برگشتن به معدن

دانلود پایان نامه : بررسي كمي و كيفي باريت و بنتونيت در صنعت حفاري بخصوص گل حفاري

۶,۵۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: , برچسب: , , , , , , , , , , , , ,

توضیحات

دانلود پایان نامه : بررسي كمي و كيفي باريت و بنتونيت در صنعت حفاري بخصوص گل حفاري

210ص

 

دانشگاه آزاد اسلامي واحد اراك

دانشكده فني ومهندسي

گروه مهندسي شيمي-صنايع پتروشيمي

 

 

 

عنوان

فصل اول: كلياتي در مورد حفاري

 

1-1 مقدمه

1

1-2 تاريخچه حفاري

3

1-3 واژه هاي اصلي مورد استفاده در حفاري

8

فصل دوم: گل حفاري

 

2-1 تاريخچه مختصري از گل حفاري

17
2-2 گل حفاري23
2-3كاربرد و وظايف گل حفاري
29
2-4 خواص گل حفاري و نحوه اندازه گيري آنها
43

2-5 تركيب گل حفاري

53

2-6 روابط بين حجم و وزن مخصوص گل حفاري

63

2-7 تعداد بشكه گل حفاري حاصله از تعليق رس درآب

65

فصل سوم: شناسايي موادشيميايي و موارد استفاده آنها درگل حفاري

 

3-1 مواد وزن افزاي گل حفاري

68

3-2 مواد گرانروي زا

74
3-3 مواد كنترل كننده صافاب گل76
3-4 مواد كنترل كنندهPH77
3-5 مواديكه جلوگيري از خورندگي مي كنند83
3-6 ساير مواد مصرفي گل حفاري84
فصل چهارم: محاسبات مهندسي گل حفاري 
4-1 محاسبه بالا آمدن گل از مته(ته چاه) تا سطح90
4-2محاسبه زمان كامل گردش گل91
97
95

4-3 محاسبه تهيه گل هاي اوليه

4-4 محاسبه كشتن چاه در هنگام وقوع جريان

4-5 اندازه گيريPH يا غلظت يون هيدروژن گل

92

 

4-6 اندازگيري قليائيت101

فصل پنجم: سيمان حفاري

 

5-1 آزمايش هايي كه بر روي سيمان حفاري انجام مي شود

105

5-2 سيمانه كردن چاهها

109

5-3 تركيب سيمان چاههاي حفاري

110

5-4 تاثيرات حرارت وفشار بر روي خواص سيمانها

113
5-5 انواع سيمانهاي مورد استفاده در چاههاي حفاري115
5-6 اضافات سيمان
118
5-7 مواد تقدم دهنده بندش سيمان
118

5-8 مواد حجم افزا

123

5-9 آب آزاد

126

5-10 مصرف بنتونايت آبديده در دوغاب سيمان

130

5-11 مواد وزن افزا

131

5-12 زمان نيم بند شدن سيمان

134

5-13 قوانين سرانگشتي

137
5-14 مهارآب روي138
5-15 گرانروي139
5-16 توليدات شركت هاليبورتون140
5-17 مواد تاخردهنده شركت هاليبورتون143
5-18 مواد ضدكف147
5-19 محاسبه مواد افزودني به دوغاب سيمان149
5-20 روشهاي متداول براي سبك كردن وزن دوغاب سيمانهاي حفاري153
5-21 بنتونيت و روش افزودن آن به سيمان153
5-22 مشخصات فيزيكي گيلسونيت و اثر آن بر روي خواص سيمان هاي كلاسA,D155

 

فهرست مطالب

5-23 اثر بنتونيت بر روي خواص سيمان هاي كلاسD,A156

5-24 نتيجه  گيري

157

فصل ششم:بنتونيت

 

6-1 مقدمه

161

6-2 ژئوشيمي

163

6-3 كاني هاي مهم بنتونيت

164
6-4 انواع بنتونيت ها از ديدگاه صنعتي164
6-5 ژنزبنتونيت
164
6-6 روشهاي فرآوري
165

6-7 موارد استفاده

166

6-8 وضعيت توليد و فرآوري بنتونيت در ايران

178

6-9 معادن عمده بنتونيت

181

فصل هفتم: باريت

 

7-1 مقدمه

183

7-2 تاريخچه باريت

184
7-3 مشخصات عمومي باريت187
7-4 معادن عمده باريت188
7-5 موارد استفاده189
7-6 بازيافت باريت205
7-7 جايگزين ها205
7-8 ذخاير باريت206
منابع و ماخذ210
  
  

 

 

-1 مقدمه

حفاري به معني نفوذ در سنگ است. نفوذ در سنگها گاهي به منظور خرد كردن آنها انجام مي گيرد. براي خرد كردن سنگها بايد چالهاي انفجاري حفر كرد و در داخل آنها مواد منفجره قرار داد. با منفجركردن چالها، سنگها خرد مي شوند، و با خرد شدن سنگها، استخراج و برداشت آسانتر است و با هزينه كمتري انجام مي گيرد. در استخراج كليه معادن به استثناي موارد نادر، مانند استخراج سنگهاي ساختماني يا برداشت بعضي از سنگهاي سست، حفاري جزء عمليات اجتناب ناپذير محسوب مي شود. اين نوع حفاري را حفاري استخراجي مي گويند. حفاري در معادن تنها به منظور استخراج نيست؛ بلكه قبل از استخراج يا به هنگام استخراج، براي اكتشاف نيز انجام مي پذيرد.

حفاري اكتشافي ممكن است به منظور كشف و پي بردن به وجود كاني يا ماده معدني، ويا به منظور پي بردن به شرايط كيفي سنگها صورت گيرد. با توجه به بالا بودن هزينه حفاري اكتشافي و بعضي مشكلات فني توصيه مي شود كه هر دو گروه متخصصاني كه به دنبال كشف كاني يا در جستجوي كشف شرايط كيفي سنگها هستند، مطالعات خود را همزمان شروع كنند، علاوه بر حفاري استخراجي و حفاري اكتشافي، حفاري به منظور كارهاي تكنيكي مانند حفاري به جهت تزريق سيمان در داخل درزه ها، حفاري جهت خارج كردن گازها از لايه ذغال يا حفاري به منظور منجمدكردن آب در داخل طبقات نيز انجام مي گيرد. لذا عمليات حفاري در زمينه هاي مختلف مهندسي و علوم كاربرد وسيعي دارد. امروزه بيش از95 درصد حفاريها به روش مكانيكي و با ماشينهاي ضربه اي، چرخشي و ماشينهاي ضربه اي- چرخشي انجام مي گيرد. در روش مكانيكي نفوذ در سنگ با انرژي مكانيكي و از طريق اعمال ضربه هاي پي در پي، يا در اثر تماس انجام مي گيرد. قطر چالهايي كه با روش مكانيكي حفر مي شوند بين2/1 اينچ تا24 اينچ و عمق آنها از چند تا سانتيمتر تا چند هزار متر متغير است. عمق غالب چالهاي انفجاري كمتر از20 متر و قطر آنها در معادن زيرزميني كم است. اما امروزه در معادن روباز، براي پايين نگهداشتن هزينه هاي حفاري و انفجار و نهايتا كاهش هزينه استخراج قطر چالهاي انفجاري را زياد             مي گيرند؛ از اين رو بين ماشينهايي كه چالهاي انفجاري در معادن روبار حفر مي كنند و ماشينهاي حفاري اكتشافي و ماشينهايي كه به منظور استخراج نفت، گاز و آب به كار       مي روند، مشابهت زيادي وجود دارد. به طور مصطلح در حفاريهايي كه به منظور دسترسي و استخراج سيالاتي مانند نفت ، گاز و آب انجام مي گيرد، و همچنين در حفاري اكتشافي به جاري واژه چال از واژه چاه استفاده مي شود. در به كارگيري واژه چال يا چاه صرفنظر از نقش سيال، ژنومتري، بويژه، عمق چال يا چاه نيز موثر است. چالها معمولا عمق كمي دارند؛ درحالي كه عمق چاه بيشتر است. درهر صورت، شكل چالها يا چاهها سيلندري است و قطر آنها از عمق كمتر است. غير از روش حفاري مكانيكي، روشهاي ديگر نيز وجود دارد كه در دست تحقيق و توسعه اند؛ مانند روشهاي حفاري حرارتي، و حفاري ليزري كه نفوذ در سنگها تنها به كمك انرژي مكانيكي انجام نمي گيرد؛ بلكه ابتدا از طريق حرارت يا فعل و انفعالات شيميايي، سنگ را سست مي كنند؛ سپس به كمك ماشينهاي حفاري عمدتا چرخشي، در سنگ سست نفوذ مي كنند تا چال يا چاه ايجاد شود. در اين روشها كه به انها روشهاي پيشرفته حفاري نيز مي گويند، هرچند سرعت حفاري200 تا400 درصد افزايش مي يابد،مشكلات فني متعددي وجود دارد كه تا رفع اين عيوب به زودي قابل استفاده نخواهد بود.

1-2  تاريخچه حفاري

به طور كلي، تاريخچه حفاري مبهم است، اما از زمانهاي دور، ملتهاي متمدن، به منظور دسترسي به آب و بعضي كريستالها، عمليات حفاري را انجام داده اند. پروفسور« هرمن بائر» در كتاب هيدرولوژي آبهاي زيرزميني و پروفسور«كي.مك گرگر» در كتاب حفاري در سنگ معتقدند كه هنوز آثاري از تونل، قنات و چاههاي عميق حفر شده توسط ايرانيان و چيني هاي قديم ديده مي شود. و مصريان قديم نيز به وسيله كروندم، درميان سنگهاي پورفيري چالهايي حفر كرده اند. تا چند دهه قبل، سيستم حفاري دستي جهت ايجاد چال براي احداث تونل، خط راه آهن و معدن متداول بود، و بدون شك، در مناطقي كه امكان دسترسي به برق نيست. اين روش حفاري هنوز كاربرد دارد. روش ابتدايي سيستم حفاري دستي بيشتر براي حفر چال كم عمق در سنگهاي با مقاومت ضعيف يا متوسط مورد استفاده داشته است. براي انجام اين روش، وجود يك حفاري كافي است. حفار معمولا با يك دست، مته را روي سنگ قرار مي دهد. و با دست ديگر، به وسيله ضربه زدن يا چكش حفاري(با وزن4 پوند يا8/1 كيلوگرم)، ضربه اي روي مته جهت نفوذ آن در سنگ وارد مي كند. حداكثر سرعت در اين روش،3/0 متر(يك فوت) در ساعت است و بيشترين حد ممكن براي عمق60 سانتي متر( دو فوت) و براي قطره حدود32 ميليمتر              ( اينچ) است. حفاري دستي، بنا به ضرورت، تكامل تدريجي يافت؛ به نحوي كه امكان ايجاد چال با عمق بيشتر نيز ممكن گرديد. در اين مرحله، معمولا يك نفر مته را روي سنگ مورد نظر قرار مي دهد و يك يا دو نفر ديگر با وارد كردن ضربه كمك چكشهاي حفاري2/3 تا5/4 كيلوگرمي(7 تا10 پوندي) موجبات نفوذ در سنگ را فراهم مي كردند. براي حفر يك چال با عمق8/1 متر(6فوت) در سنگهاي سخت و آذرين، مانند گرانيت، وجود يك گروه دو يا سه نفره حفار با كار مداوم5 تا6 ساعته كافي است. البته، بدون شك شرايط حفاري در سرعت حفاري موثر است؛ به عنوان، مثال، سرعت حفاري در سنگهاي رسوبي دو برابر سرعت حفاري در سنگهاي آذرين است(تاثير جنس سنگ).با گذشت زمان و افزايش نياز به حفاريهاي عميق، بويژه براي دسترسي به آب، روش ديگري از حفاري دستي به نام روش كابلي متداول شد كه درآن، طول مته بيشتر بود و براي ضربه زدن از كابل فولادي استفاده مي شد. در اين روش كه امكان حفر چالهاي تا15 متر(50 فوت) را فراهم آورد، مته فولادي طويلتري به كابل فولادي متصل بود. به طور معمول، سه يا چهار نفر با حركت كابل به سمت بالا و فرود آوردن آن روي محل مورد نظر، حفاري را انجام مي دادند. با اين روش، امكان حفر چالهاي عميقتر با قطر بيشتر در زمان كمتر فراهم شد. به عنوان مثال با اين روش در سنگهاي آهكي نسبتا نرم حفر چالهايي با قطر50 ميليمتر(2 اينچ) و عمق7 متر(20 فوت) توسط يك گروه حفار سه نفره طي3 ساعت عملي گرديد. با اين روش، فقط چالهاي قائم حفر مي شود.

طي ساليان دراز، تنها منبع تامين انرژي مورد نياز درحفاري، نيرو انساني بوده است. به تدريج با رواج يافتن استفاده از ماشين بخار، الكتريسيته، و سوختهاي گازي و مايع، ساخت انواع ماشينهاي حفاري مكانيكي نيز توسعه يافت؛ به نحوي كه امروزه، امكان بيشتري براي افزايش عمق و سرعت در عمليات حفاري وجود دارد. در اينجا به پاره اي از تحولات در زمينه حفاري مي پردازيم:

1-بين سالهاي1820-1810، سيستم حفاري چرخشي ساخته شد كه منبع انرژي آن، ماشين بخار بود(Trevithick).

2-بين سالهاي1840-1830 سيستم حفاري كابلي توسعه يافت كه منبع انرژي آن نيز ماشين بخار بود(Issac Singer).

3-بين سالهاي1860-1850 ، دستگاه حفاري مجهز به الماس(روي مته هاي آن) ساخته شد(Bullock) و دستگاه ضربه اي نيز كه ضربه زدن آن پيستون بود و منبع انرژي آن هواي فشرده در تونل آلپين، در آمريكا مورد استفاده قرار گرفت.

4- بين سالهاي1880-1870، سيستم حفاري مغزه گير مجهز به الماس(روي مته آن) در آمريكا توسعه يافت؛ به نحوي كه تا عمق670 متر(2200 فوت) را حفاري مي كرد. شركت ارائه دهنده اين سيستم،« اينگرسل» (Ingersoll) نام دارد.

