کار روی دکل حفاری معمولا یک سوال دم دستی هم به ذهن متبادر میکند، چرا یک کمپرسور بزرگتر به دریل واگن وصل نکنیم تا سنگ را سریعتر بتراشیم و بیرون بریزیم؟
هوای بیشتر یعنی اسب بخار بیشتر برای فرآیند حفاری و هرچه پرقدرتتر بکوبیم و فوت کنیم، نرخ نفوذ در صخره بالاتر میرود و خردهسنگها هم بهتر به بیرون منتقل میشوند، اینطور نیست؟ اما حفاران باسابقه و مطلع جواب سوال را جور دیگری خواهند داد.
کمپرسور حفاری فقط یکی از اجزای سیستم است. کمپرسور، مخزن هوای فشرده و خطوط انتقال، شیر حفاری، مته، سنگ و هوای برگشتی در کنار یکدیگر مجموعهای را تشکیل میدهند که به نرخ نفوذ بهینه در سنگ ختم خواهد شد.
کمپرسور XP 900 اینگرسولرند. حفاری نیازمند حجم هوای فشردهی زیاد است تا به طور پیوسته کار کند و خردهسنگها را به بیرون فوت کند. XP 900 تا ۲۵ مترمکعب بر دقیقه هوای فشرده تولید میکند.
مثلا تصور کنید کمپرسور ۵۰ مترمکعب بر دقیقهای را به دریلی ببندیم که برای کار با ۲۵ متر هوای فشرده طراحی شده است. نتیجه؟ راستش نرخ نفوذ کاهش پیدا میکند.
جواب سوال تیتر این مطلب به اختصار این است:
بله. ولی تا نقطهای خاص. پس از آن نقطه بازده افت کرده و هزینهها افزایش می یابد.
هر دریل حفاری برای یک محدودهی طلایی از حجم هوا ساخته شده است
حفاری سریعتر و نرخ نفوذ بهتر نیازمند بهینهسازی دو پارامتر موثر است:
انرژی برای شکست سنگ
سرعت برای خارج کردن برادههای حفاری و خردهسنگ از چاه
چکش داندهول یا پایین چال با پارامترهای عملیاتی خاصی طراحی میشود و هر چکش نیازمند هوادهی مشخصی از کمپرسور است. حجم هوای خیلی کم باعث ضربات کُند و بیجان چکش شده و انرژی ضربات از دست میرود. هوادهی خیلی زیاد هم باعث میشود که:
پیستون خیلی تُند حرکت کند و از ظرفیت تخریب مته جلو بزند.
پیستون در انتهای کورس روی بالشی از هوا می ایستد و عملا انرژی ضربه کاهش می یابد. در این حالت پیستون فرصت نمیکند کورس خود را کامل کند.
محدودهی ایدهآل و طلایی هوادهی بای عملکرد بهینهی دکل حفاری مشخص میشود. در این محدوده که مطابق با CFM اسمی چکش است پیستون با بیشترین فرکانس ممکن حرکت کرده و حداکثر انرژی و ضربات مفید را به مته منتقل میکند. اگر کمپرسور کنونی برای چکش شما کوچک باشد، تغییر کمپرسور و تهیهی کمپرسور بزرگتر برتری جدی در نرخ حفاری به همراه خواهد داشت، ولی اگر کمپرسور فعلی نیاز چکش را تامین میکند، کمپرسور بزرگتر کاملا بیفایده است.
دبی هوای بیشتر: خروج بهتر خردهسنگها از چال حفاری
فشار کاری بیشتر: به طور بالقوه مته میتواند بهتر و در عمق بیشتر حفاری کنید.
کمپرسور بزرگتر پایداری بیشتر فشار در هنگام حفاری، پاکسازی بهتر کف چال و افزایش سرعت نفوذ در برخی از سنگها را به همراه میاورد.
تلهی سرعت حلقوی؛ قانون بازدهی در حفاری روتاری
سه روش حفاری سنگ: داند هول، تاپ هامر و روتاری
اما مواردی هم هستند که کمپرسور بزرگتر نتیجهی معکوس به همراه خواهد داشت. هوای فشرده در حفاری با دریل پنوماتیکی ۲ مسئولیت بر عهده دارد، اولی کندن سنگ است و دومی پاکسازی چال.
خردهسنگهایی که از ته چال تخلیه میشوند از فضای حلقوی میان لولهی حفاری و دیواره بالا فرستاده میشود. هوای فشرده در مسیر خروجی با سرعت حداقلی و در محدودهی ۳ تا ۵ هزار فوت بر دقیقه یعنی ۱۵ تا ۲۵ متر بر ثانیه از این محدوده عبور خواهد کرد. اگر بدون تغییراتی دیگر فقط کمپرسور را بزرگتر کنیم و اندازهی لولهی حفاری و مته یکسان باقی بماند، سرعت در فضای حلقوی به شدت افزایش یافته و ۲ خروجی مضر خواهد داشت:
۱ – هوای پرسرعت طبیعتا همچون سندبلاست کار کرده و داخل لولهی جداره، بیرون لولهی حفاری و اتصالات سطحی را سابیده فرسوده میکند.
۲ – دومین ریسک ناشی از محیط آب و هوایی است. اگر حفاری در محیطی مرطوب انجام شود هوادهی بیشتر باعث میعان آب موجود در هوا شده و این ذرات ریز آب مهی آشفته تشکیل داده و به صورت تودههایی در مسیر خروجی انسداد ایجاد خواهد کرد.
دو برابر کردن ظرفیت کمپرسور جادو نمیکند که سرعت بُرش مته در سنگ دو برابر شود.
ویژگیهای سنگ از جمله سختی، سایندگی، شکستگیها و ساختار زمینشناسی میتواند چوب لای چرخ حفاری بگذارد.
فرکانس ضربه، انرژی هر ضربه، سرعت چرخش و نیروی پیشروی همگی از پارامترهای موثر مکانیسم حفاری بر سرعت حفاری هستند.
کمپرسور بزرگتر موارد دیگر را خودبخود تغییر نمیدهد: شیلنگها کوچک هستند، شیرهای محدودکننده بر سر راه جریان بستهاید، لولههای حفاری قطر کمی دارند، افت فشار را چاره نکرده و مسیرهای عبور هوا بهینهسازی نشدهاند. کمپرسور بزرگ و خفن شما در نی فوت میکند.
راههای بهبود حفاری با کمپرسور بزرگتر
دریل icm 260 اطلس کوپکو
برای استفادهی بهینه از هوای بیشتر باید مسیر عبور هوا را محدود کنید. در این حالت با بکارگیری لولههای حفاری با قطر کوچکتر، سرعت هوای عبوری حفظ میشود. اگر لوله را تغییر ندهید فقط سوخت هدر رفته و هوا در اطراف مته برای خود چرخ اضافی میزند.
بر فرض که با سرعت بیشتری حفاری کردید. در این حالت قاعدتا خردهسنگ و برادههای حفاری هم بیشتر تولید میشوند، آیا سیستم شما توان تخلیهی خردهسنگها را با سرعت بیشتر دارد یا قرار است هی بر روی آنها بکوبد؟
دریل idm 30 اطلس کوپکو
اما آنچه برای قدرت و نیروی ضربات چکش لازم است فشار بیشتر است. اگر در سنگهای سختی همچون گرانیت حفاری میکنید و چکش در شکستن سنگ با مشکل روبرو شده، کمپرسور بزرگتری که هوادهی بهتر ولی فشار یکسانی دارد کاری از پیش نخواهد برد. به کمپرسور قدرتمند و فشار قوی، مثلا ۵۰ بار، نیاز دارید که نیروی ضربات چکش را افزایش دهد.
و اگر در خاکهای نرم و روی زمین حفاری میکند و چاه پر از خردهسنگ میشود، اینجا دیگر به فشار کاری بالاتر نیاز نداشته و هرچه هوادهی بهتر باشد کمک خواهد کرد تا چاه بهتر پاکسازی و تخلیه شود.
دو دو تا چهارتا حفاری
کمپرسور معمولی ۲۵ متری حدود ۱۰ تا ۱۵ گالن سوخت در ساعت مصرف میکند و این رقم برای کمپرسور با هوادهی ۴۵ متر مکعب بر دقیقه به ۲۵ تا ۳۰ گالن در ساعت میرسد.
اگر کمپرسور فعلی برای چکش مناسب است، کمپرسور بزرگتر در حفاری سنگهایی که کاملا ترک خورده باشند ۵ تا ۱۰ درصد بهبود نرخ نفوذ خواهد داشت.
دو مورد بالا را در نظر بگیرید. ۵ تا ۱۰ درصد ارتقای حفاری به قیمت دو برابر مصرف سوخت حاصل میشود. در ضمن، فشار برگشتی افزایش یافته و هد روتاری دکل فشاری مضاعف تحمل کرده و ممکن است آسیب ببیند.
ریزش دهانهی چاه و فرسایش دیواره را در نظر داشته باشید
ROC L8 اطلس کوپکو
حفظ پایداری چاه دلیل خوبی برای عدم بکارگیری کمپرسور بزرگتر و در حقیقت مهمترین دلیل است. در سازندههای سُستی همچون ماسه، شن و سنگهای هوازده هوای پرسرعت دیوارهی چاه را فرسایش داده و چاه مستقیم شما را به چاهی به شکل ساعت شنی در قسمت بالایی تبدیل خواهد کرد.
در نتیجهی فرسایش دیوارهی چاه:
دوغاب در شمعسازی و فونداسیون از دست میرود.
دیوارهی چاه ریزش میکند.
لوله جداره حفاری به درستی جاگذاری نمیشود.
اومدیم چاه را سریعتر حفاری کنیم، حالا داریم چاهی گشادتر حفر میکنیم که پر کردن و لولهگذاری اون زمان بیشتری هم نیاز داره.
جواب سوال ابتدای بحث: آیا نصب کمپرسور بزرگتر روی دکل حفاری به سرعت بهتر حفاری ختم میشود؟
بله، اگر کمپرسور فعلی برای چکش شما ضعیف است. اگر کمپرسور فعلی نیاز هوای چکش را تامین میکند، چکش از نظر فیزیکی امکان تبدیل هوای اضافی به ضربات قویتر را ندارد.
همواره بهینهسازی سیستم فعلی بر خرید کمپرسور بزرگتر ارجحیت دارد. به هماهنگی چکش و سنگ دقت کافی مبذول کنید. برای صخرههای سخت از چکش فشار بالا و برای حفاری با قطر زیاد و در زمینهای نرم از چکش حجم بالا استفاده کنید.
مسیرهای هوا را بررسی کنید. افت نرخ نفوذ حفاری به دلیل گرفتگی Swivelهای هوا یا نشتی شلنگها از دلایل پرتکرار است. وزن روی مته یا WOB نیز بایستی دقیق تنظیم شود. گاهی افزایش فشار راه چاره نبوده و افزایش نیروی رو به پایین بر روی مته جواب میدهد.
