حفاری وایرلاین چیست؟

حفاری وایرلاین یا حفاری به روش سیم بکسلی و یا حفاری کابلی را می توان بهترین متد جهت مغزه گیری در عملیات حفاری معادن دانست. مغزه گیری یا هسته گیری یا همان کرگیری، نوعی نمونه برداری است که عموما در آن از ماشین های چرخشی جهت دستیابی به نمونه ویا همان مغزه استفاده می شود و به کمک آن نمونه هایی سیلندری شکل(استوانه ای شکل) در ابعاد مختلف تهیه می شود که می توان ازآن ها جهت مطالعه وتحقیق روی سازندهای  محل استخراج نمونه و همچنین پروژه های اکتشافی استفاده نمود.

همان طور که می دانید، در عملیات حفاری معادن به روش مغزه گیری متریک یا همان کرگیری معمولی، پس از پر شدن لوله داخلی یا همان تیوپ داخلی، تمامی لوازم درون چاهی باید از گمانه خارج گردد و برای هر بار خارج نمودن نمونه باید تمام رادهای حفاری را از هم جدا کرده و مجددا آنها را به هم متصل نمود ؛که این امر موجب اتلاف 75% از بازه زمانی که جهت عملیات حفاری در نظر گرفته شده، می شود وهمچنین راندمان وسرعت عمل پایینی را به همراه داشته و می تواند موجب افزایش هزینه های اقتصادی در حفاری گردد.

نمونه برداری در حفاری معادن، به دوصورت پودری و مغزه گیری انجام می شود. عملیات مغزه گیری، عمدتا به دو صورت انجام می گیرند:

در اولین روش، مغزه گیری در حین عملیات کرگیری صورت می پذیرد و از انتهای چاه نمونه برداری انجام می شود که به آن Bottom coring گفته می شود. در این روش از مته هایی استفاده می گردد که به لحاظ ظاهری، شکل گرد دارند و دهانه آنها باز است.

در روش دوم، پس از حفاری نمونه برداری از طریق دیواره چاه صورت می پذیرد که به آنside wall     coring می گویند.

نمونه های استوانه ای شکل یا همان مغزه ها در داخل محفظه نگهدارنده مغزه که به آن کربارل(core barel)گفته می شود، نگهداری می شوند.

دستگاه ویژه حفاری کرگیری وارلاین

حفاری وایرلاین متد خاصی از فرآیند حفاری معادن می باشد و به لوله مغزه اجازه می دهد تا بدون بیرون آوردن همه لوازم درون چاهی و جدا نمودن و متصل کردن مجدد آنها، به راحتی مغزه را از انتهای چاه خارج نمود. با مغزه‌گیری به روش حفاری وایرلاین که اصطلاحا به آن مغزه گیری سیم بکسلی و یا مغزه گیری به روش کابلی نیز گفته می شود، میله مته تنها زمانی باید از انتهای چاه خارج شودکه مته نیاز به تعویض داشته باشد. از این روش حفاری مغزه گیری می توان برای استخراج گمانه هایی با عمق بیشتر از 1000 متر و قطر 76 میلی متر استفاده نمود که عموما برای حفاری های عمیق جهت استخراج نمونه های جامد و همچنین عملیات اکتشاف نفت و گاز استفاده می شود.

به بیان ساده می توان گفت در حفاری وایرلاین، لوله درونی یا همان تیوپ درونی دارای قابلیت جداشدن است و به کمک سیم بکسلی که درون لوله حفاری قرار دارد، به سطح زمین منتقل می شود. درحقیقت هنگام خروج مغزه از تیوپ درونی، تیوپ درونی دیگری به داخل رشته حفاری درون چاه منتقل شده وعملیات حفاری بی وقفه ادامه پیدا می کند.

اجرای حفاری وایرلاین

این روش از سیستم کرینگ(هسته گیری) را می توان برای انجام عملیات حفاری معدن جهت استخراج مغزه در انواع خاک ها وسازند ها مورد استفاده قرار داد.

حفاری وایرلاین که عمدتاً برای عملیات استخراج مغزه و مطالعه بر روی آن، استفاده می‌شود، اجازه می‌دهد تا کربارل را به راحتی و با سرعت هر چه بیشتر نسبت به حفاری متریک(سیستم مغزه گیری معمولی)، در میله‌ های مته قرار داد و خارج نمود؛ بنابراین نیازی به برداشتن میله‌ها برای هربار بازیابی مغزه و یا نمونه نیست.

در سیستم حفاری وایرلاین، ابزار بازیابی نمونه که اصطلاحا به آن اوورشات (overshot) گفته می شود و توسط یک کابل فولادی به وینچ اتصال یافته است، حین عملیات از مرکز لوله های حفاری پایین آورده می شود. هنگامی که اوورشات به پشت کربارل می رسد به آن می چسبد و آن را از لوله های حفاری جدا می سازد، سپس وینچ، لوله را به همراه  مغزه به سمت بالا کشیده و به سطح زمین منتقل می کند. در این حالت، همان گونه که قبلا نیز ذکر گردید، تنها زمانی نیاز به خارج کردن اتصالات حفاری و جداسازی آن ها می باشد که کوربیت(مته ی حفاری) نیاز به تعویض داشته باشد.

مطابق مطالعات انجام شده در روش حفاری وایرلاین، عمق بهینه در متد حفاری وایرلاین، از 0 تا 1000 متر بوده و قطر بهینه آن 76میلی متر می باشد که این بدان معناست که تقریبا می توان بدون هیچ محدودیتی در مغزه گیری های مختلف از این متد بهره برد و به انجام عملیات اکتشافی و استخراجی در مناطق مورد نظر پرداخت و بدون توجه به نوع خاک و سازند مورد نظر از این سیستم استفاده نمود. طول نمونه هایی که از روش وایرلاین تهیه می شود حدودا بین 3 تا6 متر است. به دلیل این ویژگی ها و بسیاری دیگر، امروزه این روش جزو متداول ترین روش های مغزه گیری بوده و در کشورمان نیز در پروژه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

لازم به ذکر است، در این روش از حفاری مغزه گیری که به کمک کابل انجام می گیرد، از یک چاه باریک جهت حفاری و همچنین ضربه‌گیر انتهای چاه و کربارل استفاده می گردد. هدف نهایی از انجام این فناوری، کاهش زمان صرف شده بازیابی نمونه جهت پایین آوردن رادهای حفاری برای خارج کردن مغزه است. در روش مرسوم حفاری که همان حفاری متریک یا معمولی است، پس از حفاری به طول حدودا 3 متر، بایدکل رشته حفاری به همراه کربارل نمونه و مغزه از چاه خارج گردد. در این صورت، زمان بیشتری برای بالا و پایین بردن کربارل نسبت به حفاری مغزه گیری وایرلاین چاه(حفاری سیم بکسلی)صرف شود.

حفاری نمونه گیری مغزه گیری

مزایای استفاده از مغزه گیری حفاری معادن به روش حفاری وایرلاین

در ادامه، مزایای استفاده از روش حفاری وایرلاین جهت حفاری انواع معادن برای عملیات اکتشافی و … را ذکر می کنیم:

صرفه جویی در مدت زمان حفاری

 مغزه گیری به روش حفاری وایرلاین و یا حفاری سیم بکسلی، باعث صرفه جویی در مدت زمان عملیات حفاری می شود و این زمان معادل حدود 25٪ یا بیشتر از کل مدت زمان عملیات حفاری است و همانگونه که ذکر گردید این امر به دلیل عمق بیشتری است که می توان قبل از بازیابی هسته کربارل و انتقال آن  به سطح چاه، حفاری نمود. همچنین استفاده از بهترین مته برای هر سازند زمین شناسی باعث کارآمدتر شدن و بهبود فرایند برش نمونه و همچنین کاهش مدت زمان لازم برای تکمیل هر پروژه حفاری می گردد.

ضریب نفوذ بیشتردر حفاری معادن

 وجود کمک فنر در استفاده از این متد حفاری معادن، ضریب نفوذ و عمق حفاری در پروژه را افزایش می دهد. مته قابل بازیابی به انرژی کمتری جهت کار کردن نیاز دارد و با سرعت کمتری نیز فرسوده می گردد که این به نوبه خود تاثیر چشمگیری در بالابردن راندمان عملیات حفاری، در حفاری وایرلاین خواهد داشت. بنابراین مته می تواند برای مدت طولانی تری با خرابی کمتر کار کند. لازم به ذکر است، مته های الماسی که در روش وایرلاین مورد استفاده قرار می گیرند، عموما دارای قطر کمتری نسبت به مته های به کار برده شده در روش متریک هستند.

صرفه جویی در هزینه

 هزینه های اقتصادی در این روش بسیار پایین تر از روش های دیگر در حفاری معادن می باشد؛ به طوری که به ازای هر متر عملیات حفاری با فناوری موجود در حفاری به روش وایرلاین، نسبت به روش های معمولی کمتر است. قابلیت اطمینان در این روش از حفاری در عملیات اکتشافی و … بالاتر است و در نتیجه هزینه های ناشی از آن کمتر می باشد. همچنین هزینه انرژی مصرفی برای حفاری هر متر از چاه مورد نظر، کمتر از هزینه حفاری معمولی یا همان حفاری به روش متریک است. به عنوان مثال، دستگاه ثابت کننده برای کربارل قابل بازیابی از یک اصل کاری متفاوت استفاده می کند که فیکسر و غلتک ها از طریق نیروهای اصطکاکی به هم متصل می شوند. بنابراین، هزینه انرژی مورد نیاز برای آزادسازی و اتصال کربارل به شدت کاهش می یابد.

افزایش ایمنی در فرایند حفاری معدن

در این روش از حفاری معادن، تیم اجرایی عملیات، می توانند از انجام عملیات حفاری ایمن تر و کم خطرتری جهت استخراج نمونه وپیشرفت پروژه بدون وقوع مشکلات جانبی لذت کافی را ببرند. این امر به این دلیل است که نیاز به قطع کردن تجهیزات حفاری بازیابی به کمک کابل به شدت کاهش پیدا می کند. در واقع، از آنجایی که حرکت برای بازیابی رشته حفاری توسط فناوری حفاری وایرلاین حذف شده است، مشکلات کمتری در دکل‌هایی که از این روش از حفاری جهت استخراج مغزه استفاده کرده و بهره می برند، به وجود می آید.

با توجه به مطالب گفته شده می توان چنین استنباط نمود که سیستم هسته‌گیری به روش سیم بکسلی و یا همان سیستم حفاری وایرلاین به راحتی با بسیاری از دکل‌های حفاری معمولی سازگار است. این مکانیزم برای اکثر رشته های مته معمولی طراحی شده است که در بازیابی بدون توقف نمونه و حفاری چاه با قطر کم استفاده می شود.

با توجه به مطالب ذکر شده، واضح و مبرهن است که این روش نسبت به سایر روش های رایج و متداول در عملیات حفاری، روشی به غایت کارآمدتر و مقرون به صرفه تر بوده و انجام عملیات مغزه گیری را بسیار آسان تر می نماید.

در مطالعات ژئوفیزیکی و حفاری های معادن زیرزمینی و همچنین ارائه خدمات حفر چاه و همچنین تجزیه و تحلیل زمین شناسی زیرسطحی معادن، توصیف خواص مخزن مورد نظر و ویژگی های آن می توان از سیستم حفاری وایرلاین استفاده نمود.

دستگاه حفاری وایرلاین

مغزه های به دست آمده به روش حفاری وایرلاین توسط شرکت لانگ یر که یک شرکت حفاری و اکتشاف بین المللی بوده و در سال ۱۸۸۸ در سلت لیک سیتی ایالات متحده واقع در ایالت یوتا تاسیس شده است، استاندارد سازی و دسته بندی شده اند. شرکت لانگ یر در قاره های آسیا، آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، اروپا و افریقا فعال می باشد. این شرکت خدمات حفاری اکتشافی و محصولات حفاری مختلف را برای صنعت جهانی حفاری تامین می کند؛ همچنین در حفاری های اکتشافی آبی، نمونه گیری های زیست محیطی، انرژی و اکتشافات نفت نیز فعالیت دارد.

در ادامه به معرفی سری های استاندارد ارائه شده توسط این شرکت می پردازیم:

اولین سری از سری های پنجگانه استاندارد ارائه شده توسط شرکت لانگ یر، سری PQ می باشد. قطر گمانه در این سری، 122میلی متر و قطر مغزه 85 میلی متر می باشد.

سری دوم استاندارد در حفاری وایرلاین، سری HQ نام دارد. در این سری، قطر گمانه 96میلی متر بوده و قطر مغزه63.5 میلی متر می باشد.

در سری سوم استاندارد لانگ یر که NQ نام دارد، قطر گمانه حفاری وایرلاین 76 میلی متر و قطر مغزه 47 میلی متر است.

در سری چهارم و پنجم استاندارد مغزه گیری وایرلاین که قطر گمانه در آن ها به ترتیب 60 و48 میلی متر می باشد، قطر مغزه 36 و27 میلی متر است.

در ارتباط با این سیستم حفاری معادن جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های ژئوفیزیکی و پتروفیزیکی و همچنین ارائه خدمات مرتبط ارائه شده به عنوان تابعی از عمق چاه حفر شده است.

به عنوان مثال، عملیات حفاری که در منطقه ارسباران صورت گرفته است، به روش حفاری وایرلاین یا حفاری سيم بکسلی می باشد. دراين منطقه حدودا 1400مترحفاری انجام شده است که 700متر آن در مسجدداغی و 700 مترديگر آن در ناحیه صفی خانلو وساری بوده است.

به دلیل عميق بودن چاه های حفر شده ، از دو سايز استاندارد حفاری استفاده شده است.به عنوان مثال دريکی از چاهها که به عمق 189 متر است، ابتدا باسايز استاندارد HQ حفاری گرديدکه به دلیل سنگين شدن وزن لوله های حفاری و فشارهای وارده از ديواره چاه واصطکاک به وجود آمده بين ديواره چاه با لوله های حفاری بقيه حفاری با سايز NQ  تا عمق 189متر، عملیات حفاری ادامه یافت.

در اين منطقه، قبل از حفاری وایرلاین انجام گرفته، به دلیل تکتونيزه بودن قسمت فوقانی چاه و فرار آب ازقسمت های درزه شکاف مجبور به سيمانته کردن چاه بودند.

در اين روش ابتدا تا هر عمقی که امکان حفاری در يک شيفت کاری بود، انجام می شد وپس از اتمام شيفت کاری اول، کليه تجهيزات به بيرون چاه منتقل می شد و چاه به وسيله محلول سيمان وگچ پر می گردید وپس از گذشت چند ساعت سيمان داخل چاه به صورت جامد در می آمد ودرشيفت کاری بعدی مجددا حفاری از نقطه اول شروع می شد وتا عمقی که مغزه گیری انجام شده بود و توسط سيمان احاطه شده بود، به روش حفاری شستشویی انجام می گرفت وپس از رسيدن به عمق دلخواه حفاری به روش قبلی که همان مغزه گیری وایرلاین بود، صورت می گرفت. اين کارتا عمق حدود 30 متر انجام شد. در حين حفاری برروی مغزه ها یا کرهای به دست آمده نيز برداشت های ژئومکانيکی انجام می گرفت. روش شستشویی(Wash boring) در پروژه هایی که به منظور آزمایش خاک و عملیات مطالعاتی واکتشافی، انجام می شوند، متداول و رایج است. در این روش مته در محل گمانه قرار می گیرد ونیروی لازم جهت حرکت دورانی، توسط سیستم هیدرولیک دستگاه مورد استفاده در این نوع حفاری، تامین می شود.سرمته با پیشروی و خرد کردن سنگ، عملیات حفاری را انجام می دهد. لازم به ذکر است در این روش از گل حفاری جهت خروج مواد خردشده از گمانه، استفاده می شود. در این روش به دلیل استفاده از آب  وگل حفاری، نمونه های استخراج شده دستخوش تغییر می شوند و همچنین تراز آب زیرزمینی هم قابل تشخیص نخواهد بود. درصورت نیاز به گل حفاری، غلظت گل متناسب با شرایط حفاری مورد نظر باشد؛ همچنین قطر حفاری، عمق حفاری، قطر لوله های تعبیه شده، تخلیه وشست وشوی گل حفاری از چاه پس از اتمام لوله گذاری، انتخاب گراول مناسب، اقدام به بلوک بندی بتنی و بستن چاه، از نکاتی هستند که طی عملیات حفاری باید به آن ها توجه نمود.

روش حفاری مغزه گیری وایرلاین

دستگاه حفاری مورد استفاده در سیستم حفاری وایرلاین

دستگاه حفاری کرگیری

دستگاه حفاری کرگیری به منظور تهیه نمونه به روش مغزه گیری در حفاری معادن مورد استفاده قرار می گیرد که پیش تر درباره این روش توضیحاتی را ارائه نمودیم. این دستگاه که عملیات مغزه گیری در حفاری معادن را به صورت استوانه ای یا سیلندری  میسر می سازد، در هردو روش متریک و وایرلاین قابل استفاده می باشد که شامل قسمت های مختلفی از جمله قسمت های زیربندی در دونوع چرخ دار و اسکی دار، مجموعه کنترل پنل، مجموعه دکل حفاری، روتیشن، تزریق آب، پاوریونیت ومکانیزم پیشروی است.

شرکت آرمیکو، از شرکت های معتبر وبا تجربه در حوزه طراحی، تولید وارائه انواع دستگاه حفاری معادن می باشد. این شرکت با بهره گیری از پیشرفته ترین امکانات و تجهیزات و دانش روز دنیا در زمینه تولید وطراحی تجهیزات مهندسی مورد استفاده در متدهای حفاری مختلف معادن بوده و به کمک متخصصین ومهندسین با تجربه وکارآزموده در کشور، تولید کننده ماشین آلات حفاری مورد استفاده در معادن است.

از جمله محصولات تولید شده توسط شرکت آرمیکو، انواع دستگاه های کرگیری شامل کرل25، کرل 50 وکرل 100 می باشد که با ویژگی های متمایز، بسته به نوع عملیات مغزه گیری و منطقه مورد نظر می توان با انتخاب مناسب ترین نوع این دستگاه از آن بهره برد.

دستگاه کرگیری دارای دو درجه آزادی در جهت محورهای عمودی و افقی می باشد وقطر حفاری در آن، 76میلی متراست. قطر راد در آن50 میلی متر بوده و طول راد در کرل20و50، 1.5متر و در کرل 100، 3متر می باشد.

همچنین حداکثر عمق حفاری در این سه دستگاه، به ترتیب25،50 و100متر است. قدرت موتور دستگاه، براساس نوع آن از 23تا 48 اسب بخار متغیر بوده و توسط شرکت آرمیکو تولید وارائه میگردد.

بدیهی است با آگاهی از ویژگی ها ومشخصات هر دستگاه وبا علم به مکانیزم خاص هریک از آنها، می توان دستگاه مورد نیاز در عملیات حفاری معدن مد نظر را به درستی انتخاب نمود.

در ادامه، به بیان ویژگی های این سه دستگاه به تفکیک می پردازیم:

دستگاه کرل 25

-دارای وزن750کیلوگرم

-مجهز به ابزار حفاری Corbarrel 76

-دارای موتور با قدرت 23اسب بخار

– مجهز به موتور مدل292

-دارای حداکثر سرعت15متربر ساعت در پیشروی حفاری معدن

دستگاه کرگیری مغزه گیری نمونه گیری کرل 25

دستگاه کرل 50

-دارای وزن1500کیلوگرم

– مجهز به ابزار حفاری Corbarrel 76

-دارای موتور با قدرت 36اسب بخار

-مجهز به موتورمدل 912

-دارای حداکثر سرعت15متر برساعت در پیشروی حفاری معدن

دستگاه کرگیری مغزه گیری نمونه گیری کرل 50

دستگاه کرل 100

-دارای وزن 5000کیلوگرم

-دارای ابزار حفاری  Corbarrel 76

-دارای موتور با قدرت48 اسب بخار

-مجهز به موتور مدل912

-دارای حداکثر سرعت 20متر بر ساعت در پیشروی حفاری

دستگاه کرگیری مغزه گیری نمونه گیری کرل 100

دستگاه کرگیری با توجه به جنس ونوع مته ها و نیز نوع سازند وجنس سنگ، می تواند در حین کار، اصطکاک و گرمای زیاد و قابل توجهی تولید کند که این مسئله باید به کمک روش های مختلفی مهار گردد. در صورت عدم مهار این گرما که ناشی از اصطکاک الماس ها با سازند مدنظر است، طول عمر مته کاهش یافته و به موتور محرک دستگاه نیز فشار قابل توجهی وارد می کند. در مواردی مانند کرگیری بتن معمولا از آب استفاده می شود که می تواند ضمن حنک کردن مته،  از گرد و غبار تولید شده نیز جلوگیری کرده وممانعت به عمل آورد.

نحوه انجام حفاری وایرلاین با دستگاه کرگیری چگونه است؟

لازم به ذکر است همواره قبل از کار با دستگاه حفاری، حتما دفترچه دستگاه به دقت مورد مطالعه قرار گرفته  و به جزئیات آن توجه شود. رعایت مسائل ایمنی در حفاری معادن به شدت حائز اهمیت بوده ودر صورت جدی نگرفتن آن، می تواند منجر به عواقب جبران ناپذیری شود.

در وهله اول توصیه می گردد پین مته را به دقت مورد بررسی قرار داده و از اتصال درست آن اطمینان حاصل کنید.چک کردن پین اتصال میان مته و دستگاه که به درستی در جای خود قرار گرفته باشد، بسیار مهم است.سپس بدنه مته را  مورد بررسی قرار دهید تا مطمئن شوید، بدنه فولادی مته، عاری از هرگونه ترک می باشد. به وجود آمدن ترک در مواقع خستگی ناشی از فشار، می تواند به یک شکست فاجعه بار ختم شده وخسارات اقتصادی و غیر اقتصادی جبران ناپذیری را به وجود آورد.

در مرحله بعد، توصیه می گردد رنگ الماس ها را مورد بررسی وکنترل قرار داد.تغییر رنگ لبه الماس های مته بیانگر این است که مته به صورت بسیار داغ کار کرده و مواد خنک کننده به میزان لازم مته را خنک نکرده اند. گرم شدن بیش از حد مته های دستگاه های کرگیری، می تواند منجر به از دست دادن تنش هسته و همچنین افزایش احتمال نارسایی تیغه حفاری گردد.

wire line drilling