پروژه اصول حفاری و حفاری در سنگهای سخت

اختصاصی از فایل هلپ پروژه اصول حفاری و حفاری در سنگهای سخت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه104

بخشی از فهرست مطالب

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        

حفاری به معنی نفوذ در سنگ است . نفوذ در سنگ گاهی به منظور خرد کردن آن انجام میگیرد .

به طور کلی صرف نظر از نوع روش و منشا انرژی ، عملیاتی را که به حفر چال در سنگ منجر می شود ، نفوذپذیری می نامند.

مواد معدنی زیربنای اقتصاد و صنعت در جامعه را تشکیل می‌دهند. بشر از همان آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ، بر حسب نیازمندیها و شناخت از مواد معدنی استفاده کرده است. اکنون نیز انسان از تمامی مواد معدنی به حالت‌ها و شیوه‌های گوناگون بهر‌ه‌برداری می‌نماید. به دیگر سخن همین مواد معدنی هستند که پایه و اساس تمدن را تشکیل می‌دهند. عوامل مؤثر بر آستانه اقتصادی شدن مواد معدنی  عواملی چون عرضه، تقاضا و مسائل سیاسی می‌باشد . میزان تولید مواد معدنی در دهه گذشته افزایش شایانی داشته است.

 عواملی که موجب این افزایش می باشند عبارتند از : پیشرفت در تکنولوژی و روشهای حفاری ، پیشرف در زمینه اکتشاف به دلیل مشخص شدن منشاء محیط و چگونگی تشکیل ذخایر مختلف، مثلاً نظریه تکتونیک صفحه‌ای کمک‌های مؤثری در رابطه با کشف ذخایر مس پروفیری نمود‌ه ‌است . در دهه اخیر بکارگیری روش‌های نوین ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی در کشف ذخایر جیدد بخصوص آنهایی که در اعماق زمین قراردارند کمک مؤثری نمود. همچنین ماشینهای جدید استخراج موجب شده تا ذخایری که در اعماق قرار داشته قابل بهر‌ه‌برداری شوند و با کمک از این ماشین الات میزان تولید روزانه بالا رود. پیشرفت در زمینه صنعت تلغیظ و تصفیه موجب گردید تا بسیاری از ذخایر عمیق دور از دسترس نیز قابل بهر‌ه برداری شوند. همزمان با بالارفتن تولید، میزان مصرف موادمعدنی نیز افزایش داشته است.

از میان عوامل ذکر شده در فوق، در این متن به توضیح و بحث در خصوص روشهای حفاری، بخصوص حفاری در سنگهای سخت می پردازیم .

بطور کلی تاریخچه حفاری مبهم است ،اما از زمانهای دور، ملتهای متمدن به منظور دسترسی به آب و بعضی کریستالها،عملیات حفاری را انجام داده اند .

تا چند دهه قبل ،سیستم حفاری دستی جهت ایجاد چال برای احداث تونل در معدن متداول بود.

با گذشت زمان و نیاز به حفاریهای عمیق، روش دیگری از حفاری دستی بنام روش کابلی متداول شد که در آن طول مته بیشتر بود و برای ضربه زدن از کابل فولادی استفاده می شد .

پاره ای از تحولات در صنعت حفاری عبارتند از :

بین سالهای 1820-1810 ،سیستم حفاری چرخشی با استفاده از ماشین بخار

بین سالهای 1840-1830 سیستم حفاری کابلی با استفاده از ماشین بخار

بین سالهای 1860-1850 دستگاههای حفاری مجهز به الماس

بین سالهای 1880-1870 سیستم حفاری مغزه گیر مجهز به الماس

بین سالهای 1900-1890 سیستم حفاری ضربه ای چرخشی

بین سالهای 1940-1920 استفاده از مته های کربور تنگستن

بین سالهای 1975-1970 ماشین حفاری هیدرولیکی

در ذیل به شرح  روشهای متداول حفاری پرداخته شده  و همچنین سعی شده تا مزایا و معایب هر روش بطور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد.

شایان ذکر است که اکثر منابع بکار رفته شده در این بررسی از سایتهای اینترنتی می باشد که

پروژه ای که ملاحظه میفرمایید به معرفی و بحث در مورد روشهای حفاری بویژه حفاری در سنگهای سخت پرداخته است .

مطالب فوق در 5  فصل مطرح گردیده که عبارتند از :

1 - شاخصهای حفاری

2 - مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری        

3 - حفاری ضربه‌ای

4 - سیستم حفاری چرخشی

5 - حفاری الماسه

در فصول فوق سعی شده تا ابتدا به معرفی روشها و پارامترهای مهم در امر حفاری پرداخته شود و در ادامه به بحث در مورد عوامل پیشرو در راندمان حفاری و مقایسه روشهای مختلف حفاری و ذکر معایب و مزایای هر کدام بطور جداگانه و همچنین بحث هزینه ها پرداخته شده است .

شایان ذکر است که  روش مطالعه و جمع آوری مطالب در این پروژه از نوع مطالعات میدانی می باشد و اکثر مطالب از سایتهای اینترنتی مربوط به حفاری جمع آوری و ترجمه شده است که آدرس سایتهای فوق در قسمت منابع ذکر شده است .

        شاخصهای حفاری 1

از میان شاخصهای متعدد حفاری , به شاخصهایی که در نمونه‌های دستی در صحرا و با امکانات اولیه قابل ارزیابی‌اند اشاره می‌شود.

  سختی

سختی کانیها با ابزاری همچون ناخن دست , سوزن برنجی , جسمی فولادی یا کوارتز در مقیاس موهر قابل سنجش است. اما ارزیابی سختی سنگها پیچیده است زیرا علاوه بر آنکه به سختی کانیها بستگی دارد به سختی باندهای متصل کننده و منشاء سنگ نیز وابسته است. برای مثال کوارتزیت که از دانه‌های کوارتز با باند سیلیس تشکیل شده و دارای منشاء دگرگونی سنگی است بسیار سخت و درجه سختی آن معادل 7 می‌باشد , اما ماسه سنگ آهکی با منشاء رسوبی با چاقو خط بر می‌دارد در حالی که درصد قابل  توجه‌ای از کانی سنگ , کوارتز است.

  سفتی

سفتی سنگ به سختی آن بستگی دارد. در سنگهای رسوبی سفتی سنگ به باند متصل کننده کانیها و در سنگهای آذرین به بافت سنگ ( شکل و اندازه کانیها ) و در سنگهای متامرفیک به ساختمان سنگ بستگی دارد. سفتی سنگ در صحرا با شکستن آن به چند قطعه یا چکش قابل اندازه‌گیری است.

سایندگی

در کار حفاری , سایندگی به خاصیتی از سنگ اطلاق می‌شود که قادر است سرمته را که ممکن است از جنس فولاد کربور تنگستن یا الماس باشد از بین ببرد. سایندگی به طور کیفی ارزیابی می‌شود و به سختی کانیها بستگی دارد. اما شکل دانه‌ها و کلیواژ نیز در کیفیت این خاصیت تأثیر دارد. به همین دلیل در سالهای نه چندان دور در ایامی که تنها مته های فولادی مورد استفاده قرار می‌گرفتند عمر این مته در سنگهای حاوی کوارتز مثل ماسه سنگ در حد چند سانتی‌متر بود هر چند کوارتز سختی بیشتری نسبت به فولاد دارد. اما شکل ذرات نیز بی تأثیر در کاهش عمر مته نبوده است. این مشکل با جانشین کردن مته هایی از جنس کربور تنگستن به جای مته های فولادی برطرف شده است. خرده سنگهای گوشه‌دار و نیز در مقایسه با خرده سنگهای گرد بر روی مته خراشهای عمیق ایجاد می‌کنند و مانع از آن می‌شوند تا انرژی منتقل شده به سطح مته موجب خرد شدن سنگ شود. از سوی دیگر خرده‌های ریز و گرد سنگ نیز باعث صیقل دادن سر مته و کندی حفاری می‌شوند. سنگهایی که خاصیت سایندگی آنها در حفاری باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از : 1) سنگهای حاوی کوارتز کوارتزیت , ماسه سنگ , گریت 1 و سنگهای آذرین اسیدی 2) سنگهای حاوی سیلیس مثل چرت 2 فلینت 3 و سنگهای اولیوین دار مثل دونایت 4 و بعضی از انواع بازالت 3) سنگهای حاوی گارنت 5 مثل گنیس گارنیت‌دار. در مقایسه با سیستم ضربه‌ای , سیستم حفاری چرخشی نسبت به خاصیت سایندگی حساسیت بیشتری دارد لذا در ارتباط با سیستم چرخشی , خاصیت سایندگی بسیاری از سنگها ولو در مقیاس کوچک باید مورد توجه قرار گیرد ؛ که البته کمیت سایندگی مطرح خواهد بود تا کیفیت آن. برای مثال مدستون سیلت‌دار سخت , در شرایط نرمال به علت نداشتن کمیت بالای خاصیت سایندگی به عنوان سنگ ساینده محسوب نمی‌شود اما برای سیستم چرخشی حتی در مقیاس کم مضر است. کانیهایی همچون توپاز , کروندوم و بریل چون به ندرت در سنگها وجود دارند کمتر مورد توجه قرار می گیرند.

اندازه و یکنواختی دانه‌ها

به طور کلی سرعت حفاری در سنگهای دانه درشت زیادتر از سنگهای دانه ریز است. در سنگهای آذرین , دانه های درشت بیانگر کندی فرایند سرد شدن ماگماست یا آنکه ماگماٍ،کانی وسیال خاصی داشته است و دانه‌های ریز نشانه سرد شدن سریع ماگما , عمق کم و توده کوچک است. در سنگهای رسوبی اندازه وشکل دانه ها بستگی به مسافتی دارد که طی نموده است. دانه‌های متفاوت از نظر شکل بیانگر ته نشینی سریع است.

جدایش

برخی از سنگها مثل شیل این خاصیت را دارند که به موازات لایه‌بندی در امتداد کلیواژ مثل اسلیت و شیست به راحتی جدا شوند. حفاری در چنین سطوحی آسان و همچنین سرعت آن زیادتر است.

  تقسیم بندی سنگها بر اساس شاخصهای حفاری

به طور کلی سنگها به سه گروه تقسیم بندی می‌شوند. گروه اول شامل آن دسته از سنگها است که از سرد شدن ماگمای مذاب به وجود می‌آیند. برحسب اینکه ماگما چگونه و در کجا سرد می‌شود سه گروه سنگهای آذرین قابل تشخیص است که عبارتند از : 1) سنگهای آذرین پلوتنیک که دانه درشتند. 2) سنگهای آذرین درونی که از نظر اندازه دانه‌ها متوسط‌اند و نشان می‌دهد که سرد شدن ماگما در درون زمین صورت گرفته و 3) سنگهای آذرین بیرونی  که دانه ریز و بافت شیشه‌ای دارند که نشان دهنده آن است که ماگما در سطح سرد شده است.

بسیاری از سنگهای آذرین هم سخت‌اند و هم سفت و بیشتر آنها باید با سیستم ضربه‌ای حفاری شوند و اگر چه در بعضی از انواع ممکن است به کمک ماشینهای چرخشی نیز حفاری انجام پذیرد. انتخاب ماشین حفاری با توجه به خاصیت زیر انجام می‌گیرد.