پایان نامه اصول حفاری و حفاری در سنگهای سخت

تعداد صفحات: ۱۰۱ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………………………….. ۳

مقدمه…………………………………………………………………………………………..  ۴

فصل اول

شاخصهای حفاری……………………………………………………………………………. ۶

سختی………………………………………………………………………………………….. ۶

سفتی…………………………………………………………………………………………… ۷

سایندگی……………………………………………………………………………………….. ۷

اندازه و یکنواختی دانه‌ها……………………………………………………………………… ۹

جدایش………………………………………………………………………………………… ۹

تقسیم بندی سنگها بر اساس شاخصهای حفاری……………………………………………. ۱۰

سنگهای آذرین ساینده……………………………………………………………………….. ۱۱

سنگهای آذرین نیمه ساینده……………………………………………………………………  ۱

سنگهای آذرین با سایندگی کم……………………………………………………………….. ۱۲

سنگهای آذرین تجزیه ………………………………………………………………………. ۱۲

سنگهای متمورفیک…………………………………………………………………………..  ۱۳

سنگهای متامورفیک سخت و ساینده………………………………………………………….  ۱۳

سنگهای متامورفیک نیمه سخت و نیمه ساینده……………………………………………….  ۱

سنگهای متامورفیک نرم………………………………………………………………………  ۱۴

سنگهای رسوبی………………………………………………………………………………  ۱۴

سنگهای سخت سیلیسی……………………………………………………………………….  ۱۵

سنگهای رسوبی ساینده با سختی کم…………………………………………………………  ۱۵

شکننده اما ساینده……………………………………………………………………………..  ۱۶

نسبتاً سخت اما فاقد خاصیت سایندگی……………………………………………………….  ۱۶

سنگهای رسوبی نرم و فاقد , خاصیت سایندگی……………………………………………..  ۱۷

فصل دوم

مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری ……………………………………………… ۱۸

حفاری پذیری اولیه…………………………………………………………………………… ۲۲

پارامترهای پیشرفت…………………………………………………………………………  ۲۳

پارامترهای خوردگی ابزار………………………………………………………………….. ۲۴

دانه بندی……………………………………………………………………………………… ۲۶

حفاری پذیری کلی‌…………………………………………………………………………… ۲۷

خصوصیات جرم سنگ……………………………………………………………………… ۲۷

قرار گرفتن ناپیوستگی‌ها……………………………………………………………………. ۲۹

نتیجه گیری …………………………………………………………………………………. ۳۰

فصل سوم

حفاری ضربه‌ای…………………………………………………………………………….. ۳۱

۳-۱ حفاری کابلی……………………………………………………………………………. ۳۲

۳-۱ الف) تمیز کردن چال…………………………………………………………………… ۳۳

۳-۱ ب) نظریه حفاری کابلی………………………………………………………………. ۳۵

۳-۱- ج) امتیازات حفاری کابلی……………………………………………………………  ۳۸

۳-۱- د) نقاط ضعف و معایب این سیستم…………………………………………………… ۳۹

۳-۲ دستگاه حفاری چکشی………………………………………………………………….. ۴۰

۳-۲-۱ اصول عملیات حفاری  توسط این ماشین‌ها……………………………………….. ۴۲

۳-۳ اندیس گذاری …………………………………………………………………………… ۴۷

۳-۴ تولید و انتقال انرژی در سیستم حفاری ضربه‌ای…………………………………….. ۵۰

۳-۴-۱ اتلاف انرژی در طول لوله حفاری…………………………………………………. ۵۴

۳-۵ انتقال انرژی در سطح تماس مته با سنگ از اولین موج ایجاد شده…………………. ۵۶

۳-۶ تراست مورد نیاز در حفاری ضربه‌ای………………………………………………. ۶۰

۳-۷ تأثیر شکل سرمته در حفاری ضربه‌ای………………………………………………… ۶۲

آزمایشات تعیین مشخصات در سیستم حفاری ضربه‌ای…………………………………… ۶۳

فصل چهارم

.سیستم حفاری چرخشی………………………………………………………………………. ۶۹

۴-۱ حفر چال‌های انفجاری با استفاده از سیستم حفاری چرخشی…………………………. ۷۱

۴-۲ عوامل مؤثر بر میزان نفوذ سرمته در داخل سنگ…………………………………… ۷۲

۴-۳ سرمته‌های حفاری چرخشی……………………………………………………………. ۷۸

۴-۴ انواع مختلف طراحی…………………………………………………………………… ۷۹

۴-۵ اساس کار سرمته‌های مخروطی گردنده………………………………………………. ۸۱

۴-۶ عمل فشارش و ایجاد شکست در سنگ………………………………………………… ۸۳

۴-۷ آنالیز عمل متقابل سرمته و سنگ با در نظر گرفتن میزان انرژی ذخیره شده……… ۸۷

۴-۷-۱ عمل اولیه سرمته……………………………………………………………………. ۸۷

۴-۷-۲ عمل ثانویه سرمته………………………………………………………………….. ۸۹

۴-۸ طوق چرخشی…………………………………………………………………………. ۹۰

فصل پنجم

حفاری الماسه……………………………………………………………………………….. ۹۳

۵-۱ انوا سرمته‌های الماسه………………………………………………………………. ۹۵

۵-۱-۱ سرمته‌های دارای قطعات الماس بر روی سطح بدنه…………………………….. ۹۵

۵-۱-۲ سرمته‌های دارای قطعات الماس در داخل ترکیب بدنه…………………………… ۹۶

۵-۲ مقایسه هزینه ها در حفاری‌های الماسه………………………………………………. ۹۷

۵-۳ لوله‌های مغزه‌گیری……………………………………………………………………. ۹۹

۵-۳ الف) لوله‌های مغزه گیری انفرادی…………………………………………………. ۱۰۰

۵-۳ – ب) لوله‌های مغزه گیری دو جدار………………………………………………… ۱۰۱

۵-۳-ج) لوله‌های مغزه گیری دو جداره اصلاح شده……………………………………. ۱۰۳

۵-۴ تکنیک حفاری با خطوط سیمی………………………………………………………. ۱۰۵

۵-۴-۱ سیستم حفاری سیمی………………………………………………………………. ۱۰۵

۵-۴-۲ پایداری چال در حفاری سیمی……………………………………………………. ۱۰۷

۵-۴-۳ رشته لوله‌های حفاری سیمی…………………………………………………….. ۱۰۸

۵-۴-۴ محفظه مغزه گیری در حفاری سیمی……………………………………………. ۱۰۸

۵-۴-۵ سیستم با قابلیت جمع شدن………………………………………………………… ۱۰۹

۵-۴-۶ امتیازات و مزایای سیستم حفاری سیمی………………………………………… ۱۱۰

سرمته‌های مغزه گیر در حفاری سیمی………………………………………………… ۱۱۱

۵-۵ هزینه‌ها………………………………………………………………………………. ۱۱۱

۵-۶ محاسبات عملی در حفاری الماسه………………………………………………….. ۱۱۲

۵-۷ نظریه حفاری بر مبنای عمل سایش………………………………………………… ۱۱۵

۵-۸ تأثیر خواص سنگ در میزان نفوذ سرمته‌های الماسه نوع او.ل………………….. ۱۱۹

۵-۹ سرمته‌های الماسه نوع دوم…………………………………………………………. ۱۲۰

مقدمه

حفاری به معنی نفوذ در سنگ است. نفوذ در سنگ گاهی به منظور خرد کردن آن انجام میگیرد. به طور کلی صرف نظر از نوع روش و منشا انرژی ، عملیاتی را که به حفر چال در سنگ منجر می شود ، نفوذپذیری می نامند.

مواد معدنی زیربنای اقتصاد و صنعت در جامعه را تشکیل می‌دهند. بشر از همان آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ، بر حسب نیازمندیها و شناخت از مواد معدنی استفاده کرده است. اکنون نیز انسان از تمامی مواد معدنی به حالت‌ها و شیوه‌های گوناگون بهر‌ه‌برداری می‌نماید.

ه دیگر سخن همین مواد معدنی هستند که پایه و اساس تمدن را تشکیل می‌دهند. عوامل مؤثر بر آستانه اقتصادی شدن مواد معدنی  عواملی چون عرضه، تقاضا و مسائل سیاسی می‌باشد . میزان تولید مواد معدنی در دهه گذشته افزایش شایانی داشته است.

 عواملی که موجب این افزایش می باشند عبارتند از : پیشرفت در تکنولوژی و روشهای حفاری ، پیشرف در زمینه اکتشاف به دلیل مشخص شدن منشاء محیط و چگونگی تشکیل ذخایر مختلف، مثلاً نظریه تکتونیک صفحه‌ای کمک‌های مؤثری در رابطه با کشف ذخایر مس پروفیری نمود‌ه ‌است.

در دهه اخیر بکارگیری روش‌های نوین ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی در کشف ذخایر جیدد بخصوص آنهایی که در اعماق زمین قراردارند کمک مؤثری نمود. همچنین ماشینهای جدید استخراج موجب شده تا ذخایری که در اعماق قرار داشته قابل بهر‌ه‌برداری شوند و با کمک از این ماشین الات میزان تولید روزانه بالا رود.

پیشرفت در زمینه صنعت تلغیظ و تصفیه موجب گردید تا بسیاری از ذخایر عمیق دور از دسترس نیز قابل بهر‌ه برداری شوند. همزمان با بالارفتن تولید، میزان مصرف موادمعدنی نیز افزایش داشته است.

چکیده

پروژه ای که ملاحظه میفرمایید به معرفی و بحث در مورد روشهای حفاری بویژه حفاری در سنگهای سخت پرداخته است.

مطالب فوق در ۵  فصل مطرح گردیده که عبارتند از:

۱ – شاخصهای حفاری

۲ – مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری

۳ – حفاری ضربه‌ای

۴ – سیستم حفاری چرخشی

۵ – حفاری الماسه

در فصول فوق سعی شده تا ابتدا به معرفی روشها و پارامترهای مهم در امر حفاری پرداخته شود و در ادامه به بحث در مورد عوامل پیشرو در راندمان حفاری و مقایسه روشهای مختلف حفاری و ذکر معایب و مزایای هر کدام بطور جداگانه و همچنین بحث هزینه ها پرداخته شده است.

شایان ذکر است که  روش مطالعه و جمع آوری مطالب در این پروژه از نوع مطالعات میدانی می باشد و اکثر مطالب از سایتهای اینترنتی مربوط به حفاری جمع آوری و ترجمه شده است که آدرس سایتهای فوق در قسمت منابع ذکر شده است.

سایندگی

در کار حفاری , سایندگی به خاصیتی از سنگ اطلاق می‌شود که قادر است سرمته را که ممکن است از جنس فولاد کربور تنگستن یا الماس باشد از بین ببرد. سایندگی به طور کیفی ارزیابی می‌شود و به سختی کانیها بستگی دارد. اما شکل دانه‌ها و کلیواژ نیز در کیفیت این خاصیت تأثیر دارد.

به همین دلیل در سالهای نه چندان دور در ایامی که تنها مته های فولادی مورد استفاده قرار می‌گرفتند عمر این مته در سنگهای حاوی کوارتز مثل ماسه سنگ در حد چند سانتی‌متر بود هر چند کوارتز سختی بیشتری نسبت به فولاد دارد.

اما شکل ذرات نیز بی تأثیر در کاهش عمر مته نبوده است. این مشکل با جانشین کردن مته هایی از جنس کربور تنگستن به جای مته های فولادی برطرف شده است. خرده سنگهای گوشه‌دار و نیز در مقایسه با خرده سنگهای گرد بر روی مته خراشهای عمیق ایجاد می‌کنند و مانع از آن می‌شوند تا انرژی منتقل شده به سطح مته موجب خرد شدن سنگ شود.

از سوی دیگر خرده‌های ریز و گرد سنگ نیز باعث صیقل دادن سر مته و کندی حفاری می‌شوند. سنگهایی که خاصیت سایندگی آنها در حفاری باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از 🙂 سنگهای حاوی کوارتز کوارتزیت , ماسه سنگ , گریت و سنگهای آذرین اسیدی) سنگهای حاوی سیلیس مثل چرت فلینت و سنگهای اولیوین دار مثل دونایت و بعضی از انواع بازالت) سنگهای حاوی گارنت مثل گنیس گارنیت‌دار.

در مقایسه با سیستم ضربه‌ای , سیستم حفاری چرخشی نسبت به خاصیت سایندگی حساسیت بیشتری دارد لذا در ارتباط با سیستم چرخشی , خاصیت سایندگی بسیاری از سنگها ولو در مقیاس کوچک باید مورد توجه قرار گیرد ؛ که البته کمیت سایندگی مطرح خواهد بود تا کیفیت آن.

مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری

خلاصه: تخمین پایداری تونل یک بحث کلیدی در حین بررسی اولیه سایت می‌باشد. در مقابل , مشکلات حفاری بشدت نادیده گرفته شده است. انتخاب یک روش تونل زنی اقتصادی در حین مرحله طراحی از اولویت بالایی برخوردار است و همچنین تمرکز تحقیقات خاصی روی اجزاء سنگ است که امروزه به انجام می‌رسد.

در این قسمت سعی می‌کنیم پارامترهای کلیدی مثل جرم سنگ در حفاری , سایش و برش با TBM وroad header در مسیر را بررسی کنیم.

پیشرفت در برش و حفاری مانند خوردگی ابزار و تجهیزات در کارهای حفاری جز عوامل مهم در تصمیم گیری می‌باشند. تخمین این پارامترها در شرایط سنگ تخمین زده شده می‌تواند باعث ایجاد ریسک بالای هزینه شود. بنابراین تخمین و کنترل در بهبود پیشرفت در برش و میزان مصرف مته مطلوب نظر خواهد بود.

در طی سالهای متوالی فرآیند اولیه حفاری سنگ و میزان خوردگی مته در حین تونل زنی در سنگهای سخت بررسی شده است. همچنین مطالعات گسترده در کارهای آزمایشگاهی برای ثبت ارتباطات بین برخی خصوصیات ژئولوژیکی و ژئوتکنیکی از یک سو و پارامترهای تکنیکی مثل پیشرفت در میزان برش و حفاری و مصرف مته از سوی دیگر انجام شده است.

در مبنی ضمینه ۲۴ پروژه تونل زنی در اروپا در زیر دریا در مناطق مختلف جغرافیایی کمابیش بررسی شده است.