलिंग और प्रासंगिक क्षेत्र ड्रिलिंग कार्यों के लिए संभावित उत्पादक जलाशय निर्माण के ऊपर एक कुएं के ऊपरी हिस्सों में लागू बड़े-व्यास वाले कठोर रॉक ड्रिलिंग के लिए एक बड़ी संभावना पैदा करता है।

 

 

1 परिचय

डाउन-द-होल (डीटीएच) एयर हैमर ड्रिलिंग को हार्ड रॉक ड्रिलिंग के लिए सबसे कुशल ड्रिलिंग तरीकों में से एक माना जाता है। 1-3 डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग में, बार-बार पर्कशन क्रिया द्वारा सीधे छेद और प्रति मीटर कम लागत प्राप्त की जाती है। और बिट इंसर्ट पर उच्च प्रभाव भार। 4, 5 रॉक संरचनाओं के साथ ड्रिल बिट इंसर्ट का संपर्क समय आम तौर पर कुल परिचालन समय का लगभग 2% होता है, जिसके परिणामस्वरूप बिट पर तात्कालिक भार (डब्ल्यूओबी) अधिक होता है, भले ही औसत WOB को निचले स्तर पर बनाए रखा जाता है। 6-8 इसने भूकंपीय-ड्रिलिंग (एसडब्ल्यूडी) उद्देश्यों और ड्रिलिंग स्थितियों को चिह्नित करने की क्षमता भी दिखाई है। 9, 10 इनके अलावा, पारंपरिक मिट्टी ड्रिलिंग विधियों की तुलना में, हवा का उपयोग किया जाता है चूंकि कम एनलस बॉटम होल प्रेशर के कारण परिसंचरण द्रव के प्रवेश की उच्च दर (आरओपी) होती है।11 इसके अलावा, एनलस बॉटम होल प्रेशर का उपयोग करके संभावित उत्पादक संरचनाओं की ड्रिलिंग जो कि फॉर्मेशन छिद्र के दबाव से नीचे होती है, गठन क्षति को समाप्त कर सकती है जो फॉलो को प्रभावित कर सकती है। -उत्पादन पर।11 उपरोक्त लाभों के कारण, डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग का उपयोग खनन में व्यापक रूप से किया गया है और इसका तेल और गैस ड्रिलिंग कार्यों में भी विस्तार हुआ है क्योंकि अधिक से अधिक तेल और गैस भंडार कठोर चट्टान संरचनाओं के अंतर्गत हैं।

 

रिवर्स सर्कुलेशन डाउन-द-होल (आरसी-डीटीएच) एयर हैमर हवा द्वारा संचालित एक अभिनव डीटीएच हैमर ड्रिलिंग उपकरण है।12 पारंपरिक डीटीएच एयर हैमर सिस्टम से अलग, विशेष रूप से डिजाइन की गई संरचना के साथ ड्रिल बिट आरसी- के प्रमुख भाग हैं। डीटीएच एयर हैमर सिस्टम, और दोहरी-दीवार ड्रिल पाइप संपीड़ित हवा और ड्रिल कटिंग दोनों के लिए परिवहन मार्ग बनाते हैं।13 ड्रिलिंग के दौरान, संपीड़ित हवा को दोहरी-दीवार पाइप के एनलस में इंजेक्ट किया जाता है और आरसी-डीटीएच एयर हैमर को चलाता है। रिवर्स सर्कुलेशन (आरसी) ड्रिल बिट पर काम करने वाले उच्च-आवृत्ति वार को लागू करने के लिए जहां रिवर्स सर्कुलेशन बनता है।14 इस ड्रिलिंग विधि की एक उल्लेखनीय विशेषता एयर आरसी ड्रिलिंग तकनीक के साथ पर्कशन ड्रिलिंग का संयोजन है।

 

