हार्ड रक ड्रिलिंगको संहिता क्र्याक गर्दै: खेल परिवर्तन गर्ने DTH प्रविधि।
निर्माण क्षेत्रको भौगर्भिक अवस्था अनुसार, चित्र १ मा देखाइए अनुसार, ड्रिल रिगहरूले सामान्यतया प्रयोग गर्ने चार मुख्य ड्रिलिंग विधिहरू छन्।
a. वायमेटिक वा हाइड्रोलिक-संचालित रोटरी हेडहरू प्रभाव उपकरणसँग मिलाएर माथिल्लो भागबाट घुमाउने र प्रभाव ऊर्जा प्रसारण गर्दछ।ड्रिल पाइप, ड्रिल पाइपमा रहेको झट्का तरंगहरू मार्फत ड्रिल बिटमा ऊर्जा पुर्याउँछ। यो विधि सानो व्यास र उथले गहिराइमा सीमित छ र सामान्यतया खानी, निर्माण स्थल र भूमिगत खानी सञ्चालनमा प्रयोग गरिन्छ।
ख।डाउन-द-होल (DTH) हथौडाहरू ड्रिल स्ट्रिङको तल अवस्थित हुन्छन्। संकुचित हावा ड्रिल स्ट्रिङ मार्फत DTH मा प्रवेश गर्छ, पिस्टनलाई पारस्परिक गतिमा चलाउँछ जसले ड्रिल बिटलाई प्रत्यक्ष असर गर्छ, प्रभाव ऊर्जा चट्टानमा स्थानान्तरण गर्दछ। यो प्रणालीमा न्यूनतम पावर हानि छ र यो विशेष गरी गहिरो प्वालहरू, सीधा प्वालहरू, र मध्यम-कडा चट्टानहरूको लागि उपयुक्त छ।
ग।रिभर्स सर्कुलेशन (RC) ड्रिलिंगड्रिल बिटको अगाडिबाट चट्टानका नमूनाहरू सङ्कलन र ढुवानी गर्न DTH प्रयोग गर्दछ। सुख्खा र अदूषित काटिएका टुक्राहरूलाई DTH को केन्द्र पाइप मार्फत नमूना सङ्कलन उपकरणमा पठाइन्छ, भूगर्भीय विश्लेषणको लागि तयारी गर्दै।
घ. हाइड्रोलिक वा विद्युतीय मोटरहरूद्वारा सञ्चालित गियरबक्सले घुम्ने पावर हेड बनाउँछ, जसले ड्रिल रिग र बाक्लो-पर्खाल भएको ड्रिल पाइपमा माथि र तल सर्ने फिड प्रणाली मार्फत तीन-कोन ड्रिल बिटमा पर्याप्त फिड बल लागू गर्दछ। यो विधि नरम चट्टानहरू वा बलियोसँग जोडिएका कडा चट्टानहरूको लागि प्रयोग गरिन्छ।
- DTH का सिद्धान्त र विशेषताहरू
DTH ले ड्रिल गरिएका संरचनाहरूमा मध्यम-कठोर वा कडा हुने सबै आग्नेय चट्टानहरू, रूपान्तरित चट्टानहरू, र तलछट चट्टानहरू समावेश गर्न लगभग पूर्ण रूपमा सक्षम छन्। DTH विशेष गरी कडा चट्टान र कडा तह ड्रिलिंगको लागि फाइदाजनक छ किनभने कडा चट्टान भंगुर हुन्छ। प्रभाव भार अन्तर्गत, फ्र्याक्चरहरू प्रत्यक्ष प्रभाव साइटमा मात्र हुँदैनन् तर भाँचिएको क्षेत्र पनि सिर्जना गर्छन्, जसको परिणामस्वरूप ठूला चट्टानका टुक्राहरू हुन्छन्। यसरी, शुद्ध रोटरी ड्रिलिंगको तुलनामा ड्रिलिंग गति उल्लेखनीय रूपमा छिटो छ। चित्र २ मा रहेको मेकानिकल मोडेलले प्रभाव रोटरी ड्रिलिंगको समयमा चट्टानमा काम गर्ने विभिन्न भारहरू चित्रण गर्दछ।
