این فایل شامل pdf و power point مربوطه است.
تعداد صفحات پی دی اف : 42
تعداد صفحات پاور پینت : 21
توضیح مختصری درباره حفاری و اهمیت آن
توضیحات کلی اجزای مختلف حفاری دورانی
دکل حفاری
انواع دکل‌های حفاری
دکل‌های خشکی
دکل های دریایی
Jack-up تجهیزات حفاری
با سه پایه مثلثی
مته حفاری
مته‌های کاجی یا چرخشی
مته های سایشی
رشته حفاری
و...
دی ۲۲, ۱۳۹۳/
اگر حفر قنوات بخشی از عرضه تونلسازی محسوب شود آنگاه قدمت این فن به 2800 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. زیرا باستان‌شناسان معتقدند که حفر قنوات در مصرو ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذکر این نکته در اینجا در خور توجه است که در سال 1962 طول کل قنوات در ایران را 000/160 کیلومتر تخمین زده‌اند. اگر از این مورد که ذکر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یک کیلومتر ساخته شد که هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، کار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان می‌دهد. از این نوع کار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد که در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمز ندن ساخته شد. تونل‌زنی درون سنگها به علت شکل حفاری و عدم امکانات و عدم نیاز ـ به جز موارد بسیار محدود ـ فقط در دو قرن اخیر توسعه یافته اس. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل بر می‌گردد و بعضی آنرا حتی به قرن دوم میلادی نسبت می‌دهند ولی کاربرد آن در شکستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع دینامیت در قرن 19 موجب تحولات تدریجی ولی اساسی در سهولت ایجاد تونل در سنگها شد گرچه ایجاد تونل در سنگها به علت سختی سنگ نیاز به مواد منفجره و یا وسایل بسیار سخت و برنده دارد ولی در سنگهای خیلی نرم و در رسوبات سخت نشده، مشکل تونل‌زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوری که تا قبل از اختراع شیلد توسط در سال 1812، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشکل می‌نمود. اولین کاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 کیلومتری حدود 18 سال طول کشید روش شیلد بعداً توسط تکمیل گردید و بعلاوه نامبرده کاربرد هوای فشرده را نیز در شیلد عملی ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبکه‌های زیرزمینی، هم به منظور عبور و مرور و هم بمنظور انتقال آب و فاضلاب و نیز در پیشروی معادن و غیره ضرورت یافت و با سرعت روز افزون از اواخر قرن 19 تاکنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه‌ای که در سالهای اخیر استفاده از ماشینهای حفر تمام مقطع تونل رشد سریعی داشته است. ایده استفاده از این ماشینها از زمانهای دور است. اولین ثبت شده در امریکا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساک در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه‌های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا کرده بطوری که در بسیاری از موارد بعنوان اولین گزینه برای حفر تونل می‌باشد.
در جمع‌اوری و تهیه اطلاعات موردنیاز برای طراحی هر نوع حفاری زیرزمینی پس از انجام مطالعات اقتصادی و فنی (امکان‌پذیری مقدماتی طرح) پی‌جوئیهای لازم و مقایسه‌گرینه‌های مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتی که برای دسترسی به هدف موردنظر ممکن می‌باشد، مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی منطقه اجرای طرح بایستی توسط مهندسین مشاور ذیصلاح پذیرد.
اقدام به جمع‌آوری این اطلاعات و انجام مطالعات، اولین اقدام لازم در طراحی هرگونه فضای زیرزمینی بهر نوع و بهر شکل و برای هر هدفی که باشد خواهد بود شناخت زمین‌شناسی محل احداث سازه، زیرزمینی از دیدگاه تنشهای موجود و بارهای وارده بر وسائل نگهداری و انتخاب روشهای کاربردی مطلوب حائز کمال اهمیت است.
اطلاعاتی که از نقشه‌های زمین‌شناسی بزرگ مقیاس حاصل می‌شود عمومی و کلی بوده و تمامی نیازهای طراحان سازه‌های زیرزمینی را در بر نمی‌گیرد. لذا برای تعیین دقیق مشخصات زمین‌شناسی، مطالعات کلی و دقیقتر خاک و سنگ از ضروریات اولیه طراحی است.
1ـ تعیین شرایط اولیه تشکیل و وضعیت واقعی سنگها، شرایط فیزیکومکانیکی آنها در محدوده حفریات و فاصله بین حفریات تا سطح زمین
2ـ تعیین شرایط سطحی زمین از نقطه‌نظر آبهای سطحی، زهکشی‌های طبیعی، قناتها، چشمه و رودخانه‌ها
3ـ جمع‌آوری اطلاعات مربوط به گازدهی، حرارت و آب در زیرزمین
4ـ تعیین مشخصات زمین ساختی، تنشها و اثرات آنها روی دامنه فشارها در محدوده حفریات زیرزمینی
مـراحـل اکتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی
اقدامات اکتشافی از دیدگاه احداث حفریات زیرزمینی شامل سه مرحله زیر است:
الف ـ تحقیقات و اکتشافات مربوط به مشخصات عمومی طرح قبل از شروع طراحی
1ـ الف ـ بررسی کلی منطقه از دیدگاه تاریخی و آمارهای موجود، سنگ‌شناسی چینه‌شناسی و محیط زیست
2ـ الف ـ بررسی عکس‌های هوائی، وضعیت گیاهان منطقه، مشخصات بارز شیمیائی سنگها و کشف شرایط اولیه تشکیل آنها (آذرین یا رسوبی)، مطالعه گسل‌ها و چین‌خوردگی‌ها
3ـ الف ـ مطالعات آب‌شناسی، وضعیت رودخانه‌ها، سیل‌ها، تعیین PH آب، تعیین مشخصات حرارتی و شیمیائی و املاح موجود در آبهای سطحی برای تشخیص طبیعت سنگها و جنس زمین
4ـ الف ـ مطالعات ژئوشیمی برای تعیین مشخصات شیمیائی سنگها و خاکهای سطحی
5ـ الف ـ تعیین مشخصات ژئوفیزیکی با روشهای مقاومت الکتریکی، لرزه‌نگاری و غیره و مقایسه آنها با نمونه‌های حاصل از گمانه‌های اکتشافی
6ـ الف ـ مطالعات دقیق درزه‌ها، گسیختگی‌ها و تهیه نقشه‌های مربوطه
ب ـ تحقیقات دقیق ژئوتکنیکی (زیرزمینی) بموازات طراحی و قبل از شروع عملیات احداث
1ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مسلم از شرایط فیزیکی و شیمیائی سنگهای دربرگیرنده حفریات، هوازدگی، وزن مخصوص و مقاومت آنها
2ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات در مورد استقرار و شیب لایه‌ها، چین‌خوردگی‌ها، گسل‌ها، سطوح لایه‌بندی و درزه‌ها
3 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط به: مقدار، کیفیت، خواص شیمیائی و عمق آبهای زیرزمینی
4 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط ب: مقدار، کیفیت و خواص شیمیائی گازها و افزایش درجه حرارت زمین نسبت به عمق
تحقیقات تکمیلی زیر نه تنها برای کنترل اطلاعات داده شده توسط طراحان که برای اطمینان از درستی روش اجرائی انتخاب شده و در صورت لزوم اصلاح و تغییر روشها بایستی صورت گیرد.
نمونه این تحقیقات تکمیلی در زمان احداث حفریات زیرزمینی عبارتند از:
1ـ ج ـ حفر پیش تونلها و نمونه‌گیری از سنگهای جلوتر از سینه‌کار و مطالعه سایر شرایط زمین محل طرح
2 ـ ج ـ تجزیه شیمیائی آبها و گازها
3ـ ج ـ اندازه‌گیری تنشها و تقارب مقاطع
احداث سازه‌های زیرزمینی، در جهت دستیابی بهر هدف و یا در مسیر حل هر مشکلی که باشد، نسبت به احداث سازه‌ای مشابه در روی زمین بسیار پیچیده‌تر و مشکل‌تر و در نهایت بسیار گرانتر و پرهزینه‌تر خواهد بود
اجرای اینگونه طرحها، حتی با بکارگیری بهترین امکانات و توجه به کلیه مقررات ایمنی، نسبت به سازه‌های روی زمین، با خطرات جانی و مالی بیشتری روبرو می‌باشد با توجه به این حقایق است که تهیه طرح توسط مهندسین مشاور، که بر پایه مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی صورت پذیرفته باشد از الزامات و ضروریات هر پروژه زیرزمینی است.
بدین ترتیب مشاور انتخابی برای طراحی سازه‌های زیرزمینی باید دارای توانائیهای لازم جهت انجام دقیق اکتشافات و مطالعات موردنیاز بوده و قدرت تحلیل و طبقه‌بندی اطلاعات و کاربرد آنها را در طراحی صحیح پروژه داشته باشد و با کلیه دستورالعمل‌های بین‌المللی اجرائی و روشهای مدرن حفاری آشنا باشد.
وضعیت تنش در پوسته زمین، برای زمان و مکان معین، نتیجه تأثیر نیروهایی با خصوصیات و فشارهای گوناگون می‌باشد. معمولاً قبل از شروع هر کار مهندسی در ساختارهای زمینی سعی می‌شود وضعیت تنش را بدست آورد. وضعیت تنش زمین در حالت بکر پس از انجام عملیات حفاری و ایجاد ساختار دچار دگرگونی شده است و توزیع جدیدی از تنش در سنگها و محدوده آن به وجود می‌آید.
تنشهای مؤثر بر هر نقطه از پوسته زمین را می‌توان ناشی از فشاهای زیر دانست.
1ـ تنشهای ثقلی: این تنشها بر اثر وزن طبقات فوقانی ایجاد می‌شود. به واسطه محصور بودن سنگها در دل زمین، تنشهای جانبی نیز در اثر فشار ثقلی گسترش می‌یابد. (اثر پواسون)
2ـ تنشهای تکتونیکی: این تنشها بواسطه تنشها بواسطه تأثیر نیروهای تکتونیکی و زمین ساختی نظیر کوهزائی و یا گسل بوجود آید.
3ـ تنشهای محلی: این تنشها بواسطه ناهمگونی در جنس طبقات یا سنگهای همجوار بوجود می‌آیند. نظیر تمرکز تنش در عدسیهای ماسه سنگی یا اطراف کنکرسیونها.
4ـ تنشهای باقیمانده: این تنشها در حین تشکیل طبقات یا توده سنگها و در اثر فرآیندهایی نظیر کریستالیزاسیون، دگرگونی، رسوبگذاری، تحکیم و بی‌آب شدن در سنگها بسته به مورد گسترش می‌یابد. مثلاً تنش حاصل در مرز بین کریستالهای یک سنگ که دارای خواص فیزیکی متفاوت بوده و سرد شدن آنها متشابه یکدیگر نیست از این نوع می‌باشند.
از بین انواع تنشهای فوق تنشهای ثقلی را می‌توان از طریق محاسبه بدست آورد. ذیلاً به انواع تنشهای ثقلی و نحوه برآورد آنها اشاره می‌کنیم.
اگر حفر قنوات بخشی از عرضه تونلسازی محسوب شود آنگاه قدمت این فن به 2800 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. زیرا باستان‌شناسان معتقدند که حفر قنوات در مصرو ایران از آن زمانها معمول بوده است. تذکر این نکته در اینجا در خور توجه است که در سال 1962 طول کل قنوات در ایران را 000/160 کیلومتر تخمین زده‌اند. اگر از این مورد که ذکر شد صرفنظر شود اولین تونل زیرآبی در 2170 سال قبل از میلاد در زمان بابلیها در زیر رودخانه فرات و بطول یک کیلومتر ساخته شد که هر چند بصورت حفاری تونل اجرا نشده است ولی همین، کار حداقل تجربه و تبجر معماران آن عصر را نشان می‌دهد. از این نوع کار دیگر اجرا نشده است تا 4000 سال بعد که در 1825 تونل تیمز زیر رودخانه تیمز ندن ساخته شد. تونل‌زنی درون سنگها به علت شکل حفاری و عدم امکانات و عدم نیاز ـ به جز موارد بسیار محدود ـ فقط در دو قرن اخیر توسعه یافته اس. هر چند اختراع باروت به قرنها قبل بر می‌گردد و بعضی آنرا حتی به قرن دوم میلادی نسبت می‌دهند ولی کاربرد آن در شکستن سنگها احتمالاً در قرن 16 بوده است و اختراع دینامیت در قرن 19 موجب تحولات تدریجی ولی اساسی در سهولت ایجاد تونل در سنگها شد گرچه ایجاد تونل در سنگها به علت سختی سنگ نیاز به مواد منفجره و یا وسایل بسیار سخت و برنده دارد ولی در سنگهای خیلی نرم و در رسوبات سخت نشده، مشکل تونل‌زنی به لحاظ نگهداری تونل است. بطوری که تا قبل از اختراع شیلد توسط در سال 1812، ایجاد تونلهای بزرگ مقطع در رسوبات سست فوق‌العاده مشکل می‌نمود. اولین کاربرد شیلد در 1825 در حفر تونل زیر رودخانه تیمز بود. هر چند حفر این تونل 5/1 کیلومتری حدود 18 سال طول کشید روش شیلد بعداً توسط تکمیل گردید و بعلاوه نامبرده کاربرد هوای فشرده را نیز در شیلد عملی ساخت (1886) با گسترش شهرها، اختراع ترنها، افزایش جمعیت، پیشرفت صنایع و نیاز مبرم به معادن گسترش شبکه‌های زیرزمینی، هم به منظور عبور و مرور و هم بمنظور انتقال آب و فاضلاب و نیز در پیشروی معادن و غیره ضرورت یافت و با سرعت روز افزون از اواخر قرن 19 تاکنون پیشرفتهای چشمگیری حاصل گردیده است. بگونه‌ای که در سالهای اخیر استفاده از ماشینهای حفر تمام مقطع تونل رشد سریعی داشته است. ایده استفاده از این ماشینها از زمانهای دور است. اولین ثبت شده در امریکا توسط جان ویلسون در سال 1856 برای تونل هوساک در ماساچوست بوده است ولی تنها توانسته 3 متر از تونل 7600 متری را حفر نماید در دهه‌های اخیر توسعه بسیار زیادی پیدا کرده بطوری که در بسیاری از موارد بعنوان اولین گزینه برای حفر تونل می‌باشد.
در جمع‌اوری و تهیه اطلاعات موردنیاز برای طراحی هر نوع حفاری زیرزمینی پس از انجام مطالعات اقتصادی و فنی (امکان‌پذیری مقدماتی طرح) پی‌جوئیهای لازم و مقایسه‌گرینه‌های مختلف و انتخاب راه‌حل مطلوب مقدماتی که برای دسترسی به هدف موردنظر ممکن می‌باشد، مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی منطقه اجرای طرح بایستی توسط مهندسین مشاور ذیصلاح پذیرد.
اقدام به جمع‌آوری این اطلاعات و انجام مطالعات، اولین اقدام لازم در طراحی هرگونه فضای زیرزمینی بهر نوع و بهر شکل و برای هر هدفی که باشد خواهد بود شناخت زمین‌شناسی محل احداث سازه، زیرزمینی از دیدگاه تنشهای موجود و بارهای وارده بر وسائل نگهداری و انتخاب روشهای کاربردی مطلوب حائز کمال اهمیت است.
اطلاعاتی که از نقشه‌های زمین‌شناسی بزرگ مقیاس حاصل می‌شود عمومی و کلی بوده و تمامی نیازهای طراحان سازه‌های زیرزمینی را در بر نمی‌گیرد. لذا برای تعیین دقیق مشخصات زمین‌شناسی، مطالعات کلی و دقیقتر خاک و سنگ از ضروریات اولیه طراحی است.
1ـ تعیین شرایط اولیه تشکیل و وضعیت واقعی سنگها، شرایط فیزیکومکانیکی آنها در محدوده حفریات و فاصله بین حفریات تا سطح زمین
2ـ تعیین شرایط سطحی زمین از نقطه‌نظر آبهای سطحی، زهکشی‌های طبیعی، قناتها، چشمه و رودخانه‌ها
3ـ جمع‌آوری اطلاعات مربوط به گازدهی، حرارت و آب در زیرزمین
4ـ تعیین مشخصات زمین ساختی، تنشها و اثرات آنها روی دامنه فشارها در محدوده حفریات زیرزمینی
مـراحـل اکتشـافی زمین‌شناسی از دیدگاه حفر و احداث حفریات زیرزمینی
اقدامات اکتشافی از دیدگاه احداث حفریات زیرزمینی شامل سه مرحله زیر است:
الف ـ تحقیقات و اکتشافات مربوط به مشخصات عمومی طرح قبل از شروع طراحی
1ـ الف ـ بررسی کلی منطقه از دیدگاه تاریخی و آمارهای موجود، سنگ‌شناسی چینه‌شناسی و محیط زیست
2ـ الف ـ بررسی عکس‌های هوائی، وضعیت گیاهان منطقه، مشخصات بارز شیمیائی سنگها و کشف شرایط اولیه تشکیل آنها (آذرین یا رسوبی)، مطالعه گسل‌ها و چین‌خوردگی‌ها
3ـ الف ـ مطالعات آب‌شناسی، وضعیت رودخانه‌ها، سیل‌ها، تعیین PH آب، تعیین مشخصات حرارتی و شیمیائی و املاح موجود در آبهای سطحی برای تشخیص طبیعت سنگها و جنس زمین
4ـ الف ـ مطالعات ژئوشیمی برای تعیین مشخصات شیمیائی سنگها و خاکهای سطحی
5ـ الف ـ تعیین مشخصات ژئوفیزیکی با روشهای مقاومت الکتریکی، لرزه‌نگاری و غیره و مقایسه آنها با نمونه‌های حاصل از گمانه‌های اکتشافی
6ـ الف ـ مطالعات دقیق درزه‌ها، گسیختگی‌ها و تهیه نقشه‌های مربوطه
ب ـ تحقیقات دقیق ژئوتکنیکی (زیرزمینی) بموازات طراحی و قبل از شروع عملیات احداث
1ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مسلم از شرایط فیزیکی و شیمیائی سنگهای دربرگیرنده حفریات، هوازدگی، وزن مخصوص و مقاومت آنها
2ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات در مورد استقرار و شیب لایه‌ها، چین‌خوردگی‌ها، گسل‌ها، سطوح لایه‌بندی و درزه‌ها
3 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط به: مقدار، کیفیت، خواص شیمیائی و عمق آبهای زیرزمینی
4 ـ ب ـ جمع‌اوری اطلاعات مربوط ب: مقدار، کیفیت و خواص شیمیائی گازها و افزایش درجه حرارت زمین نسبت به عمق
تحقیقات تکمیلی زیر نه تنها برای کنترل اطلاعات داده شده توسط طراحان که برای اطمینان از درستی روش اجرائی انتخاب شده و در صورت لزوم اصلاح و تغییر روشها بایستی صورت گیرد.
نمونه این تحقیقات تکمیلی در زمان احداث حفریات زیرزمینی عبارتند از:
1ـ ج ـ حفر پیش تونلها و نمونه‌گیری از سنگهای جلوتر از سینه‌کار و مطالعه سایر شرایط زمین محل طرح
2 ـ ج ـ تجزیه شیمیائی آبها و گازها
3ـ ج ـ اندازه‌گیری تنشها و تقارب مقاطع
احداث سازه‌های زیرزمینی، در جهت دستیابی بهر هدف و یا در مسیر حل هر مشکلی که باشد، نسبت به احداث سازه‌ای مشابه در روی زمین بسیار پیچیده‌تر و مشکل‌تر و در نهایت بسیار گرانتر و پرهزینه‌تر خواهد بود
اجرای اینگونه طرحها، حتی با بکارگیری بهترین امکانات و توجه به کلیه مقررات ایمنی، نسبت به سازه‌های روی زمین، با خطرات جانی و مالی بیشتری روبرو می‌باشد با توجه به این حقایق است که تهیه طرح توسط مهندسین مشاور، که بر پایه مطالعات مقدماتی و تفصیلی زمین‌شناسی صورت پذیرفته باشد از الزامات و ضروریات هر پروژه زیرزمینی است.
بدین ترتیب مشاور انتخابی برای طراحی سازه‌های زیرزمینی باید دارای توانائیهای لازم جهت انجام دقیق اکتشافات و مطالعات موردنیاز بوده و قدرت تحلیل و طبقه‌بندی اطلاعات و کاربرد آنها را در طراحی صحیح پروژه داشته باشد و با کلیه دستورالعمل‌های بین‌المللی اجرائی و روشهای مدرن حفاری آشنا باشد.
وضعیت تنش در پوسته زمین، برای زمان و مکان معین، نتیجه تأثیر نیروهایی با خصوصیات و فشارهای گوناگون می‌باشد. معمولاً قبل از شروع هر کار مهندسی در ساختارهای زمینی سعی می‌شود وضعیت تنش را بدست آورد. وضعیت تنش زمین در حالت بکر پس از انجام عملیات حفاری و ایجاد ساختار دچار دگرگونی شده است و توزیع جدیدی از تنش در سنگها و محدوده آن به وجود می‌آید.
تنشهای مؤثر بر هر نقطه از پوسته زمین را می‌توان ناشی از فشاهای زیر دانست.
1ـ تنشهای ثقلی: این تنشها بر اثر وزن طبقات فوقانی ایجاد می‌شود. به واسطه محصور بودن سنگها در دل زمین، تنشهای جانبی نیز در اثر فشار ثقلی گسترش می‌یابد. (اثر پواسون)
2ـ تنشهای تکتونیکی: این تنشها بواسطه تنشها بواسطه تأثیر نیروهای تکتونیکی و زمین ساختی نظیر کوهزائی و یا گسل بوجود آید.
3ـ تنشهای محلی: این تنشها بواسطه ناهمگونی در جنس طبقات یا سنگهای همجوار بوجود می‌آیند. نظیر تمرکز تنش در عدسیهای ماسه سنگی یا اطراف کنکرسیونها.
4ـ تنشهای باقیمانده: این تنشها در حین تشکیل طبقات یا توده سنگها و در اثر فرآیندهایی نظیر کریستالیزاسیون، دگرگونی، رسوبگذاری، تحکیم و بی‌آب شدن در سنگها بسته به مورد گسترش می‌یابد. مثلاً تنش حاصل در مرز بین کریستالهای یک سنگ که دارای خواص فیزیکی متفاوت بوده و سرد شدن آنها متشابه یکدیگر نیست از این نوع می‌باشند.
از بین انواع تنشهای فوق تنشهای ثقلی را می‌توان از طریق محاسبه بدست آورد. ذیلاً به انواع تنشهای ثقلی و نحوه برآورد آنها اشاره می‌کنیم.
فرمت : word
تعداد صفحات : 108
پیش گفتار
امروزه علم سیال شناسی و نیز مهندسی گل وسعت وگستردگی زیادی پیدا کرده است بطوریکه در حال حاضر این رشته به صورت تخصصی و فنی در مقاطع دکتری تحت عنوان مهندسی گل تدریس می شود .
در طی عملیات حفاری چه در صنایع نفت و چه در صنعت معدنکاری مهمترین عوامل و فاکتورها در رسیدن به اهداف از پیش تعیین شده سیال حفاری می باشد زیرا با توجه به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی که هر یک از سیالات دارند به پیشرفت عملیات کمک شایانی می کنند . به عنوان مثال از طریق گل می توان به نوع سازند زمین شناسی که در حال حفر شدن است پی برد و یا از بروز اتفاقات بسیار مخرب و خطرناک همچون فوران چاه جلوگیری کرد .
اولین چاه نفتی مربوط می شود به ژوئن سال 1859 که در کنار یک چشمه نفتی در پنسیلوانیا حفر شد و در 27 اوت همان سال در عمق 21 متری به نفت رسید . این چاه توسط شخصی به نام ادوین دریک حفر شد و او اولین کسی بود که نفت را از چاهی که با وسایل مکانیکی ساده حفر شده بود استخراج کرد . به نوعی می توان گفت که جرقه ایجاد صنعت گل از همان سالها زده شد و تا به حال پیشرفت و ترقی قابل توجهی نموده است .
در چاه های نفتی به علت عمق زیاد و وجود فشارهای ئیدروستاتیکی بالا و نیز
فشارهای زمین ایستایی (over burden pressure ) باید از سیالاتی استفاده کرد که چندین خواص شیمیایی مختلفی داشته باشند تا بتوان از این سیال برای چندین هدف مختلف استفاده کرد به عنوان مثال باید وزن آن توانایی کنترل طبقات را داشته باشد و یا بتواند به خوبی متة حفاری را روغنکاری و خنک کند و نیز به مخزن نفتی ما آسیبی نرساند و راحت بتواند توسط پمپ های گل ، پمپ شود یا به عبارتی دیگر گرانروی آن به اندازه ای باشد که فشار به پمپ های گل وارد نسازد .
گل های حفاری از طریق پمپ به رشته لوله های حفاری وارد می شود و با سرعت بسیار زیاد از سر نازل های مته به درون چاه می ریزد و از فضای بین رشته لوله حفاری و دیوارة چاه ( فضای آنالوس ) به سطح زمین منتقل می شود . وقتی که گل به سطح زمین می رسد گل قبل از بازگشت به مدار بررسی سرندهایی ریخته می شود که توسط آن ها ذراتی که در اثر حفاری سازند وارد گل شده اند خارج می شود . این سرندها بر اساس اندازة ذرات ، مش بندی شده اند . به عنوان مثال برای جدا کردن ، ذرات رس بر روی سرندی به نام shale shaker ریخته می شود و بعد در تانکی به نام mud tank ذخیره می شوند . بر اساس ترکیباتی که دارد تصفیه می شود و مجددا به
مدار گردش گل باز می گردد .
از روی ترکیباتی که گل زمان خارج شدن از چاه دارد می توان تا حدود زیادی به مطالبی پیرامون چاه پی برد از آن جمله می توان از میزان گاز درون گل و یا میزان آب گل حفاری و نیز نوع جامداتی که در آن وجود دارند به اطلاعاتی هرچند مختصر ولی بسیار مهم پی برد .
با توجه به مطالبی که ذکر شد به خاطر اهمیت و حساسیتی که این مقوله دارد تلاش های بسیاری برای پیشرفت این صنعت می شود .
در این تحقیق سعی شده است انواع سیالات حفاری معرفی شود و همچنین نقش کلیدی هر یک از آن ها در طی عملیات حفاری تعیین شود تا با استفاده از هر یک از آن ها در زمان مشخص بتوان هزینه های حفاری را کاهش دهیم و راندمان عملیات را بالا ببریم .
همچنین در پایان این تحقیق پروژه های عملی و اجرا شده ای که با مؤفقیت به اتمام رسیده اند آورده شده است تا نمونة عملی خوبی برای اجرای هر چه بهتر عملیات حفاری به دست متخصصان باشد .
چکیده........................................................................................................ 3
مقدمه........................................................................................................ 4
فصل اول
شاخصهای حفاری........................................................................................ 6
سختی........................................................................................................ 6
سفتی......................................................................................................... 7
سایندگی..................................................................................................... 7
اندازه و یکنواختی دانه‌ها................................................................................. 9
جدایش...................................................................................................... 9
تقسیم بندی سنگها بر اساس شاخصهای حفاری.................................................... 10
سنگهای آذرین ساینده................................................................................... 11
سنگهای آذرین نیمه ساینده.............................................................................. 11
سنگهای آذرین با سایندگی کم.......................................................................... 12
سنگهای آذرین تجزیه .................................................................................. 12
سنگهای متامورفیک...................................................................................... 13
سنگهای متامورفیک سخت و ساینده................................................................... 13
سنگهای متامورفیک نیمه سخت و نیمه ساینده....................................................... 14
سنگهای متامورفیک نرم................................................................................. 14
سنگهای رسوبی.......................................................................................... 14
سنگهای سخت سیلیسی.................................................................................. 15
سنگهای رسوبی ساینده با سختی کم.................................................................. 15
شکننده اما ساینده......................................................................................... 16
نسبتاً سخت اما فاقد خاصیت سایندگی................................................................ 16
سنگهای رسوبی نرم و فاقد , خاصیت سایندگی..................................................... 17
فصل دوم
مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری ...................................................... 18
حفاری پذیری اولیه....................................................................................... 22
پارامترهای پیشرفت.................................................................................... 23
پارامترهای خوردگی ابزار............................................................................. 24
دانه بندی................................................................................................... 26
حفاری پذیری کلی....................................................................................... 27
خصوصیات جرم سنگ................................................................................. 27
قرار گرفتن ناپیوستگی‌ها............................................................................... 29
نتیجه گیری .............................................................................................. 30
فصل سوم
حفاری ضربه‌ای......................................................................................... 31
3-1 حفاری کابلی........................................................................................ 32
3-1 الف) تمیز کردن چال.............................................................................. 33
3-1 ب) نظریه حفاری کابلی......................................................................... 35
3-1- ج) امتیازات حفاری کابلی..................................................................... 38
3-1- د) نقاط ضعف و معایب این سیستم............................................................ 39
3-2 دستگاه حفاری چکشی............................................................................. 40
3-2-1 اصول عملیات حفاری توسط این ماشینها............................................... 42
3-3 اندیس گذاری ....................................................................................... 47
3-4 تولید و انتقال انرژی در سیستم حفاری ضربه‌ای............................................ 50
3-4-1 اتلاف انرژی در طول لوله حفاری.......................................................... 54
3-5 انتقال انرژی در سطح تماس مته با سنگ از اولین موج ایجاد شده...................... 56
3-6 تراست مورد نیاز در حفاری ضربه‌ای....................................................... 60
3-7 تأثیر شکل سرمته در حفاری ضربه‌ای......................................................... 62
آزمایشات تعیین مشخصات در سیستم حفاری ضربه‌ای.......................................... 63
فصل چهارم
.سیستم حفاری چرخشی.................................................................................. 69
4-1 حفر چال‌های انفجاری با استفاده از سیستم حفاری چرخشی............................... 71
4-2 عوامل مؤثر بر میزان نفوذ سرمته در داخل سنگ.......................................... 72
4-3 سرمته‌های حفاری چرخشی...................................................................... 78
4-4 انواع مختلف طراحی.............................................................................. 79
4-5 اساس کار سرمته‌های مخروطی گردنده....................................................... 81
4-6 عمل فشارش و ایجاد شکست در سنگ......................................................... 83
4-7 آنالیز عمل متقابل سرمته و سنگ با در نظر گرفتن میزان انرژی ذخیره شده......... 87
4-7-1 عمل اولیه سرمته............................................................................... 87
4-7-2 عمل ثانویه سرمته............................................................................. 89
4-8 طوق چرخشی..................................................................................... 90
فصل پنجم
حفاری الماسه............................................................................................ 93
5-1 انواع سرمته‌های الماسه......................................................................... 95
5-1-1 سرمته‌های دارای قطعات الماس بر روی سطح بدنه................................... 95
5-1-2 سرمته‌های دارای قطعات الماس در داخل ترکیب بدنه................................. 96
5-2 مقایسه هزینه ها در حفاری‌های الماسه....................................................... 97
5-3 لوله‌های مغزه‌گیری............................................................................... 99
5-3 الف) لوله‌های مغزه گیری انفرادی.......................................................... 100
5-3 – ب) لوله‌های مغزه گیری دو جدار......................................................... 101
5-3-ج) لوله‌های مغزه گیری دو جداره اصلاح شده........................................... 103
5-4 تکنیک حفاری با خطوط سیمی................................................................ 105
5-4-1 سیستم حفاری سیمی......................................................................... 105
5-4-2 پایداری چال در حفاری سیمی............................................................. 107
5-4-3 رشته لوله‌های حفاری سیمی.............................................................. 108
5-4-4 محفظه مغزه گیری در حفاری سیمی.................................................... 108
5-4-5 سیستم با قابلیت جمع شدن.................................................................. 109
5-4-6 امتیازات و مزایای سیستم حفاری سیمی................................................ 110
سرمته‌های مغزه گیری در حفاری سیمی......................................................... 111
5-5 هزینه‌ها........................................................................................... 111
5-6 محاسبات عملی در حفاری الماسه........................................................... 112
5-7 نظریه حفاری بر مبنای عمل سایش......................................................... 115
5-8 تأثیر خواص سنگ در میزان نفوذ سرمته‌های الماسه نوع او.ل....................... 119
5-9 سرمته‌های الماسه نوع دوم................................................................... 120