परंपरागत रूप से, एयर डायरेक्ट सर्कुलेशन ड्रिलिंग में, संपीड़ित हवा को ड्रिल पाइप के केंद्र मार्ग के माध्यम से बोरहोल तल में इनपुट किया जाता है, फिर निकास हवा ड्रिल पाइप और छेद दीवार द्वारा गठित एनलस स्पेस के माध्यम से ड्रिल कटिंग को बोरहोल से बाहर लाती है।15 जबकि, एक एयर आरसी ड्रिलिंग में, संपीड़ित हवा दोहरी-दीवार कुंडा के माध्यम से दोहरी-दीवार ड्रिल पाइप के वलय स्थान में प्रवेश करती है; ड्रिल कटिंग को ले जाने वाली निकास हवा बाहरी ड्रिल पाइप और बोरहोल दीवार द्वारा गठित वलय स्थान के बजाय आंतरिक ड्रिल पाइप के केंद्र मार्ग के माध्यम से सतह पर लौटती है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, एयर आरसी ड्रिलिंग सिस्टम के केंद्र मार्ग (पीला सर्कल बी) का क्रॉस सेक्शन क्षेत्र एनलस क्रॉस सेक्शन क्षेत्र (हरा एनलस ए) की तुलना में बहुत छोटा है। एयर ड्रिलिंग के लिए न्यूनतम मात्रा की आवश्यकता के अनुसार, यह आश्वस्त है कि ड्रिल कटिंग के परिवहन को संतुष्ट करने के लिए हवा का न्यूनतम यात्रा वेग (मानक स्थिति) लगभग 15.2 मीटर/सेकेंड है। शर्मा और चौधरी16 द्वारा किए गए अध्ययन से यह भी संकेत मिला कि केवल हवा को उचित यात्रा वेग के साथ रखने से ही ड्रिल कटिंग को कुशलतापूर्वक ले जाया जा सकता है। एयर आरसी ड्रिलिंग के लिए थ्रेसहोल्ड यात्रा वेग तक पहुंचना स्पष्ट रूप से बहुत आसान है क्योंकि ड्रिल कटिंग को ले जाने वाली हवा ड्रिलिंग पाइल और बोरहोल दीवार के बीच वलय स्थान के बजाय केंद्र मार्ग में बहती है। 17-20 इसलिए, कम हवा की खपत और परिणामी क्षमता बड़े-व्यास-छेद ड्रिलिंग एयर आरसी ड्रिलिंग के लिए एक विशिष्ट लाभ है, जो रीमिंग लागत और संचालन समय को काफी कम कर देता है। इसके अतिरिक्त, चूंकि डिस्चार्ज पाइप से निकली हवा और ड्रिलिंग कटिंग को सीधे ड्रिल साइट से दूर स्थित कटिंग और धूल कलेक्टर इकाई में निर्देशित किया जा सकता है, ऑपरेटिंग वातावरण में सुधार होता है और वातावरण तेल मुक्त होता है, इस प्रकार ड्रिल श्रमिकों को बाधा आती है और ड्रिलिंग धूल के खतरे से उपकरण.14, 21

 

 

 

 

 

चित्र 1

एयर रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिलिंग विधि का योजनाबद्ध आरेख

 

 

आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग सिस्टम में, आरसी ड्रिल बिट एयर रिवर्स सर्कुलेशन बनाने के लिए महत्वपूर्ण हिस्सा है। आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग पर अधिकांश पिछले प्रयास रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिल बिट्स के प्रदर्शन पर केंद्रित थे, जिसका उद्देश्य रिवर्स सर्कुलेशन की क्षमता को बढ़ाने के लिए बेहतर डिजाइन प्राप्त करना था। प्रतिनिधित्व प्रयासों में पसलियों पर सक्शन नोजल सेट के साथ एक आरसी ड्रिल बिट शामिल है; लुओ एट अल द्वारा जांच की गई आरसी ड्रिल बिट का धूल नियंत्रण प्रदर्शन; घूमते जनरेटर के साथ आरसी ड्रिल बिट का प्रदर्शन विश्लेषण; और मल्टी-सुपरसोनिक नोजल के साथ आरसी ड्रिल बिट।14, 20, 22, 23 इन पिछले कार्यों में अध्ययन किए गए इन आरसी ड्रिल बिट्स के व्यास 80 से 200 मिमी तक थे। बड़े-व्यास (300 मिमी से अधिक) वाले आरसी ड्रिल बिट्स का अनुप्रयोग संभावित मूल्यांकन और प्रदर्शन विश्लेषण मुख्य रूप से अज्ञात है। बड़े-व्यास वाले ड्रिल बिट की आरसी क्षमता में सुधार करने के लिए, ड्रिल बिट के प्रदर्शन पर सक्शन नोजल मापदंडों के प्रभावों का कम्प्यूटेशनल रूप से अध्ययन किया गया था और इसकी व्यवहार्यता को मान्य करने के लिए एक फील्ड परीक्षण आयोजित किया गया था।

 

2 आरसी ड्रिल बिट का विवरण

चित्र 2 आरसी ड्रिल बिट की योजनाबद्ध संरचना को दर्शाता है। संपीड़ित हवा सक्शन नोजल और फ्लशिंग नोजल के माध्यम से ड्रिल उपकरण के केंद्र मार्ग में प्रवाहित होती है। हवा सक्शन नोजल में प्रवेश करती है, जहां यह उच्च प्रवाह वेग के साथ जेट बनाती है; जेट-पंप प्रभाव के कारण निकटवर्ती कुछ हवा जेट में प्रवेश कर जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप जेट के आसपास एक नकारात्मक दबाव क्षेत्र बन जाएगा। बोरहोल तल और केंद्र मार्ग के अंदर नकारात्मक दबाव क्षेत्र के बीच यह दबाव अंतर हवा और नीचे ड्रिलिंग कटिंग पर कार्य करने वाला एक उठाने वाला बल उत्पन्न कर सकता है। इस बीच, ड्रिल कटिंग के साथ मिश्रित हवा को फ्लशिंग नोजल से निकलने वाले जेट प्रवाह की मदद से ड्रिल टूल के केंद्र मार्ग में लगातार चूसा जाता है, जो ड्रिल कटिंग को केंद्र मार्ग में ले जाता है। आरसी ड्रिल बिट के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए यह सक्शन क्षमता अत्यंत महत्वपूर्ण है, और इसे ड्रिल पाइप और बोरहोल दीवार के बीच एनलस स्पेस में प्रवेश की गई हवा के द्रव्यमान प्रवाह दर और कुल इनपुट द्रव्यमान प्रवाह दर के बीच के अनुपात द्वारा दर्शाया जा सकता है। .

 

 

 

 

 

चित्र 2

बड़े व्यास वाले एयर रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिल बिट की योजनाबद्ध संरचना

 

 

3 कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन दृष्टिकोण

3.1 कम्प्यूटेशनल डोमेन और ग्रिड

665 मिमी के बाहरी व्यास के साथ रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिल बिट का अध्ययन किया गया। ड्रिल बिट का यह आकार 400 मिमी के बाहरी व्यास वाले आरसी-डीटीएच एयर हैमर से मेल खाता है। कम्प्यूटेशनल डोमेन अल्टेयर हाइपरवर्क्स सॉफ्टवेयर द्वारा स्थापित किए गए थे। एक विशिष्ट जालीदार कम्प्यूटेशनल डोमेन चित्र 3 में दिखाया गया है। कम्प्यूटेशनल डोमेन में मुख्य रूप से पांच भाग होते हैं, जिनमें सक्शन नोजल, फ्लशिंग नोजल, ड्रिल बिट की आंतरिक और बाहरी दीवारों के बीच एनलस स्पेस, ड्रिल बिट और बोरहोल द्वारा गठित एनलस स्पेस शामिल हैं। दीवार, और ड्रिल उपकरण का केंद्र मार्ग। डोमेन की जटिल ज्यामिति के कारण सभी कम्प्यूटेशनल डोमेन को टेट्राहेड्रल असंरचित ग्रिड के साथ जोड़ा गया था। ड्रिल बिट मॉडल की ग्रिड संवेदनशीलता का विश्लेषण करने के लिए ग्रिड कोशिकाओं के तीन घनत्वों को नियोजित किया गया था। तालिका 1 के परिणाम दर्शाते हैं कि अधिकतम अंतर <5% है। समय लागत और मॉडल सटीकता को संतुलित करने के लिए हमारी गणना में मध्यम ग्रिड का उपयोग किया गया था।

 

 

 

 

 

 

चित्र तीन

रिवर्स सर्कुलेशन ड्रिल बिट के आंतरिक प्रवाह क्षेत्र और सीमा स्थिति प्रकारों का एक विशिष्ट ग्रिड मॉडल

 

 

ग्रिड	कोशिकाओं की संख्या	प्रविष्ट द्रव्यमान प्रवाह दर (किलो/सेकेंड)
बढ़िया ग्रिड	4 870 311	0.41897
मध्यम ग्रिड	3 010 521	0.42015
मोटा ग्रिड	1 546 375	0.43732
% अंतर		4.4

तालिका 1. कम्प्यूटेशनल डोमेन के लिए ग्रिड संवेदनशीलता विश्लेषण

 

 

3.2 शासकीय समीकरण और सीमा स्थितियाँ

आंतरिक वायु प्रवाह को द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांतों का पालन करने वाला माना जाता है। सामान्य शासकीय समीकरण है [24]:

 

 

 

जहां ϕ आश्रित चर को दर्शाता है, यू वेग वेक्टर को दर्शाता है, Γ प्रसार गुणांक को दर्शाता है, और एस सामान्य स्रोत शब्द है।

 

जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, वायु प्रवेश को Mass_flow_inlet सीमा स्थिति के रूप में परिभाषित किया गया है। आरसी-डीटीएच एयर हैमर टूल (व्यास में 400 मिमी) की मात्रा प्रवाह दर 30 से 92 एम 3/मिनट (मानक स्थिति) तक भिन्न होती है, जो 0.6025 से 1.848 किलोग्राम/सेकेंड की द्रव्यमान प्रवाह दर के अनुरूप होती है। केंद्र मार्ग का आउटलेट और बोरहोल दीवार और ड्रिल उपकरण के बीच एनलस का आउटलेट वायुमंडल के लिए खोला जाता है। इसलिए इन दो आउटलेट्स को प्रेशर_आउटलेट सीमा स्थितियों के रूप में परिभाषित किया गया है और गेज दबाव शून्य पर सेट किया गया है। कम्प्यूटेशनल डोमेन की अन्य सीमाओं को नो-स्लिपिंग स्थिर दीवार सीमा स्थितियों के रूप में निर्धारित किया गया था।

 

निरंतरता और गति संरक्षण समीकरण और ऊर्जा संरक्षण समीकरण को Ansys फ़्लुएंट का उपयोग करके हल किया गया था। आंतरिक वायु प्रवाह की भविष्यवाणी के लिए उपयुक्त अशांति मॉडल के साथ संपीड़ित प्रवाह के लिए नेवियर-स्टोक्स समीकरणों को अपनाया गया था। 3डी घनत्व-आधारित सॉल्वर का उपयोग करके प्रवाह सिमुलेशन किया गया था। इस दृष्टिकोण में, गवर्निंग नेवियर-स्टोक्स समीकरणों को पुनरावृत्त तरीकों का उपयोग करके क्रमिक रूप से हल किया जाता है जब तक कि परिभाषित मान अभिसरण से नहीं मिलते। वेग और दबाव के युग्मन से निपटने के लिए, अर्ध-अंतर्निहित दबाव से जुड़े समीकरण (सरल) एल्गोरिदम योजना, जो निरंतरता और गति समीकरणों को दबाव के समीकरण से जोड़ती है, को काफी सटीकता और अभिसरण को पूरा करने में आसान होने के कारण अपनाया गया था। इसके अलावा, मॉडल परिवहन समीकरणों पर आधारित मानक k-ε अशांत मॉडल का उपयोग किया गया था। अशांत गतिज ऊर्जा और अशांत अपव्यय दर के संदर्भ में संवहन शर्तों की गणना दूसरे क्रम के अपविंड विवेक द्वारा की गई थी, जबकि प्रसार शर्तों को केंद्रीय अंतर द्वारा हल किया गया था।

 

4 सिमुलेशन परिणाम और चर्चा

चित्र 4 केंद्र मार्ग की केंद्र रेखा पर स्थैतिक दबाव भिन्नता को दर्शाता है। जेट दिशा में सक्शन नोजल आउटलेट के पास स्थिर दबाव बोरहोल तल की तुलना में काफी कम है। दबाव का अंतर 20 केपीए तक पहुंच जाता है, जिससे एक अलग उठाने वाला बल उत्पन्न होता है जो ड्रिल कटिंग को बोरहोल तल से कुशलतापूर्वक पंप करता है। एक प्रभावी रिवर्स सर्कुलेशन बनाने के लिए, सक्शन नोजल की संरचना विशेष रूप से डिजाइन की जानी चाहिए। इसलिए, विभिन्न सक्शन नोजल मापदंडों के साथ चौदह कम्प्यूटेशनल डोमेन स्थापित किए गए और जांच की गई। आरसी ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर, सक्शन नोजल के व्यास, ऊंचाई कोण और विक्षेपण कोण के प्रभाव का अध्ययन किया गया। चित्र 5 आरसी ड्रिल बिट का एक विशिष्ट वेग समोच्च दिखाता है। जैसा कि देखा गया है, संपीड़ित हवा के केंद्र मार्ग में प्रवाहित होने के साथ, सक्शन नोजल और बोरहोल तल के आउटलेट के पास कई भंवर उत्पन्न होते हैं। सक्शन नोजल के आउटलेट के आसपास बने भंवर निम्न दबाव क्षेत्र के क्षेत्र का विस्तार करते हैं, हालांकि, इन भंवरों के परिणामस्वरूप सक्शन नोजल से निकलने वाले जेट की गतिज ऊर्जा की बर्बादी भी होती है, जिससे जेट का प्रवेश प्रभाव कमजोर हो जाता है। , और अनिवार्य रूप से केंद्र मार्ग से गुजरने वाली ड्रिल कटिंग में बाधा उत्पन्न करता है। जबकि जेट द्वारा संचालित भंवर बोरहोल तल पर फ्लशिंग नोजल से बाहर निकलते हैं, ड्रिल कटिंग को उत्तेजित कर सकते हैं और उन्हें केंद्र मार्ग में उठाने में मदद कर सकते हैं।

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 4

ड्रिल बिट केंद्र मार्ग की केंद्र रेखा पर विशिष्ट स्थैतिक दबाव वितरण

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 5

ड्रिल बिट के अंदर प्रवाह क्षेत्र का विशिष्ट वेग समोच्च

 

 

4.1 चूषण क्षमता पर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर का प्रभाव

इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर एकमात्र पैरामीटर है जिसे ड्रिल उपकरण निर्मित होने पर समायोजित किया जा सकता है। इसके अलावा, इस तथ्य के कारण कि आरसी ड्रिल बिट के शीर्ष पर एक डीटीएच एयर हथौड़ा इकट्ठा किया जाता है, ड्रिल बिट से गुजरने वाली वायु द्रव्यमान प्रवाह दर समय के साथ बदलती रहती है। आम तौर पर, डीटीएच वायु हथौड़ा के पिस्टन आंदोलन के कारण वायु द्रव्यमान प्रवाह दर संशोधित होती है। ड्रिल बिट की चूषण क्षमता पर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर के प्रभाव की जांच ड्रिलिंग प्रक्रिया के लिए कुछ मार्गदर्शन प्रदान कर सकती है। चित्र 6 रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर के प्रभाव को दर्शाता है। सिमुलेशन के इस समूह में, सक्शन नोजल के कुछ संरचना पैरामीटर दिए गए थे, जिसमें 60° ऊंचाई कोण, सक्शन नोजल का 18 मिमी व्यास और 15° विक्षेपण कोण शामिल थे। इसके अतिरिक्त, सक्शन नोजल को केंद्र मार्ग की दीवार पर सममित रूप से और परिधीय रूप से वितरित किया जाता है, और सक्शन नोजल की संख्या सभी छह है। ड्रिल पाइप और बोरहोल दीवार के बीच एनलस स्पेस से चूसे गए वायु द्रव्यमान प्रवाह की दर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि के साथ बढ़ती है, और यह अपने अधिकतम तक पहुंच जाती है जब इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर 1.205 किग्रा/सेकेंड होती है, तब चूसी गई हवा इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि के साथ ड्रिल पाइप और बोरहोल दीवार द्वारा गठित एनलस से द्रव्यमान तेजी से घटता है। जब इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर <1.205 किग्रा/सेकेंड है, तो इनपुट वायु की इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर बढ़ाने से सक्शन नोजल से वायु प्रवाह के इंजेक्शन वेग में सुधार हो सकता है, जिससे चूसे गए वायु द्रव्यमान प्रवाह दर में सुधार हो सकता है। जबकि, ड्रिल बिट के केंद्र मार्ग का क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र सीमित है, बहुत अधिक इनपुट हवा वायु प्रवाह के बढ़ते प्रतिरोध का कारण बनेगी, जिससे ड्रिल बिट की चूषण क्षमता कमजोर हो जाएगी। जैसा कि देखा गया, इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि के साथ चूषण क्षमता (चूषित और इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर के बीच का अनुपात) कम हो गई। इसका श्रेय हवा की संपीडनशीलता को दिया जा सकता है कि वायु को संपीडित करने में अधिक ऊर्जा की खपत हुई।

 

 

 

 

 

चित्र 6

ड्रिल बिट रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर का प्रभाव

 

 