यसको अतिरिक्त, DTH (डाउन-द-होल) ड्रिलिंग बोरहोल विचलनको सम्भावना भएका संरचनाहरूमा अत्यधिक प्रभावकारी हुन्छ, जस्तै राम्रोसँग विकसित ओछ्यान र फोलिएसन भएको तह, वा असमान कठोरता र धेरै फ्र्याक्चर भएका चट्टान तहहरू। यसले बोरहोल विचलनलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न सक्छ र ग्राभेल तहहरू र ढुङ्गाको ओछ्यानहरू मार्फत ड्रिलिंग गर्ने कठिनाइहरूलाई पनि पार गर्न सक्छ।
DTH ड्रिलिंग १९ औं शताब्दीको अन्त्यतिर विकसित भएको थियो र यसको इतिहास एक शताब्दीभन्दा बढी छ। यद्यपि धेरै प्रकारका DTH ड्रिलहरू छन्, तिनीहरूको साझा विशेषता छ: प्रभाव संयन्त्र र ड्रिल बिट दुवै बोरहोलमा डुबाइन्छ, रोटेशनलाई प्रभावसँग मिलाएर चट्टान तोडिन्छ। प्रभाव बल उत्पन्न गर्न प्रयोग गरिने उपकरणहरूलाई तिनीहरूको ड्राइभिङ विधिद्वारा वायवीय, हाइड्रोलिक, तेलको चाप, विद्युतीय र मेकानिकल प्रकारहरूमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ।
प्रसारणको क्रममा प्रभाव ऊर्जाले उल्लेखनीय क्षति अनुभव गर्ने र प्रभावित कम्पोनेन्टहरूलाई पर्याप्त क्षति पुर्याउन सक्ने भएकोले, सामान्यतया गहिरो ड्रिलिंग कार्यहरूमा उपकरणहरू ड्रिल उपकरणको साथ बोरहोलमा प्रवेश गर्नु आवश्यक हुन्छ, ताकि आउटपुट प्रभाव बलले ड्रिल बिट वा कोर ब्यारेलमा सिधै कार्य गर्न सकोस्। यसले प्रसारणको क्रममा ऊर्जा क्षतिलाई कम गर्छ, ऊर्जा दक्षता सुधार गर्छ, र डाउनहोल उपकरण विफलताको सम्भावना कम गर्छ।
वायवीय DTH, जसलाई हावा-संचालित DTH पनि भनिन्छ, धेरै संरचनात्मक प्रकार र वर्गीकरण विधिहरूमा आउँछ।
- दबाब मूल्याङ्कन अनुसार: उच्च-दबाव, मध्यम-दबाव, र कम-दबाव प्रकारहरू।
- समग्र संरचना अनुसार: गैर-थ्रु र थ्रु प्रकारहरू।
- भल्भ सञ्चालन सिद्धान्त अनुसार: नियन्त्रण भल्भ प्रकार, मुक्त भल्भ प्रकार, र हाइब्रिड भल्भ प्रकार।
- पिस्टन संरचना अनुसार: समान व्यास पिस्टन, असमान व्यास पिस्टन, र ट्यान्डम पिस्टन प्रकारहरू।
- हावा वितरण प्रकार अनुसार: भल्भ गरिएको DTH र भल्भलेस DTH। भल्भ गरिएको DTH लाई प्लेट भल्भ, डिस्क भल्भ र बेलनाकार भल्भ प्रकारहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ, जबकि भल्भलेस DTH लाई केन्द्र रड निकास प्रकार, पिस्टन हावा वितरण प्रकार, र पिस्टन, सिलिन्डर र केन्द्र रड द्वारा संयुक्त हावा वितरणमा विभाजन गर्न सकिन्छ।
- प्वाल धुने र स्ल्याग डिस्चार्ज विधिद्वारा: बीचको प्वाल धुने, अगाडिको प्वाल धुने, र छेउको प्वाल धुने।
२. प्रभाव संयन्त्र संरचनात्मक योजनाहरूको निर्धारण
२.१ पिस्टन स्व-ग्यास आपूर्ति नन-भल्भ प्रभाव संयन्त्र
यस प्रकारको प्रभाव संयन्त्रले मुख्यतया ग्यास आपूर्तिको लागि पिस्टनमा रहेको ग्यास मार्गहरू प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा धेरै ग्यास च्यानलहरू भएको जटिल पिस्टन संरचना हुन्छ, जसले पिस्टनको शक्ति र आयु घटाउँछ। यद्यपि, यो प्रभाव संयन्त्रले भित्री र बाहिरी सिलिन्डरहरूलाई एकीकृत गर्दछ, पिस्टनको प्रभावकारी कार्य क्षेत्र बढाउँछ र संयन्त्रको प्रभाव ऊर्जा बढाउँछ।
२.२ पिस्टन र सिलिन्डर संयुक्त ग्यास आपूर्ति नन-भल्भ इम्प्याक्ट मेकानिज्म
यस प्रकारको संरचना सरल छ जुन निर्माण गर्न सजिलो छ, पिस्टनको आयु लामो छ, र ग्यास प्वालहरू सिलिन्डर र पिस्टन दुवैमा अवस्थित छन्। यो संरचना विदेशमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
२.३ केन्द्र पाइप ग्यास आपूर्ति नन-भल्भ इम्प्याक्ट मेकानिज्म
यस संयन्त्रमा, माथिल्लो र तल्लो कक्षहरूको लागि हावा सेवन मार्गहरू गोलाकार पाइपमा व्यवस्थित गरिएका छन् जहाँ पिस्टन स्लाइड हुन्छ। यसलाई उच्च उत्पादन परिशुद्धता चाहिन्छ र केन्द्र पाइपको लागि अपेक्षाकृत छोटो आयु हुन्छ।
२.४ साइड निकास प्रभाव संयन्त्र
तथाकथित साइड एक्जस्टको अर्थ ड्रिल बिटको केन्द्रबाट प्वालको तल जानुको सट्टा सिलिन्डर बडीबाट बाहिर निस्कन्छ। यस प्रकारको प्रभाव संयन्त्रमा सामान्यतया सिलिन्डर बडीमा धेरै सेवन र निकास मार्गहरू हुन्छन्, जसले गर्दा संरचनात्मक बल कमजोर हुन्छ, अनुदैर्ध्य थकान दरारहरूको सम्भावना हुन्छ, र हावाको चापमा उल्लेखनीय क्षति हुन्छ, जसले गर्दा ड्रिल बिटको लागि सब-इप्टिमल फोहोर हटाउने र शीतलन प्रभावहरू हुन्छन्।
२.५ केन्द्र निकास प्रभाव संयन्त्र
यस प्रकारको प्रभाव संयन्त्रले ड्रिल बिटको केन्द्रबाट प्वालको तलसम्म सिधै फोहोर र ग्यासलाई बाहिर निकाल्छ। प्रत्यक्ष वायुप्रवाहले फोहोर हटाउने दक्षता मात्र बढाउँदैन तर ड्रिलिंग दक्षता र शीतलनमा पनि सुधार गर्छ, जसले ड्रिल बिटको आयु बढाउँछ। यो संरचनात्मक प्रकारले साइड निकास प्रभाव संयन्त्रको भित्री सिलिन्डरमा रहेका असंख्य अनुदैर्ध्य खाँचहरूलाई कुण्डलाकार खाँचोले प्रतिस्थापन गर्छ, जसले भित्री सिलिन्डरमा तनाव एकाग्रतालाई धेरै कम गर्छ। यो हालका वर्षहरूमा व्यापक रूपमा अपनाइएको संरचना बनेको छ।
२.६ शृङ्खला पिस्टन प्रभाव संयन्त्र
श्रृंखला पिस्टन प्रभाव संयन्त्र, जसलाई डुअल-पिस्टन (हेड) प्रभाव संयन्त्र पनि भनिन्छ, ले आइसोलेसन रिङ प्रयोग गरेर सिलिन्डरलाई दुई चेम्बरहरूमा विभाजन गर्दछ। यो डिजाइनले दुबै पिस्टन अनुहारहरूलाई एउटै बोर व्यास भित्र एकैसाथ काम गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा ठूलो प्रभाव शक्ति र उच्च प्रभाव आवृत्ति हुन्छ। तदनुसार, त्यहाँ एक दोहोरो निकास प्रणाली छ जसले प्वालको तलबाट चट्टानको धुलोलाई प्रभावकारी रूपमा हटाउँछ। यद्यपि, यसको मुख्य कमजोरी यसको जटिल संरचना र मेसिनिंग भागहरूमा उच्च परिशुद्धताको आवश्यकता हो; उदाहरणका लागि, पिस्टनमा सम्बन्धित घटकहरूसँग पाँचवटा सम्म मिलन सतहहरू छन्, जसले यसको प्रयोग र पदोन्नतिलाई सीमित गर्दछ। त्यसकारण, यो डिजाइनले दोस्रो विकल्प अपनाउँछ, जुन पिस्टन र सिलिन्डर संयुक्त ग्यास आपूर्ति भएको गैर-भल्भ प्रभाव संयन्त्र हो। यसको संरचना चित्र ३ मा देखाइएको छ।
३. DTH को लागि सैद्धान्तिक विश्लेषण र सान्दर्भिक गणनाहरू
३.१ सञ्चालन प्यारामिटरहरूको चयन**
३.१.१ हथौडाको लम्बाइ र तौल: प्रारम्भिक डिजाइनले ४५०० मिमी भन्दा कम लम्बाइ र २५०० किलोग्राम भन्दा कम तौल निर्दिष्ट गर्दछ।
३.१.२ हथौडाको व्यास: उपयुक्त हथौडाको व्यास ड्रिलिंग व्यासको आधारमा निर्धारण गरिन्छ, जुन ५४० मिमीमा सेट गरिएको छ।
३.१.३ ड्रिलिंग व्यास: यसले पाइल प्वालको व्यासलाई जनाउँछ, सामान्यतया ५५० मिमी र ६०० मिमी बीचको।
३.१.४ ड्रिलिंग गहिराई: पाइल डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार, यो सामान्यतया धेरै दर्जन मिटर र एक सय मिटरको बीचमा हुन्छ।
३.१.५ ड्रिल गति: DTH ड्रिलिंग सामान्यतया कम घुम्ने गतिमा सञ्चालन हुन्छ, सामान्यतया ७ देखि २५ r/s बीचमा।
३.१.६ घुमाउने टर्क: यस डिजाइनको लागि अधिकतम टर्क १५० kN·m मा सेट गरिएको छ।
३.२ डिजाइन प्यारामिटरहरूको गणना
DTH का लागि डिजाइन प्यारामिटरहरू, विशेष गरी DTH प्रभाव उपकरणको कार्यसम्पादन प्यारामिटरहरू, मेसिन डिजाइनको लागि आधारको रूपमा काम गर्छन् र निर्मित उपकरणको कार्यसम्पादन परिभाषित गर्छन्।
३.२.१ प्रभाव उपकरणको लागि डिजाइन दबाव P
चीनमा, ०.४९ MPa (लगभग ५ × १०^५ Pa) को दबाबलाई वायवीय प्रभाव उपकरणको लागि डिजाइन मानकको रूपमा व्यापक रूपमा छनोट गरिन्छ। यस डिजाइनको लागि DTH ठूलो ड्रिलिंग व्यास र भारी पिस्टन भएको गैर-भल्भ प्रभाव उपकरण भएकोले, उच्च हावाको दबाबले कार्यसम्पादनलाई अझ बढाउनेछ। थप रूपमा, उच्च-दबाव एयर कम्प्रेसरहरू बढ्दो रूपमा सामान्य छन्, र अन्तर्राष्ट्रिय मानक ISO ५९४१-१९७९ अनुसार, १.६ MPa को डिजाइन दबाब चयन गरिएको छ।
३.२.२ प्रभाव शक्ति
ठूला व्यासका प्वालहरू ड्रिल गर्न प्रयोग गरिने DTH को लागि, डिजाइन प्रभाव ऊर्जामा उल्लेखनीय रूपमा उतारचढाव आउन सक्छ। यस डिजाइनको लागि प्रभाव ऊर्जा निम्नानुसार गणना गरिएको छ:
३.२.३ प्रभाव आवृत्ति
सामान्यतया, स्थिर प्रभाव ऊर्जा अन्तर्गत, प्रभाव आवृत्ति प्रभावकर्ताको आउटपुट पावरसँग समानुपातिक हुन्छ। यद्यपि, जब सिलिन्डर व्यास निश्चित हुन्छ, प्रभाव आवृत्ति बढाउनाले पिस्टन स्ट्रोकमा कमी आवश्यक पर्दछ, जसले गर्दा एकल प्रभाव शक्ति घट्छ। एक पटक एकल प्रभाव शक्ति निश्चित थ्रेसहोल्ड भन्दा तल खस्दा, आवृत्ति बढाउनाले सन्तोषजनक ढुङ्गा तोड्ने परिणामहरू प्राप्त हुँदैनन्। यसरी, प्रभाव आवृत्तिको चयन प्रभाव शक्ति द्वारा सीमित हुन्छ।
०.५ MPa को डिजाइन प्रेसरमा सञ्चालन हुने वायवीय DTH को लागि, फ्रिक्वेन्सी १६.८ Hz भन्दा बढी हुनु हुँदैन। DTH ०.५ र २.५ MPa बीचको डिजाइन प्रेसरमा सञ्चालन हुने भएकोले, प्रभाव आवृत्ति उल्लेखनीय रूपमा फरक हुन सक्छ। प्रभावकर्ताको फ्रिक्वेन्सीको प्रारम्भिक चयन निम्नानुसार गणना गर्न सकिन्छ:
f = १०.४ + ७.६P
(२) जहाँ P प्रणाली आपूर्ति चाप हो। यस डिजाइनको लागि, P = १.६ MPa, त्यसैले:
f = १०.४ + ७.६ × १.६ = २२.५ हर्ट्ज।
३.३ संरचनात्मक प्यारामिटर डिजाइन
DTH का मुख्य संरचनात्मक प्यारामिटरहरूमा सिलिन्डर बोर व्यास, पिस्टन स्ट्रोक, र पिस्टन आयामहरू समावेश छन्। सिलिन्डर व्यास बढाउनाले प्रभाव शक्ति र आवृत्ति दुवै बढाउन सक्छ, त्यसैले संरचनात्मक आकारको सीमा भित्र व्यास अधिकतम हुनुपर्छ। सामान्यतया, DTH को बाहिरी व्यास र बोर व्यास बीचको भिन्नता १५ देखि २० मिमी भन्दा कम हुनु हुँदैन, र DTH को बाहिरी आवरण धेरै पातलो हुनु हुँदैन। त्यसैले, DTH सिलिन्डर व्यास र ड्रिलिंग व्यासको अनुपात सामान्यतया ०.५ भन्दा माथि हुन्छ।
३.३.१ सिलिन्डरको कार्य व्यास र संरचनात्मक स्ट्रोक
सिलिन्डरको काम गर्ने व्यास D निम्नानुसार गणना गर्न सकिन्छ:
D = K × D(बोर) = (०.५७ - ०.६८) × D(बोर) (३)
यस डिजाइनको लागि, D(bore) = 600 mm, त्यसैले D लाई 360 mm मानिन्छ। संरचनात्मक स्ट्रोक S लाई अनुभवजन्य रूपमा S = 500 mm मानिन्छ।
३.३.२ पिस्टन मास
पिस्टनको रेडियल आयामहरू सिलिन्डरको आकार र संरचनाद्वारा सीमित हुन्छन्, जसले गर्दा बराबर वा फरक व्यासका पिस्टनहरू हुन सक्छन्। रेखीय आयामहरू पिस्टनको तौलमा निर्भर गर्दछन्, जुन ड्रिल बिटलाई प्रहार गर्दा यसको गतिसँग पनि सम्बन्धित छ। त्यसकारण, पिस्टनको संरचनात्मक आयामहरू निर्धारण गर्नु DTH डिजाइनको एक जटिल पक्ष हो। DTH पिस्टनको द्रव्यमान निम्नानुसार अनुमान गर्न सकिन्छ:
m = ०.०२०५D^२.८४ (४)
जहाँ m भनेको किलोग्राममा पिस्टनको द्रव्यमान हो; D भनेको सेमीमा सिलिन्डरको काम गर्ने व्यास हो।
D = ३६ प्रतिस्थापन गर्दा उत्पादन हुन्छ: m = ५४० किलोग्राम।
DTH मा मुख्यतया टर्क ट्रान्समिसन संरचना र वायवीय प्रभाव संयन्त्र हुन्छ। टर्क ट्रान्समिसन संरचनाले ड्रिल रड र DTH लाई जोड्छ, घुमाउने काट्ने र तान्ने बलहरू प्रसारण गर्दछ; वायवीय प्रभाव संयन्त्रले प्रभाव उत्पन्न गर्दछ, प्रभाव ड्रिल बिटलाई अक्षीय शक्ति प्रदान गर्दछ। विशिष्ट संरचना विवरणहरू चित्र ३ मा देखाइएको छ।
टर्क ट्रान्समिसन संरचनाले ड्रिल रड र इम्पेक्टरलाई जोड्छ। माथिल्लो जोइन्ट पाइप थ्रेडहरू मार्फत ड्रिल रड र इम्पेक्टरसँग जोडिन्छ, मुख्यतया ग्यासको कडापन सुनिश्चित गर्न र टर्क र तान्ने बल पनि प्रसारण गर्दछ। चेक भल्भले स्प्रिङद्वारा नियन्त्रित इम्पेक्टर र ड्रिल रडमा हिलो र पानी प्रवेश गर्नबाट रोक्छ। ग्यास आपूर्ति रड भएको एयर इनटेक सिटले सिलिन्डरमा कम्प्रेस्ड हावा प्रवेश गर्ने काम गर्छ, जसले सिलिन्डर र पिस्टनसँगै ग्यास आपूर्ति कार्यलाई सहज बनाउँछ, जसले गर्दा संयुक्त ग्यास आपूर्ति प्राप्त हुन्छ। स्प्रिङ सेफ्टी रिङले ड्रिल बिट प्रतिस्थापन गर्दा पिस्टनलाई सिलिन्डरबाट बाहिर निस्कनबाट रोक्छ।
३.४ DTH ड्रिल बिटको सीमित तत्व विश्लेषण
DTH ड्रिल बिट पिस्टनबाट आउने प्रभाव बल र ड्राइभ हेडबाट टर्कको अधीनमा हुन्छ। कम्प्रेस्ड हावाले पिस्टनमा लगाउने बल निम्न अनुसार दिइएको छ:
F = P × S (५)
जहाँ P भनेको Pa मा प्रणालीको चाप हो; S भनेको m² मा पिस्टनको बल क्षेत्र हो।
यसरी, F = १.६ × १०^६ × ०.०८४ = १३४४०० N।
त्यसकारण, ड्रिल बिटमा प्रभाव बल यो हो:
F' = kF (6)
जहाँ k प्रभाव गुणांक हो; F भनेको N मा संकुचित हावाद्वारा ड्रिल बिटमा लगाइएको बल हो। यसरी, F' = २० × १३४४०० = २६८८ kN।
ड्राइभ हेडद्वारा DTH ड्रिल बिटमा लागू गरिएको टर्क N = १५० kN हो। ड्रिल बिटको तल्लो छेउको भाग फिक्स गर्दा ड्रिल बिटमा F' = २६८८ kN र N = १५० kN लागू गर्दा, र ३२० MPa को उपज शक्ति भएको QT500-7 सामग्री प्रयोग गरेर, सीमित तत्व विश्लेषण गरिन्छ। विशिष्ट लोडिङ र अवरोध अवस्थाहरू र जाल विभाजन चित्र ४ र ५ मा देखाइएको छ।
सीमित तत्व विश्लेषणको नतिजा चित्र ६ मा देखाइएको छ, जसले अधिकतम तनाव १४४.३५५ MPa रहेको देखाउँछ, जुन QT500-7 (320 MPa) को उपज शक्ति भन्दा कम छ, यसरी आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ।