معرفی رشته ابزار حفر و خواص گل حفاری در سیستم حفر گمانه

[h=2]
[/h]

حفر گمانه
هدف اصلی از حفر گمانه به دست آوردن نمونه های استوانه ای شکل از سنگها موسوم به مغزه است اما اساس کار حفر گمانه و چاه های نفت و آب ، يکسان است.
لازمست که در ابتدا با قسمت های مختلف دستگاه حفاری، رشته ابزار حفر و گل حفاری آشنا شويم.
٥ـ۳ـ۱ـ قسمتهای مختلف دستگاه حفاری: مهمترين اجزا دستگاه حفاری به شرح زير است:
اﻠف – دکل: ساختمان برج مانندی است که به شکل هرم ناقص با قاعده مربع يا مثلث است و از اتصال قطعات وله يا نبشی مخصوص به وجود می آيد. ارتفاع دکل تابع حداکثر عمق دستگاه حفاری است. مثلاً ارتفاع دکل در دستگاه هايی که تا عمق ۶٥۰ و ۱٢۰۰ حفاری می کنند به ترتيب ۱۸ و ٢۴ متر است.
ﺏ - موتور: موتور انرژی لازم را جهت دوران دستگاه حفاری، حرکت تلمبه گل و ساير حرکات تامين می کند. در دستگاه های حفاری سيار و بعضی از دستگاه های ثابت، موتور از نوع ديزل است اما در دستگاههای حفاری عميق انرژی لازم به وسيله الکتروموتور تامين می شود
ﺝ - وسايل انتقال نيرو به جعبه دنده : در دستگاه های حفاری که با برق کار می کنند، الکتروموتور اصلی دستگاه، در امتداد محور جعبه دنده قرار دارد و بنابراين به کمک يک محور، قدرت را به جعبه دنده منتقل می سازد. در دستگاه هايی که با موتور ديزل کار می کنند، توزيع و انتقال قدرت از موتور به جعبه دنده، تلمبه و مولد برق، به وسيله سيستم خصوص موسوم به تقسيم کننده انجام می گيرد.
ﺩ - جعبه دنده: وظيفه جعبه دنده گرفتن انرژی دورانی از موتور، تعديل آن به سرعت دوران مناسب و تبديل حرکت دورانی افقی به قائم است. در داخل جعبه دنده تعدادی چرخ دنده وجود دارد که می توان با انتخاب دنده های مختلف، حفاری را با سرعت های متفاوت و يا به حالت معکوس انجام داد.
ﻫ - جرثقيل: جرثقيل برای بالا و پائين کردن لوله ها در داخل گمانه به کار می رود و در حقيقت يک استوانه فلزی لبه دار است که به دور آن کابل فلزی پيچيده شده است.

٥ـ۳ـ٢ـ رشته ابزار حفر: هدف اصلی از دستگاه حفاری، چرخش سرمته و حفر نمونه هايی از سنگ است . مجموعه ته مته ، لوله کارگر ، لوله ها ، مغزه گير و سرمته را رشته ابزار حفر می گويند.
اﻠف – ته مته – ته مته که به آن دهانه تزريق گل هم می گويند، در بالاترين قسمت رشته ابزار حفر يعنی در بالای لوله کارگر قرار دارد. ته مته به وسيله لوله پلاستيکی محکمی به تلمبه تزريق گل وصل است.
ﺏ - لوله کارگر: لوله تو خالی است که مقطع آن چهار ضلعی و يا شش ضلعی است. وظيفه لوله کارگر، انتقال حرکت دورانی از جعبه دنده به ستون لوله هاست. هنگامی که که به اندازه طول لوله کارگر حفاری شد، لوله کارگر را از انتهای ستون باز می کنند و پس از وصل قطعه لوله جديد، مجدداً آن را به انتهای ستون لوله ها متصل کرده و حفاری را ادامه می دهند، همانگونه که گفتيم ، لوله کارگر تو خالی است زيرا گل حفاری بايستی از درون آن به داخل ستون لوله ها تزريق شود.
ﺝ - لوله ها: وظيفه لوله ها انتقال حرکت دورانی به سرمته است. هم زمان با ادامه حفر گمانه، قطعه های جديدی از لوله ها را به يکديگر متصل و بدين ترتيب طول ستون لوله ها را اضافه ميکنند. لوله ها نيز تو خالی اند زيرا گل حفاری بايستی از داخل آنها به ته گمانه برسد.
ﺩ - مغزه گير: مغزه گير استوانه تو خالی است که نمونه در داخل آن قرار می گيرد. مغزه گير به انتهای ستون لوله وصل می شود و به انتهای آن نيز سرمته وصل می شود. مغزه گير ممکن يک يا دو جداره باشد. انواع يک جداری برای نمونه گيری از سنگهای سخت نظير ماسه سنگ، آهک و شيل به کار می رود در صورتی که انوع دو جداری را برای نمونه گيری مواد نرم مثل ذغالسنگ، به کار می برند.
ﻫ - سرمته: سرمته آخرين قسمت رشته ابزار حفر است و در واقع هدف از وجود تمام تاسيسات و لوازم حفاری، چرخيدن آن و حفر سنگهاست. در اينجا بايستی اين مطلب را متذکر شويم که تفاوت کار دستگاه های حفر چاه و گمانه، تنها در نوع سرمته ها و نيز وجود سرمته است. در اين گونه دستگاه ها، سرمته از نوعی است که به آسانی بتواند سنگها را خرد کند و به صورت پودر در بياورد. به همين خاطر اين نوع سرمته ها را سرمته های پودری می گويند.
سرمته های مغزه گيری به شکل استوانه های کوچکی است که به انتهای مغزه گير پيچ می شود. اين سرمته ها ، دنده دار است که جنس دانه های آن از آلياژ های سخت نظير کربو تنگستن ميباشد.
٥ـ۳ـ۳ـ گل حفاری: در اثر چرخش سرمته، سنگها خرد می شود و به صورت تکه های ريزی در می آيد که بايستی اين قطعات خرد شده را از گمانه خارج کرد زيرا در غير اينصورت، چرخش سرمته، عمدتاً سبب خرد شدن اين ذرات خواهد شد. از سوی ديگر اصطکاک سرمته با سنگها سبب داغ شدن آن می شود و اگر به وسيله ای خنک نشود، می سوزد. برای انجام اين دو هدف، يعنی بيرون آوردن مواد خرد شده از گمانه و خنک شدن سرمته، از محلول حفاری استفاده می کنند و به اصطلاح گمانه را شستشو می دهند و بدين منظور از هوا، آب و يا گل استفاده می کنند. آنچه در حفر گمانه متداول است گل حفاری است که در اينجا به شرح آن می پردازيم:
اﻠف – وظائف گل حفاری – وظائف گل حفاری به شرح زير است :
- بيرون آوردن ذرات کنده شده از داخل گمانه
- خنک کردن سرمته
- معلق نگه داشتن ذرات حفر شده و جلوگيری از سقوط آنها به هنگام توقف جريان گل
- اندود کردن جدار داخلی گمانه و جلوگيری از ريزش طبقات سست.
- جلوگيری از زنگ زدن ابزار حفاری با تشکيل دادن قشر نازکی از گل بر روی آنها
ﺏ - مواد اوليه گل حفاری – مهمترين مواد اوليه تهيه گل حفاری، به شرح زير است:
اول – بنتونيت – ماده اصلی تهيه گل حفاری نوعی خاک رس موسوم به بنتونيت است که عمدتاً از کانی موريلونيت به فرمول تشکيل شده است.
دوم – آب – يکی از مهمترين مواد اوليه تهيه گل حفاری آب است که بايستی خالص و عاری از ذرات و ناخالصی باشد. مثلاً آبهايی را که از معدن خارج می شود، نمی توان برای تهيه گل حفاری به کار برد. همچنين اگر ميزان نمک موجود در آب بيش از ٥ درصد باشد، نبايستی آن را برای تهيه گل به کار برد زيرا خواص گل را به شدت کاهش می دهد.
ذکر اين نکته ضروری است که در مواردی که شوری آب بيش از حد ياد شده باشد، می توان به جای بنتونيت از کانی رسی ديگری موسوم به آتاپولژيت استفاده کرد.
سوم – باريت – باريت ، سولفات باريم طبيعی است که به صورت کانی در طبيعت وجود دارد از جمله مشخصات مهم باريت، وزن مخصوص زياد آنست ( ۳ ⁄ ۴ گرم بر سانتی متر مکعب ) که برای بالا بردن وزن مخصوص گل، از آن استفاده می کنند.
چهارم – کاربوکسی متيل سلولز ( c.m.c ) – اين ماده شيميائی برای افزايش خاصيت کلوئيدی گل و کم کردن خاصيت جدا شدن آب از گل ( افت صافی ) به کار می رود.
پنجم – کربنات سديم –اين جسم نيز کمابيش خواص c.m.c را دارد و برای همان منظور به کار گل اضافه می شود.
ششم – کوبراکو – اين جسم که از نوعی درخت به همين نام در آمريکای جنوبی تهيه می شود برای کاهش گرانروی گل حفاری مصرف دارد. افزودن مقداری کمی کوبراکو، نه تنها گرانروی آنرا به شدت کاهش می دهد بلکه افق صافی آن را نيز حفظ می کند.

ﺝ - مشخصات گل حفاری – مهمترين مشخصات گل حفاری به شرح زير است:
اول – خاصيت بندش – مهمترين خاصيت گل حفاری اين مشخصه است که مادامی که جريان دارد، گرانروی چندانی ندارد ولی هنگامی که به هر دليل جريان گل متوقف شود، حالت ژله مانند به خود می گيرد و ذرات موجود را برای مدتی به حالت معلق نگه می دارد. اين امر، از تجمع ذرات موجود در گل و در نتيجه گير کردن سرمته جلوگيری می کند. اين خاصيت به نام خاصيت بندش ( تيکسوتروپی ) ناميده می شود. بدنه گل حفاری که از مخلوط ۸ تا ۱۰ درصد وزنی بنتونيت و آب به دست می آيد، چنين خاصيتی را داراست.
دوم – پايداری – پايداری خاصيتی است که به موجب آن، گل برای مدت زمان طولانی به حالت مايع باقی می ماند و می توان آن را به وسيله تلمبه به داخل گمانه تزريق کرد.
سوم – افت صافی – خاصيت جدا شدن آب از گل و تراوش آن به داخل طبقات نفوذپذير داخل گمانه را افت صافی می گويند.افت صافی گل عبارت از حجم آبی است ( بر حسب سانتيمتر مکعب ) که ظرف مدت ۳۰ دقيقه، تحت اختلاف فشار ۱۰۰ کيلو پاسگال، از يک کاغذ صافی به قطر ۷٥ ميليمتر عبور می کند.
در اثر جدا شدن آب از گل، اندودی از گل در سطح داخلی گمانه به وجود می آيد که ضخامت آن با افت صافی نسبت مستقيم دارد. اگر افت صافی زياد باشد، اشکالاتی را در امر حفاری گمانه به وجود می آورد. يکی از اين اشکالات اين است که در اثر تشکيل اندود در داخل گمانه، مقطع آن کم می شود. ديگر آنکه در اثر جدا شدن آب از گل، گل سفت می شود و هنگام خارج کردن ستون لوله ها از گمانه، ستون لوله ها همانند يک پيستون عمل می کند و يک حالت خلأ در داخل گمانه به وجود می آيد که سبب ريزش طبقات سست داخل گمانه ميشود.
در حفر گمانه های معمولی، افت صافی نبايستی از ۱۰ سانتيمتر مکعب در ۳۰ دقيقه تجاوز کند. برای کاهش افت صافی گل، مقداری c.m.c به گل اضافه می شود.
چهارم – گرانروی – گرانروی گل را نظير هر سيال ديگر، می توان به عنوان مقاومت آن در برابر حرکت تعريف کرد. گرچه گل بايستی تا حدودی لزج باشد تا بتواند خرده سنگهای حفر شده را با خود حمل کند، اما بالا رفتن گرانروی و سفت شدن گل، سبب مشکل شدن تلمبه کردن گل می گردد. مثلاً هرچقدر گمانه عميق تر باشد، وزن مخصوص آن را بيشتر در نظر ميگيرند و برای اين کار مقدار بيشتری بنتونيت و نيز مقاديری باريت به گل اضافه می کنند که اين امر سبب افزايش گرانروی گل می شود و تلمبه کردن آنرا مشکل می سازد.
پنجم – ph – گل بايستی خمواره خاصيت بازی داشته و ph آن ۸ تا ۱٢ باشد زيرا گل اسيدی سبب خردگی تلمبه و خطوط لوله می شود و پايداری گل را نيز کاهش می دهد. بنابراين در مواردی که برای کاهش گرانروی گل به آن کوبراکو اضافه می کنند، از آنجا که اين جسم خاصيت اسيدی دارد، لذا بايستی يک ماده قليائی مانند کربنات سديم نيز همراه با آن به گل اضافه کرد.
ششم – وزن مخصوص – وزن مخصوص گل حفاری بايستی در حد معينی باشد زيرا از سويی بايستی بتواند ذرات حفر شده سنگها را با خود حمل کند و از سوی ديگر، بايد فشاری به ديواره گمانه وارد کند تا مانع از ورود آب موجود در طبقات به داخل گل و رقيق شدن آن شود.
وزن مخصوص گل حفاری معمولی ۰٥ ⁄ ۱ تا ۰٩ ⁄ ۱ گرم بر سانتيمتر مکعب است و برای تهيه گل های با وزن مخصوص بيشتر، بايستی علاوه بر بنتونيت، مقداری باريت نيز به گل اضافه شود. حسن بارين آنست که در آب حل نمی شود و به صورت ذرات معلق در گل باقی می ماند و خواص آنرا تغيير نمی دهد.


​