چکیده:
درلوله های حفاری مورد استفاده در صنعت حفاری نفت برای اینکه عمق های بیشتری را حفاری نمایند لوله های حفاری را بصورت رزوه پشت سرهم میبندند وبه درون چاه انتقال میدهند و باچرخش لوله حفاری بوسیله موتور عمل حفاری بصورت چرخشی انجام میشود.در لوله حفاری کشویی در قسمت اتصال لوله ها به همدیگر قسمت اتصاله بصورت رزوه حذف شده ولوله ها همانند آنتن رادیو از داخل یکدیگر بصورت کشویی بیرون می آیند.وهدف ما حذف اتصال بصورت رزوه میباشد که در نتیجه این کارزمان قابل توجهی که صرف بستن لوله ها بصورت رزوه پشت سرهم درحفاری عادی صورت میگیرد حذف میشود و در زمان عملیات حفاری صرفه جویی زیادی میشود که این صرفه جویی باعث میشود که عملیات حفاری سریعتر انجام شود.
آشنایی با حفاری های متداول در جهان
روش های متداول حفاری در معادن:
حفاری درشرایط مختلف اجرایی،نیازمند روش ها وتجهیزات مختلفی است که باتوجه به کاربرد آان تعریف میگردد.انتخاب روش های حفاری مورد استفاده درمعادن از سال ها پیش انجام گرفته است ومتاسفانه بررسی دقیقوفنی روشحفاری جدیدی برای انتخاب وجایگزینی روش های قدیمی به ندرت صورت میگیرد.دستگاهای حفاری معادن روباز براساس شیوه انتقال نیروی حفاری به دودسته کلی چرخشی وضربه ای تقسیم می شوند که دستگاهای حفاری ضربه اینیز براساس واسطه انتقال نیرو و محل استقرار ضربه زن به دو دسته کلی خارجچال وچکش داخل چال تقسیم می شوند.شاید تعیین مرز مشخصی برای تفکیککاربری دقیق روش های مختلف حفاری در معادن روباز چندان عملی نباشد چراکه نتایج بدست آمده از عملیات حفاری،شرلیط زمین شناسی،ماشین الات حفاری،نیروی انسانی ماهر،ابعاد عملیلاتی پروژه ودیگر موارد تاثیرگذاردر این روند متغیر هستند.
روش های حفاری چکش خارج چال (Tophammer Drilling) :
در این روش ضربه زن یا چکش دستگاه حفاری در خارج از چال قرار میگیرد و در اثر ضربات متوالی به راد انرژی را به سرمته منتقل میکند.این روش حفاری به دلیل نرخ بالای نفوذپذیری در سنگ در شرایط مناسب زمین شناسی از کاربرد و مقبولیت فراوان برخورداراست.محدودیتهای دستگاههای حفاری که با این روش کار میکنند شامل محدودیت قطر حفاری(بیشترین قطر ۱۵۲ میلیمتر) میباشد. امروزه تحقیقات گستردهای توسط شرکت های تولید کننده ماشین الات حفاری در جهان صورت گرفته که در این میان شرکت بین المللی اطلس کوپکو در راستای بهینه سازی فرایند انتقال انرژی موثر موج ضربه ای از چکش حفاری به سرمته است تحقیقات گسترده ای انجام دادهاست که منجر به طراحی نسل جدیدی از چکشهای حفاری با بهینه سازی طول پیستون و تجهیزبه سیستم دبل دمپینگ شده است.که نتیجه آن افزایش سرعتو نرخ حفاری و همچنین عمر مجموعه راد حفاری بوده است.
آنچه که در این روش عامل محدود کننده است قدرت ضربات چکش این دستگاهها به ویژه در چال های با قطر بیشتر از ۱۲۷ میلی متر و ژرفای چال بیش از ۶ متر است چرا که با افزایشژرفای چال تعداد رادهای حفاری بیشتری باید به یکدیگر متصل شوند که نتیجه آن افت انرژی بیشتر در این روش حفاری است.با بررسی میزان اتلاف انرژیناشی از اتصال رادهای متوالی در دستگاههای حفاری که با این سیستم کار میکنندمشخص شده که میزان افت انرژی ضربه ای به ازای هر کوپلینگ اضافی در حدود ۶ تا ۱۰ درصد است که این افت انرژی ناشی از تماس ناقص در کوپلینگهای راد حفاری رخ داده است.
روش حفاری چکش داخل چال (Down The Hole):
روش حفاری ضربه زن ته چال، روش قابل اعتمادی برای حفاری در شرایط سهل تا سخت زمین شناسی به شمار میرود. در این روش انرژی ضربات به طورمستقیم به سرمته منتقل میشود و افت انرژی در آن به این نوع دستگاهها شکل و ساختار چکش مانع از انحراف چال شده و پایداریبهکمترین مقدار میرسد.
از آنجا که در این روش حفاری فضای بین دیواره چال و راد حفاری کمتر از روش چکش خارج از چال استو سرعت عبورخردههای حفاری و فلاشینگ در چال نسبت به سایر روشها بیشتر خواهد بود. این روش حفاری به دلیل قرار گرفتن چکش در داخلچال کمترین میزان انحراف چال را نسبت به دیگر روشهای رایج ایجاد میکند .از دیگر مزایای این دستگاهها، مناسب بودن آنها برای کاربری در شرایط نامناسب زمین شناسی و سهولت کار برای اپراتور این دستگاهها برای حفاریهای تولیدی در معادن برای قطرهای بیشتر از ۱۲۷است.امروزه کمتراز۲۰۰میلی متر از این دستگاهها استفاده میشود. در عمل محدود کننده در اینروش مقدار حجم هوای مورد نیاز برای چکش حفاری است چرا که برای حفاری چالی به قطر حدود۲۰۰ میلی متر نیاز به کمپرسوری به ظرفیت حدود۳۰ بار است که از حجم زیاد و هزینه زیاد سوخت برخوردار است از دیگر مشکلات استفاده از این روش گران بودن چکش حفاری و احتمال گیر افتادن سر مته در چال و از دست دادن آن در شرایط نامساعد حفاری است.
روش حفاری چرخشی (Rotary Drilling):
حفاری چرخشی از روشهای متداول حفاری تولیدی در معادن بزرگروباز جهان بشمار میآید .امروزه بیشتر دستگاههای حفاری معادن فلزی روباز بزرگ جهان از نوع چرخشی است.اختلاف اصلی روش حفاری چرخشی با سایر، حذف ضربه به عنوان عامل حفر چال از این روش حفاریاست. دراین روش کار حفاری با برش سطح سنگ انجام میشود و عامل تعیین کننده در این روش وزن دستگاه و مجموعه متعلقات سیستم حفاری بار روی مته به سنگ منتقل میشود. بنابراین دستگاههای حفاری چرخشی از وزنی به مراتب بیشتر از سایر برخوردار هستند.امروزه بیشتر حفاریتولیدی در معادن روباز جهان با قطرهای ۲۲۰تا۴۴۰ میلی مترصورت میگیرد که در آنها از روش حفاری چرخشی استفاده میشود. سرعت دوران در این روش بین ۵۰ تا ۱۲۰ دور در دقیقه متغیر است، و وزن بار پشت سرمته از۵/۰تا ۴ تن بر اینچ از قطر سر مته در سنگهای نرم تا سخت متغیراست. ازمحدودیتهای مهم عملیاتی روش حفاری چرخشی،سنگین بودن مجموعه دستگاه حفاری و عدم کارایی در حفاری چالهای شیب دار است دلیل سنگین بودن وزن مجموعه دکل حفاری ایجاد میشود. شکل زیر اجزای مختلف روشهای حفاری را نشان میدهد:
درلوله های حفاری مورد استفاده در صنعت حفاری نفت برای اینکه عمق های بیشتری را حفاری نمایند لوله های حفاری را بصورت رزوه پشت سرهم میبندند وبه درون چاه انتقال میدهند و باچرخش لوله حفاری بوسیله موتور عمل حفاری بصورت چرخشی انجام میشود.در لوله حفاری کشویی در قسمت اتصال لوله ها به همدیگر قسمت اتصاله بصورت رزوه حذف شده ولوله ها همانند آنتن رادیو از داخل یکدیگر بصورت کشویی بیرون می آیند.وهدف ما حذف اتصال بصورت رزوه میباشد که در نتیجه این کارزمان قابل توجهی که صرف بستن لوله ها بصورت رزوه پشت سرهم درحفاری عادی صورت میگیرد حذف میشود و در زمان عملیات حفاری صرفه جویی زیادی میشود که این صرفه جویی باعث میشود که عملیات حفاری سریعتر انجام شود.
آشنایی با حفاری های متداول در جهان
روش های متداول حفاری در معادن:
حفاری درشرایط مختلف اجرایی،نیازمند روش ها وتجهیزات مختلفی است که باتوجه به کاربرد آان تعریف میگردد.انتخاب روش های حفاری مورد استفاده درمعادن از سال ها پیش انجام گرفته است ومتاسفانه بررسی دقیقوفنی روشحفاری جدیدی برای انتخاب وجایگزینی روش های قدیمی به ندرت صورت میگیرد.دستگاهای حفاری معادن روباز براساس شیوه انتقال نیروی حفاری به دودسته کلی چرخشی وضربه ای تقسیم می شوند که دستگاهای حفاری ضربه اینیز براساس واسطه انتقال نیرو و محل استقرار ضربه زن به دو دسته کلی خارجچال وچکش داخل چال تقسیم می شوند.شاید تعیین مرز مشخصی برای تفکیککاربری دقیق روش های مختلف حفاری در معادن روباز چندان عملی نباشد چراکه نتایج بدست آمده از عملیات حفاری،شرلیط زمین شناسی،ماشین الات حفاری،نیروی انسانی ماهر،ابعاد عملیلاتی پروژه ودیگر موارد تاثیرگذاردر این روند متغیر هستند.
روش های حفاری چکش خارج چال (Tophammer Drilling) :
در این روش ضربه زن یا چکش دستگاه حفاری در خارج از چال قرار میگیرد و در اثر ضربات متوالی به راد انرژی را به سرمته منتقل میکند.این روش حفاری به دلیل نرخ بالای نفوذپذیری در سنگ در شرایط مناسب زمین شناسی از کاربرد و مقبولیت فراوان برخورداراست.محدودیتهای دستگاههای حفاری که با این روش کار میکنند شامل محدودیت قطر حفاری(بیشترین قطر ۱۵۲ میلیمتر) میباشد. امروزه تحقیقات گستردهای توسط شرکت های تولید کننده ماشین الات حفاری در جهان صورت گرفته که در این میان شرکت بین المللی اطلس کوپکو در راستای بهینه سازی فرایند انتقال انرژی موثر موج ضربه ای از چکش حفاری به سرمته است تحقیقات گسترده ای انجام دادهاست که منجر به طراحی نسل جدیدی از چکشهای حفاری با بهینه سازی طول پیستون و تجهیزبه سیستم دبل دمپینگ شده است.که نتیجه آن افزایش سرعتو نرخ حفاری و همچنین عمر مجموعه راد حفاری بوده است.
آنچه که در این روش عامل محدود کننده است قدرت ضربات چکش این دستگاهها به ویژه در چال های با قطر بیشتر از ۱۲۷ میلی متر و ژرفای چال بیش از ۶ متر است چرا که با افزایشژرفای چال تعداد رادهای حفاری بیشتری باید به یکدیگر متصل شوند که نتیجه آن افت انرژی بیشتر در این روش حفاری است.با بررسی میزان اتلاف انرژیناشی از اتصال رادهای متوالی در دستگاههای حفاری که با این سیستم کار میکنندمشخص شده که میزان افت انرژی ضربه ای به ازای هر کوپلینگ اضافی در حدود ۶ تا ۱۰ درصد است که این افت انرژی ناشی از تماس ناقص در کوپلینگهای راد حفاری رخ داده است.
روش حفاری چکش داخل چال (Down The Hole):
روش حفاری ضربه زن ته چال، روش قابل اعتمادی برای حفاری در شرایط سهل تا سخت زمین شناسی به شمار میرود. در این روش انرژی ضربات به طورمستقیم به سرمته منتقل میشود و افت انرژی در آن به این نوع دستگاهها شکل و ساختار چکش مانع از انحراف چال شده و پایداریبهکمترین مقدار میرسد.
از آنجا که در این روش حفاری فضای بین دیواره چال و راد حفاری کمتر از روش چکش خارج از چال استو سرعت عبورخردههای حفاری و فلاشینگ در چال نسبت به سایر روشها بیشتر خواهد بود. این روش حفاری به دلیل قرار گرفتن چکش در داخلچال کمترین میزان انحراف چال را نسبت به دیگر روشهای رایج ایجاد میکند .از دیگر مزایای این دستگاهها، مناسب بودن آنها برای کاربری در شرایط نامناسب زمین شناسی و سهولت کار برای اپراتور این دستگاهها برای حفاریهای تولیدی در معادن برای قطرهای بیشتر از ۱۲۷است.امروزه کمتراز۲۰۰میلی متر از این دستگاهها استفاده میشود. در عمل محدود کننده در اینروش مقدار حجم هوای مورد نیاز برای چکش حفاری است چرا که برای حفاری چالی به قطر حدود۲۰۰ میلی متر نیاز به کمپرسوری به ظرفیت حدود۳۰ بار است که از حجم زیاد و هزینه زیاد سوخت برخوردار است از دیگر مشکلات استفاده از این روش گران بودن چکش حفاری و احتمال گیر افتادن سر مته در چال و از دست دادن آن در شرایط نامساعد حفاری است.
روش حفاری چرخشی (Rotary Drilling):
حفاری چرخشی از روشهای متداول حفاری تولیدی در معادن بزرگروباز جهان بشمار میآید .امروزه بیشتر دستگاههای حفاری معادن فلزی روباز بزرگ جهان از نوع چرخشی است.اختلاف اصلی روش حفاری چرخشی با سایر، حذف ضربه به عنوان عامل حفر چال از این روش حفاریاست. دراین روش کار حفاری با برش سطح سنگ انجام میشود و عامل تعیین کننده در این روش وزن دستگاه و مجموعه متعلقات سیستم حفاری بار روی مته به سنگ منتقل میشود. بنابراین دستگاههای حفاری چرخشی از وزنی به مراتب بیشتر از سایر برخوردار هستند.امروزه بیشتر حفاریتولیدی در معادن روباز جهان با قطرهای ۲۲۰تا۴۴۰ میلی مترصورت میگیرد که در آنها از روش حفاری چرخشی استفاده میشود. سرعت دوران در این روش بین ۵۰ تا ۱۲۰ دور در دقیقه متغیر است، و وزن بار پشت سرمته از۵/۰تا ۴ تن بر اینچ از قطر سر مته در سنگهای نرم تا سخت متغیراست. ازمحدودیتهای مهم عملیاتی روش حفاری چرخشی،سنگین بودن مجموعه دستگاه حفاری و عدم کارایی در حفاری چالهای شیب دار است دلیل سنگین بودن وزن مجموعه دکل حفاری ایجاد میشود. شکل زیر اجزای مختلف روشهای حفاری را نشان میدهد: