انواع روش های حفاری چیست ؟

1) wash boring  حفاری با فشار آب و شستن نمونه ها

2) rotary  یا دورانی

3) اوگر یا مته های مارپیچ

4) اوگر میان تهی

5) اوگرهای با قطر زیاد

6) حفاری ضربه‌ای

7) مته چکشی

8) مته ضربه‌ای بادی

9) روش توربینی

10) ماشین های حفر تون

 

1) حفاری با شستن نمونه سنگ و خاک(Wash boring)

در این روش گمانه با کوبیدن غلافی تا عمق 2تا3.5 متر ایجاد می شود.این غلاف از فروریزی دیوارهای چاه جلوگیری کرده وشکل گمانه را حفظ می کند.سپس یک مته حفاری در حال چرخیدن با فشار آب موجب نفوذوکندن خاک یا سنگ شده وتوسط فشار آب خاکها از ته گمانه شسته شده وبه سطح زمین فرستاده می شود.

روش حفاری : بالا و پایین رفتن سر مته باعث سست شدن مواد زیر لوله تزریق آب می‌شود. آب با فشار زیاد از سوراخ سر مته خارج و خرده‌ها را به خارج هدایت می‌کند.

مزایا : نیاز به کارگری با مهارت کم دارد. در همه نقاطی که برای وسایل سبک قابل دسترس باشند، قابل اجرا است.

محدودیتها : اجرای عملیات ، مخصوصا در عمق بیش از 10 متر کند است. نفوذ در خاک مقاوم مشکل و در سنگ غیر ممکن است. خارج کردن گراول از لوله جدار مشکل است و منجر به کاهش کیفیت نمونه‌ها می‌شود. گرفتن نمونه دست نخورده مشکل است.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

2) حفاری دورانی (Rotary drilling)

تکنیکی است که در آن سرمته هایی به سر لوله حفاری نصب شده اندوباسرعت زیاد دوران کرده وخاک وسنگ موجود در نوک سرمته را بریده وبه عمق نفوذ می کنند.در حین حفاری آب یا گل حفاری تحت فشار از طریق لوله راد به سمت سر مته فرستاده می شود .این آب در برگشت به سمت بالا محصولات بدست آمده ازحفاری را به سطح زمین می آورد.

امروزه کاربرد دستگاههای حفاری چرخشی بسیار متداول شده است. این دستگاهها را می‌توان در هر نوع زمین بکار برد. ولی برتری کاربرد آنها در زمینهای نرم بیشتر است. پیشروی این دستگاهها در داخل سنگهای سخت به کندی صورت می‌گیرد. در این روش سر مته فولادی و تنگستن کارباید که متصل به انتهای لوله راد است، از سر چاه به کمک موتور ، حرکت دورانی می‌نماید. گل حفاری از داخل لوله به درون چاه تزریق شده و از اطراف لوله به سر چاه بر می‌گردد.

گل حفاری ضمن خنک کردن سر مته اعمال حمل خرده سنگهایی که بوسیله سر مته از ته چاه تراشیده شده است، به سر چاه و جلوگیری از فشار طبقات سست و ریزش آنها به داخل چاه را نیز انجام می‌دهد. با روش حفاری دورانی چاههای بسیار عمیق حفر می‌گردد. عمیق ترین چاه جهان که با این روش حفر گردیده در سال 1956 در لوئیزیانا (آمریکا) به عمق 6563 متر بود که به نفت نرسید!!!

روش حفاری : پیشروی توسط سر مته برنده که در انتهای لوله حفاری قرار دارد و تحت فشار هیدرولیکی است، انجام می‌شود. دیواره چاه را معمولا گل نگاه می‌دارد.

مزایا : روشی نسبتا سریع است و می‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. برای همه نوع مصالح مناسب است.

محدودیتها : جابجا کردن وسایل در زمینهای ناهموار و باتلاقی مشکل است و محتاج راه مناسب است. همچنین محتاج سکوی تسطیح شده است. کارآیی حفاری با توجه به اندازه دستگاه متغیر است.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

3) اوگر مارپیچی ممتد

این دستگاه سوراخهایی به قطر کوچک تا متوسط حفر می‌کند و بطور پیوسته نمونه‌های دست خورده می‌گیرد. معمولا در خاکهای دارای چسبندگی ، که چاه بدون لوله جدار ریزش نمی کند، انجام می‌شود.

روش حفاری: حفاری با چرخاندن رشته ممتد اوگرمارپیچی صورت می‌گیرد.

مزایا : روش سریع در خاکهای مقاوم و سنگ نرم است. پس از خروج اوگر ، اگر چاه باز باقی بماند، امکان نمونه گیری SPT وجود دارد.

محدودیتها : پس از خروج اوگر در مواد با چسبندگی کم یا دانه‌ای و یا بدون چسبندگی ، چاه ریزش می‌کند و لذا عمق حفاری تا نزدیکی سیستم ایستابی محدود می‌شود. روشهای نمونه گیری محدود و نمونه‌های بدست آمده دست خورده‌اند.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

4) اوگر میان تهی

این دستگاه سوراخهایی با قطر کم تا متوسط برای نمونه گیری از خاک حفر می‌کند.

روش حفاری: روش حفاری مشابه حالت قبل است با این تفاوت که لوله فولادی به داخل زمین پیچانده می‌شود تا نقش یک لوله جدا را بازی کند.

مزایا : روش سریع خاکهای ضعیف تا نسبتا مقاوم است. گرفتن نمونه‌های SPT و UD امکانپذیر است. در خاکهای مقاوم حاوی لایه‌های شنی ، نفوذ به اعماق زیاد مشکل و به داخل قطعات سنگ غیر ممکن است. دست خوردگی قابل ملاحظه‌ای ممکن است بر اثر مته اوگر در خاک بوجود آید.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

5) اوگرهای با قطر زیاد

این روش برای حفر سوراخهای با قطر زیاد برای کسب نمونه‌های دست خورده و بررسی لایه‌ها در خاکهای دارای چسبندگی که گمانه نیاز به حایل ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین برای مواردی که نیاز به ساخت ستون های مستحکم برای ایجاد سازه های عمرانی داریم از این روش بهره برداری میگردد، در مواقعی که به سنگ برخورد میکند از ابزار راک اوگر استفاده خواهد شد که با گشتاور بسیار بالا و فشار پشت سرمته پیشروی را امکان پذیر خواهد نمود .

روش حفاری : با چرخاندن اوگر دارای قطر زیاد خاک بریده شده و گمانه حفر می‌شود.

مزایا : روشی سریع بوده و بررسی شرایط خاک در زیر زمین از نزدیک را امکانپذیر می‌سازد.

محدودیتها : عمق حفاری توسط سطح ایستابی و شرایط سنگ محدود می‌شود. ماشینهای بزرگتر محتاج راه دسترسی مناسب هستند. برای خاکهای بدون چسبندگی ، رسهای نرم و خاکهای آلی مناسب نیست. نمونه‌ها دست خورده است.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

6) حفاری ضربه‌ای

در این روش تیغه ای سنگین از ارتفاع مناسب سقوط کرده وبا خرد کردن خاک وسنگ به داخل زمین نفوذ می کندو کاتینگ حفاری باتزریق آب به سطح زمین آورده می شود.

دستگاههای حفاری ضربه‌ای و یا سوندوزهای ضربه‌ای ، دستگاههای ساده‌ای هستند که برای پژوهشهای آب یابی بسیار مناسب هستند. از این دستگاهها بیشتر برای چاههایی که در داخل سنگهای مقاوم حفر می‌شود، استفاده می‌کنند. اصول کار سوندوزهای ضربه‌ای خردکردن سنگهاست که این عمل بوسیله مته‌ای به نام مته حفاری یا ترپان انجام می‌گیرد. مته‌ها بطور منظم از ارتفاع ثابتی روی سنگ فرود می‌آیند. دستگاه مجهز به یک خرک چهار قطبی و یا یک دکل است که مته‌های حفاری بوسیله یک قرقره برگشت روی آن آویزان می‌گردند.

این مته‌ها دارای حرکت رفت و آمدی می‌باشند و به منظور اجرای مانورهای پائین و بالا رفتن ، از دستگاه رفت و برگشت جدا گردیده و به یک وسیله‌ای به نام چرخ قرقره که برای جاگذاری لوله‌ها نیز بکار می‌رود، مربوط می‌باشند. خرکهای جدا شونده ، چوبی و یا فلزی هستند. پایه‌ها روی دالهای سیمانی که قبل از مونتاژ دستگاه تهیه می‌شوند، قرار می‌گیرند. دکل‌های خم شونده یا تلسکوپی ، سوندوزهای دستگاههای حفاری خود کار قابل حمل را مجهز می‌نمایند. ممکن است که این دکلها به صورت دائمی در پشت یک کامیون ثابت شده باشند. دکلها باید بوسیله کابلهای محکم روی بلوکهای سیمانی ثابت گردند .

عمیق ترین چاه با روش ضربه ای : عمیق ترین چاه با این روش در ایالت نیویورک توسط شرکت گاز طبیعی ایالت نیویورک در سال 1948 تا 1953 تا عمق 3400 متر حفر گردید که به نفت نرسید.

روش حفاری : سر مته سنگین بالا آورده شده و رها می‌شود تا مواد شکسته شده و یک مخلوطی از خرده‌ها و آب ایجاد شود که توسط گل‌کش با پمپ های ماسه کش خارج می‌شود. دیواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته می‌شود.

مزایا : روشی نسبتا اقتصادی جهت تعبیه گمانه‌های با قطر زیاد (تا 60 سانتیمتر) در انواع مواد است.

محدودیتها : ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهای قوی و سنگ به کندی انجام می‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشی از ضربات پر انرژی سر مته است، به شدت بر مقادیر SPT تاثیر می‌گذارد. مغزه گیری و نمونه UD سنگ امکانپذیر نیست.

چکش حفاری یا پیکور Jack hammer
ابتدایی ترین نوع سیستم حفاری ضربه ای می باشند ،که عمدتاً برای حفر چالهای با قطر کم (یک تا دو اینچ) به کار برده می شود . انرژی این ماشین توسط هوای فشرده تامین و معمولاً از آنها جهت حفر چالهای با عمق کم استفاده می شود . چون کلاً جهت چالهایی که با این سیستم حفاری می شوند به سمت پایین است لذا به آنها سینکرنیز می گویند .
طبقه بندی چکشهای حفاری بر حسب وزن آنها است که بین 30 تا 90 پوند متغیراند . اگر چه در موارد نادر چکشهای حفاری برای حفر چالهایی تا عمق 6 متر به کار گرفته شده اند اما بیشتر از آن برای حفر چالهای تا عمق 3متر استفاده می شود .
چکش های حفاری یا پیکورها بیشتر در معادن زیر زمینی و کارهای ساختمانی و حفر چال برای انفجارهای ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند .

دریل واگن  Wagon drill
دریل واگن نوع دیگر از سیستم حفاری ضربه ای است که عامل دوران از طریق زنجیر کش و واگن  به دکل نصب گردیده و به صورت کشویی بر روی دکل بالا و پایین می شود و مجموعه دکل حفاری بر روی شاسی چرخ زنجیری یا چرخ لاستیکی سوار گردیده اند که به همین دلیل به آن  دریل واگن  می گویند .
دریل واگن با زوایای مختلف می تواند چال حفر کند که در مجموع چال با دریل واگن
در مقایسه با انواع چکش های حفاری در شرایط یکسان از نظر سنگ با سهولت و کیفیت بهتری انجام می گیرد . از دریل واگن برای حفر چالهایی با عمق 45 متر و قطر تا  6 اینچ  برای سنگهای نیمه سخت و سخت استفاده می شود . اما به طور رایج عمق چالهایی که با دریل واگن حفاری می شوند تا 15 متر است .

مته های مورد استفاده در سیستم حفاری ضربه ای

مته های مورد استفاده در سیستم حفاری ضربه ای
به طور کلی از سه نوع مته در سیستم حفاری ضربه ای استفاده می شود که عبارتند از :
مته اسکنه ای  Chisel bit1-
مته های تقاطعی Cross bit2-
مته دگمه ای Button bit3-
مته های اسکنه ای غالبا در حفاری های معادن زیر زمینی به کار برده می شوند و چالزن هایی از نوع سینکر و یا چکش حفاری دارای این نوع مته هستند ولی برای چالهای با قطر و عمق زیاد مناسب نیستند و معمولاً برای چالهای با قطر کمتر از 76 میلیمتر استفاده می شود .
باید دانست که تا چند سال گذشته معمولاً مته های چکش های حفاری و یا دریفتر به شکل اسکنه مشابه نوک قلم خط نویسی در انتهای لوله های حفاری به طور یکپارچه ساخته می شد که در واقع غیر قابل جدا شدن و تعویض بودند . اما در سالهای اخیر به جای این نوع ساختار ، مته ها غالبا به میله حفاری متصل می شوند . حسن این نوع مته ها آن است که به آسانی قابل تعویض اند و در ضمن در اندازه و اشکال مختلف با درجه سختی متفاوت طراحی گردیده اند . جنس این مته ها غالباً فولادی است اما به دلیل خاصیت خراش اندازی بعضی از کانیها و سنگها ، مته های فولادی گاهی به ازای هر اینچ حفاری باید تعویض گردند و چون از نظر اقتصادی و اتلاف وقت جهت عوض کردن این مته ها مشکلاتی در امر حفاری به وجود می اید ، لذا به تدریج برای ساختن این مته به جای فولاد از تنگستن کارباید که مقاومت بیشتری دارد استفاده می شود . بدین جهت برای چالهای بیش از 76 میلیمتر مته های از این نوع به شکل دیگری توسعه داده شده که عمدتاً شباهت به حرف لاتین «X» دارد و در بعضی موارد نیز به علامت بعلاوه «+» طراحی گردیده اند .
معمولاً از مته های ضربدری جهت سنگهای متراکم و سخت ساخته می شود که در چال شیار های مارپیچی ایجاد می کند .
وزن این مته ها بین حدود 600 گرم تا حدود 8 کیلوگرم متغییر است

7) مته چکشی

برای حفر چاه آب و چاههای اکتشافی در داخل قطعه سنگها مناسب است.

روش حفاری : مشابه حفاری ضربه‌ای است. شمعی که توسط نیروی دیزل رانده می‌شود برای راندن لوله جدار مضاعف استفاده می‌شود. در حالی که جریان هوا تراشه‌ها را از لوله داخلی خارج می‌کند.

مزایا : نفوذ نسبتا سریع در قطع سنگها و قلوه سنگها است.

محدودیتها  : مشابه حفاری ضربه‌ای است، با این تفاوت که پیشروی به مراتب سریعتر است.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

8) مته ضربه‌ای بادی ( Top hammer )

این روش برای حفر گمانه برای آتشباری ، دوغاب زنی و مهار سنگ است. روش سریع برای حفر چالهای با قطر کم در سنگ سخت است. بهترین کاربرد را در سنگهای سخت توده‌ای دارد. نمونه‌ها منحصرا به ذرات و تراشه‌های کوچک است. برای نمونه گیری بکار نمی‌رود. در سنگهای سست دارای شکستگی با لایه‌های رس یا شیل مرطوب ممکن است تمام لوله حفاری در سوراخ باقی بماند.

روش حفاری : ضربات و چرخیدن سر مته ، سنگ را خرد می‌کند و تراشه‌ها توسط فشار هوا خارج می‌شود.

^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^><^

9) روش توربینی

بر حسب گزارشی که به چهارمین کنگره جهانی نفت در سال 1955 در رم داده شد، شوروی سابق نوعی حفاری دورانی ابداع کرده بود که در آن سر مته به جای آنکه به کمک لوله فولادی دوران نماید، بوسیله توربینی که به عنوان نیروی محرکه از گل حفاری و یا الکتریسیته استفاده می‌نماید، حرکت می‌کند. در این روش قسمت متحرک تنها سر مته در عمق چاه خواهد بود. بنابراین می‌تواند سرعت دورانی به مراتب بیشتری داشته باشد. از نظر سرعت عملی که این روش دارد، دارای برتری اقتصادی زیادی است. بر حسب گزارش فوق 65 درصد کل حفاریهای نفتی شوروی سابق با این روش بوده است. این روش اکنون در اروپا و آمریکا نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.