4.2 सक्शन क्षमता पर सक्शन नोजल व्यास का प्रभाव

इनपुट वायु में दोहरी-दीवार ड्रिल पाइप, सक्शन नोजल और फ्लशिंग नोजल के एनलस स्थान से निर्वहन के लिए दो मार्ग हैं। जब इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर दी जाती है, तो सक्शन नोजल और फ्लशिंग नोजल पर वायु द्रव्यमान प्रवाह दर के बीच का अनुपात सक्शन-नोजल व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है। जेटिंग वेग को एक निश्चित स्तर पर बनाए रखने पर आरसी ड्रिल बिट की सक्शन क्षमता बढ़ जाएगी। चित्र 7 रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर सक्शन नोजल व्यास का प्रभाव दिखाता है। सिमुलेशन के इस समूह में, सक्शन नोजल के कुछ संरचना पैरामीटर दिए गए थे, जिसमें 60° ऊंचाई कोण, 15° विक्षेपण कोण और इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर 70 m3/मिनट शामिल थे। जब सक्शन नोजल का व्यास <20 मिमी होता है, तो सक्शन नोजल का व्यास बढ़ाने से ड्रिल बिट की सक्शन क्षमता में वृद्धि होती है। जब व्यास 20 मिमी से बड़ा होता है, तो ड्रिल बिट की चूषण क्षमता काफी कमजोर हो जाती है। सक्शन नोजल से निकलने वाले वायु जेट की गति ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर प्रमुख प्रभाव दिखाती है। जब सक्शन नोजल का व्यास 20 मिमी से बड़ा होता है, तो जेट वेग का घटता हुआ आयाम सक्शन नोजल पर द्रव्यमान प्रवाह दर के बढ़ते आयाम पर हावी हो जाता है, जिससे ड्रिल बिट की सक्शन क्षमता कमजोर हो जाती है।

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 7

ड्रिल बिट रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर सक्शन नोजल व्यास का प्रभाव

 

 

4.3 सक्शन क्षमता पर सक्शन नोजल उन्नयन कोण का प्रभाव

सक्शन नोजल उन्नयन कोण को केंद्र मार्ग के क्रॉस सेक्शन और सक्शन नोजल की केंद्र रेखा के बीच के कोण के रूप में परिभाषित किया गया है। चित्र 8 इंगित करता है कि ऊंचाई कोण बढ़ाने से ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता में सुधार हो सकता है। सक्शन नोजल से जेट प्रवाह ड्रिल बिट की दीवार में झुके हुए सभी सक्शन नोजल के लिए एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेगा। जेटों के बीच इन टकरावों के परिणामस्वरूप ऊर्जा की खपत होगी और जेट प्रवाह की अक्षीय गति कम हो जाएगी, जिससे ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता ख़राब हो जाएगी। जब सक्शन नोजल का उन्नयन कोण छोटा होता है तो जेट प्रवाह के बीच हस्तक्षेप अधिक तीव्र होता है।

 

 

 

चित्र 8

ड्रिल बिट रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर सक्शन नोजल ऊंचाई कोण का प्रभाव

 

4.4 रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर सक्शन नोजल विक्षेपण कोण का प्रभाव

सक्शन नोजल का विक्षेपण कोण केंद्र मार्ग के क्रॉस सेक्शन पर एक सक्शन नोजल की केंद्र रेखा के प्रक्षेपण और सक्शन नोजल के आउटलेट पर केंद्र मार्ग दीवार की सामान्य दिशा के बीच के कोण को दर्शाता है। चित्र 9 सक्शन क्षमता पर सक्शन नोजल विक्षेपण कोण के प्रभाव को दर्शाता है, सक्शन नोजल के विक्षेपण कोण में वृद्धि के साथ, ड्रिल बिट की सक्शन क्षमता काफी बढ़ जाती है। विक्षेपण कोण के साथ सक्शन नोजल से हवा का प्रवाह केंद्र मार्ग में घूमता हुआ प्रवाह बना सकता है, जिससे ड्रिल बिट की सक्शन क्षमता में सुधार होता है। इसके अलावा, विक्षेपित जेट उनके बीच हस्तक्षेप को दबा सकते हैं। हालाँकि, विक्षेपण कोण का अधिकतम मान ड्रिल बिट व्यास द्वारा सीमित है और इसे असीमित रूप से नहीं बढ़ाया जा सकता है।

 

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 9

ड्रिल बिट रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता पर सक्शन नोजल विक्षेपण कोण का प्रभाव

 

 

 

5 क्षेत्र परीक्षण
 

कठोर चट्टान निर्माण में आरसी-डीटीएच वायु हथौड़ा का उपयोग करके प्रवेश दर को सत्यापित करने के लिए, 665 मिमी के बाहरी व्यास के साथ ड्रिल बिट, और 400 मिमी (आरसी-डीटीएच 400) के बाहरी व्यास के साथ आरसी-डीटीएच वायु हथौड़ा का उपयोग किया गया था। निर्मित. सिमुलेशन परिणाम बताते हैं कि सक्शन नोजल व्यास, ऊंचाई कोण और विक्षेपण कोण सहित 665 मिमी के बाहरी आयाम के साथ आरसी ड्रिल बिट के लिए सक्शन-नोजल पैरामीटर के इष्टतम मान क्रमशः 20 मिमी, 60 डिग्री और 20 डिग्री थे। फिर भी, अत्यधिक बड़ा सक्शन नोजल पैरामीटर ड्रिल बिट की ताकत को कमजोर कर देगा। 18 मिमी के व्यास, 45° के उन्नयन कोण और 10° के विक्षेपण कोण वाले छह सक्शन नोजल को अंततः ड्रिल बिट की सेवा जीवन सुनिश्चित करने के लिए चुना गया था। आरसी-डीटीएच एयर हैमर की डिजाइन संरचना और आरसी-डीटीएच एयर हैमर टूल के निर्मित प्रोटोटाइप की फोटोग्राफिक छवि चित्र 10 में दिखाई गई है। जब आरसी-डीटीएच एयर हैमर काम कर रहा है, तो पिस्टन की गति को विभाजित किया जा सकता है। दो चरणों में: बैकहॉल चरण और स्ट्रोक चरण, और प्रत्येक चरण में वायु सेवन, वायु विस्तार, वायु संपीड़न और वायु निकास चरणों का अनुभव होता है। आरसी-डीटीएच400 का नाममात्र वायु दबाव और नाममात्र वायु मात्रा प्रवाह दर क्रमशः 1.8 एमपीए और 92 एम3/मिनट है; पिस्टन की नाममात्र प्रभाव आवृत्ति और प्रभाव वेग क्रमशः 14.35 हर्ट्ज और 8.01 मीटर/सेकेंड हैं। 140 मिमी के बाहरी व्यास के साथ दोहरी-दीवार ड्रिल पाइप, दोहरी-दीवार केली, दोहरी-दीवार कुंडा सहित अन्य सहायक घटकों का भी निर्माण किया गया था।

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 10

रिवर्स सर्कुलेशन डाउन-द-होल एयर हैमर टूल की डिज़ाइन संरचना और फोटोग्राफिक छवि

 

फ़ील्ड परीक्षण स्थल फ़ोशान, गुआंग्डोंग, चीन में स्थित है। परीक्षण स्थल के निर्माण में 3.99 मीटर की मोटाई वाली ढीली मिट्टी, 17 मीटर की मोटाई के साथ अपक्षयित आर्गिलेशियस सिल्टस्टोन और अपक्षयित आर्गिलेशियस सिल्टस्टोन के नीचे अपक्षयित लाल आर्गिलेशियस सिल्टस्टोन शामिल हैं। पारंपरिक रोटरी ड्रिलिंग विधि का उपयोग करके ढीली मिट्टी की परत और अपक्षयित आर्गिलैसियस सिल्टस्टोन परत को आसानी से ड्रिल किया जाता है। हालाँकि, अपक्षयित लाल आर्गिलेशियस सिल्टस्टोन में ड्रिलिंग की प्रवेश दर अपेक्षाकृत कम है, <2 m/h तक पहुंचा जा सकता है। और डूबते हुए स्लैग को साफ करना मुश्किल है।

 

आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग परीक्षण करने के लिए, पारंपरिक रोटरी ड्रिलिंग विधि द्वारा ढीली मिट्टी की परत और अपक्षयित आर्गिलैसियस सिल्टस्टोन परत को ड्रिल किया जाता है। फिर आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग सिस्टम को बिना मौसम वाले लाल आर्गिलेशियस सिल्टस्टोन निर्माण को ड्रिल करने के लिए नियोजित किया गया था। फ़ील्ड परीक्षण प्रणाली का लेआउट चित्र 11 में दिखाया गया है। एटलस कोपको द्वारा बनाया गया एक एयर कंप्रेसर, अधिकतम वायु मात्रा प्रवाह 34 m3/मिनट और नाममात्र वायु दबाव 30 बार के साथ, और इंगरसोल रैंड द्वारा बनाया गया एक एयर कंप्रेसर, अधिकतम वायु मात्रा के साथ। संपीड़ित हवा प्रदान करने के लिए 25.5 एम3/मिनट का प्रवाह और 24 बार का नाममात्र वायु दबाव नियोजित किया गया था। पिस्टन को चिकनाई देने के लिए एक स्नेहक को नियोजित किया गया था। गुआंग्शी लिउगॉन्ग ग्रुप कंपनी लिमिटेड द्वारा निर्मित रोटरी ड्रिलिंग रिग SD20E को ड्रिलिंग प्रक्रिया में रोटरी बल और WOB प्रदान करने के लिए नियोजित किया गया था।

 

 

 

 

चित्र 11

फ़ील्ड परीक्षण प्रणाली का लेआउट

 

 

दो परीक्षण बोरहोल ड्रिल किए गए, और बोरहोल की अधिकतम गहराई 50.8 मीटर है। ड्रिलिंग प्रक्रिया में 6.0 m/h की अधिकतम प्रवेश दर देखी गई, और हवा की मात्रा प्रवाह दर और नाममात्र मूल्यों से नीचे हवा के दबाव की स्थिति में औसत प्रवेश दर 4.5 m/h है। फ़ील्ड परीक्षणों से पता चला कि आरसी ड्रिल बिट एक अच्छी रिवर्स सर्कुलेशन स्थिति तक पहुंच सकता है, भले ही सक्शन नोजल पैरामीटर इष्टतम नहीं थे। बोरहोल फ्लशिंग प्रक्रिया में कोई डूबता हुआ स्लैग नहीं पाया गया। जैसा कि चित्र 12 में दिखाया गया है, ड्रिल उपकरण और बोरहोल दीवार के वलय स्थान से बहुत कम हवा और धूल बची थी। सतह पर लौटी ड्रिल कटिंग में अधिकतर मध्यम से बड़े आकार के कण होते हैं। इसके अलावा, बोरहोल फ्लशिंग प्रक्रिया में कोई डूबता हुआ स्लैग नहीं पाया गया, और ड्रिल कटिंग लगातार सतह पर लौट सकती है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग सिस्टम अच्छी कार्यशील स्थिति में था और बड़े-व्यास वाले बोरहोल ड्रिलिंग में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है।

 

 

 

 

 

 

 

 

चित्र 12

फ़ील्ड परीक्षण के फ़ोटोग्राफ़िक चित्र. ए, ड्रिलिंग प्रक्रिया में गठित रिवर्स सर्कुलेशन; बी, ड्रिलिंग कटिंग; सी, बोरहोल फ्लशिंग प्रक्रिया; डी, छिड़काव प्रवाह के साथ डिस्चार्ज पाइप का मुंह

 

 

6 निष्कर्ष

प्रवेश दर में सुधार करने और पर्यावरण-अनुकूल ड्रिलिंग संचालन प्राप्त करने के लिए, संभावित उत्पादक जलाशय संरचना के ऊपर ऊपरी कठोर संरचनाओं को ड्रिल करने के लिए आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग दृष्टिकोण प्रस्तावित किया गया था। रिवर्स सर्कुलेशन का एहसास करने के लिए आरसी-डीटीएच एयर हैमर ड्रिलिंग सिस्टम के प्रमुख भाग के रूप में आरसी ड्रिल बिट, 665 मिमी व्यास वाले आरसी ड्रिल बिट पर एक पैरामीट्रिक अध्ययन किया गया था। परिणाम बताते हैं कि सक्शन नोजल के उन्नयन कोण और विक्षेपण कोण में वृद्धि से ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता में सुधार हो सकता है। ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता तब अधिकतम तक पहुंच जाती है जब इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर 1.205 किग्रा/सेकेंड होती है, उसके बाद इनपुट वायु द्रव्यमान प्रवाह दर बढ़ने के साथ यह खराब हो जाती है। 665 मिमी के बाहरी व्यास के साथ ड्रिल बिट और 400 मिमी के बाहरी व्यास के साथ आरसी-डीटीएच एयर हैमर का निर्माण किया गया और एक फील्ड परीक्षण किया गया। फ़ील्ड परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि डिज़ाइन किए गए बड़े-व्यास आरसी ड्रिल बिट की रिवर्स सर्कुलेशन क्षमता अच्छी है, और फ़ील्ड परीक्षण में अधिकतम प्रवेश दर 6.0 मीटर/घंटा थी, जो ड्रिलिंग ऑपरेशन समय और लागत को नाटकीय रूप से कम कर सकती है।

 

आभार
 

इस कार्य को चीन के राज्य प्रमुख अनुसंधान विकास कार्यक्रम (अनुदान संख्या 2016YFC0801402 और 2016YFC0801404), चीन के राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रमुख परियोजना (अनुदान संख्या 2016ZX05043005), चीन