روشهاي اکتشاف حفر ، تجزيه و پيمايش

پيمايش زمين شناختي : پيمايش زمين شناختي صحرايي يک فرايند عيني و مبتني بر مشاهده است که بر روي مغزه هاي حفاري ، تراشه هاي حفاري يا قطعات کنده شده صورت مي گيرد . آلودگي نمونه و بازيابي کم آنها مشکلات عمده اي هستند که در اين روش وجود دارند . مغزه هاي حفاري را پس آ خروج از گمانه بايد به دقت در جعبه ي مغزه اي به طول 1.5 متر و دقيقا به همان ترتيبي که از گمانه خارج مي شوند ، قراد داد . پس از آن مغزه را در راستاي طولي به دو نيم تقسيم مي کندد ، يک نيمه براي مطالعات زمين شناختي نگه داري مي شود و نيمه ي ديگر جهت تجزيه مورد استفاده قرار مي گيرد . براي يک زمين شناس ماهر ، يک چکش و يک ذره بين جهت تعيين مشخصات سنگ شناسي و براوردهاي اوليه ي توزيع عيار کفايت مي کند . نتايج دقيق تر ، مستلزم تجزيه هاي آزمايشگاهي و مطالعات ميکروسکوپيک مقاطع نازک صيقلي است .

حفر و حفاري :

ارئه مدارک قطعي دال بر وجود يک کانسار ايجاب مي کند نمونه هايي که معرف کل کانسار باشد ، جمع آوري و تجزيه گردند . نمونه ها بايستي جتمع ، قابل اعتماد ، واقعي و از انظر آماري معني دار باشند . نمونه ها از طريق کندن (حفر ) يا حفاري ( گمانه زني ) بدست مي آيند . در صورتي که کانسار در سطح زمين يا در اعماق بسيار کم قرار گرفته باشد ، باز کننده اي از سطح به شکل کانال ، گودال يا ترانشه حفر مي شود . براي کارهاي بزرگ جهت حفر باز کننده از بولدوزر يا ماشين هاي مشابه و در صورت لزوم از آتشباري استفاده مي شود . در صورتي که کانسار در اعماق متوسط يا زياد واقع باشد ، نمونه ها از طريق حفاري گمانه ها از سطح يا حفر فضا هاي کوچک مقطع نظير تونل يا چاه در داخل ماده معدني به دست مي آيند .
انتخاب مناسب ترين روش حفر يا حفاري به منظور نمونه بردري از يک کانسار از يک روند درست و منطقي تبعيت مي کند . در جريان يک کار نمونه برداري با درجه اطمينان بالا ، نمونه برداري از طريق حفاري بسيار مناسب تر از حفريات است . مواردي که در نمونه برداري بايستي مد نظر قرار گيرند و توجه خاصي به آنها مبذول شود عبارتند از :
انحراف گمانه ، تغليظ (گل حفاري ) ، شسته شدن ، آلودگي (اتفاقي ) نمکي شدن ( غير عمدي ) ، ريزش گمانه و باز يابي کم ( از دست رفتي مغزه )

تاريخچه ي حفاري

تاريخچه حفر گمانه بسيار قديمي است و پيشينيان براي جستجوي آب دردشتها و دره‌ها به حفر گمانه مي‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه (گمانه) به صورت آرتزين خارج شده ويا چهارپايان کار آبکشي را انجام مي‌دادند.
تا آنجا که تاريخ نشان مي‌دهد قديميترينگمانه‌ها درچين حفر شده وسيستم حفاري ضربه‌اي که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار مي‌گيرد، همان طريقه قديمي است که در چين متداول بوده است. براي حفر گمانه به اعماق مختلف ، اقطار و در سنگهاي گوناگون ، وسايل و تجهيزات و ماشين آلات حفاري در انواع و استانداردهاي مختف با تکنولوژيهاي گوناگون متداول است.

روش هاي حفاري

حفاري مکانيکي
در اين روش ، به يکي از سه روش ضربه اي ،چرخشي يا ترکيبي از اين دو ، انرژي مکانيکي به سنگ منتقل مي شود . در اصطلاح عملياتي را که به روش مکانيکي موجب حفر چال در سنگ مي شوند حفاري مکانيکي مي گويند . امروزه 98 درصد حفاريها به روش مکانيکي حفر مي شوند . در معادن سطحي و حفاري هاي نيمه عميق و عميق عمدتاً از ماشين هاي حفاري چرخشي با مته هاي مخروطي شکل و ماشينهاي ضربه اي سنگين استفاده مي شود ؛ اما در معادن زير زميني يا به طور کلي درعمليات زير زميني از ماشين هاي ضربه اي استفاده مي گردد.
حفاري حرارتي
به طور کلي صرف نظر از نوع روش و منشا انرژي ، عملياتي را که به حفر چال در سنگ منجرمي شود ، نفوذپذيري مي نامند . در روش حرارتي ، به کمک انرژي حرارتي حاصل از آميختن هوا يا اکسيژن با يک نوع سوخت ، ترجيحا نفت سفيد ، نفوذ پذيري در سنگ صورت مي گيرد . هوا يا اکسيژن و سوخت از دو مجراي جداگانه به داخل مخزني واقع در پشت مته ارسال مي شوند و پس از اشتعال ، شعله حرارت را از طريق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل ميکند و حرارت نيز سطح سنگ را متورق و آماده جدايي مي کند . در نهايت ، به کمک فشارآب ، قطعات متورق جدا و به سطح زمين منتقل مي شوند .
حفاري آبي
در اين روش، با استفاده از فشار آب تامين شده در سطح ، حفر چاه امکان پذير مي گردد. در اينجا فشار آب با سايش سطح سنگ ، مقاومت سنگ را در هم مي شکند ، و بدين ترتيب ، حفاري صورت مي گيرد . اين روش با افزايش فشار آب ، در استخراج ذغال سنگ و ذخاير پلاسر نيزکاربرد دارد .
حفاري لرزشي
در اين روش با ايجاد لرزشهايي با فرکانس 100 تا 20000 دور در ثانيه مي توان سنگ را شکست . يکي از متداولترين روش هاي حفاري لرزشي ،روش حفاري مافوق صوت است .
حفاري شيميايي
در اين روش با استفاده از فعل وانفعالات شيميايي ناشي از انفجار مواد منفجره مي توان در طبقات حفاري کرد . معمولاًدر اين روش از دو نوع خرج استفاده مي شود :
1-خرج سيلندري که باعث حفر چالسيلندري مي شود .
2- خرج چالتراش که باعث افزايش قطر چال مي شود .
حفاري الکتريکي
در اين روش با توليد الکتريکي ستوني يا قوسي يا جرقه اي ، عمليات نفوذپذيري در سنگ انجام مي گيرد . در بعضي از اين روش ها با وجود بالا بودن درجه حرارت ، به دليل کوتاه بودن زمان تماس الکتريسته ، سنگ ذوب نمي شود ؛ اما در سايرروش ها به دليل بالا بودن درجه حرارت و طولاني بودن زمان تماس الکتريسته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ ، سنگ مي شکند .
حفاري ليزري
با اشعه ليزر مي توان تشعشعات الکترو مغناطيسي را به طور ستوني توليد کرد . اين نوع تشعشعات را مي توانبراي تبخير يا ذوب سنگ ، ايجاد شکستگي در سنگ و حفر چال استفاده کرد . با تاباندن امواج قوي ليزري ستوني به سطح سنگ ، مي توان باعث تبخير سطح سنگ ، و ذوب و شکستگي سنگ در اطراف محدوده ذوب شد . شعاع عملکرد اين مناطق به شدت و قدرت اشعه ليزر بستگي دارد.

انواع روشها و تکنيکهاي حفاريهاي مکانيکي

? مته دوراني (Ratary drill)
اين روش هم نمونه‌هاي خاک و سنگ را بدست مي‌دهدو هم نمونه‌هايي براي انواع آزمايشهاي برجا ايجاد مي‌کند. اين روش در حفر گمانه‌هاي غير قائم برايزهکشي افقي ياايجاد مهار کاربرد دارد.
ـ روش حفاري :
پيشروي توسط سر مته برنده که در انتهاي لوله حفاري قراردارد و تحت فشار هيدروليکي است، انجام مي‌شود. ديواره چاه را معمولا گل نگاه مي‌دارد.
ـ مزايا :
روشي نسبتا سريع است و مي‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. براي همه نوع نمونه گيري مناسب است.
ـ محدوديتها :جابجا کردن وسايل در زمينهاي ناهموار و باتلاقي مشکل است ومحتاج راه مناسب است. همچنين محتاج سکوي تسطيح شده است. کارآيي حفاري با توجه به اندازه دستگاه متغير است.
? حفاري ضربه‌اي
تنها در حفاري چاههاي آببکار مي‌رود. نمونه‌هاي شسته شده توسط گل‌کش ‌خارج مي‌شود. عمق تا سنگ بستر را مشخص مي‌کند.
ـ روش حفاري :
سر مته سنگين بالا آورده شده و رها مي‌شود تا مواد شکسته شده و يک مخلوطي از خرده‌ها و آب ايجاد شود که توسط گل‌کش با پمپهاي ماسه کش خارجمي‌شود. ديواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته مي‌شود.
ـ مزايا :
روشي نسبتا اقتصادي جهت تعبيه گمانه‌هاي با قطر زياد (تا 60سانتيمتر) در انواع مواد است.
ـ محدوديتها :ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهاي قوي و سنگ به کنديانجام مي‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشي از ضربات پر انرژي سر مته است، به شدت بر مقادير SPT تاثير مي‌گذارد. مغزه گيري و نمونه UD سنگ امکانپذير نيست.

دستگاه هاي حفاري اکتشافي

دستگاه‌هاي حفاري اكتشافي

دستگاه‌هاي حفاري بسته به اهداف مورد نظر در كار متنوع هستند و به‌طور كلي با توجه به تنوع در روش‌هاي حفر چاه‌هاي حفاري حدود 9 مدل از اين دستگاه‌ها توسط شركت‌هاي سازنده توليد مي‌شوند كه از آنها در حفاري‌هاي چاه آب، نفت، مطالعات ژئوتكنيكي، حفر چاه‌هاي انفجاري و مطالعات اكتشافي معادن استفاده مي‌‌كنند. اكثر اين دستگاه‌ها در حين حفاري سنگ‌هاي مسير را خرد كرده و خرده‌ سنگ‌ها از دهانه چاه خارج مي‌‌شوند (Percussion Drills) و در برخي از مدل‌ها نيز سنگ‌هاي مسير چاه سالم و با خردشدگي كم از چاه خارج مي‌شوند (Core Drills). در چند دهه گذشته حفاري‌هاي اكتشافي با دستگاه‌هاي مغزه‌گيري (Core Drill Rigs) انجام مي‌گرفته و عدم به‌كارگيري دستگاه‌هاي نوع Percussion به دو دليل اختلاط خرده سنگ‌هاي خروجي با سنگ ديواره چاه و عدم امكان بررسي‌هاي سنگ‌شناسي و ديگر مطالعات بر روي خرده سنگ‌هاي خروجي بوده است. در اينجا به آخرين روش‌هاي مورد استفاده در حفاري اكتشافي اشاره مي‌شود:
1- حفاري اكتشافي به روش RC:
اين روش در سال‌هاي اخير به‌تدريج جاي خود را در حفاري‌هاي اكتشافي ذخاير معدني باز كرده است. در اين روش براي عدم اختلاط خرده‌ سنگ‌هاي خروجي با ريزش‌هاي ديواره چاه، خرده سنگ‌ها با فشار هوا و يا آب از فضاي بين دو لوله به بيرون رانده شده و تماس با ديواره چاه نخواهند داشت، در مدل ديگري از اين دستگاه‌ها هواي فشرده و يا آب از فضاي بين دو لوله وارد چاه شده و خرده سنگ‌ها از فضاي لوله مركزي به بيرون از چاه هدايت مي‌شوند و بنابراين هيچ نوع آلودگي با سنگ‌هاي ديواره چاه ايجاد نمي‌شود. هم‌اينك بيش از نيمي از حفـــاري‌هاي اكتشافي در دنيــــا تـــوسط دستگاه‌هاي، (Reverse Circulation Drilling) RC انجام مي‌يابد، سرعت زياد و هزينه كمتر از جمله مزيت‌هاي عمده اين نوع دستگاه‌ها نسبت به دستگاه‌هاي مغزه‌گيري است و در هر پروژه اكتشافي جهت شناخت اوليه و سريع از ذخيره معدني مي‌توان حفاري را با اين روش آغاز كرد. درحال حاضر در پروژه‌هاي اكتشافي به‌منظور ايجاد سرعت و كم كردن هزينه‌هاي حفاري بيش از نيمي از چاه‌ها را با دستگاه‌هاي RC و بخش ديگر را با دستگاه‌هاي مغزه‌گيري حفر مي‌‌كنند.
البته اين روش معايبي نيز دارد مثلا در صورت افت و كم بودن فشار هوا ممكن است كاني‌هاي سنگين نظير طلا به ته چاه سقوط كنند و يا اينكه در صورتي كه كاني‌سازي در درزه‌هاي ريز باشد احتمال خروج كانه‌ها از خرده سنگ‌ها و سقوط آنها در چاه وجود دارد در حال حاضر حفاري RC تا عمق 500 متر نيز امكان‌پذير است.
2- حفاري چند جهتي و يا Directional Drilling Core:
در اين نوع روش حفاري پس از حفر كردن يك چاه در عمق مشخصي از چاه مذكور با توجه به اهداف موردنظر مي‌توان چاه‌هاي انحرافي ديگري حفر كرد و بنابراين با اين روش صرفه‌جويي زيادي در زمان و هزينه حفاري خواهد شد اين روش در چند سال اخير ابداع شده و هنوز به‌صورت گسترده در پروژه‌هاي اكتشافي در سطح جهان استفاده نمي‌شود و براي ذخاير لايه‌اي و يا رگه‌اي كاربرد بيشتري دارد در اين روش جهت كنترل كردن جهت حفاري در عمق از انواع ابزارهاي جانبي در دستگاه حفاري استفاده مي‌شود و از جمله مهمترين آنها Steerable Core Barrels است در حال حاضر با اين روش چاه‌هاي تا عمق 700 متر را مي‌توان حفر كرد.
3-. دستگاه‌هاي حفاري چند منظوره (Multipurpose Drill Rigs):
اين دستگاه‌ها كه معمولا برروي تراك نصب مي‌گردند، بنابه اهداف مور نظر حفاري ساخته مي‌شوند و در پروژه‌هاي اكتشافي كه دو روش حفاري و يا بيشتر مدنظر است به‌كار مي‌رونـد. متــداول‌ترين آنها دستگاه‌هاي حفــاري مغزه‌گيري المــاسه (Diamond Core Drilling) و RC هستند كه حفاري الماسه تا عمق 1300 متر و RC تا عمق 400 متر را نيز با اين‌گونه دستگاه‌ها مي‌توان انجام داد. البته لازم به ذكر است كه برخي از آخرين مدل‌هاي دستگاه‌هاي حفاري مغزه‌گيري تا عمق 3 هزار متري را نيز حفر مي‌كنند.
4- دستگاه‌هاي حفاري خاص:
جهت حفاري در مناطق صعب‌العبور و بدون راه دسترسي، دستگاه‌هاي حفاري ساخته شده كه قطعات آن در عرض يك ساعت باز شده و قطعات آن را با هليكوپتر به محل پروژه حمل مي‌كنند و قطعات باز شده را در مدت كوتاهي مي‌توان مونتاژ كرد، در مراحل اوليه اكتشاف از دستگاه‌هاي مغزه‌گيري پرتابل نيز مي‌توان استفاده كرد كه دستگاه‌هاي سبكي بوده و تا عمق 100 متر را حفاري مي‌‌كنند اين دستگاه‌ها را با هليكوپتر نيز حمل مي‌‌كنند به اين دستگاه‌ها Gopher گويند كه كاربردهاي مختلفي نيز دارند.

تجزيه نمونه ها :

نمونه هاي حاصل از حفاري و حفريات بايد از جنبه کمي در آزمايشگاه تجزيه شوند ، در اصطلاح معدنکاري به اين کار عيار سنجي مي گويند . در برخي موارد لزوم تعيين مقدار کمي عناصري که به ميزان بسيار اندک و ناچيز در نمونه وجود دارند ، ايجاب مي کند که اندازه گيري ها در سطح 1ppb (يک بر ميليارد ) دقت داشته باشند (درنمونه هاي کاني و کانسنگ کم عيار دقت استاندارد در حد 1ppm است و در اينجاست که انتخاب روش تجزيه مناسب از اهميت ويژه اي برخوردار است .

گمانه پيمايي:

گمانه ها علاوه بر بدست دادن مغزه ها يا تراشه ها ( نمونه هاي فيزيکي ) امکان دسترسي به اطلاعات اکتشافي مفيد ديگري را نيز فراهم مي آورند . در ابتدا ، از طريق بررسي هاي مهندسي و جهت يابي گمانه ، موقعيت ، شيب و ميزان انحراف گمانه تعيين مي شود که اين کار امکان برقراري يک ارتباط و همبستگي بين اطلاعات زمين شناختي را ميسر مي سازد . اين کار توسط کمپاس مغناطيسي ، ژيروسکوپ ، دوربين يا تلويزيون انجام مي شود . معمولا گمانه پيمايي با استفاده از روش هاي ژئوفيزيکي انجام مي گيرد. در اين روش يک سوند ، که وسيله حساسي است ، به داخل گمانه فرستاده مي شود و علائم و سيگنالها را از درون گمانه به يک دستگاه ثبات واقع در سطح زمين منتقل مي کند .
به کلي پيمايش گمانه ها ، تکميل کننده ي مغزه گيري است ، هزينه ها را کاهش مي دهد ، از تعداد گمانه هايي که بايد مغزه گيري شوند ، مي کاهد و شکاف اطلاعات اکتشافي ناشي از عدم بازيابي مغزه ها و يا گمانه هايي که مغزه گيري نشده اند را پر مي کنند . روش هاي متعدد ژئو فيزيکي به ويژه روشهاي الکترومغناطيسي ، الکتريکي ، پرتو سنجي و ثقلي در پيمايش گمانه ها مودر استفاده قرار مي گيرند
منابع:
1-http://forum.parsigold.com
2-http://www.oilmafia.com
3-پايگاه خبري تحليلي نفت و انرژي ايران و جهان
4-www.docufa.com
/خ