حفاری دورانی (روتاری، چرخشی)

از جمله رایج ترین و متداول ترین روش حفاری معادن، روش حفاری روتاری (حفاری چرخشی) است که اصطلاحا به آن روش حفاری مته دورانی نیز گفته می شود. این روش از سرعت نسبتا بالایی نسبت به سایر روش های حفاری در عملیات معدن، برخوردار است.

در روش حفاری روتاری (حفاری چرخشی) عموما از تعدادی لوله های توخالی که بیشتر از جنس فولاد و آلومینیوم هستند، استفاده و بهره برداری می شود. با اتصال مته به انتهای این لوله ها، گشتاور و نیروی موتور به مته منتقل شده و باعث حرکت آن می شود. حرکت دورانی مته، باعث شکستن سنگ می شود و به وسیله آن، می توان عملیات حفاری را تا عمق معین انجام داد. در این روش، برای خارج کردن مواد خرد شده به گل حفاری نیاز داریم.

گل حفاری در حقیقت حاصل ترکیب خاک رس و آب می باشد. گل حفاری به جای آب در محل حفر چاه به گردش در می آید. این ماده به هیچ عنوان چسبندگی ندارد و در برخی حفاری ها به ویژه حفاری هایی که به منظور اکتشاف واستخراج نفت صورت می گیرند، مورد استفاده قرار می گیرد. گل حفاری عموما با نام های تجاری گوناگونی از جمله بنتونیت و آکوا ژل شناخته می شود.

علت ترکیدگی لوله

در فناوری حفاری به روش حفاری دورانی (روتاری، چرخشی)، از یک مته چرخشی قدرتمند و تیز و وارد آوردن فشار رو به پایین جهت برش یا خرد کردن سطح سنگ استفاده می شود. انرژی حاصل از ضربه از طریق چکش ضربه ای، در سطح زمین تامین می شود. این نیروی ضربه باعث تداوم عملیات حفاری روتاری (حفاری چرخشی) می گردد. بسته به نوع سازند، پوشش مته با حفر چاه پیشروی می کند. روش ها و تکنیک های متعددی وجود دارد که هر کدام برای اجرا در شرایط زیرسطحی مختلف، مناسب می باشند. عموما تفاوت این روش ها در نحوه برش و استخراج نمونه است.

استخراج مداوم قطعات برش خورده توسط مته در تمامی روش های حفاری روتاری (حفاری چرخشی) برای تمیز نگه داشتن چاه و همچنین حرکت آزادانه مته، لازم و ضروری می باشد. از جمله روش های حفاری روتاری (حفاری چرخشی)، می توان به روش روتاری (چرخش) هوا، روتاری (چرخش) گل، روتاری (چرخش) دوگانه و روتاری (چرخش) معکوس اشاره کرد. در ادامه به توضیح و شرح جداگانه هر یک از این روش ها می پردازیم:

روش حفاری روتاری (چرخش گل)

حفاری معدن به روش روتاری (چرخش) گل، اغلب اوقات در مناطقی که دارای رسوبات نرمی هستند و ممکن است از آب های زیرزمینی اشباع شده باشند، مورد استفاده قرار می گیرد. پیشروی گمانه توسط حفاری روتاری (چرخش) گل، به کمک چرخش سریع مته ای که در انتهای لوله حفاری نصب شده است، صورت می گیرد. در این روش مته، سازند را به قطعات کوچک برش خورده تقسیم می کند؛که با پمپاژ سیال حفاری که همان گل حفاری می باشد، به کمک لوله حفاری، از طریق فضای بین گمانه و لوله حفاری خارج می گردد. از دیگر وظایف سیال حفاری می توان به خنک کردن مته و تثبیت دیواره گمانه، جلوگیری از اتلاف سیال در سازند و کاهش آلودگی سفره‌ های آب زیرزمینی اشاره نمود. پس از رسیدن گل حفاری به سطح زمین، گل مجددا به داخل چاه بازگردانده می شود.

روش های رفع بو

روش حفاری روتاری (چرخش دوگانه)

این روش در مناطقی که دارای بار های اضافه مانند ماسه، شن، سنگ ‌فرش و تخته سنگ هستند، بهترین کارایی را خواهد داشت. عموما سایر متد ها در این گونه مناطق، با مشکل مواجه شده و عملکرد خوبی نخواهند داشت. این مزیت، سبب گردیده تا روتاری (چرخش) دوگانه به عنوان یکی از کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین روش ها برای حفاری چاه در سازند های سخت، شناخته شده و مورد استفاده قرار گیرد.

بر خلاف سایر سیستم های حفاری که در آن ها فقط از یک درایو بالایی استفاده می‌شود، روش حفاری روتاری ( حفاری چرخش) دوگانه، از یک درایو بالایی و همچنین یک درایو پایینی برای پیش راندن مته استفاده می‌کند. نیروهای چرخشی از طریق فک های دستگاه، به بدنه منتقل می شوند. یک کفشک با میخی از جنس کاربید، که به انتهای اولین قسمت بدنه، جوش داده شده است، پوشش را قادر می‌سازد تا راه خود را از میان بار اضافی پیدا کند. یک سر چرخشی درایو بالا به طور همزمان، رشته حفاری مته که مجهز به چکش پایین چاه می باشد؛ و مته مخروطی غلتشی را تحت کنترل خود در می آورد تا فرایند حفاری ادامه یابد.

حفر چاه چگونه انجام می شود؟

روش حفاری روتاری (چرخش هوا)

حفاری معدن به کمک روش روتاری (چرخش) هوا، فرایندی است که جهت حفاری گمانه های عمیق در سازندهای سنگی استفاده می شود. در این روش حفاری، از هوا به عنوان یک محیط در گردش برای خنک کردن مته، آوردن برش های مته به سطح و حفظ یکپارچگی گمانه استفاده می شود. هنگامی که هوا و قلمه ها به سطح زمین می رسند، تجمیع شده و قلمه ها از قسمت کف خارج می شوند.

مراحل اجرای حفاری روتاری (حفاری چرخشی)

در مرحله اول برای انجام پیمایش، می بایست هرز گرد را از قلاب جدا کرده و میله چهار بر و هرزگرد را در درون یک غلاف که اصطلاحا به آن غلاف لانه خرگوشی (Rat Hole) گفته می شود، قرار داده شود. در این مرحله هرز گرد هنوز توسط شلنگ به پمپ گل حفاری متصل است. پس از آن در مرحله بعد، رشته حفاري را تا ارتفاع خاصی که عموما به اندازه سه برابر طول يك لوله ی حفاري در نظر گرفته می شود، به وسیله دستگاهی به سمت بالا منتقل می کنند.

سپس به وسیله یک لوله گیر لوله ی بعدی به ميز دوران یا همان Rotary Table اتصال یافته و چفت مي شود. به كمك آچار مخصوص Tongs لوله های بالاتر از سایر رشته لوله حفاري جدا مي شود. سپس اين لوله های جدا شده از قسمت بالابر آويزان مي شوند. کارکنان عملیات حفاري قسمت انتهای این لوله ها را با هل دادن از محل اتصال خود جدا می کنند. فرد مسئول دكل در عملیات حفاری روتاری (حفاری چرخشی) که Derrick Man نامیده می شود، روی سكوي ايمنيMonkey Board می ایستد و قسمت بالابر را جدا می کند و انتهاي بالایی سه لوله مذکور را در درون Pipe Rack قرار مي دهد. لازم به ذکر است در طی عمليات پيمايش، چرخش مته و گردش جريان سيال مورد استفاده در عملیات حفاری متوقف شده و مته و سیال ساکن هستند.

مرحله دوم از عملیات حفاری روتاری (حفاری چرخشی)، مرحله جداره گذاری نام دارد. پس از حفر چاه به روش روتاری (چرخشی) تا عمق مورد نظر نیاز به جداره گذاری چاه می باشد. جداره گذاری چاه باعث جلوگيري از فروپاشي ديواره چاه و انسداد آن می شود و به نگهداري سالم چاه براي سال های آینده کمک می کند.

برای شروع فرایند جداره گذاری ابتدا می بایست لوله هاي جداره گذاري را درون چاه مورد نظر قرار دهیم. بدیهی است قطر لوله های به کارگرفته شده در جداره گذاری باید مقداری کمتر از قطر چاه باشد. این امر موجب می شود تا فاصله بين جداره های قرار داده شده در چاه و ديواره چاه بسیار اندک شده و اجرای فرایند مذکور حساس تر شود.

لوله هاي مخصوص جداره گذاري به ترتیب و تک به تک درون چاه قرار داده شده و استقرار می یابند. سپس داخل این لوله ها دوغاب سیمان مانند گل حفاری پمپاژ می گردد.

در این مرحله، دوغاب سيمان از داخل لوله هاي جداره گذاري عبور می کند و وارد فضاي حلقوي ایجاد شده بین چاه و لوله های جداره گذاری مي شود و به سمت بالا حرکت می کند. این دوغاب پس از مدتی خشک و سفت می گردد و به اين ترتيب کل قسمت محصور میان لوله جداره گذاري و ديواره چاه از يک لايه بادوام و مستحکم اشباع می شود. اين مرحله را می توان از مهم ترین مراحل حفاری چرخشی دانست.

مرحله بعدی، مرحله نصب تجهيزات سرچاهي می باشد. پس از پایان یافتن مراحل فرایند جداره گذاري و سیمان ریزی در چاه، لازم است تا امکانات و تجهيزات مورد نياز جهت آب بندی کردن چاه در قسمت بالایی آن فراهم شود.

در نهایت، به مرحله پایانی عملیات میرسیم که مرحله تكميل سازي چاه می باشد؛ در اين مرحله تجهيزات لازم جهت بهره برداري چاه در داخل چاه قرار می گیرند و عملیات حفاری روتاری (حفاری چرخشی)، به پایان می رسد.

حفاری روتاری (حفاری چرخشی) هیچ محدودیتی در عمق حفاری ندارد. امکان حفر چاه قائم بدون انحراف در آن و همچنین سرعت بالای حفاری از مزایای این روش محسوب می شود و از محدودیت های آن می توان به هزینه نسبتا بالای تجهیزات، مشکلات حمل و نقل تجهیزات به خصوص در مناطق صعب العبور و همچنین استفاده از گل حفاری اشاره کرد.