[مقاله چاه] مقاله پروژه حفر چاه

[mostafa5804]

سلام بر دوستان
من یک دانشجوی و کاربر تازه وارد رشته آب و فاضلاب در مقطع کارشناسی که رشته کاردانی من هم غیر مرتبط بود می باشم
لذا اشنایی چندانی با این رشته و منابع ندارم
در همین راستا یک پروژه ساده محول شده در مورد "" حفر چاه "" که من زیاد منبع خوبی پیدا نکردم.
در هر راستایی در مورد حفر چاه نظیر گل چاه و روش حفر چاه هم شد مشکلی نیست.
ممنون میشم راهنماییم کنید

 

[mahian90]

تکنیک حفر چاه

دیدکلی
بررسیهای زمین شناسی با وجود تمام دقتی که می‌شود، تنها امکان وجود مخازن را پیش بینی می‌کند. برای اطمینان از وجود نفت تنها وسیله حفر چاه است. حفر چاه همچنین برای استخراج آبهای زیزمینی نیز استفاده می‌شود.
تاریخچه و سیر تحولی و رشد
بشر به علت احتیاج به آب که یک مایع حیاتی پرارزش است، در هر شرایطی به جستجوی آن اقدام نموده و به آن دسترسی پیدا کرده است. بدون شک ایرانیان باستان اولین کسانی بوده‌اند که در حفر چاه و قنات پیشقدم بوده‌اند. علاوه بر حفر چاه به روش دستی که هم اکنون نیز در بسیاری از جاها رایج است، فنون حفر چاههای مکانیکی نیز به وفور استفاده می‌شود. حفاریهای مکانیکی که معمولا به دو صورت انجام می‌گیرد، شامل حفاری ضربه‌ای و دورانی می‌باشد. مته‌های ضربه‌ای که تا اواسط قرن نوزدهم برای حفر چاههای نفت مورد استفاده قرار می‌گرفت و به متد کانادایی معروف بود، به دیلم بلند و قطوری شباهت داشت که قادر بود تا چندین صد متر به درون زمین رخنه نماید.
گرچه اکنون اکثر چاههای نفت با روش دورانی حفر می‌گردد، لکن هنوز در برخی کشورهای نفت خیز مخصوصا ایالات متحده آمریکا هنوز از روش ضربه‌ای استفاده می‌شود و حدس می‌زنند نزدیک به 25 تا 30 درصد چاههای نفت آمریکا با روش ضربه‌ای حفر می‌گردد. حفاری دورانی اولین بار در سال 1901 در میدان نفتی Spindletop ، نزدیک تگزاس مورد استفاده قرار گرفت و به سبب مزایایی که نسبت به ضربه‌ای داشت، دامنه کاربرد آن به زودی گسترش یافت. بطوری که در دهه 1920 اکثر حفاریهایی که برای استخراج نفت در سراسر جهان صورت می‌گرفت با این روش بود.

حفاری ضربه‌ای
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 11145 فوت حفر گردید که به نفت نرسید.

حفاری چرخشی
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 که متصل به انتهای لوله فولادی 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 21535 فوت بود که به نفت نرسید.

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.

 

[mahian90]

انواع روش ها و وسایل حفر گمانه

به منظور آگاهی از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی اعماق بیشتر زمین ، معمولا گمانه‌هایی حفر می‌شود. گمانه در واقع چاه قائمی است که توسط وسایل مکانیکی در خاک یا سنگ حفر می‌شود. گمانه‌های کم عمق گاه توسط دستگاه ساده‌ای به نام اوگر (auger) که طرز کار آن مانند مته بخاری است، حفر می‌شوند. حفاری گمانه‌ها به صورتهای مختلف انجام می‌شود. در روش حفاری ضربه‌ای پیشروی توسط ضربات پی در پی به سر مته تیغه‌ای شکل انجام می‌شود و مدار کنده شده و خرد شده هر چند مدت یکبار بوسیله ابزار مخصوصی به نام گل کش از چاه خارج می‌شود. حفاری ضربه‌ای بیشتر در آبرفتها و رسوبات ناپیوسته ، مخصوصا اکتشاف زیر زمینی بکار می‌روند. نمونه‌هایی که به این ترتیب بدست می‌آید، کاملا دست خورده است.

در ادامه مطلب به تشریح موارد زیر می پردازم :

وسایل حفر گمانه
ماشین حفاری
لوله‌های جدار
لوله‌های حفاری
مته حفاری
روش حفر گمانه
برنامه ریزی عملیات حفاری
انتخاب وسایل
فاصله بین گمانه‌ها
عمق گمانه
جهت یابی گمانه

وسایل حفر گمانه : اجزا اصلی یک حفاری آزمایشی یا مغزه گیری عبارت است از یک آزمایش حفاری ، لوله‌های جدار چاه ، لوله‌های حفاری ، سرمته‌های حفاری و ابزارهای نمونه گیر.

ماشین حفاری : ماشین حفاری متشکل از یک منبع تولید نیرو ، یک دکل برای بلند کردن وسایل ، یک پمپ برای جریان انداختن آب و گل (یا یک کمپرسور برای حفاری با هوا) است. وظیفه ماشین حفاری پایین بردن ، چرخاندن و بالا آوردن وسایل حفاری و گرفتن نمونه است. انواع متنوعی از ماشینهای حفاری و وسایل حفر چاه وجود دارد.

لوله‌های جدار : لوله‌های جدار چاه جهت نگاهداشتن گمانه در حالت عادی ، در آغاز حفاری و جلوگیری از ریزش دیواره آن ، که قبلا اشاره شد، بکار می‌رود. مخارج حفر یک گمانه بطور مستقیم بستگی به لوله جدار و قطر گمانه دارد. در صورتی که نیاز به قرار دادن لوله جدار در اعماق مختلف باشد، چاه شکلی تلسکوپی به خود می‌گیرد.

لوله‌های حفاری : لوله‌های حفاری ، ماشین حفاری را به مته حفاری یا نمونه گیرها وصل می‌کند. انتخاب لوله مناسب به عواملی مثل عمق پیش بینی شده برای گمانه نوع نمونه گیر انتخاب شده و قطر مغزه حفاری و از همه مهمتر قدرت ماشین بستگی دارد.

مته حفاری : مته برای بریدن خاک و سنگ بکار می‌رود. سر مته از انواع مختلفی برخور دارند. مانند مته‌های خرد کننده ، مته‌های تیغه‌ای ، مته‌های سنگی و مته‌های مغزه گیر.

روش حفر گمانه : مراحل مختلف حفر یک گمانه اکتشافی را به نحوه زیر می‌توان خلاصه نمود.:

1) نمونه سطحی گرفته می‌شود.

2) لوله جدار آغازین تا عمق 1 متری رانده می‌شود.

3) خاکهای داخل لوله جدار تا 10 سانتیمتری پایین تر از لبه خارج می‌شود (از همین مواد می‌توان جهت حلقه بندی مصالح استفاده کرد.)نمونه گرفته می‌شود.

4) حفاری چاه برای یک متر بعد ادامه می‌یابد. پیشروی با راندن لوله جدار و برداشتن خاکهای داخل آن (مثل مرحله 3) یا با استفاده از گل روان (جهت تثبیت دیواره چاه و بالا آوردن نمونه‌ها) انجام می‌شود.

5) چرخه فوق آن اندازه ادمه می‌یابد تا به عمق دلخواه برسیم (در حفاری یا برنامه‌های حفاری تکمیلی فواصل نمونه گیری به 3 تا 6 متر افزایش می‌یابد.)

6) در برخورد با سنگ لبه لوله جدار را در سطح سنگ قرار داده تا بتوان مغره گیری را با آب تمیز داد. آب سر مته را خنک و تمیز نگهداشته ، از کند شدن آن جلوگیری می‌کند.

7) موقعیت لوله جدار ، لوله حفاری و سر مته یا لوله حفاری و ابزارهای نمونه گیری ، در شروع هر مرحله پیشروی به دقت اندازه گیری و یادداشت می‌شود. باید دقت شود که چاه ریزش نکرده باشد و سر مته درست در ته چاه قرار گرفته باشد. همچنین نمونه گیری باید در 10 سانتیمتری زیر لوله جدار یا در عمق نهایی حفاری قبل از آغاز نمونه گیری باشد.

برنامه ریزی عملیات حفاری : هرگونه برنامه ریزی باید با توجه به هدفهای حفاریها و مغره گیری ، یعنی دستیابی به نمونه‌هایی از مصالح زمین شناسی برای بررسی ، طبقه بندی و انجام آزمونهای آزمایشگاهی ، اندازه گیری مشخصات فیزیکی و مهندسی مصالح برجا و دستیابی به اطلاعاتی در مورد آب زیر زمینی صورت گیرد. نحوه تکوین یک برنامه ریزی را به نحو زیر می‌توان خلاصه کرد.

انتخاب وسایل : در انتخاب وسایل باید مرحله مطالعات ، شکل سطح زمین و قابلیت دسترسی آن ، شرایط زمین شناسی ، عمق حفاری و نوع نمونه‌های مورد نیاز مورد توجه قرار گیرد.

فاصله بین گمانه‌ها : در مراحل شناسایی مقدماتی و توجیهی ، گمانه‌ها در جایی حفر می‌شود که بتواند همبریها را ، آنگونه که در نقشه زمین شناسی مهندسی رسم شده ، مشخص نماید. در شرایط یکنواخت طراحی شبکه‌ای از گمانه‌ها که فاصله آنها با توجه به وسعت ناحیه مورد بررسی ممکن است از 30 تا 100 متر باشد، واقع می‌شود.

عمق گمانه : عمق گمانه‌ها در محل گود برداریهای روباز برای ساختمانها ، بزرگراهها ، مترو و مانند آن ، و حفاریهای بسته مثل تونلها و در شرایط نامناسب تا اعماق باز هم بیشتری نفوذ کند. علاوه بر آن باید بتواند وضعیت سطح پیرو متریک را مشخص سازد. در مورد اخیر گمانه باید تا مقدار قابل ملاحظه‌ای در زیر گودبرداری پایین برود.

جهت یابی گمانه : گمانه‌های اکتشافی معمولا به صورت قائم حفر می‌شوند. از حفاری زاویه دار اغلب در توده‌های سنگی و برای اکتشاف درزها ، گسلها و حفرات انحلالی یا قرار دادن مهار در سنگ و خاک استفاده می‌شود. استفاده از حفاری افقی معمولا برای اکتشاف مسیر تونلها (گمانه پیشاهنگ) تعبیه میل مهار در سنگ و قرار دادن ابزارهای اندازه گیری یا انجام زهکشی افقی است.
باید توجه داشت که دستیابی به گمانه کاملا افقی با اغلب روشهای موجود امکان پذیر نیست. زیرا معمولا در آغاز حفاری ، گرانش زمین سر مته را به سمت پایین می‌کشد. سپس با افزایش پیشروی ، نیروی گرانش به روی وزن زیاد لوله‌های حفاری عمل می‌کند که ممکن است حرکت به سمت بالای سر مته را باعث شود. تغییرات در کیفیت سنگ نیز ممکن است در تغییر راستای گمانه تاثیر بگذارد.

 

[mahian90]

نکات ایمنی در عملیات حفر چاه

در عملیات چاه‌کنی تا عمق ۵ متر، وجود حداقل دو نفر و با افزایش عمق چاه، حداقل وجود ۳ نفر برای ادامه عملیات الزامیست، با شروع حفر انباری چاه یک نفر کمک کلنگ‌دار به افراد گروه اضافه می‌شود. برای حفاظت کارگران از خطر ریزش اطراف چاه، باید در محل ایستادن کارگران تخته یا الوارهای زیرپایی با مقاومت و پهنای کافی گذاشته شود. برای جلوگیری از سقوط خاک و سنگ به داخل چاه، دور دهانه باید آستانه‌ای به عرض حداقل ۱۵ سانتیمتر با مصالح مقاوم تعبیه گردد.
مقنی قبل از ورود به چاه برای عملیات چاه‌کنی، باید طناب نجات را به کمک کمربند ایمنی مخصوص به خود بسته باشد.
در مواردی که نوع مصالح استخراج شده از حفاری چاه به صورتی است که کلاه و سپر حفاظتی تکافو نمی‌کند، باید در فواصل مناسب از دیواره میله چاه پناهگاههایی تعبیه شود که در صورت لزوم مقنی در این محلها مستقر شود.
خاک حاصل از کندن چاه، نباید به فاصله کمتر از ۲ متر از کناره‌های چاه ریخته شود به نحوی که احتمال ریزش آن به داخل چاه وجود نداشته باشد.
در صورتی که احتمال کمبود اکسیژن در اعماق چاه وجود داشته باشد، باید نسبت به تعبیه وسایل مناسب برای هوادهی به داخل چاه اقدام شود، این وسایل باید به تجهیزات ایمنی لازم برای جلوگیری از خطر برق‌گرفتگی مجهز شده باشند.
وجود علائم قراردادی بین مقنی و فردی که در بالای چاه مستقر است، ضروری بوده و باید فرد مستقر در بالای چاه همواره از وضعیت مقنی آگاه باشد.
کلیه کارگرانی که در نزدیک چاه به کار مشغول هستند، باید به کمربند ایمنی و طناب مجهز باشند. سر طناب باید به محل مناسبی محکم شده باشد تا از سقوط احتمالی آنها به داخل چاه جلوگیری شود. با پیشرفت کار چاه‌کنی بخصوص در موقع بارندگی، باید دیواره‌های چاه به وسیله مقنی مورد بازدید قرار گرفته و از ریزشی نبودن دیواره چاه اطمینان حاصل شود، چنانچه رطوبت بیش از حد مشاهده گردد، باید بررسیهای لازم انجام گیرد و در صورت لزوم عملیات متوقف شود، سپس پیش‌بینیهای لازم طوری صورت پذیرد که برای مقنی و کارگران خطری وجود نداشته باشد.
در تأمین روشنایی داخل چاههایی که وجود گازهای قابل اشتعال در آنها محتمل باشد، باید از چراغهای قوه‌ای با حداکثر ولتاژ ۱۲ ولت استفاده شود.
هنگام حفاری چاه در عمق بیش از ۲ متر، باید وسیله‌ای به عنوان سپر در پایین چاه مورد استفاده قرار گیرد که هنگام سقوط احتمالی اشیا مانع برخورد آن با مقنی باشد.
بعد از خاتمه کار روزانه علاوه بر پیش‌بینیهای احتیاطی لازم برای جلوگیری از سقوط افراد و حیوانات به داخل چاه، دهانه چاه باید به نحوی مطمئن با صفحات مقاوم و مناسب پوشیده شود.
رعایت مقررات حفاظتی حفر چاههای دستی مصوب شورای عالی حفاظت فنی الزامی است.
منبع :به نقل از وبلاگ مهدی هاشمی – mahdihashemi.blogfa.com