روشهای اکتشاف حفر ، تجزیه و پیمایش

پیمایش زمین شناختی : پیمایش زمین شناختی صحرایی یک فرایند عینی و مبتنی بر مشاهده است که بر روی مغزه های حفاری ، تراشه های حفاری یا قطعات کنده شده صورت می گیرد . آلودگی نمونه و بازیابی کم آنها مشکلات عمده ای هستند که در این روش وجود دارند . مغزه های حفاری را پس آ خروج از گمانه باید به دقت در جعبه ی مغزه ای به طول 1.5 متر و دقیقا به همان ترتیبی که از گمانه خارج می شوند ، قراد داد . پس از آن مغزه را در راستای طولی به دو نیم تقسیم می کندد ، یک نیمه برای مطالعات زمین شناختی نگه داری می شود و نیمه ی دیگر جهت تجزیه مورد استفاده قرار می گیرد . برای یک زمین شناس ماهر ، یک چکش و یک ذره بین جهت تعیین مشخصات سنگ شناسی و براوردهای اولیه ی توزیع عیار کفایت می کند . نتایج دقیق تر ، مستلزم تجزیه های آزمایشگاهی و مطالعات میکروسکوپیک مقاطع نازک صیقلی است .

حفر و حفاری :

ارئه مدارک قطعی دال بر وجود یک کانسار ایجاب می کند نمونه هایی که معرف کل کانسار باشد ، جمع آوری و تجزیه گردند . نمونه ها بایستی جتمع ، قابل اعتماد ، واقعی و از انظر آماری معنی دار باشند . نمونه ها از طریق کندن (حفر ) یا حفاری ( گمانه زنی ) بدست می آیند . در صورتی که کانسار در سطح زمین یا در اعماق بسیار کم قرار گرفته باشد ، باز کننده ای از سطح به شکل کانال ، گودال یا ترانشه حفر می شود . برای کارهای بزرگ جهت حفر باز کننده از بولدوزر یا ماشین های مشابه و در صورت لزوم از آتشباری استفاده می شود . در صورتی که کانسار در اعماق متوسط یا زیاد واقع باشد ، نمونه ها از طریق حفاری گمانه ها از سطح یا حفر فضا های کوچک مقطع نظیر تونل یا چاه در داخل ماده معدنی به دست می آیند .
انتخاب مناسب ترین روش حفر یا حفاری به منظور نمونه بردری از یک کانسار از یک روند درست و منطقی تبعیت می کند . در جریان یک کار نمونه برداری با درجه اطمینان بالا ، نمونه برداری از طریق حفاری بسیار مناسب تر از حفریات است . مواردی که در نمونه برداری بایستی مد نظر قرار گیرند و توجه خاصی به آنها مبذول شود عبارتند از :
انحراف گمانه ، تغلیظ (گل حفاری ) ، شسته شدن ، آلودگی (اتفاقی ) نمکی شدن ( غیر عمدی ) ، ریزش گمانه و باز یابی کم ( از دست رفتی مغزه )

تاریخچه ی حفاری

تاریخچه حفر گمانه بسیار قدیمی است و پیشینیان برای جستجوی آب دردشتها و دره‌ها به حفر گمانه می‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه (گمانه) به صورت آرتزین خارج شده ویا چهارپایان کار آبکشی را انجام می‌دادند.
تا آنجا که تاریخ نشان می‌دهد قدیمیترینگمانه‌ها درچین حفر شده وسیستم حفاری ضربه‌ای که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، همان طریقه قدیمی است که در چین متداول بوده است. برای حفر گمانه به اعماق مختلف ، اقطار و در سنگهای گوناگون ، وسایل و تجهیزات و ماشین آلات حفاری در انواع و استانداردهای مختف با تکنولوژیهای گوناگون متداول است.

روش های حفاری

حفاری مکانیکی
در این روش ، به یکی از سه روش ضربه ای ،چرخشی یا ترکیبی از این دو ، انرژی مکانیکی به سنگ منتقل می شود . در اصطلاح عملیاتی را که به روش مکانیکی موجب حفر چال در سنگ می شوند حفاری مکانیکی می گویند . امروزه ۹۸ درصد حفاریها به روش مکانیکی حفر می شوند . در معادن سطحی و حفاری های نیمه عمیق و عمیق عمدتاً از ماشین های حفاری چرخشی با مته های مخروطی شکل و ماشینهای ضربه ای سنگین استفاده می شود ؛ اما در معادن زیر زمینی یا به طور کلی درعملیات زیر زمینی از ماشین های ضربه ای استفاده می گردد.
حفاری حرارتی
به طور کلی صرف نظر از نوع روش و منشا انرژی ، عملیاتی را که به حفر چال در سنگ منجرمی شود ، نفوذپذیری می نامند . در روش حرارتی ، به کمک انرژی حرارتی حاصل از آمیختن هوا یا اکسیژن با یک نوع سوخت ، ترجیحا نفت سفید ، نفوذ پذیری در سنگ صورت می گیرد . هوا یا اکسیژن و سوخت از دو مجرای جداگانه به داخل مخزنی واقع در پشت مته ارسال می شوند و پس از اشتعال ، شعله حرارت را از طریق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل میکند و حرارت نیز سطح سنگ را متورق و آماده جدایی می کند . در نهایت ، به کمک فشارآب ، قطعات متورق جدا و به سطح زمین منتقل می شوند .
حفاری آبی
در این روش، با استفاده از فشار آب تامین شده در سطح ، حفر چاه امکان پذیر می گردد. در اینجا فشار آب با سایش سطح سنگ ، مقاومت سنگ را در هم می شکند ، و بدین ترتیب ، حفاری صورت می گیرد . این روش با افزایش فشار آب ، در استخراج ذغال سنگ و ذخایر پلاسر نیزکاربرد دارد .
حفاری لرزشی
در این روش با ایجاد لرزشهایی با فرکانس ۱۰۰ تا ۲۰۰۰۰ دور در ثانیه می توان سنگ را شکست . یکی از متداولترین روش های حفاری لرزشی ،روش حفاری مافوق صوت است .
حفاری شیمیایی
در این روش با استفاده از فعل وانفعالات شیمیایی ناشی از انفجار مواد منفجره می توان در طبقات حفاری کرد . معمولاًدر این روش از دو نوع خرج استفاده می شود :
۱-خرج سیلندری که باعث حفر چالسیلندری می شود .
۲- خرج چالتراش که باعث افزایش قطر چال می شود .
حفاری الکتریکی
در این روش با تولید الکتریکی ستونی یا قوسی یا جرقه ای ، عملیات نفوذپذیری در سنگ انجام می گیرد . در بعضی از این روش ها با وجود بالا بودن درجه حرارت ، به دلیل کوتاه بودن زمان تماس الکتریسته ، سنگ ذوب نمی شود ؛ اما در سایرروش ها به دلیل بالا بودن درجه حرارت و طولانی بودن زمان تماس الکتریسته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ ، سنگ می شکند .
حفاری لیزری
با اشعه لیزر می توان تشعشعات الکترو مغناطیسی را به طور ستونی تولید کرد . این نوع تشعشعات را می توانبرای تبخیر یا ذوب سنگ ، ایجاد شکستگی در سنگ و حفر چال استفاده کرد . با تاباندن امواج قوی لیزری ستونی به سطح سنگ ، می توان باعث تبخیر سطح سنگ ، و ذوب و شکستگی سنگ در اطراف محدوده ذوب شد . شعاع عملکرد این مناطق به شدت و قدرت اشعه لیزر بستگی دارد.

انواع روشها و تکنیکهای حفاریهای مکانیکی

▪ مته دورانی (Ratary drill)
این روش هم نمونه‌های خاک و سنگ را بدست می‌دهدو هم نمونه‌هایی برای انواع آزمایشهای برجا ایجاد می‌کند. این روش در حفر گمانه‌های غیر قائم برایزهکشی افقی یاایجاد مهار کاربرد دارد.
ـ روش حفاری :
پیشروی توسط سر مته برنده که در انتهای لوله حفاری قراردارد و تحت فشار هیدرولیکی است، انجام می‌شود. دیواره چاه را معمولا گل نگاه می‌دارد.
ـ مزایا :
روشی نسبتا سریع است و می‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. برای همه نوع نمونه گیری مناسب است.
ـ محدودیتها :جابجا کردن وسایل در زمینهای ناهموار و باتلاقی مشکل است ومحتاج راه مناسب است. همچنین محتاج سکوی تسطیح شده است. کارآیی حفاری با توجه به اندازه دستگاه متغیر است.
▪ حفاری ضربه‌ای
تنها در حفاری چاههای آببکار می‌رود. نمونه‌های شسته شده توسط گل‌کش ‌خارج می‌شود. عمق تا سنگ بستر را مشخص می‌کند.
ـ روش حفاری :
سر مته سنگین بالا آورده شده و رها می‌شود تا مواد شکسته شده و یک مخلوطی از خرده‌ها و آب ایجاد شود که توسط گل‌کش با پمپهای ماسه کش خارجمی‌شود. دیواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته می‌شود.
ـ مزایا :
روشی نسبتا اقتصادی جهت تعبیه گمانه‌های با قطر زیاد (تا ۶۰سانتیمتر) در انواع مواد است.
ـ محدودیتها :ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهای قوی و سنگ به کندیانجام می‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشی از ضربات پر انرژی سر مته است، به شدت بر مقادیر SPT تاثیر می‌گذارد. مغزه گیری و نمونه UD سنگ امکانپذیر نیست.

دستگاه های حفاری اکتشافی

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

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.

تجزیه نمونه ها :

نمونه های حاصل از حفاری و حفریات باید از جنبه کمی در آزمایشگاه تجزیه شوند ، در اصطلاح معدنکاری به این کار عیار سنجی می گویند . در برخی موارد لزوم تعیین مقدار کمی عناصری که به میزان بسیار اندک و ناچیز در نمونه وجود دارند ، ایجاب می کند که اندازه گیری ها در سطح 1ppb (یک بر میلیارد ) دقت داشته باشند (درنمونه های کانی و کانسنگ کم عیار دقت استاندارد در حد 1ppm است و در اینجاست که انتخاب روش تجزیه مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

گمانه پیمایی:

گمانه ها علاوه بر بدست دادن مغزه ها یا تراشه ها ( نمونه های فیزیکی ) امکان دسترسی به اطلاعات اکتشافی مفید دیگری را نیز فراهم می آورند . در ابتدا ، از طریق بررسی های مهندسی و جهت یابی گمانه ، موقعیت ، شیب و میزان انحراف گمانه تعیین می شود که این کار امکان برقراری یک ارتباط و همبستگی بین اطلاعات زمین شناختی را میسر می سازد . این کار توسط کمپاس مغناطیسی ، ژیروسکوپ ، دوربین یا تلویزیون انجام می شود . معمولا گمانه پیمایی با استفاده از روش های ژئوفیزیکی انجام می گیرد. در این روش یک سوند ، که وسیله حساسی است ، به داخل گمانه فرستاده می شود و علائم و سیگنالها را از درون گمانه به یک دستگاه ثبات واقع در سطح زمین منتقل می کند .
به کلی پیمایش گمانه ها ، تکمیل کننده ی مغزه گیری است ، هزینه ها را کاهش می دهد ، از تعداد گمانه هایی که باید مغزه گیری شوند ، می کاهد و شکاف اطلاعات اکتشافی ناشی از عدم بازیابی مغزه ها و یا گمانه هایی که مغزه گیری نشده اند را پر می کنند . روش های متعدد ژئو فیزیکی به ویژه روشهای الکترومغناطیسی ، الکتریکی ، پرتو سنجی و ثقلی در پیمایش گمانه ها مودر استفاده قرار می گیرند
منابع:
1-http://forum.parsigold.com
2-http://www.oilmafia.com
3-پایگاه خبری تحلیلی نفت و انرژی ایران و جهان
4-www.docufa.com
/خ