چرا هوای ۱۰ بار برای کار هر متهای کافی نیست و چه مقدار هوای فشرده برای حفر سنگ به عمق یک متر کافیست؟ این دو سوال دو ستون این پُست خواهند بود.
فشار ۱۰ بار و میزان مصرف سوخت به ازای هر متر حفاری دو کلیدواژهی پرتکرار دکلهای حفاری است. اما این اعداد اشتباهی و سادهسازی افراطی هستند، شما باید به دنبال ماکسیمم کردن راندمان و البته جلوگیری از هدررفت بودجهی عملیاتی خود باشید.
عوامل موثر بر کیفیت حفاری پنوماتیکی عبارت است از:
فشار + دبی هوا + طراحی دریل + نوع سنگ + قطر چال + عمق حفاری
چرا ۱۰ بار همیشه و برای هر متهای کافی نیست؟
متهی شما به عدد گرد و رُند اهمیت نمیدهد، داشتن فشار کافی برای حمایت از هر ضربهای که به سنگ میکوبد اولویت دارد. در ضمن، در کار با دریل پنوماتیک هوای فشرده فقط تامینکنندهی انرژی ضربه نیست، حجم کافی از هوا برای تمیز کردن چاه نیست ضروری است.
در حفاری روتاری و حفاری تاپ هامر هوای فشرده یک ارزش کلیدی خلق میکند: فلاشینگ. شستشو و تخلیه با دو نکتهی کلیدی همراه است:
۱. سنگها و خردهسنگها بایستی از کف چال خارج شود تا مته امکان برش و تخریب سنگ تازه را پیدا کند.
۲. فضای حلقوی میان لوله حفاری و دیوارهی چاله بخشی از چال حفاری است که برای حمل خردهسنگها به سمت بالا و رساندن آنها به سطح استفاده میشود.
اشتهای چکش حفاری، بعضیها فشار قویترش را دوست دارند!
چکشهای مختلف و به ویژه چکش DTH یا پایین چال برای بازههای فشار کاری خاص خود طراحی میشوند. درست است که برخی سیستمهای حفاری سطحی در فشارهای محدودهی ۱۰ تا ۱۴ بار کار میکنند، اما تحقیقات نشان میدهد که چکش ۶۰ درصد از انرژی مورد نیاز برای تخریب سنگ را تامین کرده و انرژی ضربهای آن به طور مستقیم تحت تاثیر افت فشار درون چکش قرار میگیرد. چکش حفاری را از فشار کافی محروم کنید تا نرخ نفوذ خود در سنگ را کم کرده باشید.
برای حفاری فقط یک متر سنگ، واقعاً چقدر هوای فشرده لازم است؟ احتمالاً بیشتر از چیزی است که فکر میکنید.
فشار تنها یکی از پارامترهاست، هوادهی مستمر با چه حجمی لازم است؟
کمپرسوری که ۱۳ بار فشار اسمی دارد، اما نمیتواند حجم هوای مورد نیاز یا دبی موثر را در همان فشار تامین کند، به درد لای جرز دیوار میخورد. شیلنگ آب را تصور کنید، فشار نیروی آب به هنگام خروج است اما دبی مقدار آبی که در دقیقه خارج میشود را لحاظ میکند. برای حفاری موثر و تخلیه خردههای سنگ از چال به هر دوی اینها نیاز دارید. اگر از چکش داندهول یا پایین چال برای حفر چاهی با قطر بزرگ استفاده میکنید، به حجم عظیمی از هوای فشرده با فشار بالا نیاز خواهید داشت.
حجم هوای فلاشینگ باید کافی باشد تا خردهسنگها کف چاله جمع نشود. اگر هوای فشرده کافی به کف چال حفاری دمیده نشود ۳ مشکل اصلی خواهیم داشت:
- کاهش نفوذ: مته مجبور است مواد کف چال را دوباره و سه باره خورد کند تا به سنگ تازه برسد.
- سایش بیشتر مته و رشته لولههای حفاری. کار مضاعف، خستگی و استهلاک دستگاه در پیش است.
- رشتههای لولهی حفاری ممکن است در چال گیر کند.
تمیز کردن چاه با فوت کردن هوای فشرده
فشار کاری کمپرسور ۱۰ بار در انجام این وظیفه کم خواهد آورد. حفاری فقط شکستن سنگ نیست، خارج کردن خردهسنگ و برادههای حفاری هم بخش مهمی از کار بر روی چاه است. برای محاسبهی این نیاز قاعدهای سرانگشتی داریم:
برای حمل خرده سنگها به سطح به سرعت هوای خطی حداقل ۳۰۰۰ فوت بر دقیقه در فضای حلقوی نیاز دارید. نتایج عملی نشان میدهد این سرعت و این قاعدهی سرانگشتی بیشتر برای انتقال ذرات بسیار ریز به سطح کافیست و توانایی حمل خردهسنگها به چگالی هوا بستگی خواهد داشت. چگالی هوا وابسته به چیست؟ به فشار آن
فشار و حجم هوادهی بیشتر کمپرسور هوا به معنای تمیزکاری بهتر چاه، گیر کردن کمتر مته و زمان کمتر دوبارهکاری حفار بر روی همان سنگ است. مثالهای بهبود عملکرد با اضافه شدن کمپرسور فشار قویتر فراوان است. در تجربهی ساخته فرودگاه بینالمللی دریایی مومبای واقع در بمبئی نو پس از تغییر کمپرسور از ۱۰ بار به ۱۴ بار افزایش فوری فشار، کاهش ۴۴ درصدی مصرف سوخت گازوئیل به ازای هر متر حفاری و بهبود راندمان کل سیستم حفاری گزارش شده است. دکل حفاری در با همین تغییر ساده چاه را در اولین تلاش هم بهتر تمیز و آمادهی ادامهی کار میکرد.
در چکش پنوماتیک، هوای فشرده عامل حرکت رفت و برگشتی پیستون چکش است. افزایش فشار، بسته به طراحی چکش، میتواند انرژی وارده بر پیستون و در نتیجه انرژی ضربه را افزایش دهد.
بنابراین فشار بر چه مواردی اثرگذار خواهد بود؟
- انرژی ضربه
- توان حفاری
- قابلیت نفوذ در سنگ
- توانایی چکش برای کار در برابر فشار برگشتی
فشار را نمیتوان بدون محدودیت افزایش داد. هر چکش برای محدودهای مشخص از فشار طراحی شده است. ممکن است چکشی برای کارکرد بهینه در محدودهی ۱۰ تا ۱۵ بار طراحی شده و سیستمی دیگر برای فشارهای بسیار بالاتر ساخته شده باشد.
شیلنگها فشار هوای فشرده را با افت جدی روبرو میکنند.
فشاری که در خروجی کمپرسور دریافت میکنید با فشاری که مته دریافت میکند متفاوت است. هوا به هنگام عبور از شیلنگهای بلند و اتصالات محدودکننده و منیفولدها فشار خود را از دست میدهد. مته به فشار ۱۰ با نیاز دارد؟ بد نیست در سطح کمپرسور ۱۲ یا ۱۳ بار قرار داده باشید تا این افتها را جبران کند. کمپرسور ۱۰ بار در عمل پاسخگو نبوده و تا هوای فشرده به مته برسد حفاری شما با فشار ۹ یا حتی ۸ بار انجام خواهد شد.
افت فشار هوای فشرده
پیشتر به تفصیل در مورد توزیع هوای فشرده و محاسبات افت فشار در پستی نوشته ایم. کلیدی آن است که مسئولان یک واحد عملیاتی بدانند لولهکشی هوای فشرده از جزئیات بی اهمیت عملیات آنها نیست. بسیاری از همکاران در کارخانجات تولیدی با لولهکشی نامناسب، اتصالات ۹۰ درجه و لولههای باریک، کمر فشار هوا را میشکنند و بعضا هوای فشردهی خود را آلوده میسازند که نتیجه در محصول نهایی دیده می شود. در حفاریها و معادن نیز استفاده از لوله سفید یا گالوانیزه توصیه نمیشود. بهتر است حتی اگر شیر خروجی کمپرسور اسکرو دیزل ۲ اینچی است، لوله کشی لوله سیاه (لوله فولادی فاقد روکش روی) ۴ اینچی انجام شود و اتصالات ۹۰ درجه با اتصالات ۴۵ درجه جایگزین شود. در خروجی کمپرسور باد صنعتی یک تبدیل ۲ به ۴ اینچی و در محل مصرف نیز یک کالکتور قرار داده می شود تا توزیع هوای فشرده به ابزار و ماشین آلات به شکل مطلوب صورت پذیرد.
هوای فشردهی مورد نیاز برای هر متر حفر سنگ و صخره
کاملا منوط به تجهیزات شما و شرایط سنگ است. دو معیار قابل اندازهی حفاری بر اساس مصرف هوای فشرده و هزینهی سوخت محاسبه میشود.
مصرف هوای فشردهی متهای خاص در فشار کاری آن را میتوان با استفاده از دادههای تاریخی و مرجع که در جدول فوق آمده مطابقت داد. این جدول بر اساس دادههای تاریخی مصرف هوای فشرده برای متههای پنوماتیک بوده و برای تخمین هوای مصرفی به ازای هر متر باید نرخ نفوذ، متر بر دقیقه، حفاری خود را بدانید. به عنوان مثال اگر متهای ۳ اینچی ۱۳۸ فوت مکعب بر دقیقه (CFM) مصرف و با سرعت یک متر در دقیقه حفاری میکند، به ازای هر متر حفاری ۱۳۸ فوت مکعب بر دقیقه هوا مصرف خواهد کرد. هوا پس از کمپرسور خنک شده و با افت حجم روبروست، پس این اعداد CFM هوادهی بایستی با لحاظ ارتفاع و دمای محیط تصحیح شوند.
از آنجا که اندازهگیری دقیق حجم هوای فشرده دشوار است، بسیاری از پروژهها هزینه را مصرف سوخت به ازای هر متر حفاری میسنجند. به همان مثال فرودگاه دریایی بمبئی برگردیم: کمپرسور قوی حاضر در این پروژه ۱/۲۵ لیتر گازوئیل به ازای هر متر حفاری مصرف داشت که در مقایسه با حفاری اولیه با کمپرسور ۱۰ بار کاهش قابل توجهی محسوب میشود. کمپرسور اولیه ۲/۲۵ لیتر بر هر متر حفاری مصرف سوخت داشت.
حفاری پنوماتیک در بازدهی بدنام است
بازده انرژی دکل حفاری نیز قابل مشاهده و توجه است. حفاری پنوماتیکی به شکل بدی کمبازده کار کرده و سیستمهای پنوماتیک ۹۸ تا ۹۸/۵ درصد انرژی خود را هدر میدهند. ضریب بهرهوری انرژی در حفاری هیدرولیکی به مراتب بهتر و در حدود ۳۴ درصد است. ضریب بهرهوری انرژی برای حفاری پنوماتیکی تا ۱۰ برابر بزرگتر بوده و بسیار کمبازده محسوب میشود. تصور کنید: این محاسبات به این معناست که حفاری پنوماتیکی ۶ تا ۷ کیلوواتساعت به ازای هر متر حفاری مصرف میکند و حفاری هیدرولیکی ۰/۶ تا ۰/۷ کیلووات ساعت به ازای هر متر حفاری!
مقدار هوای فشردهی حفاری به پارامترهای مختلفی بستگی دارد. هرکدام از آن عوامل موثر بر کیفیت حفاری پنوماتیکی که در ابتدای متن گفته شد در اینجا هم موثر است:
نوع دریل
دریل تاپ هامر کوچک با دریل داندهول بزرگ مصرف هوای کاملا متفاوتی دارند.
قطر چال
چال ۶۴ میلیمتری با چال ۱۶۵ میلیمتری مقادیر متفاوتی از هوای فشرده مصرف خواهند کرد.
نوع سنگ
حفاری در سنگ نرم بسیار سریعتر از حفاری سنگهای سخت و ساینده پیش میروند
عمق حفاری
هرچه چال عمیقتر میشود، هوای فشرده مسیر طولانیتری را برای رسیدن به مته و مقصد طی کرده و با مقاومت بیشتری برای بازگشت و خروج از چال روبرو میشود.
در ضمن، هوا تنها برای حرکت چکش مصرف نشده و خردهسنگها تولیدی حفاری هم از چال خارج میکند. هوای فشرده در کار حفاری مسیر خود را از فضای اتمسفریک شروع کرده، وارد کمپرسور و سپس شیلنگ توزیع میشود. پس از شیلنگ لولهی حفاری، چکش و مته مقاصد بعدی آن هستند اما کار در اینجا به پایان نخواهد رسید. این هوا از فضای حلقوی میان لولهی حفاری و دیوارهی چال به بالا و سطح زمین بازمیگردد و با خود براده و خرده سنگ حمل خواهد کرد.