5-بين سالهاي1890-1880، سيستم حفاري مغزه گير الماسي در آمريكا ارائه شد كه امكان حفاري تا عمق1750 متر(5734 فوت) را فراهم كردو

6-بين سالهاي1900-1890، سيستمهاي حفاري ضربه اي- چرخشي در آمريكا ساخته شد كه منبع انرژي آن، هواي فشرده، بخار و الكتريسيته بود. در اين فاصله سيستم حفاري چرخشي كه منبع انرژي آن بخار بود، جهت حفر چاههاي نفت توسعه داده شد.

7-بين سالهاي1910-1900،مته هايي توسعه يافت كه روي آن سه عامل برش دهنده مخروطي شكل يا خردكننده سنگ نصب شده بود.

8-بين سالهاي1940-1920، براي اولين بار، مته هايي از جنس كربور تنگستن درآلمان به كار رفت.

9- بين سالهاي1966-1940، مته هاي ساخته شده از جنس كربور تنگستن در حفاري بسيار متداول و رايج شد.

10-بين سالهاي1975-1970، ماشين حفاري هيدروليكي به صنعت حفاري معرفي شد كه در اين ماشين بر خلاف ماشينهاي حفاري ضربه اي از روغن تحت فشار به جاي فشار هوا در حفاري استفاده مي شود.

11-بين سالهاي1985-1970، تلاش كشورهاي شوروي و آمريكا براي حفر چاههاي عميق با سيستم حفاري چرخشي به منظور دسترسي به نفت و گاز به نتيجه رسيد. و در اكلاهماي آمريكا و سيبري شوروي، با استفاده از اين روش، چاههاي با عمق بيش از10000 متر(30000 فوت) حفر شد، و متعاقب آنها آلمانيها چاهي با عمق حدد13000 متر حفاري كردند.

با توجه به تاريخچه مزبور، سيستمهاي حفاري توسعه يافته را مي توان به پنج گروه تقسيم كرد:

  • سيستم حفاري دستي كه ضربه زن آن چكش حفاري است و اعمال ضربه به كمك نيروي انساني صورت مي گيرد.
  • سيستم حفاري چكشي كه ضربه زن آن چكش حفاري و مكانيكي است.
  • سسيستم حفاري كابلي كه ضربه زن آن كابل فولادي است.
  • سيستم حفاري چرخشي كه به جاي ضربه زدن به مته، با چرخش لوله حفاري و مته، عمل نفوذ پذيري و حفر چال صورت مي گيرد.
  • سيستم حفاري ضربه اي- چرخشي كه اساس كار آن ضربه است و عامل چرخش نيز دارد.
  • سيستم حفاري هيدروليكي كه به جاي استفاده از فشار هوا از فشار روغن استفاده مي شود. در سالهاي اخير، حفاري مكانيكي به تدريج جايگزين حفاريهاي دستي شده و بخار، هواي فشرده، الكتريسيته، و مابع، منبع اصلي انرژي براي دستگاههاي حفاري است.

 

1-3  واژه هاي اصلي مورد استفاده درحفاري

1-چاه يا چاه: فضا يا حفره استوانه اي كه درآن، قطر از عمق كمتر است و در موارد ذيل كاربرد دارد:

الف) برقراري ارتباط بين بخشهاي مختلف معدن

ب) كشف مواد معدني

ج) انفجار، و استخراج مواد معدني

د)دسترسي به آب، نفت، وگاز

هـ) كارهاي تكنيكي، مانند منجمد كردن آبهاي داخل چال يا خارج كردن گاز متان از لايه ذغال.

2-شفت: اين واژه كه از اواخر قرن شانزدهم ميلادي رايج گشت، به چاههاي قائم يا داراي شيب بسيار كم اطلاق مي گردد كه به منظور كشف و يا استخراج ذغال و ساير مواد معدني حفر مي شد. در سالهاي اخير، اين واژه به چاههاي قائم يا داراي شيب بسيار كم اطلاق مي شود كه از سطح تا عمقي كه ماده معدني گسترش دارد ادامه مي يابد. معمولا در كمر پايين ماده معدني حفر مي شود و از آن جهت دسترسي به ماده معدني، اياب و ذهاب كاركنان معدن، تهويه، و حمل مواد معدني استفاده مي شود.

3-حفار: اين واژه بر كسي اطلاق مي شود كه به دليل داشتن تجربه، دانش و توانايي كافي، مسئوليت حفظ و هدايت ابزار حفاري را به عهده مي گيرد.

4-مته: مته بخشي از دستگاه حفاري و در تماس با سنگ است كه با وارد كردن انرژي، موجب شكستن مقاومت سنگ و خرد شدن آن مي شود. مته براساس موارد كاربرد، انواع گوناگوني دارد.

5-ميله يا لوله حفاري: اين قسمت از دستگاههاي حفاري، انرژي توليد شده از منبع را به مته منتقل مي كند. طول و قطر لوله هاي حفاري متفاوت است، و جنس آنها، آلومينيوم، يا آلياژ فلزاتي مانند كرم يا نيكل است. ميله حفاري ممكن است سوراخهايي با قطر متفاوت داشته باشد. انتقال سيال حفلري نيز از درون ميله يا لوله حفاري به سر مته انجام مي گيرد. به طور معمول، در سيستم ضربه اي، قطر سوراخها كم، و در سيستم چرخشي، قطر آنها زياد است.

6-منبع انرژي: منظور از اين واژه، محل تامين نيروي لازم براي سيستم حفاري( هوا، بخار، الكتريسيته، و يا مايع) است.

7-آرايش چاله ها: اين واژه بر اندازه فواصل طولي و عرضي چالها دلالت دارد.

8- چالزن: اين واژه به سيستم يا دستگاهي اطلاق مي شود كه به كمك آن مي توان در سنگ، فلز، چوب، و ساير مواد، چال يا چاه استوانه اي حفر كرد و انواع آن عبارتند از:

الف) حفاري دستي؛ در اين سيستم، انرژي مكانيكي وجود ندارد، و حفاري با كمك نيروي انساني صورت مي گيرد؛ بدين ترتيب كه فردي به نام حفار، به تنهايي يا با كمك فرد ديگري به نام كمك حفار، با نگهداري مته روي سنگ، به وسيله ضربه زن(چكش حفاري) ضربه اي به مته وارد مي كند.

ب)حفاري ضربه اي؛ در اين سيستم، با ضربه هاي پي در پي، ابعاد سنگ كوچك            مي شود. منبع معمول انرژي در اين سيستم، هواي فشرده است. متداولترين انواع اين سيستم حفاري عبارتند از:

-چكش حفاري: يكي از كوچكترين انواع سيستمهاي حفاري ضربه اي است كه بدون استفاده از وسايل نقليه مكانيكي، توسط فرد حفار جابجا مي شود.

-دريفتر: سيستم ديگري از حفاري ضربه اي است كه به دليل بزرگي آن، جابجايي به كمك وسايل نقليه مكانيكي صورت مي گيرد.

-واگن دريل: نوعي ماشين ضربه اي است كه چالژن و تكيه گاه آن روي دو يا سه چرخ نصب شده و از اين طريق حمل مي گردد. بعضي از انواع واگن دريل چرخ زنجيري شبيه تانك نظامي دارند.

-استاپر: اين سيستم ضربه اي نيز بيشتر براي حفر چال در طبقات بالا(بالاي سر)، مانند تونل بالا رو به كار مي رود.

-سيستم حفاري كابلي: اين سيستم كه براساس روش ضربه اي كار مي كند، مته اي فولادي دارد و بيشتر براي حفر چالهاي عميق با قطر بيش از15 سانتي متر(6 اينچ) كاربرد دارد. حفاري با اين دستگاه به نحوي است كه مته فولادي به وسيله كابل فولادي به سمت بالا انتقال مي يابد، و پس از رها شدن، ضربه هايي پي در پي به قعر چاه وارد مي كند؛ بدين ترتيب، موجبات خرد شدن سنگ فراهم مي شود.

ج)سيستم حفاري چرخشي: اين ماشين به صفحه دواري مجهز است كه لوله حفاري و مته را مي چرخاند. در اين سيستم، مته به لوله حفاري متصل است، و نفوذ در سنگ و حفر چاه از طريق چرخش مته عملي مي شود. انرژي اين دستگاه از طريق موتور بخار، ديزل، گازولين يا الكتريسيته تامين مي شود و ذرات خرد شده در قعر چاه را هوا، آب با گل حفاري، به عنوان سيال حفاري، به سطح انتقال مي دهد. اين سيستم به عنوان جديدترين نوع سيستم حفاري، ابتدا جهت حفر چالهاي انفجاري معادن سطحي، در اواسط قرن نوزدهم به وجود آمد و توسعه يافت؛ اما بعدا براي حفاريهاي عميق نيز استفاده شد. با اين ماشين مي توان چالهايي به قطر60-10 سانتي متر(4 تا اينچ) را حفاري كند. متداولترين انواع سيستم حفاري چرخشي عبارتند از:

-سيستم حفاري الماسي: اين سيستم چرخشي كه مته مورد استفاده آن الماسي است، بيشتر جهت تهيه نمونه ها يا مغزه هاي ترجيحا تا3 اينچي به كار مي رود.

-سيستم حفاري ساچمه اي: اين سيستم چرخشي نيز كه حفاري در آن به كمك ساچمه هايي از جنس فولاد انجام مي گيرد، بيشتر جهت تهيه نمونه به كار مي رود. قطر نمونه هاي حاصل، به طور معمول بيش از3 اينچ است. اين دستگاه به دليل سرعت بسيار كم آن به ندرت مورد استفاده قرار مي گيرد.

:D.T.H نوعي سيستم حفاري ضربه اي است كه پيستون يا چكش حفاري(ضربه زن) بلافاصله بعد از مته قرار دارد و با آن به داخل چاه مي رود. به همين دليل(نبود واسطه بين چكش حفاري و مته) از طريق لوله حفاري نيز اتلاف انرژي وجود ندارد. اين سيستم براي حفر چالهاي230-101 ميلي متر(9-4 اينچ) بسيار مناسب است. از معايب اين ماشين،        مي توان وابستگي چكش حفاري يا پيستون را به مته نام برد؛ به عبارت ديگر، چنانچه بنا به دلايل تكنيكي، مته در ته چاه گير كند و امكان انتقال آن به سطح وجود نداشته باشد، از دست دادن ضربه زن يا چكش حفاري نيز امري طبيعي خواهد بود. به علاوه، نوعيD.T.H چرخشي نيز براي حفاري استفاده مي شود كه عامل چرخش دارد.

-حفاري خشك: نوعي روش حفاري است كه جهت انتقال قطعات خرد شده سنگ از هوا فشرده استفاده مي شود.

-حفاري تر: نوعي روش حفاري است كه جهت انتقال قطعات خرد شده سنگ از مايع استفاده مي شود. همچنين اين واژه براي ماشين هيدروليكي كاربرد دارد.

-سيال حفاري: به گاز هوا، مايع،  يا مايع حاوي ذرات جامد اطلاق مي شود كه در سيستم حفاري(ضربه اي يا چرخشي) جريان دارد و موارد استفاده آن عبارتند از:

الف) انتقال قطعات خرد شده سنگ از ته چاه به سطح و تميز نگهداشتن قعر چاه؛

ب) خنك نگهداشتن مته و قعر چاه كه به افزايش كيفيت و طول عمر مته منجر مي شود؛

ج) شفافيت و جلاي لوله هاي حفاري كه باعث تسريع انتقال انرژي مي شود؛

د) معلق نگهداشتن ذرات خرد شده سنگ در طول چاه به هنگام توقف ناگهاني عمليات حفاري كه اين امر خود ناشي از خاصيت ژله اي بعضي انواع گل حفاري است؛

هـ)كنترل فشار طبقات(مهمترين مورد استفاده).

-سرعت نفوذپذيري: از مقداري از عمق يا طول چاه است كه توسط دستگاه حفاري در واحد زمان(معمولا برحسب ساعت) حفاري مي شود.

-چال يا چاه قائم: چال يا چاهي است كه از قسمت فوقاني به قسمت تحتاني يا بالعكس.جهت جايگذاري مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و… حفاري شود و نسبت به قائم ماكزيمم5 درجه، انحراف نداشته باشد.

-چال يا چاه شيبدار: چال يا چاهي است كه به طور زاويه دار و به منظور جايگذاري مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و… حفاري مي شود.

-چال افقي: چالي است كه جهت جاسازي مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و يا استخراج آنها حفر مي شود.

تقسيم بندي مزبور بيشتر در معادن سطحي(روباز) متداول است و بيشتر چالهاي مورد نياز براي انفجار، قائم يا شيبدارند.

-بوردن: اين واژه در معادن روباز يا مبحث انفجار به فاصله بين مركز چال تا نزديكترين سطح آزاد اطلاق مي شود كه معمولا از عمق چال نيز كوچكتر است. طراحي بوردن از عوامل موثر در يك انفجار خوب است. در ضمن، واژه بوردن گاهي به معني سنگهاي پوششي يا خاكها و سنگهاي باطله روي سنگ مادر يا بستر و كاني نيز كاربرد دارد و با پوشال سنگ مترادف است.

-پوشال سنگ: به سنگهاي پوششي و باطله روي سنگ مادر و كاني گفته مي شود، و در معادن، بويژه معادن روباز به سنگهاي باطله اي گفته مي شود كه در قسمت فوقاني ذغال يا كاني قرار گرفته اند.

-گمانه: نوعي چال يا چاه را گويند كه جهت پي بردن به وجود آب، نفت. گاز و كاني حفر مي شود.

ريگ: مهمترين قسمتهاي دستگاه حفاري است و عبارتند از:

دكل و پايه دكل، لوله حفاري، مته، پمپ گل حفاري، رشته سيمهاي انتقال دهنده لوله هاي حفاري و بخش تامين كننده انرژي چالزن.

-قابليت حفاري سنگ: مقاومت سنگ را درمقابل نفوذپذيري سيستم حفاري گويند كه به عوامل زير بستگي دارد:

الف) خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ، مانند چگالي، تخلخل، رطوبت و مقاومت سنگ؛

ب)شرايط زمين شناسي، مانند وجود درز،شكاف، گسل و نحوه قرارگيري لايه ها؛

ج)چگونگي تنشهايي مانند فشار سنگهاي پوششي، و فشار هيدروستاتيكي.

بايد توجه داشت كه عوامل مزبور در واقع از خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ ناشي       مي شوند؛اما واقعيت اين است كه عوامل تكنولوژيكي و تكنيكي ساخت و كاربرد  قسمتهاي مختلف دستگاه حفاري(چالزن)نيز در مقدار نفوذپذيري چالزن دخالت دارند؛اين قسمتها عبارتنداز :مته،لوله حفاري ،گل حفاري،ويژگيهاي چال،مانند قطر،       عمق ،ونوع سيستم چالزن.

به مجموعه عوامل مربوط به سنگ يا چالزن كه موجب كاهش يا افزايش سرعت نفوذپذيري در سنگ مي شوند،عوامل نفوذ پذيري مي گويند.بايد توجه داشت كه دو واژه سرعت حفاري و قابليت حفاري سنگ مترادف يكديگرند و هر دو واحد سرعت دارند.

جدول1-1 تقسيم بندي سنگها را بر اساس قابليت حفاري آنها نشان مي دهد.نتايج ارائه شده بيشتر بر اساس كار با سيستمهاي چالزني كرگيري يا مغزه گيري است.

 

جدول1-1طبقه بندي سنگها بر اساس ميزان نفوذپذيري

 

 

2-1 تاريخچه مختصري از گل حفاري

گل حفاري تاريخچه هاي طولاني و گوناگوني از گذشته هاي دور دارد ولي بطور اجمالي در آغاز چيني ها فهميدند كه گل داراي دو كاربرد مهم مي باشد.

1-آنچه را كه در سازند وجود دارد نرم ميكند

2-همچنين عقيده داشتند كه گل حفاري به بالا آوردن كنده ها از ته چاه كمك          شاياني ميكند.

به جز چند چاهي كه توسط چيني ها حفاري شده (در قرن هيجدهم)چند چاهي نيز در امتداد سنگها بوسيله دست با عمق هاي كم حفر شده كه اولين آنها در سال 1806 تا 1808 بوسيله دو برادر بنامهاي ديويد ژوزف رافنر بود كه براي آب نمك حفر گرديد .در همين رابطه در سال 1829 به هنگامي كه حفاري براي آب نمك در يكي از ايالتهاي امريكا ادامه داشت يك باره بجاي آب نمك به مقدار 1000 بشكه در روز نفت از چاه            بيرون جهيد.

در سيستم هايي كه تا سال 1846 و حتي بعد از آن كه براي استخراج نفت از آبهاي جاري استفاده مي شد هنوز كسي از خواص گل حفاري اطلاع نداشت.

در سال 1890 مردي بنام چاپ من اشاره اي به اين موضوع نمود كه جرياني از آب و مقداري از مواد پلاستيكي ميتوانند شكلي بديواره چاه داده و اين آغاز مهندسي مدرن در تاريخ گل حفاري بود.

چاپ من بعدا بيكي ديگر از كاربردهاي حفاري دست يافت وآن عبارت بود از:

اينكه مي توان از هرز روي آب در لايه هاي سازند جلوگيري نمود.همچنين پشتكار چاپ من به اين نتيجه رسيد كه از مواد ديگري جهت اندودكرون ديواره چاه ميتوان استفاده كرد.چاپ من همچنين اين موضوع را كه خاك رس پوست گندم ،حبوبات ،سيمان و مواد مشابه را مي توان بكار گرفت آگاهي داد.در سال 1889 يك پيمانكار چاه هاي آبي بنام(آندرو)از اهالي امريكا متذكر شد كه گل هاي خميره اي مي توانند جهت ديواره سازي جداره هاي حفره بكار گرفته شوند.در همين سال شخصي بنام جان باكينگ هام يادآور شد كه بجاي آب مي توان از مواد چرب و نرم استفاده كرد.اين مرد همچنين درباره بكارگيري گل هاي روغني گزارشي ارائه داد.در اكتبر سال 1900 كرت هاميل يادآور شد وقتي كه سيال حفاري بوسيله خاك رس خميره اي تر گردد كمك شايان توجهي به ديواره سازي جداره حفره خواهد داد.

ظاهرا در ان عصر سيال حفاري علي رغم اهميت و ضرورتش نتوانسته بود توجه ويژه اي را جلب نمايد خواص فيزيكي سيال نيز آنقدر مطلوب نبود كه سزاوار ثبت شدن باشد و بهمين دليل است كه ردپايي از آنها بجاي نمانده است.

مي توانيم چنين فرض كنيم كه گل ساخته شده توسط جامدات چاه يا خيلي سنگين بود و يا گرانروي زيادي داشت و تنها از آب براي رقيق كردن آن استفاده ميگرديد اگر گرانروي گل كاهش كي يافت يا از درون مخازن ذخيره به سيستم گل جديد افزوده ميشد و يا حفاري با همان گل رقيق ادامه مي يافت ،اگر وزن گل اندك بودچاه فوران مي كرد و اگر هرز روي گل زياد مي بود يا اندود گل تشكيل و لوله هاي حفاري راگير مي انداخت و يا ريزش ديواره چاه باعث گيركردن لوله ها مي گشت هيچ نوع مواد افزودني موثري براي كنترل خاص فيزيكي گل وجود نداشت و هر گل سازي شامل تعديل گل توسط آب بود.

13سال بعد از ظهور نخستين گل حفاري لوكاس در سال1901 در اسپندل تاپ براي مباحثه در مورد سيالات حفاري و مطرح كردن آن بعنوان يك ضرورت در صنعت حفاري حضور پيدا كرد اين مسئله در سال1914 از تحقيقات وسيعي توسط پولاردوهگبورگ كشف گرديد كه از گل فوق العاده غليظي براي حفاري توسط دكل هاي ضربه اي در ايالت اوكلاهما استفاده مي شده است. آنها اظهار كردند كه استفاده از آب و گل رس سنگين و غليظ پديده جديدي در صنعت حفاري نيست. و سالها درحفاري دوراني حضور داشته است و اولين چاه موفقي كه در منطقه بيومونت در ايالت تگزاس حفر گرديد با استفاده از اين گل صورت گرفت اما تا سال1913 كه چاه ها توسط دكل هاي ضربه اي و بصورت خشك و بدون استفاده ازگل صورت مي گرفت رسما مطرح نگرديد.

اشكال پولاردوهگبورگ توسعه روشي براي بهبود كيفيت حفاري با روش ضربه اي و به منظور جلوگيري از ضايعات اضافي گاز كه بهنگام حفاري چاههاي گازي با روش       ضربه اي صورت مي گرفته بود در اين روش تنها مقدار كمي سيال بدرون چاه فرستاده مي شد. آنها توصيه كردند كه براي جلوگيري از فوران چاه را به منظور كنترل فشارهايدرواستاتيك از گل خاك رسي غليط انباشته كنند. تركيب و خواص سيالات خاك رسي توسط آنها عرضه و احتمالا درآن زمان در روش حفاري دوراني نتايج مطلوبي ارائه دادند.

آنها سيال خاك رسي را چنين تعريف كردند: مخلوطي از آب با هر نوع خاك رس كه درآب بمدت زيادي معلق خواهد ماند. خاك رس چسبناك و با دانه هاي ريز را كه گامبو مي ناميدند براي ساخت گل بسيار مطلوب بود. استفاده از ماسه و بريده سنگهاي خاك رستي براي ساخت گل، عليرغم مطلوب بودن تركيبات رس چسبناك نامطلوب ديده شد نسبت خاك رس حدود20 درصد وزن آب توصيه شد.

لوئيس و مك موراي در سال1916 كه در زمينه همين اشكال به فعاليت مشغول بودند تعريف جامع تري را در مورد گل خاك رسي ارائه دادند: مخلوطي از آب با هر نوع نوع خاك رس كه در آب بمدت زياد معلق باقي مانده و فاقد هر نوع ماسه و ذرات آهك و يا مواد مشابه باشد. آنها توصيه كردند كه وزن گل بايد داراي وزن مخصوصي بين05/1 و15/1 (75/8 تا58/9 پاوند در گالن) باشد. بعدها كارگردانهاي دستگاهاي حفاري متوجه شدند كه سيالاتي به غلظت آب اثرات زيان باري بر بعضي طبقات دارند.

كل مطلوب به كلي گفته مي شد كه به اندازه كافي غليظ باشد كه بتواند منافذ طبقات و ماسه را طوري مسدود نمايد كه سيال نتواند به درون آنها نفوذ نمايد، گل مطلوب گلي بود كه توانايي انسداد منافذ ماسه، جلوگيري از ريزش ديواره چاه و كنترل فشارهاي گاز را داراباشد.

اين اطلاعات مبسوط در مورد گل حفاري دوراني و ضربه اي تا سال1916 است. تاريخ جديد حفاري يعني زماني كه تلاش براي كنترل خواص گل با استفاده از مواد افزودني طراحي سال1921 آغاز گرديد.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه : بررسي كمي و كيفي باريت و بنتونيت در صنعت حفاري بخصوص گل حفاري”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *