حفاری متریک

همان طور که می دانید، حفاری متریک، سیستم مغزه گیری ساده یا معمولی است که جهت نمونه گیری در معادن، مورد استفاده قرار می گیرد. این روش در کشور ایران رایج ومتداول بوده و ساده ترین متد در عملیات  کرگیری محسوب می شود. این روش برای مناطق کم عمق مناسب بوده و برای مناطق عمیق می توان از نمونه برداری پودری استفاده کرد که درآن چکش هوا به کمک هوا حرکت رفت وبرگشتی انجام داده وکمپرسور دستگاه، قطعه را در مقابل مته خشک می نماید.

هدف از حفاری متریک، به دست آوردن اطلاعات مهمی از قبیل بررسی وجود یا عدم وجود شکستگی های طبیعی در لایه های سنگ، میزان تخلخل و تراوایی سنگ مخزن، میزان نفوذپذیری سنگ، بررسی وجود و یا عدم وجود آثار نفت و گاز، تجزیه و تحلیل سنگ مخزن و میزان بهره وری مخزن مورد نظر می باشد.

مغزه گیری یا همان کرگیری در حقیقت، عملیاتی است که منجر به به دست آوردن نمونه هایی  استوانه ای شکل و یا سیلندری شکل در ابعاد و قطرهای مختلف برای بررسی و مطالعه سنگ مخزن مورد نظر است.

مقدمات و ملزومات قبل از انجام حفاری متریک

برای انجام عملیات حفاری متریک، نیاز به تجهیزات خاص و پیشرفته ای است که در ادامه به ذکر برخی از آنها می پردازیم.

از جمله تجهیزات مورد استفاده در حفاری متریک، می توان به مجموعه گیرنده(Catcher Assembly) ،هرزگرد، لوله ایمنی، پایدارکننده، لوله بیرونی مغزه گیری و مته مغزه که اصطلاحا به آن کرهدCore Head گفته می شود، اشاره کرد.

قبل از انجام عملیات مغزه گیری، می بایست دستورالعمل ها و مقدماتی را فراهم آورده و تحت کنترل قرار داد. در ابتدا، باید اطمینان حاصل کرد که چاه مورد نظر که باید تحت عملیات حفاری قرار گیرد، عاری از هرگونه آشغال می باشد. این مورد به وسیله سبد خرده آهنگیر به همراه رشته حفاری و یا توسط گردش معکوس قابل انجام است. پس از آن تنگی چاه مورد بررسی قرار می گیرد و به کمک گردش گل، قسمت های تنگ چاه مورد شناسایی قرار می گیرند.

 در مرحله بعد، به همراه لوله های مغزه گیر، از پایدارکننده های کافی جهت حفاری  استفاده می شود تا هم عمر مته افزایش یابد و هم مغزه ها بدون شکستگی و به صورت سالم استخراج گردند. مغزه های به دست آمده از عملیات کرگیری به منظور مطالعات ژئوتکنیک و پروژه های اکتشافی مورد بررسی قرار می گیرند.

به کارگیری لوله های وزنه جهت اعمال وزن مناسب روی مته از ملزومات و مقدمات اساسی عملیات مغزه گیری می باشد.

تجهیزات کرگیری بتن

پس از این مراحل به مهم ترین دستورالعمل قبل از انجام عملیات حفاری می رسیم و آن انتخاب نوع مته است. با توجه به نوع سازند و تجارب حاصل از استفاده از مته های مختلف به کارگرفته شده در عملیات حفاری پیشین، به راحتی می توان مناسب ترین  نوع مته را جهت انجام عملیات حفاری برگزید.

 انتخاب ساق ها در حفاری بستگی به سیستم مورد استفاده در حفاری و همچنین تعداد پایدار کننده ها دارد که باید در مرحله بعد انجام شود.

پس از انجام این مراحل در سیستم حفاری متریک، باید سیال مورد نظر در عملیات حفاری در لوله ها به گردش دراید. طراحی لوله های مغزه گیری به گونه ای است که امکان استفاده از هرنوع سیالی را در درون آنها فراهم ساخته و می توان از گل جهت تمیز ساختن چاه، جلوگیری از فوران، خنک کردن مته، دیواره سازی و … استفاده کرد که موجب سهولت در انجام عملیات حفاری می گردد.

تنظیم سرعت میز دوار، از دیگر اقدامات قبل از انجام عملیات کرگیری است. بسته به نوع مته انتخابی در عملیات و نوع سازند سرعت میز دوار می تواند متفاوت باشد اما بهتر است به هنگام شروع عملیات حفاری سرعت میز را در دور آرام به عنوان مثال 45 تا 50 دور بر دقیقه قرار داد و پس از هدایت مغزه به داخل تیوپ درونی از سرعت مناسب با نوع سازند و مته استفاده کرد تا عملیات حفاری با سرعت بیش تری ادامه یابد.

عامل مورد توجه بعدی، وزن روی مته است که با توجه به مشخصات مته و نوع سازند مشخص می شود و بهتر است با ضریب کوچکی استفاده کردتا نتیجه مطلوب در مغزه گیری حاصل شود.

در عملیات مغزه گیری باید از ایجاد گشتاور بیش از اندازه خودداری نمود و برای ایجاد گشتاور ثابت و یکنواخت، باید پارامترهای سرعت میز دوار و وزن ترتیبی را مد نظر قرار داد.

مراحل کرگیری بتن

روش انجام عملیات مغزه گیری به روش حفاری متریک

در ابتدا قطعات وتجهیزات مذکور را به هم متصل کرده و به آماده سازی ملزومات جهت شروع فرایند حفاری می پردازیم.با باز کردن رابط ایمنی، هرزگرد را مورد بررسی قرار می دهیم تا از روان بودن آن اطمینان حاصل کنیم.

لوله هاي  داخلي  را به روی سکو انتقال می دهیم و سپس راهنما و نگهدارنده مغزه یا اصطلاحا Core Catcherو نشانگر حفاری که به آن Markerگفته می شود را با ترتیب معینی قرار مي دهيم و پس از آن  به درون تیوپ خارجی برگشته و رابط ايمني را چك و از روان بودن آن اطمینان حاصل می کنیم. لوله تیوپ خارجی را به طور كامل از چاه خارج می کنیم وحفاظ پايينی را باز می کنیم  و به اندازه گیری فضا و محیط بین تیوپ داخلی و مته می پردازیم.

در مرحله بعد، باید نقطه مورد نظر که می خواهیم عملیات مغزه گیری را از آن انجام دهیم مشخص کنیم كه اين امر از وظایف اداره زمين شناسي مربوطه می باشد.

پس از رسيدن لوله مغزه گير به ته چاه لازم است از عدم وجود مانع در محل قطع ارتباط سيال مورد استفاده در حفاري و انتقال آن به لوله خارجی یا از اصطلاحا تیوپ خارجی اطمینان حاصل کنیم.

در مرحله بعد لازم است که اندازه پیستون را مد نظر قرار دهیم تا بتوانیم مقدار GPM لازم جهت انجام عملیات حفاري مغزه گيري را مورد محاسبه قرار دهیم.

قبل شروع به حفاري آماده كردن لوله كوتاه حفاري، حائز اهمیت می باشد؛ این امر به این دلیل است که  امکان دارد به هنگام متصل کردن قطعه با مشکلاتی مواجه شویم و ادامه انجام مغزه گیری مقدور نباشد وحسن کار در این است که حداقل به اندازه طول كيلي مغزه گیری انجام داده ایم.

 پس از رسيدن به ته چاه، گل را به گردش درآورده و سپس گل ته چاه را علامت گذاری می کنیم. سپس مجددا از ته چاه به اندازه 2 الي 3  فوت بالاتر می آییم و براي مدت زمان15دقيقه ودرصورت نیاز یک گردش گل را کامل مي كنيم تا مطمئن شویم انتهای چاه واقعي لمس شده است. بعد از اتمام گردش و حصول اطمينان از عاري بودن چاه از هر نوع آلودگی، كيلي را باز کرده و بال را نیز رها می کنیم و گردش گل را ادامه مي دهيم. حتما باید فشار را در این مرحله تحت كنترل قرار دهیم تا با نشستن بال در نشيمنگاه خود ، تغييرات آخرين فشار را به دست آوریم. هدف از این کار، حصول اطمینان هم از تعداد ضربات صحيح و هم مقدار گل مورد نیاز است.

 مته را به انتهای چاه نزديك می کنیم و با دوران كم که  معمولابین40تا 50 دور در دقيقه می باشد، حفاری را آغاز می کنیم. بعد از حدود 50 سانتی متر نمونه گیری، وزن روي مته و همچنین  دور ميز دوار را بالا می بریم تا مطمئن شویم به  حداكثر سرعت و وزن مناسب دست یافته ایم.

پس از اتمام فرایند مغزه گیری، باید جهت شکستن مغزه مورد نظر اقدام کرد که در ادامه شیوه کامل آن را شرح می دهیم.

پس از پایان مغزه گيري ميز دوار را به آرامي متوقف کرده و پمپ گل را کم می کنیم. اگر چاه دارای مشکل و یا ایراداتی باشد، باید از خاموش کردن  و یا کم کردن پمپ خودداری کنیم و به علامت گذاری كيلي بپردازیم. در اینخو مرحله، رشته حفاري را بلند می کنیم تا هنگامی كه وزن نماي عملیات حفاري نشان دهد كه مغزه مورد نظر، گرفته شده است.

جدول وزن كششي مورد نياز وابسته به  سايز مغزه را نشان ميدهد چنانچه با كشش وزن ذکرشده در جدول، مغزه شكسته نشود، گردش گل را به صورت عادي برقرار می کنم و به  كشش ادامه می دهيم تا مغزه شکسته شود.  سپس، كيلي را حدودا 10 فوت بالاترمی آوریم  و پس از آن،  به اندازه 8 الي 9 فوت به طرف انتهای چاه پايين می بریم تا مطمئن شویم که كل مغزه درون مغزه گير قرار گرفته است. در زمان اتصال از شاخه اي به شاخه ديگر با توجه به عمليات حفاری ذکرشده و پایان یافتن اتصال يك شاخه لوله حفاري بدون گردش ميز دوار و روشن نمودن پمپ ،پايين ميرويم و بر آخرين وزن تحمیل شده روي مته، پنجاه درصد اضافه مي کنیم و سپس، اين 50درصد وزن اعمالی را  برمی داریم.هدف از این کار، راه یافتن مغزه به مغزه گیر می باشد.

نحوه تخلیه مغزه

هنگام بالا آوردن رشته حفاري بايد نكاتی را رعایت کنیم تا هم اصول ايمني را مدنظر قرار داده باشیم و هم به بازيافت بیشتر مغزه دست پیدا کنیم . رشته حفاري را باید کاملا  با احتياط به سمت بالا هدایت کنیم و از چرخاندن ميز خودداري کرده و لوله گير را دور لوله ها قرار دهیم. پس ازآن، لوله هاي مغزه گير را به صورت عمودی در دكل آويزان می کنیم و سپس  شاخه هاي داخلي را از محل سفتي باز می کنیم وبا اتصال ابزاری که از ریختن مغزه ممانعت به عمل می آورد، شروع به تخلیه مغزه می نماییم.

استخراج مغزه از چاه

عملیات مغزه گیری، معمولا به وسیله ماشین های چرخشی و به دو صورت انجام می گیرند.

در روش اول مغزه گیری، در حین عملیات کرگیری صورت می پذیرد و از انتهای چاه نمونه برداری انجام می شود که به آن Bottom coringگفته می شود. در این روش از مته هایی استفاده می شود 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 گیرد که به آن side wall coringمی 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.

به طور معمول جنس مته های به کار گرفته شده در سیستم حفاری متریک، از الماس است که به عملیاتی که به وسیله این مته ها انجام می گیرد diamond coring گفته می شود. در بسیاری از موارد به دلیل گران بودن الماس ، برای قطرهای بیشتر از ۳اینچ درحفاری از مته های غیرالماسی استفاده می شود که به این روش از مغزه گیری،non diamond core گفته می شود.

لازم به ذکر است به دلایل مختلفی از جمله امکان تهیه مغزه سالم تر و دست نخورده تر، بالا بودن سرعت نفوذ مته در سنگ هایی با سختی زیاد و بالابودن میزان بازیابی نمونه، مغزه گیری الماسی بسیار رایج تر بوده و در حفاری های مهم، استفاده از این روش از مغزه گیری توصیه می گردد.

در حفاری متریک برای نمونه گیری از معدن مورد نظر باید در هر مرحله از عملیات تخلیه و خارج کردن نمونه، می بایست تمام لوله های حفاری که اصطلاحا به آنها کربارل گفته می شود، خارج گردند. کربارل های مورد استفاده در حفاری متریک، که شامل هد، پوسته داخلی و پوسته خارجی هستند، می توانند به صورت دوبل و یا سینگل قرار گیرند.

استفاده از کربارل سینگل در حفاری متریک برای مواردی مناسب است که در آن سازندهای همگن نمونه با شستشوی آب فرسایش پیدا نمی کنند و می توان نمونه را بدون ایجاد انسداد در کربارل، به دست آورد.

در کربارل دوبل در لوله داخلی با نگهدارنده ها، نمونه در حین حفاری نمی چرخد ​​زیرا بر روی بلبرینگ های نصب شده در بلوک در بالای آن به حالت ساکن درآمده و باعث ثابت ماندن مغزه در لوله داخلی می شود. علاوه بر این، آب از کنار نمونه عبور نمی کند، بلکه در فضای بین لوله داخلی و کربارل بیرونی و از طریق کانال های نزدیک به انتهای چاه جریان می یابد. به لحاظ بازیابی نمونه و راندمان بالای عملیات کرگیری استفاده از کربارل دوبل در حفاری متریک متداول تر می باشد.

در روش کرگیری به روش متریک، سیال از فضای بین دیواره داخلی لوله و دیواره خارجی لوله عبور کرده و پس از گذشتن از منافذ سر مته، مواد خرد شده را از فضای میان لوله بیرونی دیواره چاه به بیرون منتقل می کند. در این روش از حفاری معادن ، پس از پر شدن لوله داخلی، تمامی لوازم درون چاهی باید از گمانه خارج شود وبرای هر بار خارج نمودن نمونه باید تمام رادهای حفاری را از هم جدا کرده و مجددا آنها را به هم متصل نمود.

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 شود.

سیستم مغزه گیری جهت یافته

مغزه گیری جهت یافته (oriented coring) در عملیات حفاری که به منظور اکتشاف و یا مطالعات ژئوتکنیک انجام می گیرد کاربرد دارد. مغزه گیری جهت یافته یک تکنیک فوق العاده مهم در حفاری معادن است که امکان تشخیص جهت مغزه های درون زمین را قبل از جداشدن از سازند فراهم می آورد.

اطلاعات به دست آمده از مغزه گیری جهت یافته، درک بهتری از شکل سه بعدی سازند و ویژگی های آن برای مطالعه و اکتشاف محقق می نماید. به کمک این روش می توان با حفر چاه های کمتر جهت ارزیابی سازند به نتایج موردنظر دست پیدا کرد و هزینه های حاصل از عملیات حفاری را به حداقل رساند. داشتن اطلاعات درست، کافی و مناسب از جریان سیال سازند و رفتار حاصل از آن، به منظور درک مناسب تر حفاری چاه، لازم و ضروری است.

زمین شناسان، محققان و مهندسان در حوزه حفاری معادن، همواره در پی یافتن اطلاعاتی از معدن مورد نظر هستند که این امر به کمک مغزه گیری جهت یافته میسر میگردد.

سيستم مغزه گيري افقی(Horizontal)

در چاه هایی كه به حالت افقي حفر ميگردند و می خواهیم عملیات مغزه گيري را از آنها انجام دهیم، از اين سيستم استفاده می کنیم . روش مغزه گیری در این سیستم به این گونه است که در قسمت زير موتور که درون چاه قرار می گیرد، يك تبديل قرار می دهیم. اين تبديل، به گونه ای طراحي گرديده كه قسمت بال در داخل آن قرار گرفته و مغزه گير به انتهای آن متصل می شود.

حال که به شرح فرایند حفاری معادن به روش مغزه گیری متریک پرداختیم و روند این عملیات را مورد بررسی قرار دادیم ، لازم است با دستگاه ها وتجهیزات مورد استفاده در این متد آشنا شویم.

دستگاه کرگیری

دستگاهی که در حفاری معدن به منظور مغزه گیری از آن استفاده می شود، دستگاه کرگیری نام دارد. این دستگاه،  از ابزارهای بسیار قدرتمند به منظور برش و نمونه گیری از مصالح مختلف می باشد. به کمک این دستگاه، می توان حتی مصالح مختلفی از جمله سنگ، آجر، آسفالت، بتن، کاشی و سایر مواد را برش داد. دستگاه کرگیری در اندازه‌ وسایز های مختلفی تولید ومورد استفاده قرار می گیرد. کوچک‌ترین سایز آن  به‌راحتی و به صورت دستی قابل‌حمل است و بزرگ ترین سایز آن را می بایست با ماشین‌آلات مخصوصی ، جابه جا کرد.

کرگیری با دستگاه، فرایندی است که به کمک آن می توان چاله را حفر و مغزه را استخراج نمود. کرگیری را می توان برای سازندهای مختلف انجام داد. این دستگاه با کاربردهای مهم ومفیدی از قبیل نمونه گیری جهت انجام آزمایش های مختلف، کرگیری روی بتن با سطح صاف وحتی سیم کشی و ایجاد مسیر برای عبوردادن لوله های صنعتی وتاسیسات و … می تواند با اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.

دستگاه کرگیری

این دستگاه با نیروهای مختلفی کار می کند ومی توان از موتورهای الکتریکی، بنزینی و هیدرولیکی در آن استفاده کرد. بسته به جنس مته، نوع سازند و حرارت این دستگاه، می توان از روش‌های متنوعی برای مهارکردن آن استفاده کرد.

 کرگیرهای مدرن که امروزه استفاده از آنها متداول و رایج است،  به شکلی کاملاً خودکار واتوماتیک عمل می‌کنند. نمونه های حاصل که با استفاده از این دستگاه گرفته می شوند، استوانه ای شکل بوده و ابعاد متفاوتی دارند. در نوع هیلتی این دستگاه، با استفاده از پاشیدن آب از طریق دستگاه، گرمای حاصل از اصطکاک مته با نقطه حفاری کنترل می شود و این کار باعث جلوگیری از استهلاک مته و فشار زیاد به دستگاه می گردد.

به کمک چراغ‌های راهنمای نصب شده روی دستگاه‌ کرگیری، می‌توان به راحتی میزان فشار وارده برای حفاری معدن مورد نظر را کنترل کرد.

همان گونه که ذکر شد، اندازه نمونه های سیلندری شکل و قطر آنها در حفاری متریک متفاوت است.  برای انجام عملیات مغزه گیری و مهار گرد وغبار احتمالی در کرگیری، این دستگاه دارای مقدار قابل توجهی کریستال سیلیسی می باشد که به شکل ذرات ریز در آن  قرار دارد.

شرکت آرمیکو، از جمله شرکت های پیشرو وبا تجربه در زمینه طراحی، تولید وارائه انواع دستگاه حفاری معادن می باشد و با بهره گیری از پیشرفته ترین تجهیزات و دانش روز دنیا و به کمک متخصصین با تجربه در کشور، تولید کننده ماشین آلات حفاری مورد استفاده در معادن است.

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

دستگاه کرگیری شامل7بخش می باشد که شامل مجموعه زیر بندی از دونوع چرخ دار و اسکی دار بوده، مجموعه دکل حفاری، مجموعه کنترل پنل، مجموعه دوران یا روتیشن، مجموعه مکانیزم پیشروی، مجموعه پاوریونیت ومجموعه تزریق آب است.

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 درکرل20و50، 1.5متر و در کرل 100، 3متر می باشد.

همچنین حداکثر عمق حفاری متریک 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.

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

دستگاه کرگیری ( کرل 25 )

 وزن750کیلوگرم

ابزار حفاری Corbarrel 76

دارای موتور با قدرت 23اسب بخار

مدل موتور292

دارای حداکثر سرعت15متربر ساعت در پیشروی حفاری

دستگاه حفاری کرگیری کرل 25

دستگاه کرگیری ( کرل 50 )

 دارای وزن1500کیلوگرم

 ابزار حفاری Corbarrel 76

 دارای موتور با قدرت 36اسب بخار

 مدل موتور912

 دارای حداکثر سرعت15متر برساعت در پیشروی حفاری

دستگاه حفاری کرگیری کرل 50

دستگاه کرگیری ( کرل 100 )

 دارای وزن 5000کیلوگرم

 ابزار حفاری  Corbarrel 76

 دارای موتور با قدرت48 اسب بخار

 مدل موتور912

 دارای حداکثر سرعت 20متر بر ساعت در پیشروی حفاری

دستگاه حفاری کرگیری کرل 100
انواع حفاری متریک