پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
-1 مقدمه
حفاری به معنی نفوذ در سنگ است. نفوذ در سنگها گاهی به منظور خرد کردن آنها انجام می گیرد. برای خرد کردن سنگها باید چالهای انفجاری حفر کرد و در داخل آنها مواد منفجره قرار داد. با منفجرکردن چالها، سنگها خرد می شوند، و با خرد شدن سنگها، استخراج و برداشت آسانتر است و با هزینه کمتری انجام می گیرد. در استخراج کلیه معادن به استثنای موارد نادر، مانند استخراج سنگهای ساختمانی یا برداشت بعضی از سنگهای سست، حفاری جزء عملیات اجتناب ناپذیر محسوب می شود. این نوع حفاری را حفاری استخراجی می گویند. حفاری در معادن تنها به منظور استخراج نیست؛ بلکه قبل از استخراج یا به هنگام استخراج، برای اکتشاف نیز انجام می پذیرد.
حفاری اکتشافی ممکن است به منظور کشف و پی بردن به وجود کانی یا ماده معدنی، ویا به منظور پی بردن به شرایط کیفی سنگها صورت گیرد. با توجه به بالا بودن هزینه حفاری اکتشافی و بعضی مشکلات فنی توصیه می شود که هر دو گروه متخصصانی که به دنبال کشف کانی یا در جستجوی کشف شرایط کیفی سنگها هستند، مطالعات خود را همزمان شروع کنند، علاوه بر حفاری استخراجی و حفاری اکتشافی، حفاری به منظور کارهای تکنیکی مانند حفاری به جهت تزریق سیمان در داخل درزه ها، حفاری جهت خارج کردن گازها از لایه ذغال یا حفاری به منظور منجمدکردن آب در داخل طبقات نیز انجام می گیرد. لذا عملیات حفاری در زمینه های مختلف مهندسی و علوم کاربرد وسیعی دارد. امروزه بیش از95 درصد حفاریها به روش مکانیکی و با ماشینهای ضربه ای، چرخشی و ماشینهای ضربه ای- چرخشی انجام می گیرد. در روش مکانیکی نفوذ در سنگ با انرژی مکانیکی و از طریق اعمال ضربه های پی در پی، یا در اثر تماس انجام می گیرد. قطر چالهایی که با روش مکانیکی حفر می شوند بین2/1 اینچ تا24 اینچ و عمق آنها از چند تا سانتیمتر تا چند هزار متر متغیر است. عمق غالب چالهای انفجاری کمتر از20 متر و قطر آنها در معادن زیرزمینی کم است. اما امروزه در معادن روباز، برای پایین نگهداشتن هزینه های حفاری و انفجار و نهایتا کاهش هزینه استخراج قطر چالهای انفجاری را زیاد می گیرند؛ از این رو بین ماشینهایی که چالهای انفجاری در معادن روبار حفر می کنند و ماشینهای حفاری اکتشافی و ماشینهایی که به منظور استخراج نفت، گاز و آب به کار می روند، مشابهت زیادی وجود دارد. به طور مصطلح در حفاریهایی که به منظور دسترسی و استخراج سیالاتی مانند نفت ، گاز و آب انجام می گیرد، و همچنین در حفاری اکتشافی به جاری واژه چال از واژه چاه استفاده می شود. در به کارگیری واژه چال یا چاه صرفنظر از نقش سیال، ژنومتری، بویژه، عمق چال یا چاه نیز موثر است. چالها معمولا عمق کمی دارند؛ درحالی که عمق چاه بیشتر است. درهر صورت، شکل چالها یا چاهها سیلندری است و قطر آنها از عمق کمتر است. غیر از روش حفاری مکانیکی، روشهای دیگر نیز وجود دارد که در دست تحقیق و توسعه اند؛ مانند روشهای حفاری حرارتی، و حفاری لیزری که نفوذ در سنگها تنها به کمک انرژی مکانیکی انجام نمی گیرد؛ بلکه ابتدا از طریق حرارت یا فعل و انفعالات شیمیایی، سنگ را سست می کنند؛ سپس به کمک ماشینهای حفاری عمدتا چرخشی، در سنگ سست نفوذ می کنند تا چال یا چاه ایجاد شود. در این روشها که به انها روشهای پیشرفته حفاری نیز می گویند، هرچند سرعت حفاری200 تا400 درصد افزایش می یابد،مشکلات فنی متعددی وجود دارد که تا رفع این عیوب به زودی قابل استفاده نخواهد بود.
