با نگاهی به قابلیت های دستگاه حفاری هیدرولیک RG-2500

آشنایی با دستگاه حفاری هیدرولیک (دستگاه حفاری مغزه گیری) و اهمیت تنظیم پارامترها

در دنیای اکتشافات معدنی و مطالعات زیرسطحی، عملیات گمانه زنی و استخراج مغزه (مغزه گیری)، نقشی حیاتی در تصمیم‌گیری‌های مهندسی و زمین‌شناسی ایفا می‌کند. کیفیت اطلاعات به‌دست‌آمده از یک گمانه اکتشافی، به طور مستقیم به عملکرد صحیح دستگاه حفاری هیدرولیک و نحوه تنظیم پارامترهای آن وابسته است. یک دستگاه حفاری مغزه گیری مدرن، مانند دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500 ، به اپراتور این امکان را می‌دهد تا با تنظیم دقیق پارامتر های حفاری، ضمن افزایش راندمان، بالاترین درصد بازیابی مغزه را تضمین کند. در این نوشتار، به بررسی اصول تنظیم این پارامترها برای بهره‌وری حداکثری از یک دستگاه حفاری اکتشافی مغزه گیری خواهیم پرداخت.

دستگاه حفاری هیدرولیکبه دلیل دقت بالا و قابلیت اعمال کنترل پیوسته بر پارامترها، به گزینه اول در پروژه‌های حفاری اکتشافی سطحی و عمیق تبدیل شده است. این امر آنقدرمهم و حیاتی است که بیشتر کارفرمایان استفاده از دستگاه حفاری مغزه گیری تمام هیدرولیک را اجباری کرده اند. در فرآیند گمانه زنی با هدف مغزه‌گیری، برخلاف حفاری‌های معمولی، تمرکز اصلی بر حفظ سلامت و یکپارچگی مغزه (کر) است. یک دستگاه حفاری مغزه گیری اکتشافی پیشرفته مانند (دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500 ) با بهره‌گیری از سیستم‌های هیدرولیک پیشرفته، امکان تنظیم آنی و دقیق پارامترها را فراهم می‌آورد. در ادامه، به بررسی این پارامترها در حین حفاری یک گمانه اکتشافی می‌پردازیم.

پارامترهای اصلی در حفاری مغزه‌گیری

برای درک نحوه تنظیم، ابتدا باید با پارامتر های اصلی عملیات حفاری مغزه گیری که با یک  دستگاه حفاری هیدرولیک تنظیم می شوند آشنا شویم:

  سرعت چرخش(RPM) : تعداد دور رشته حفاری و مته.

  وزن روی مته (WOB):  میزان فشاری خالصی که توسط سیستم هیدرولیک دستگاه حفاری مغزه گیری روی مته اعمال می شود.

  دبی سیال حفاری (Mud Flow) : حجم سیال پمپاژ شده به درون گمانه برای روان سازی، خنک کاری و تخلیه کاتینگ.

  نرخ نفوذ (ROP): سرعت پیشروی حفاری که نتیجه نهایی تنظیم سایر پارامترها است.

راهنمای گام به گام تنظیم پارامترها به نگاهی به قابلیت های دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500

تنظیم پارامترهای حفاری یک فرآیند پویا و مبتنی بر بازخورد از درون گمانه است. در این بخش، تنظیمات را با نگاهی به قابلیت‌های یک دستگاه حفاری اکتشافی کلاس عمیق  RG-2500  بررسی می‌کنیم.

 تنظیم سرعت چرخش (RPM)  در دستگاه حفاری هیدرولیک مغزه گیری

سرعت چرخش مته باید بر اساس سایز حفاری (Pq,Hq,Nq,Bq)، مشخصات سنگ ( از جمله سختی، میزان شکستگی و …)  و توصیه سازنده مته تنظیم شود.  سیستم هیدرولیک دستگاه حفاری مغزه گیری RG-2500 این امکان را به کاربر می دهد تا دور رشته حفاری را از 0 تا 1300 دور در دقیقه به صورت پیوسته و طبق نیاز کاربر تنظیم نماید. این کار از طریق 2 ولوم و یک شیر یک جهته انجام می شود. عملکرد یه این صورت است که با شیر اهرمی دستی یک طرفه دو ولوم فوق به مدار وارد می شوند. ولوم اول از طریق فشار بر سیستم پایلوت هیدرولیک دستگاه حفاری مغزه گیری باعث باز شدن مجرای روغن هیدرولیک شده و روغن را به سمت چرخش اسپیندل هدایت می کند. با چرخش این ولوم سرعت چرخش طبق نیاز کاربر تنظیم می شود. علاوه بر این ولوم دومی هم وجود دارد که از طریق فشار پایلوت بر روی هیدروموتور اسپیندل که از نوع سرکج و واریابل هستند، باعث افزایش و کاهش دور رشته حفاری می شود. علاوه بر سیستم هیدرولیک گیربکس 4 دنده نصب شده بر روی دستگاه نیز سرعت را کاهش و افزایش می دهد و به کاربر اجازه می دهد تا گشتاور و دور صحیح را بر روی مته اعمال کند.

به طور کلی برای تعیین سرعت چرخش مته شرایط کلی زیر را باید در نظر گرفت:

هر چه سنگ سخت تر و یکپارچه تر باشد کاربر مجاز به استفاده از دور های بالاتر می باشد.

هر چه از یکپارچگی سنگ کم شود و میزان شکشتگی سنگ افزایش یابت کاربر می بایست دور حفاری را تا نصف حالت استاندارد کاهش دهد.

شرایط داخل گمانه و حفاری به طور مدام در حال تغییر است و کاربر می بایست به صورت مداوم وضعیت گمانه و شرایط حفاری را پایش کرده و نسبت به تنظیم صحیح سرعت چرخش مته تصمیم گیری کند. چرا که شرایط زیادی در داخل گمانه ایجاد می شود که باعث ایجاد محدودیت در سرعت چرخش مته می شود. از جمله این عوامل آب خور بودن گمانه است. در صورتی که گمانه به صورت کامل آبخور باشد، شرایط حفاری تغییر کرده و امکان استفاده از دور حداکثر برای حفاری وجود ندارد. ریزشی بودن گمانه، درصد بازیابی مغزه، نوع تاج مته و شرایط بسیاری دیگر حداکثر سرعت حفاری را محدود می کند.

تنظیم وزن خالص روی مته در دستگاه حفاری مغزه گیری RG-2500

وزن روی مته مهم‌ترین عامل درگیر کردن مته با سنگ در عملیات حفاری مغزه گیری است. دستگاه حفاری هیدرولیک RG-2500با نمایشگرهای دیجیتال دقیق، پایش لحظه‌ای وزن خالص روی مته را ممکن می‌سازد. تنظیم دقیق و پیوسته وزن روی مته، ایجاد یک نرخ نفوذ ثابت و بدون وابستگی به شرایط گمانه از جمله ویژگی های کلیدی دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500 است.

دستگاه حفاری کلاس عمیق RG-2500 دارای 3 ولوم و یک شیر اهرمی دستی برای تنظیم وزن صحیح روی مته است.

با استفاده از شیر اهرم دستی مدار هیدرولیک تنظیم وزن روی مته وارد مدار می شود. RG-2500 3 ولوم برای تنظیم وزن روی مته دارد. ولوم اول با ایجاد فشار برروی مته باعث تامین وزن روی مته می شود. این ولوم زمانی کارایی خود را نشان می دهد که هنوز وزن لوله ها به حد کافی برای ایجاد وزن استاندارد بر روی مته نباشد. ولوم دیگر برای مهار وزن لوله ها است. زمانیکه وزن لوله ها بیشتر از حد مورد نیاز در حفاری باشد. حفار های با تجربه معمولا به این ولوم بالانس می گویند. ولوم سوم صرفا یک شیر هیدرولیک است که مسیر روغن عبوری به جک اصلی دستگاه را کنترل می کند و هیچ گونه وزن و یا فشاری بر روی مته اعمال نمی کند.

به طور خلاصه وزن خالص روی مته در دستگاه حفاری مغزه گیری کلاس عمیق  RG-2500 از تفاضل فشار ایجاد شده توسط دو ولوم وزن روی و بالانس مته حاصل می شود. ضمن اینکه از طریق ولوم سوم بدون تغییر در تنظیمات دو ولوم اول امکان تغییر میزان پیشروی به صورت ثابت وجود دارد.

پایش لحظه ای گیج های فشار دستگاه حین حفاری یک امر ضروری توسط حفار است که می بایست به صورت پیوسته انجام شود. چرا که هر تغییر در شرایط داخل گمانه باعث ایجاد تغییر در گیج های فشار شده و حفار از این طریق می تواند از شرایط داخل گمانه مطلع شود. به طور مثال افزایش ناگهانی فشار در پمپ مادر نشان می دهد که رشته حفاری به گشتاور زیادی نیاز دارد که این امر می تواند به معنی گیرش لوله ها داخل گمانه باشد. تغییر ناگهانی در دور رشته حفاری، کاهش شدید نرخ نفوذ، کاهش میزان آب برگشتی و شرایط بسیاری دیگر می تواند بیانگر ایجاد مشکل داخل گمانه باشد. یک اپراتور ماهر در دستگاه حفاری هیدرولیک مغزه گیری می بایست به سرعت نسبت به این شرایط واکنش نشان دهد.

تنظیم دبی سیال حفاری با استفاده از دستگاه حفاری هیدرولیک RG-2500

سیال حفاری و یا گل حفاری یکی از مهمترین ملزومات در کلیه روش های حفاری است. هدف  استفاده از سیال حفاری مواردی زیر است:

• خنک کردن مته و جلوگیری از سوختن مته
• خارج کردن براده های حفاری یا اصلاحا کاتینگ از داخل گمانه
• روانسازی رشته حفاری در داخل گمانه
• پایدار سازی شرایط جداره گمانه

یکی از موارد پر هزینه در حفاری گل حفاری و یا سیال حفاری است. بنابراین استفاده هر چه کمتر از گل حفاری باعث کاهش هزینه های حفاری می شود. اما برای ایجاد یک شرایط پایدار در داخل گمانه می بایست یک حداقل دبی از گل حفاری در داخل گمانه جریان داشته باشد. استفاده از میزان گل حفاری زیاد با دبی بیشتر از حالت طبیعی نیز باعث ایجاد مشکلاتی در داخل گمانه از جمله فرسایش جداره گمانه، کاهش درصد بازیابی مغزه، کاهش شاخص یکپارچگی سنگ RQD، سایش بیش  از حد مته و مشکلات عدیده ای در داخل گمانه می شود. بنابراین می بایست در استفاده از سیال حفاری به حداقل میزان آن اکتفا شود.

در دستگاه حفاری RG-2500 امکان تنظیم میزان دبی سیال حفاری از صفر تا 100 درصد حداکثر دبی مورد نیاز در حفاری وجود دارد.

RG-2500 دارای یک ولوم و یک شیر ربع گرد به منظور تنظیم صحیح دبی گل حفاری است. روش تنظیم به این گونه است که حفار با استفاده از دو شیر مذکور در دستگاه حفاری مغزه گیری RG-2500 می تواند دبی حفاری را از صفر  لیتر در دقیقه تا 140 لیتر در دقیقه تنظیم نماید. سیستم هیدرولیک تغذیه کننده پمپ گل به گونه ای طراحی شده است که استفاده از پمپ گل هیچ گونه اثری بر سایر قسمت های هیدرولیک دستگاه نداشته باشد.

استفاده از گل حفاری در دستگاه حفاری مغزه گیری هیدرولیک دارای استاندارد های مشخص است به عنوان مثال حداکثر دبی زمانی که حفاری با سایز HQ در حال انجام است به میزان 35 تا 45 لیتر در قیقه کافی است. برای سایز های حفاری مثل NQو PQ هم استاندارد های مشابهی وجود دارد.

استفاده از سایر افزودنی های مجاز هم بستگی به شرایط داخل گمانه دارد. غلظت و چگالی گل حفاری نیز از جمله پارامتر های مهمی است که یک حفار با تجربه می بایست به خوبی تنظیم کند. برای نیل به این اهداف استفاده از افزودنی هایی چون سوپر میکس، سی ام سی، بنتونیت و سایر افزودنی ها لازم و ضروری است.

پایش لحظه ای پارامتر های حفاری در دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500

نرخ پیشروی و گشتاور، علائم حیاتی  در حین عملیات حفاری مغزه گیری هستند. دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500به سنسورهایی مجهز است که تغییرات این پارامترها را ثبت کرده و به کاربر به صورت برخط نمایش می دهد.

نرخ پیشروی ثابت نشانگر این است که عملیات حفاری به صورت صحیح در حال انجام است. در این حالت چرخش لوله ها با سرعت ثابت به میزان ثابتی از گشتاور نیاز دارد. بنابر این هر گونه تغییر در این سه پارامتر یعنی نرخ پیشروی، گشتاور و سرعت چرخش مته می تواند باعث بروز مشکل در حین عملیات حفاری شود. بنابراین در صورت بروز هر یک از این شرایط حفار می بایست به سرعت واکنش نشان داده و شرایط را تحت کنترل خود نگه دارد.

تنظیم پارامترهای دستگاه حفاری مغزه گیری یک فرآیند پویا و نیازمند تجربه است. با رعایت اصول زیر می توان با دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500 به نتایج مطلوب در پروژه‌های حفاری اکتشافی مغزه گیری دست یافت:

 آغاز با احتیاط همیشه با پارامترهای پیشنهادی سازنده دستگاه حفاری هیدرولیک  شروع کنید.

با پایش مداوم گیج‌ها، رصد کردن کاتینگ خروجی از گمانه و شنیدن صدای دستگاه حفاری مغزه گیری شرایط حفاری را زیر نظر داشته باشید.

با ثبت دقیق تمامی پارامترها و تغییرات آن‌ها در دفترچه مخصوص دانش و تجربه خود را مستند کنید. این اطلاعات برای پروژه‌های آینده جفاری مغزه گیری اکتشافی بسیار ارزشمند است.

  تغییرات تدریجی نشانه یک حفار با تجربه است. هیچ پارامتری را ناگهانی تغییر ندهید تا به دستگاه حفاری اکتشافی، مغزه و جداره گمانه آسیب نرسد.

مشاهده مغزه و توجه به پارامتر های آن بهترین مشاور شما است. خود مغزه‌ای است که از عمق گمانه به دست می‌آید به خوبی گویای شرایط داخل گمانه است. ویژگی هایی چون سختی، یکپارچگی، جنس سنگ، میزان خردایش و … می تواند به شما در تنظیم صحیح پارامتر های حفاری کمک کند.

با به کارگیری این اصول بر روی دستگاه حفاری اکتشافی RG-2500،  می‌توانید راندمان حفاری را افزایش داده و نمونه‌هایی با کیفیت عالی برای آنالیزهای دقیق‌تر زمین‌شناسی فراهم آورید. انتخاب یک دستگاه حفاری هیدرولیک قدرتمند و قابل اعتماد، اولین گام برای موفقیت در هر پروژه گمانه زنی است.