دانلود مقاله اهداف نهایی حفاری

اهداف حفاری: برقراری ارتباط از یک بخش معدن به بخش دیگری از آن (حفاری معدنی) اکتشاف کانیهای مفید (اکتشافی) دستیابی به نمونه های داخل زمین و مطالعات زمین شناسی انفجار و دسترسی به مواد معدنی جهت استخراج معدنی دسترسی به آب ،‌نفت،‌گاز وسایر مواد معدنی و استخراج آنها روش های اکتشافی مقدم بر حفاری:‌ روش های ژئوفیزیکی: شامل گرانی سنجی،‌مغناطیس سنجی و لرزه نگاری که در اکتشاف نفت به کار میرود.

روش های مگنتومتری زمینی و هوایی که در اکتشاف کانسارهای آهن از اهمیت خاصی برخوردار است.

روش های ژئوالکتریک در مطالعات هیدرولوژی و آب شناسی رادیومتری از خاصیت رادیواکتیویته بعضی از عناصر توسط دستگاههای نظیر "گایگرسلر" یا "گایگر کانتور" برای اکتشاف آنها مورد استفاده می شود.

ژئوشیمی با نمونه برداری های مختلف از آبهای جاری، راکد،‌ گیاهان، خاک، رسوبات رودخانه ای و ...

جهت عناصر محتلف که قبل از شروع حفاری به عمل می آید به ترتیب اجرا به شرح زیر خواهد بود: اقداماتی که قبل از شروع حفاری به عمل می آید، به ترتیب اجرا به شرح زیر خواهد بود: جمع آوری اطلاعات و مفروضات لازم برای طراحی چاه و مطالعه و بررسی دقیق آنها طراحی نمودن یک چاه فرضی که در بین چند حلقه چاه یک ناحیه ابعادی متوسط داشته باشند طراحی نمودن شامل موارد زیر است: 1-2- طراحی انواع سیال حفاری شامل (نوع، اعماقی که مورد استفاده قرار می گیرد، خواص فیزیکی سیال؛ نوع و مقدار و هزینه مواد مورد نیاز جهت تهیه و نگهداری سیال، روش تهیه و نگهداری سیال و...) 2-2- طراحی لوله های جداری (شامل: اندازه لوله و عمق نصب آن، نوع لوله، مقدار و هزینه لوله های جداری و وسایل مورد نیاز برای نصب و سیمانکاری آن، برنامه سیمان کاری، آزمایش دستگاههای کنترل فوران و...) 3-2- طراحی مته های حفاری (شامل :‌اندازه، نوع، تعداد ،‌اندازه فواره مته،‌وزن روی مته، دور آن، هزینه و...) 4-2- طراحی رشته حفاری (شامل: اندازه و نوع لوله حفاری، لوله های طوق مته (لوله های اضافی) وسایل کنترل کننده انحراف و...

5-2- طراحی جریان گل حفاری (شامل: میزان جریان، قدرت هیدرولیکی مورد نیاز، اندازه فواره مته ،‌سرعت سیال در فواره مته ، سرعت سیال در فضای حلقوی و...) 6-2- برآورد زمان مورد نیاز برای اجرای برنامه حفاری یک حلقه چاه، تهیه برنامه زمان بندی عملیات حفر چند حلقه چاه.

3) برآورد مقدار مواد و مصالح مورد نیاز یک حلقه چاه فرضی و بر اساس آن تدوین برنامه دریافت و مصرف مواد مورد نیاز کلیه چاهها.

4) انتخاب دستگاههای حفاری مناسب که قادر به حفر چاههای برنامه ریزی شده باشد،‌انتخاب سیستم کنترل فوران ، اقدام به موقع برای تامین آنها.

5) برآورد بودجه مورد نیاز عملیات و تهیه و برنامه زمان بندی دریافت و مصرف آن.

6) پیاده نمودن محل چاهها در روی زمین ،‌اقدام به موقع جهت احداث جاده و محل چاه با حصول اطمینان از امکان تامین به موقع آب مصرفی و سوخت مواد غذایی و آب نوشیدنی و...

7) پیگیری مداوم اقدامات فوق الذکر تا حصول به نتیجه نهایی در محدوده زمانی تعیین شده 8) تهیه برنامه حفاری چاه در آخرین فرصت مناسب قبل از شروع عملیات جهت اجتناب از دوباره کاری.

وظیفه مهندسین حفاری در یک شرکت صاحبکار عبارتست از طراحی برنامه ریزی چاهها، برآورد احتیاجات به مواد و مصالح و دستگاهها، هدایت عملیات بر اساس مدون و نظارت بر کار پیمانکاران حفاری و شرکت های سرویس دهنده.

مهندسین حفاری می بایستی کاملا به تکنولوژی حفاری و خدمات جنبی آن آشنایی داشته و بتوانند به سرعت و با قاطعیت تصمیمات صحیح اتخاذ نمایند و کارکنان پیمانکار و شرکت های سرویس دهنده را که اکثراً دارای تخصص یدی و فاقد دانش مهندسی کافی می باشند،‌هدایت نمایند.

تقسیم بندی چاهها بر حسب مورد استفاده: چاهها را از نظر مورد استفاده به سه گروه زیر تقسیم بندی می کنند: چاهها اکتشافی چاههای استخراجی چاههای تکنیکی چاههای اکتشافی: این گونه چاهها به منظور کشف ماده معدنی و یا جهت به دست آوردن اطلاعات زمین شناسی حفر می گردد و برحسب موارد اختصاصی آنها به چند زیر گروه تقسیم می شوند: چاههایی که به منظور پیدا کردن سنگ بستر و مشخص نمودن آن روی نقشه حفاری می شوند.

چاههایی که به منظور پیدا کردن شواهدی مبنی بر وجود یا عدم وجود کانی از یک محدوده خاص حفر می گردند.

چالهایی که به منظور پی بردن به خواص فیزیکی و مکانیکی خاک یا سنگ و تهیه نمونه های آلتره نشده و اندازه گیری مقاومت آنها حفر می گردند.

چاههای هیدرولوژی که به منظور بررسی آبهای زیر زمینی و نحوه حرکت آنها استفاده میشود.

چالهای ژئوفیزیکی در روش لرزه نگاری چالهای ساختمانهای که به منظور کسب اطلاع از وضعیت و موقعیت ساختارهای زیر زمینی مثل درزو شکاف و..

حفر می شوند.

چالهایی که به منظور جمع آوری اطلاعات زمین شناسی و نحوه قرار گیری لایه ها در اکتشاف نفت حفر می شوند.

چاههای استخراجی: این چاهها جهت استخراج ماده معدنی، گاز و مایع (آب و نفت) حفر می گردند و مهمترین آنها عبارتند از: چاههای آب: که جهت تولید آب به منظور تامین آب مورد نیاز برای صنعت، کشاورزی و آشامیدنی حفر می شوند .

چاههای نفت و گاز:‌این چاهها جهت استخراج نفت و گاز حفاری می شود.

چاههایی که جهت تبدیل زغال به نفت یا گاز در اعماق زمین حفاری می شوند.

چاههای ژئوتکنیکی: به چاههای اطلاق می شود که جهت استخراج زغال، نمک‌، سولفور با استفاده از بخار آب یا محلولهای شیمیایی حفر می گردند.

چالهای انفجاری: به چالهایی اطلاق می شود که جهت جایگذاری مواد منفجره حفاری می گردند تا از طریق انفجار این چالها موجب شکستن و خرد شدن سنگها، کانیها، و زغال سنگ ها فراهم گردد و در ضمن بارگیری سهلتر و ارزانتر تمام شود.

این چالها در معادن زیر زمینی و معادن روباز کاربرد فراوانی دارند.

شفت به چاه قائم یا شیب داری گفته می شود که جهت استخراج زغال سنگ و سایر مواد معدنی حفر می شود.

چالهای تکنیکی: برخی از چالهای تکنیکی عبارتند از: چالهای استحکامی : این چالها جهت تزریق سیمان، رزین و سایر مواد مشابه به درون درز و شکاف سنگ به منظور افزایش مقاومت سنگ حفاری می شود.

چالهای آبکشی، این چالها به منظور خارج کردن آب از محل استخراج ایجاد می شوند.

چالهای منجمد، این چالها در اطراف شفت ها حفر شده و به منظور جلوگیری از عدم ورود آب به داخل شفت، آب داخل چاهها را به کمک سیستم خاصی منجمد می نمایند.

چاههای تزریقی: به چاههایی گفته می شود که از طریق آن می توان گاز، بخار آب به روی مخزن نفت تزریق نموده، بدین جهت موجب کاهش گرانروی نفت گردید و تولید آن را افزایش داد.

چاههای مشاهده ای: این گونه چاهها به منظور مشاهده آب و تعیین اختلاف فشار آن حفاری می شوند.

چاههای تخلیه گاز : به چاههایی گفته می شود که جهت خروج گازهای مضر از رگه زغال در معادن زیرزمینی، حفر می گردند همچنین از این چالها به منظور کنترل خاک از طریق تزریق آب، به جبهه استخراج و مرطوب نگه داشتن این محدوده استفاده می شود.

چالهای پیشتاز: به چالهایی اطلاق می شود که معمولا به منظور پی بردن به کیفیت سنگ و شرایط آب موجود در طبقات حفر می شوند.

چالهایی که در مرکز آرایش چالهای انفجاری و به منظور ایجاد فضای آزادی ثانویه برای انفجار اصلی حفر می شوند.

انتخاب آرایش چالها: آرایشی که جهت حفر چالهای انفجاری در معادن به کار برده می شود، بستگی به نوع سیستم حفاری، نوع ماده منفجره، عمق چال، نوع سنگ و ماکزیمم اندازه ای که سنگهای منفجره می تواند داشته باشند ( از نظر حمل و سنگ شکن) دارد.

چالهایی به قطر کم و با فاصله نزدیک معمولا برای سنگ های سخت و متراکم منظور می شوند.

چالهای با قطر زیاد موجب افزایش مصرف مواد منفجره در حال چال خواهند شد و لذا این امکان وجود خواهد داشت که فواصل چاهها دورتر انتخاب شوند و نتیجتا از هزینه های حفاری کاسته شود.

به طور کلی در سنگ های سخت چالها نزدیک به هم و هم در سنگ های دارای درجه سختی کمتر فواصل آنها معمولا کمتر انتخاب می شوند.

در چالهایی که به منظور انفجار حفاری می شوند باید دو پارامتر ذیل را مورد توجه قرار داد: A: متر مکعب ( یارد مکعب) از سنگ به ازای هر متر ( فوت) از چال ( به صورت خطی) حفر خواهند شد.

B: مقدار ماده منفجره به ازا هر متر ( فوت) چال تقسیم بندی چاه: چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان: چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان به انواع زیر تقسیم می شوند.

1- wild cat well: اولین چاهی که در یک حوضه رسوبی زده می شود، مانند اولین چاه نفت که در ایران در منطقه مسجد سلیمان زده شد.

در این نوع چاه هیچ گونه اطلاعاتی در زمینه توالی لایه های زمین شناسی منطقه مورد حفاری وجود ندارد.

در این منطقه قبلا هیچ نفت و گازی کشف نشده است.

2- exploration well: چاه اکتشافی، چاهی است که برای مطالعه و ارزیابی یک یا چند لایه ناشناخته از طبقات زیر زمینی در ناحیه معین زده می شود.

در این حالت اطلاعات ما نسبت به چاه صwild cat بیشتر است ولی باز هم کافی نیست.

چاه اکتشافی لزوما چاهی نخواهد بود که در یک ناحیه حفر می شود، اما هر چاهی که با هدف شناسایی یک سازند قدیمیتر و در اعماق بیشتر حفاری شود، اکتشافی محسوب می شود.

مثلا هر چاهی که در جنوب غرب ایران برای اکشتاف سازندهای پیرتر مثلا گروه دهرم حفاری شود، اکتشافی نامیده می شود.

که به دو نوع است: 1: Dry well: چاهی که به هیدروکربن نرسید 2: wet well : چاهی که در آن وجود هیدروکربن کشف شده است.

3:Delineation well : به منظور تعیین محدوده مخزن و برای محاسبه دقیق حجم ذخیره بهره دهی میدان نفتی حفاری می شود.

بنابراین باید سطح تماس آب و نفت WOC و گاز با نفت GOC نیز مشخص شود.

تا براساس آن بتوان حجم نفت موجود در مخزن را بهتر تخمین زد و به کمک این چاهها و مطالعات مخزنی، تعداد چاههای لازم برای بهره برداری را معین نمود.

4:Development well: منظور همان چاههای توسعه ای می باشد که جهت تولید از یک میدان زده می شود و به سه دسته تقسیم می شود: چاهی که برای تولید نفت زده می شودoil production چاهی که برای تولید گاز زده می شود Gas production well چاهی که به منظور بالا بردن قدرت بهرهر دهی مخزن و درصد بازیابی از آن، بوسیله تزریق گاز و یا آب زده می شود Injection well تقسیم بندی چاهها براساس مسیر و جهت حفاری: 1-Vertical 2- Horizontal 3-Directional 4-Multi branch 5-Multi lateral 6-Geo string انواع 2 و 3 به Deviation well نیز معروف هستند.

Multi lateral: معمولا برای ارزیابی دو سازند جداگانه از میدان ابتدا در سازند پایین تر حفاری کرده و سپس حفاری سازند بالاتر انجام می شود.

سپس از دو لایه مذکور به روش Dual completion ( تکمیل دو جانبه یا مجزا: از دو لایه مخزنی مجزا با دو رشته لوله جدا از هم بهره برداری صورت می گیرد) همزمان تولید خواهد شد.

Geo string: در لایه هایی که بسیار نازک هستند، باید لایه مذکور را به اصطلاح تعقیب کرد.

چند تعریف: Observation well: بعضی از چاهها بدلیل داشتن یک وضعیت خاص و یا پس از آنکه از تولید باز ایستاد، بر حسب نیاز مهندسین مخازن و بهره برداری ممکن است تبدیل به چاه مشاهده ای شود و برای مشاهده و بررسی دائمی تغییرات سطح تماس سیالات و فشار مخزن بکار رود.

Work over: بر اثر بروز تغییرات در مخزن که بدنبال تولید از آن زخ می دهد و یا بروز اشکالات مکانیکی و فنی در چاه، ممکن است نیاز به کار مجدد و تعمیر برای یک چاه باشد.

این چاه را چاه تعمیراتی و یا صwork over می نامند.

Abandon: اگر چاه قابل به تعمیر نباشد و یا اصولا از ابتدا خشک باشد، چاه متروکه نامیده می شود.

Infill well: چاههایی که پس از اولین مرحله توسعه یک میدان زده می شود و هدف از آن کسب حداکثر تولید از یک میدان است.

Side terckiong: هنگامی که بعلت دستورالعمل بد حفاری و یا برنامه نامناسب گل رشته لوله های درون چاه در چاه گیر می افتد.

به اصطلاح fish در داخل چاه باقی می ماند و عملیات مانده یابی به شکست منتهی می شود.

مجبور هستیم که از یک عمقی چاه قبلی را سیمان کرده و بوسیله انحراف چاه، چاه را از کنار مانده حفاری کنیم.

این عمل را در اصطلاحside tracking می گویند.

Injection well: چاههائی هستند که برای تزریق گاز و بخارآب و...

استفاده می شوند.

روش های حفاری: معمولا نوع حفاری با توجه به نتایجی که از تحقیقات حفاری کسب می شود، انتخاب روش حفاری نه تنها به هدف نهایی تحقیق بستگی دارد، بلکه به جنس لایه هایی که باید در آن حفاری شود، نیز بستگی دارد.

در حقیقت هنر حفاری در انتخاب بهترین متد حفاری خلاصه می شود.

به طور کلی روش های حفاری به دو گروه تقسیم می شوند: براساس استفاده از انرژی مکانیکی است که از طریق ضربه یا چرخش مته یا هر دو در سنگ صورت می گیرد.

براساس استفاده از انرژی حرارتی، فشار آب و...

روش مکانیکی: در این روش شکستگی و خرد شوندگی سنگ در اثر انرژی مکانیکی است که از طریق مته به سنگ وارد می شود.

مزایای روش مکانیکی: امکان تهیه نمونه های مناسب، جهت بررسی زمین شناسی و تعیین خواص مکانیکی امکان حفر چال به جهت خاص مشکلات حفاری مکانیکی: احتیاج به تعویض مته به ازای تعداد مشخصی ساعات حفاری بازدهی این روش با افزایش عمق کاهش پیدا می کند.

به این جهت در شرایط کنونی جهت حفاری های عمیق نوعی سیستم حفاری توسعه داده شده که ضربه زن در داخل چاه بلافاصله بعد از مته قرار می گیرد.

روش فیزیکی: روش هیدرو دینامیکی: در این روش، جهت ایجاد شکاف و شکستگی در سنگ و شکل گرفتن چالها از فشار مایعات (20 تا 200 مگاپاسکال) استفاده می شود.

روش حرارتی: در این روش شکستگی در قعر چاه توسط حرارت شدید ( بیش از 2300 درجه سانتی گراد) انجام می گیرد این گرما در اثر سوختن هیدرو کربن های نفتی با اکسیژن حاصل می گردد.

روش حرارتی بیشتر جهت حفر چالهای انفجار به کار گرفته می شود.

روش انفجاری در این روش کاهش ابعاد سنگ از طریق انفجار صورت می گیرد و نوع ماده منفجره بستگی به خصوصیات سنگ دارد.

در این روش بسته های پلاستیکی حاوی مواد منفجره از طریق چال در ته چاه قرار می گیرند و سپس با وارد نمودن ضربه یا حرارت موجب انفجار سنگها می شوند.

روش لیزر: لیزر می تواند ستونی از تشعشات مغناطیسی تولید کند که این تشعشات برای تبخیر و ذوب سنگها کافی است عوامل چون هوا، رطوبت و ذرات جبهه کاردر عملکرد لیزر موثرند، باعث کاهش راندمان کار می شوند.

روش های فیزیکی دیگری همچون پرتاب گلوله و ذوب و...

نیز جهت شکستگی و خرد نمودن سنگ توسعه داده شده اند، اما همگی این روشها بیشتر در مراحل آزمایش و تحقیق هستند.

عوامل موثر در انتخاب روش و سیستم حفاری: چنانچه می دانیم روش حفاری رایج در حال حاضر مکانیکی است که از دلایل عمده آن می توان انعطاف پذیری این روش، کارایی و هزینه را نام برد.

اما انتخاب سیستم حفاری و مناسب ترین ماشین حفاری به عوامل چندی بستگی دارد، که عبارتند از: طبیعت و نوع سنگ عمق چاه درجه سختی و خراشندگی سنگها درجه ای که سنگها باید کاهش ابعاد پیدا کنند اندازه پروژه و مدت زمان عملیات منظور و هدف از ایجاد چال شرایط چال ها از نظر وجود یا عدم وجود آب و چگونگی انتقال ذرات خرد شده از ته چاه برای چالهای انفجاری با قطرکم بالاخص در عملیات زیرزمینی که از سیستم حفاری ضربه ای نوع چکش حفاری استفاده می شود.

عوامل موثر در پیشرفت عملیات حفاری: عوامل متعددی در عملیات حفاری موثرند، بعضی از این عوامل به طور مستقیم و بعضی دیگر به طور غیر مستقیم در عملیات حفاری موثرند که عمده آنان عبارتند از: خواص فیزیکی و مکانیکی سنگها، چگونگی وضعیت تنش های هیدروستاتیکی، تنش سنگهای پوششی عوامل زیر زمینی ( لایه بندی، چین خوردگی، درز و شکاف و گسل و...) ژئومتری چاهها ( قطر و عمق) مته میله یا لوله حفاری انرژی گل حفاری گل حفاری از بین عوامل فوق پارامترهای (1تا3 تقریبا غیر قابل کنتر اند که آنها را پارامترهای ثابت می نامند و به پارامترهای 4 تا 7 پارامتر های قابل کنترل یا متغیر گفته می شود که در واقع تابعی از پارامترهای 1 تا 3 هستند.

باید توجه داشت که عوامل دیگری غیر از عوامل ذکر شده در پروسه حفاری موثرند که این دسته را عوامل جنبی می نامند، از قبیل مهارت کارگران در امور معدنی، سرپرستان، وضعیت آب و هوایی دسترسی به منابع انرژی و شرایط توپرگرافی و...

ساختمان چاه: زمینی که در آن دکل می خواهد قرار گیرد باید استقامت خوبی داشته باشد تا با مشکل نشست روبرو نشود.

سپس لوله ای را با فشار به درون زمین فرو می کنند و اطراف آنرا کاملا سیمان کار می کنند این لوله به نام زconductor pipe است که هدایت کننده گل حفاری است.

سپس دکل را قرار داده و حفاری را شروع می کنند.

هنگامی که حفاری از لایه رسی گذشت و به ناحیه محکمتر رسید در آنجا surface casing نصب می شود که تمام دستگاههای سرچاه روی همین surface casing نصب می شود از آن جمله chrismas tree , well head, bop است.

در مرحله بعد، مته ای با قطر کوچکتر درون surface casing می رانند و تا عمق معین حفاری می کنند و Intermediate casing را نصب و در مرحله آخر production casing و بعد از آن tubing را نصب می کند.

خواص مکانیکی و فیزیکی سنگها:‌ خواص فیزیکی سنگها نشاندهنده شرایط فیزیکی آنهاست.

این خواص ممکن است به طور مستقیم و غیرمستقیم در امر حفاری موثر باشند مانند میزان نیروی به هم چسبی ، تخلخل، چگالی،‌بافت و ساخت سنگها و...

منظور از خواص مکانیکی ارزیابی و تعیین توانایی و مقاومت سنگ ها در برابر نیرویی است که از خارج به آنها وارد می شود.

بدون آنکه تغییر شکل یا شکستگی ایجاد گردد.

مقاومت، سفتی،‌سختی، الاستیسته، پلاستیسیته و..

از عواملی هستند که در این بخش به آنها پرداخته می شود.

بررسی و مطالعه خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ ها به دلایل زیر در فرایند حفاری مورد نیاز است:‌ در انتخاب روش چالزنی درانتخاب نوع سیستم ،‌نوع ماشین بلاخص در انتخاب اجزا ماشین مثل مته،‌لوله، گل حفاری و...

در انتخاب نوع تامین کننده انرژی ،‌نوع پمپ گل حفاری در انتخاب نوع ماده منفجره که باید در چال جایگذاری شود.

در طراحی لوله محافظ چاه در سرعت نفوذ پذیری در طراحی و برنامه های کوتاه مدت و دراز مدت حفاری بررسی خواص فیزیکی سنگها:‌ الف:‌نیروی چسبندگی:‌ نیروی است که در اثر جذب یا تماس مولکولهای یک ماده به وجود می آیند نیرویی است درون زا که در برابر نیروی خارجی که باعث جدایی این مولکولها خواهد شد و مقاومت و پایداری می کند.

و بستگی به نیروی وان در والس و بار الکترواستاتیکی ذرات دارد.

چون نیروی بین ذرات با توان هفتم فاصله بین ذرات نسبت معکوس دارد لذا هر چه فاصله سطح تماس ذرات کمتر باشد نیروی واندر والس زیاد و نتیجتاً نیروی چسبندگی یا بین مولکولی نیز زیادتر خواهد بود.

تقسیم بندی سنگ ها بر اساس میزان نیروی چسبندگی: سنگ های سخت:‌ ذرات تشکیل دهنده این سنگ ها تحت تاثیر نیروی چسبندگی کاملا مرتبط و پیوند شده اند.

بنابراین برای خرد کردن این سنگ ها نیروی زیادی لازم است مانند سنگ های حاوی کوارتز مثل گرانیت ،‌گرانودیوریت و...

حفاری در این سنگ ها به دشواری انجام می پذیرد ولی دیواره چاه احتیاج به لوله محافظ ندارد.

سنگ های سیمانته شده: در این سنگ ها کانی های اصلی تشکیل دهنده آنها توسط سیمانی از نوع رس یا سیلیس و ...

به یکدیگر مرتبط و سیمانته شده اند.

سنگ های غیر سیمانته یا سست: این سنگ ها از ذرات غیر سیمانته ماسه یا گراول و...

تشکیل شده اند چاههای حفر شده در این سنگ ها به محافظت احتیاج دارند و بایستی لوله های محافظ نصب شوند.

سنگ های روان: این سنگ ها به آسانی مورد هجوم و در دسترس آب قرار می گیرند و خیلی زود خاصیت نیمه جامد به خود می گیرند مانند ماسه های ریز،‌رس های حاوی مقدار کمی ماسه و...

ب-تخلخل:‌ تخلخل درصدی از حجم کل سنگ که توسط فضاهای خالی اشغال گردیده و یا به عبارت دیگر قسمتی از حجم کل سنگ که توسط مواد جامد اشغال نگردیده است.

تخلخل آن سنگ نامیده می شود.

به عبارت دیگر تخلخل عبارتست از نسبت حجم کل منافذ یک نمونه از سنگ به حجم کل همان نمونه و با درصد مشخص می شود: که در آن: Vv: حجم منافذ V: حجم کل نمونه n: تخلخل (ضریب تخلخل) تخلخل مطلق: شامل تمام فضای خالی، کانال ها، فضاهای باز شده به هر اندازه و شکل و وسعت را شامل می شود.

مقدار تخلخل در سنگ های مختلف متفاوت است و بین 0 تا 55 درصد متغیر می باشد مقدار تخلخل با افزایش عمق کاهش می یابد.

تخلخل باعث کاهش قدرت و مقاومت سنگ ها خواهد شد.

تخلخل موثر: تخلخل موثر تنها شامل فضاهای خالی خواهد بود که با یکدیگر در ارتباط بوده و این فضاهای خالی اجازه جریان یافتن سیالات را از دورن خویش خواهند داد بنابراین : در این رابطه : :‌حجم منافذی که با هم در ارتباطند.

V: حجم کل نمونه ne: تخلخل موثر هر اندازه تخلخل سنگ بیشتر باشد مقاومت و پایداری سنگ در برابر حفاریهای معدنی و اکتشافی کمتر است خصوصا اگر در حفرات سنگ، آب موجود باشد علاوه بر کاهش مقاومت سنگ در مقابل حفاری از تولید گرد و غبار در حین حفاری کاسته می شود.

ج- نسبت پوکی: عبارتست از نسبت بین حجم کل منافذ یک نمونه از سنگ به حجم ذرات جامد همان نمونه از سنگ و از رابطه زیر به دست می آید:‌ که در آن : Vv: حجم منافذ Vs:‌حجم بخش جامد نمونه E: نسبت پوکی نسبت پوکی را به صورت کسری نشان میدهند و بین 0.3 تا 2 متغیر است.

رابطه بین تخلخل و نسبت پوکی: که در آن n تخلخل سنگ و e نسبت پوکی می باشد: د- چگالی دانه ها (توده ویژه) Gs یا S.G Specific Gravity چگالی دانه ها کمیتی است بدون بعدو معمولا عددی است بین 2.6 تا 2.9 چگالی دانه های ماسه ای که اکثرا از کوارتز باشند در حدود 2.65 و چگالی خاکهای لای دار و رس دار در حدود 2.6 تا 2.9 است.

وزن آب هم حجم آن/ وزن قسمت جامد =Gs=S.G= چگالی یک سنگ عبارتست از نسبت بین جرم مخصوص سنگ به جرم مخصوص آب یا نسبت بین وزن حجمی سنگ به وزن حجمی آب وزن مخصوص فاقد واحد بوده و از رابطه زیر بدست می آید:‌ در رابطه فوق: :‌ جرم مخصوص سنگ : جرم مخصوص آب :‌وزن حجمی سنگ :‌وزن حجمی آب S.G: وزن مخصوص ه- جرم مخصوص:‌ جرم مخصوص نسبت جرم سنگ به حجم آن می باشد و واحد آن معمولاً به صورت کیلوگرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتی متر مکعب یا پوند بر فوت مکعب نشان داده می شود.

جرم مخصوص را معمولا با نشان می دهند جرم مخصوص آب یک گرم بر سانتی متر مکعب می باشد.

و- وزن حجمی: وزن حجمی سنگ برابر است با حاصلضرب جرم مخصوص سنگ در شتاب جاذبه بنابراین: حجم سنگ / وزن سنگ= که در آن : جرم مخصوص جرم مخصوصg وزن جرمی وزن حجمی آب در سیستم متریک عبارتست از:‌ وزن حجمی آب در سیستم انگلیسی عبارتست از: عواملی که در چگالی سنگ موثرند عبارتند از:‌ نسبت پوکی تخلخل و نحوه قرار گیری کانیها در کنار یکدیگر هر چه نسبت پوکی و تخلخل سنگ زیادتر باشد آن سنگ از تراکم چگالی کمتری برخوردار است و لذا حفاری این نوع سنگ ها آسانتر و سرعت نفوذ پذیری نیز بیشتر خواهد بود.

از طرفی وزن مخصوص رابطه مستقیم با مقاومت و سرعت چالزنی یا نفوذپذیری مته حفاری در سنگ رابطه معکوس دارد.

معمولا وزن مخصوص سنگ های آذرین زیادتر از رسوبی است.

در سنگهای رسوبی حد چگالی بین 1.9 تا 2.7 بوده و بیشتر سنگهایی که عملیات حفاری بر روی آنها انجام میشود چگالی شان بین 2 تا 2.7 متغیر می باشد.

ط- بافت و ساخت سنگ : خواص فیزیکی و شیمیایی سنگ ها متاثر از بافت و ساخت آنها می باشد.

واژه بافت گویای ساختمان درونی سنگ است و عبارتست از اندازه و شکل و وضعیت قرار گرفتن کانیهای مختلف در یک سنگ مانند بافت گرانولار در سنگ های گرانیتی یا بافت میکرولیتی در سنگ های آذرین خروجی.

ساخت معمولا در نمونه های بزرگ مورد بررسی قرارمگیرد مانند ساخت لایه ای در سنگ های رسوبی یا ساخت شیستی و گنیسی در سنگ های دگرگونی.

بررسی خواص مکانیکی سنگ ها:‌ الف:‌مقاومت : خاصیتی از سنگ است که باعث پایداری و عدم تخریب آنها به هنگام وارد وآمدن تنش های خارجی می شود.

تنش ها ممکن است از نوع فشاری، کششی- خمشی و یا برشی باشند.

چون سنگ ها مقاومت فشاری بسیار بالایی دارند بنابراین جهت راندمان بیشتر در امور چالزنی موثرترین سیستم حفاری سیستمی است که با حرکت برشی موجب شکستن و خرد شدن سنگ گردد.

عوامل موثر در مقاومت سنگ ها: کانیهای تشکیل دهنده سنگها درجه هوازدگی و دگرسانی سنگها نیروی بین مولکولی ذرات تشکیل دهنده آنها وجود درز، شکاف و...

در سنگها خواص الاستیکی ، پلاستیکی و آنیزوتروپی سنگها جهت و میزان نیروی وارده به سنگ ها 2- RQD شاخص کیفیت سنگ: R.Q.D عبارتست از نسبت مجموع طول مغزه یا نمونه حاصله یا عمقی است که حفاری شده است و با درصد بیان می کنند بنابراین منظور از R.Q.D اندازه گیری مقاومت خصوصیات درز و شکاف و بیانگر شرایط محیطی است که سنگ را احاطه کرده است باید توجه داشت که اندازه طول نمونه مورد آزمایش حداقل دوبرابر قطر آن باشد و حداقل طول مغزه ها بایستی cm 10 باشد و مغزه ها سفت و سالم باشند رابطه بین R.Q.D و کیفیت سنگ در جدول زیر آمده است: الاستیسیته:‌ اگر سنگی تحت تاثیر تنش قرار گیرد مقداری تنش در آن به وجود می آید حال اگر این تنش اعمال شده حذف گردد و سنگ یا هر چیز جامد دیگر به حالت اول خود برگردد به این خاصیت برگشت پذیری پس از انتقال تنش یا الاستیسیته می گویند.

E یا مدول یانگ نشاندهنده کیفیت دگر شکلی پذیری سنگ است اگر E بیشتر باشد تراکم پذیری کمتر است.

پلاستیسیته: خاصیتی از سنگ است که موجب تغییر شکل دائمی در آن می شود به عبارت دیگر اگر پس از حذف تنش اعمال شده به یک سنگ تغییر شکل ایجاد شده به حالت اول خود باز نگردد پلاستیسیته نامیده می شود در شکل پیوست منحنی تیپیک تنش- کرنش در تراکم تک محوری سنگ ها آمده است:‌ نسبت پواسون: عبارتست از نسبت کرنش جانبی سنگ به کرنش محوری همان نمونه از سنگ یعنی: که نسبت پواسون می باشد.

سختی: عبارتست از مقاومتی که کانی یا سنگ در مقابل ابزار خراش دهنده (ساینده) از خود نشان میدهد تا خراش حاصل نکند.

هر چه درجه سختی و سایندگی سنگ ها زیادتر باشد عمر مته ها کمتر و سرعت نفوذ مته کم می گردد.

عواملی که موجب افزایش و کاهش درجه سختی سنگ می شوند عبارتند از: کانیهای تشکیل دهنده سنگ که هر چه سخت تر باشند در سنگ نیز به سختی خراش و سایندگی ایجاد می شود.

نیروی چسبندگی که هر چه نیرو در بین کانیهای سنگ بیشتر باشد ابزار خراش دهنده به نیروی بیشتری جهت سایش،‌خراش اندازی نیاز دارد.

شکل دانه ها، دانه های گوشه دار،‌دارای خاصیت سایندگی بیشتری هستند تا دانه های گرد شده.

اندازه دانه ها؛ دانه های درشت تاثیر زیادی بر روی چالزن خواهند داشت.

مقدار آب موجود در سنگ، هر چه آب موجود در سنگ زیادتر باشد درجه سختی و سایندگی آن کمتر است.

سختی کانیها را با اشل موس می سنجند.

در این مقیاس کانی ها را از نظر به ده درجه تقسیم بندی می کنند (درس کانی شناسی) در مورد کانیهایی که دارای سختی بین 6 تا 7 هستند از بین سیستم حفاری ضربه ای استفاده می شود.

در مورد کانیهای کروندوم و توپاز که مقدار کم نیز یافت می شوند از مته های الماسی استفاده می شود.

طاقت سنگها:‌ منظور از سنگها تعیین مقاومت آنها در مقابل تنش های خارجی می باشند.

این تنش ها می توانند فشاری ، کششی و برشی باشند.

به عبارت دیگر طاقت سنگ عبارت است از مقدار تنش که در مقابل تنش های وارده مقاومت می کند تا خرد نشود.

مساحت شکستگی ایجاد شده در سنگ (cm2) / ارتفاع سقوط زیاد وزنه (m) × وزن وزنه (kg) = طاقت سنگ مقدار طاقت سنگها را یکصدم مقاومت فشاری تک محوری در نظر می گیرند.

اگر بر حسب kgf/cm2 باشد.

خاصیت سایندگی:‌ عبارتست از خاصیتی از سنگ که قادر است سرمته را بساباند و بستگی به سختی سنگ،‌کلیواژ و خاصیت تورق،‌به شکل دانه های تشکیل دهنده سنگ دارد.

خاصیت سایندگی روی سیستم حفاری چرخشی از اهمیت بیشتری نسبت به حفاری ضربه ای برخوردار است برخی از سنگهای با خاصیت سایندگی روی سیستم حفاری چرخشی از اهمیت بیشتری نسبت به حفاری ضربه ای برخوردار است.

برخی از سنگهای با خاصیت سایندگی نسبتا بالا عبارتند از:‌ کروندوم، مگنتیت، کوارتزیت، ماسه سنگ، گرانیت،‌دیوریت، بازآلت ، گارنت و...

خاصیت سفتی سنگ: سفتی سنگ عبارتست از مقاومت مولکولها و سیمان بین اجزا متشکله سنگ در برای تغییر شکل تحت اثر فشارهای خارجی در رفتار الاستیکی از عوامل موثر در مقدار سفتی عبارتند از: جاذبه بین مولکولی اجزا متشکله سنگ، ترکیب فیزیکی و شیمیایی سنگ و میزان رطوبت و شکل ذرات متشکله و سیمانی که اجزا سنگ را به هم متصل می نماید در عمل جهت مقایسه خاصیت سفتی سنگ ها باز هم از فرمول استفاده می شود که در آن G: مدول سفتی Rigiditymodulus برحسب kg/cm2 E:‌مدول الاستیسته برحسب kg/cm2 :‌نسبت پواسون چنانکه از فرمول فوق نیز نتیجه می شود عملا سنگ هایی که مدول الاستیسته نسبتا بیشتری دارند از مدول سفتی بالاتری برخوردارند.جدول زیر مقایسه مدول سفتی چند سنگ را نسبت به سنگ آهک نشان میدهد.

سیستم حفاری چرخشی (دورانی) این روش اولین بار در آمریکا برای حفر چالهای آبی استفاده شد در اوایل قرن بیستم برای استخراج نفت از این روش استفاده شد.

تا سال 1920 تقریبا 90 درصد چاههای عمیق توسط سیستم حفاری ضربه ای عمدتا از نوع کابلی حفاری گریده بودند اما در سال 1980 این رقم معکوس شد و حدود 90 درصد اینگونه چاهها توسط سیستم حفاری چرخشی یا دورانی حفاری گردیده است.

امروزه چاههای به عمق متجاوز از 6000 متر حفر می شود برای مثال دو چاه عمیق در آمریکا به عمق 10000 متر حفر گردیده و همچنین در شوروی چاهی به عمق 14000 متر حفر شد.

یک دستگاه حفاری دورانی به طور کلی از رشته لوله های حفاری و ابزارهای حفاری ،‌دکل، دستگاه مولد نیرو و تلمبه گل زنی تشکیل شده است.