1-2 تاریخچه حفاری
به طور 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. پروفسور« هرمن بائر» در کتاب هیدرولوژی آبهای زیرزمینی و پروفسور«کی.مک گرگر» در کتاب حفاری در سنگ معتقدند که هنوز آثاری از تونل، قنات و چاههای عمیق حفر شده توسط ایرانیان و چینی های قدیم دیده می شود. و مصریان قدیم نیز به وسیله کروندم، درمیان سنگهای پورفیری چالهایی حفر کرده اند. تا چند دهه قبل، سیستم حفاری دستی جهت ایجاد چال برای احداث تونل، خط راه آهن و معدن متداول بود، و بدون شک، در مناطقی که امکان دسترسی به برق نیست. این روش حفاری هنوز کاربرد دارد. روش ابتدایی سیستم حفاری دستی بیشتر برای حفر چال کم عمق در سنگهای با مقاومت ضعیف یا متوسط مورد استفاده داشته است. برای انجام این روش، وجود یک حفاری کافی است. حفار معمولا با یک دست، مته را روی سنگ قرار می دهد. و با دست دیگر، به وسیله ضربه زدن یا چکش حفاری(با وزن4 پوند یا8/1 کیلوگرم)، ضربه ای روی مته جهت نفوذ آن در سنگ وارد می کند. حداکثر سرعت در این روش،3/0 متر(یک فوت) در ساعت است و بیشترین حد ممکن برای عمق60 سانتی متر( دو فوت) و برای قطره حدود32 میلیمتر ( اینچ) است. حفاری دستی، بنا به ضرورت، تکامل تدریجی یافت؛ به نحوی که امکان ایجاد چال با عمق بیشتر نیز ممکن گردید. در این مرحله، معمولا یک نفر مته را روی سنگ مورد نظر قرار می دهد و یک یا دو نفر دیگر با وارد کردن ضربه کمک چکشهای حفاری2/3 تا5/4 کیلوگرمی(7 تا10 پوندی) موجبات نفوذ در سنگ را فراهم می کردند. برای حفر یک چال با عمق8/1 متر(6فوت) در سنگهای سخت و آذرین، مانند گرانیت، وجود یک گروه دو یا سه نفره حفار با کار مداوم5 تا6 ساعته کافی است. البته، بدون شک شرایط حفاری در سرعت حفاری موثر است؛ به عنوان، مثال، سرعت حفاری در سنگهای رسوبی دو برابر سرعت حفاری در سنگهای آذرین است(تاثیر جنس سنگ).با گذشت زمان و افزایش نیاز به حفاریهای عمیق، بویژه برای دسترسی به آب، روش دیگری از حفاری دستی به نام روش کابلی متداول شد که درآن، طول مته بیشتر بود و برای ضربه زدن از کابل فولادی استفاده می شد. در این روش که امکان حفر چالهای تا15 متر(50 فوت) را فراهم آورد، مته فولادی طویلتری به کابل فولادی متصل بود. به طور معمول، سه یا چهار نفر با حرکت کابل به سمت بالا و فرود آوردن آن روی محل مورد نظر، حفاری را انجام می دادند. با این روش، امکان حفر چالهای عمیقتر با قطر بیشتر در زمان کمتر فراهم شد. به عنوان مثال با این روش در سنگهای آهکی نسبتا نرم حفر چالهایی با قطر50 میلیمتر(2 اینچ) و عمق7 متر(20 فوت) توسط یک گروه حفار سه نفره طی3 ساعت عملی گردید. با این روش، فقط چالهای قائم حفر می شود.
فصل اول: کلیاتی در مورد حفاری
1-1 مقدمه
1
1-2 تاریخچه حفاری
3
1-3 واژه های اصلی مورد استفاده در حفاری
8
فصل دوم: گل حفاری
2-1 تاریخچه مختصری از گل حفاری
17
2-2 گل حفاری
23
2-3کاربرد و وظایف گل حفاری
29
2-4 خواص گل حفاری و نحوه اندازه گیری آنها
43
2-5 ترکیب گل حفاری
53
2-6 روابط بین حجم و وزن مخصوص گل حفاری
63
2-7 تعداد بشکه گل حفاری حاصله از تعلیق رس درآب
65
فصل سوم: شناسایی موادشیمیایی و موارد استفاده آنها درگل حفاری
3-1 مواد وزن افزای گل حفاری
68
3-2 مواد گرانروی زا
74
3-3 مواد کنترل کننده صافاب گل
76
3-4 مواد کنترل کنندهPH
77
3-5 موادیکه جلوگیری از خورندگی می کنند
83
3-6 سایر مواد مصرفی گل حفاری
84
فصل چهارم: محاسبات مهندسی گل حفاری
4-1 محاسبه بالا آمدن گل از مته(ته چاه) تا سطح
90
4-2محاسبه زمان کامل گردش گل
91
97
95
4-3 محاسبه تهیه گل های اولیه
4-4 محاسبه کشتن چاه در هنگام وقوع جریان
4-5 اندازه گیریPH یا غلظت یون هیدروژن گل
92
4-6 اندازگیری قلیائیت
101
فصل پنجم: سیمان حفاری
5-1 آزمایش هایی که بر روی سیمان حفاری انجام می شود
105
5-2 سیمانه کردن چاهها
109
5-3 ترکیب سیمان چاههای حفاری
110
5-4 تاثیرات حرارت وفشار بر روی خواص سیمانها
113
5-5 انواع سیمانهای مورد استفاده در چاههای حفاری
115
5-6 اضافات سیمان
118
5-7 مواد تقدم دهنده بندش سیمان
118
5-8 مواد حجم افزا
123
5-9 آب آزاد
126
5-10 مصرف بنتونایت آبدیده در دوغاب سیمان
130
5-11 مواد وزن افزا
131
5-12 زمان نیم بند شدن سیمان
134
5-13 قوانین سرانگشتی
137
5-14 مهارآب روی
138
5-15 گرانروی
139
5-16 تولیدات شرکت هالیبورتون
140
5-17 مواد تاخردهنده شرکت هالیبورتون
143
5-18 مواد ضدکف
147
5-19 محاسبه مواد افزودنی به دوغاب سیمان
149
5-20 روشهای متداول برای سبک کردن وزن دوغاب سیمانهای حفاری
153
5-21 بنتونیت و روش افزودن آن به سیمان
153
5-22 مشخصات فیزیکی گیلسونیت و اثر آن بر روی خواص سیمان های کلاسA,D
155
5-23 اثر بنتونیت بر روی خواص سیمان های کلاسD,A
156
5-24 نتیجه گیری
157
فصل ششم:بنتونیت
6-1 مقدمه
161
6-2 ژئوشیمی
163
6-3 کانی های مهم بنتونیت
164
6-4 انواع بنتونیت ها از دیدگاه صنعتی
164
6-5 ژنزبنتونیت
164
6-6 روشهای فرآوری
165
6-7 موارد استفاده
166
6-8 وضعیت تولید و فرآوری بنتونیت در ایران
178
6-9 معادن عمده بنتونیت
181
فصل هفتم: باریت
7-1 مقدمه
183
7-2 تاریخچه باریت
184
7-3 مشخصات عمومی باریت
187
7-4 معادن عمده باریت
188
7-5 موارد استفاده
189
7-6 بازیافت باریت
205
7-7 جایگزین ها
205
7-8 ذخایر باریت
206
منابع و ماخذ
210
این فایل ورد در 210 صفحه به خدمتتون ارئه میشود.