حفاری چاه آب
حفاری چاه آب فرآیندی دقیق و مهندسی در پی دسترسی ایمن و پیوسته به آبهای زیرزمینی است. برنامهریزی دقیق، شناخت زمین و بکارگیری تجهیزات دکل حفاری گامهای اصلی این فرآیند خواهد بود.
قبل از حفاری: برنامهریزی و آمادهسازی
ملاحظهی قوانین، بررسی ایمنی، شناسایی مکان دقیق سفرهی زیرزمینی و مکان مناسب حفاری مواردی است که سر و صدای تجهیزات حفاری را ندارد، ولی از آن هم مهمتر است و کلید موفقیت یا شکست پروژهی حفاری چاه آب محسوب میشود.
هیدروژئولوژی یا آبزمینشناسی
مطالعات آبزمینشناسی بایستی به طور دقیق و توسط هیدروژئولوژیست متخصص، پیش از هرگونه شروع به حفاری انجام شود. متخصص مذکور زمینشناسی محلی را مطالعه کرده، بهترین مکان با بالاترین احتمال دسترسی به سفرهی آب زیرزمینی یا آبخوان پربار را محاسبه میکند. حفاری گمانهی باریک و آزمایشی آغاز راه است و پیش از حفاری به شناخت کامل و دقیق زمین مورد بحث می انجامد. گمانه سوراخی به قطر ۵ تا ۲۵ سانتیمتر در دل خاک است که با هدف آزمایش خاک، جاگذاری مواد منفجره و در نهایت تجهیز ابزار دقیق کنده میشود؛ در حفاری چاه آب هدف این فرآیند به طور مشخص شناسایی راه آب است.
مجوزها و کسب اجازه
حفر چاه آب، آن هم در حال حاضر و در وضعیت شکنندهی آبی ایران، نیازمند کسب اجازه از مقامات منطقه است. فرآیند اداری کسب مجوز حفر چاه عمیق تا حدی زمانبر و البته ضروری است.
روشهای حفاری چاه آب
آبخوان پرآب پیدا شده است؟ چقدر عمق دارد؟ جنس زمین سنگ سخت یا خاک نرم است؟ کارفرما چه مقدار امکان هزینه دارد؟ پاسخ این سوالات روش حفاری را نیز تعیین میکند و بالطبع هر روشی نقاط ضعف و همچنین مزایایی اختصاصی دارد.
حفاری ضربهای با کابل
قدیمیترین روش مکانیکی حفر چاه آب با چهار هزار سال قدمت از متهای سنگین متصل به کابل فولادی بهره میبرد. در این روش متهی مذکور به طور مکرر با کمک کابل برخاسته و به زمین کوبیده میشود تا سنگ و خاک را خرد کرده و بکند. این روش ساده بوده و هزینهی چندانی ندارد، همچنین در اغلب شرایط زمینشناختی کاربرد دارد. اما روی دیگر سکه چیست؟ حفاری با کابل کُندترین روش حفاری مکانیکی برای چاه آب است. در این روش ریزش دیوارهی چاه امری طبیعی و متداول است و رسوبات سست دیواره را با کمک لولهی جدار و کیسینگ فولادی تقویت میکنند.
حفاری روتاری
حفاری روتاری تجسمی است که قریب به اتفاق خوانندگان مطلب از حفاری چاه آب دارند. در این نوع حفاری متهی غول پیکری زمین را میکاود و بیرون میریزد. حفاری چاه آب با کمک متهی روتاری نیازمند تخلیهی برادههای خاک و سنگ از دل چال و چاه است که به دو روش انجام میشود.
۱. حفاری روتاری با کمک هوای فشرده
در حفاری بادی یا پنوماتیک، هوای فشرده با کمک لولهی حفاری به پایین چال فرستاده میشود تا برادهها را فوت کند و به سطح زمین بیاورد. سریعترین روش تخلیهی براده تخلیه با کمک هوای فشرده است. اگر زمین شما سنگ سخت است تنها گزینهی مناسب بکارگیری این روش خواهد بود.
۲. حفاری روتاری با کمک گل حفاری
در روش دوم از سیالی مخصوص که با نام گل حفاری شناخته میشود بهره میبریم. گل حفاری مخلوطی از آب و رس بنتونیت است و برای حمل برادهها از لولهی حفاری به داخل چال پمپاژ میشود. گل مذکور برادهها را برداشته و به داخل حوضچهی تهنشینی هدایت میکند. گل حفاری به استحکام و تقویت دیوارهی گمانه نیز کمک کرده، با پوششدهی از ریزش آن جلوگیری میکند. بکارگیری گل حفاری شما را از لولهی جدار و کیسینگ فولادی بینیاز میکند. اگر زمین شما ماسهای و شنی باشد، این روش توصیه میشود.
حفاری دان د هول
اصطلاحی انگلیسی است که اختصارا DTH نیز نامیده میشود. دان د هول یا پایین چال بدین معناست که حرکات چرخشی روتاری با ضربات چکش در پایین چال همراه شده است. سنگهای بسیار سخت همچون گرانیت یا کوراتزیت نیازمند حفاری دان د هول برای تخریب و شکستن مقاومت آنهاست.
حفاری با جت آب
تصور کنید داخل باغچهی خانه شیلنگ آب را باز کرده و پرفشار به داخل نقطهای از خاک میپاشد تا گودالی بسازید. روش حفاری با جت آب این چنین است و با همان تصور ذهنی گفته شده، میتوان محدودیتهای آن را نیز مجسم شد: در این روش جریان آب با فشار بالا برای شستن خاک و ایجاد گمانه استفاده میشود؛ این روش برای چاههای کمعمق با قطر کوچک در خاکهای سست ماسهای و نرم کاربرد دارد.
ورای فرآیند حفاری، چاه را باید ساخت و تکمیل کرد
حفاری چاه، حفر چال و گمانه همگی گام اول کار هستند. پروژهی حفر چاه زمانی موفق شمرده خواهد شد که چاه به درستی ساخته شود و اطمینان داشته باشیم که سالها آب تمیز و سالم از آن استحصال خواهد شد.
نصب لولهی جدار و صافی
لولهی جدار که شرح آن رفت و با نام کیسینگ هم شناخته میشود و همچنین صافی که با نام اسکرین نیز شناخته میشود از اجزای جدایی ناپذیر فرآیند راهاندازی چاه آب هستند.
لولهی جدار چاه آب استوانهای توخالی ولی مقاوم است که به تثبیت دیواره و جلوگیری از ریزش چاه، پس از حفاری، کمک میکند. لولهی جداره به دو دستهی فولادی و غیرفولادی تقسیم میشود که نوع دوم عموما از جنس پلیمری است.
اسکرین چاه لولهای مشبک است و در تراز سفرهی آب زیرزمینی بر روی لولهی جدار نصب میشود. سوراخها و شیارهای اسکرین کاملا مهندسیشده است و در حقیقت سیستم ورود و خروج آب و شن و ماسه به داخل چاه را مدیریت میکند. اغلب در کنارهی صافی لایهای شنریزی یا گراول پک میشود.
آببندی چاه آب
پس چاه را حفر میکنیم، در تمام طول امتداد چاه دیواره را با کمک گل حفاری یا لولهی جدار و کیسینگ تقویت میکنیم تا از ریزش آن جلوگیری شود، در انتهای چاه که به سفرهی آبخوان رسیدیم لولهای مشبک با نام صافی چاه قرار داده و با کمک شنریزی ورود آب و عدم ورود شن و ماسه را تضمین میکنیم. حال بایستی قسمت بالایی چاه آب را نیز تقویت و محکمکاری کنیم. چند متر بالایی گمانه بایستی با دوغاب سیمان یا بتن مهر و موم شود. آببندی چاه آب ورود آبهای سطحی آلوده را به داخل چاه و اطراف لولهی جدار ممنوع کرده و استحکام و بهداشت چاه را فراهم میاورد.
شبکه توزیع آب چاه: شیرابهکشی
دمیدن پیوسته و متناوب آب و هوا به داخل چاه برای خارج کردن رسوبات ریز از اطراف صافی و تلنبه زدن را شیرابهکشی مینامیم. در این مرحله در حقیقت ماکسیمم بازدهی چاه را بهبود بخشیده و جریان آب را افزایش میدهیم.
شبکه توزیع آب چاه: نصب پمپ
گام آخر نصب پمپ است. پمپ چاه، آب را از اعماق زمین به سطح زمین پمپاژ میکند. در چاههای کمعمق از پمپهای مکشی یا خلا میتوان بهره برد و برای چاههای عمیق پمپ شناور از درون لولهی جدار به عمق چاه ارسال میشود.
معرفی تجهیزات و ماشین آلات مورد نیاز حفاری چاه آب
انتخاب ابزار و ماشینالات موردنیاز برای حفاری چاه آب مبتنی بر روش انتخابی حفاری است. روشهای گفته شده به طور عمده شامل کابلی ضربهای و روتاری یا چرخشی است.
۱. دکل حفاری
کل عملیات حفاری بر پایهی وجود دکل حفاری است. دکل، موتور و سیستمهای بالابر با تریلی به محل حفاری منتقل میشود. موتورهای عموما دیزلی نیروی لازم برای سیستم بالابر حفاری، سیستم روتاری، گردش سیال، گل حفاری و هوای فشردهی دکل حفاری را تامین میکند. تجیهزات پشتیبان اگر لازم باشند منجمله دستگاه جوش و مشعلها نیز همراه آنهاست. دکل حفاری اگر نیروی مورد نیاز خود را از هوای فشرده دریافت کند دکل حفاری پنوماتیک و اگر با روغن هیدرولیک کار کند دریل هیدرولیک گفته میشود.
۲. تجهیزات اختصاصی حفاری کابلی ضربهای
کابل حفاری طناب فولادی سنگینی است که رشتهی ابزار سنگین را از روی دکل آویزان و بلند میکند. قطعهای اتصال کابل حفاری به رشته ابزار زیرین را برقرار نموده و از پیچخوردگی کابل جلوگیری میکند. المانهای لغزندهای که اصطلاحا جار حفاری نامیده میشود ضربات اضافی رو ایجاد میکند و متهی گیرکرده را رها خواهد ساخت.
میلهی فولادی سنگینی که میلهی مته است دو نقش اصلی دارد: برای وارد کردن ضربه با مته نیازمند وزنهای پشت آن هستیم و همچنین برای هدایت مستقیم به سمت پایین چال هم این وزنه ضرورت دارد.
مته حفاری ابزار گوهشکل در انتهای رشته با نوک کاربیدی است که با هر بار رها شدن سنگ را خرد میکند. جامبردار سطلی با دریچهای در کف است که دوغاب و برادههای حفاری را از داخل چال یا گمانه خارج میکند. قطعهی بعدی لولهی جدار است که وصف آن پیشتر رفت.
۳. تجهیزات اختصاصی حفاری روتاری
در حفاری روتاری متهای چرخان و دوار زمین را تراشیده و میساید تا چال حفر شود. مکانیسمی بر روی دکل حفاری روتاری نیروی موردنیاز کار دورانی را تامین میکند. این مکانیسم تاپ درایو یا صفحهی روتاری نامیده میشود. لولهای توخالی با سطح مقطعی مربعی یا ششضلعی توسط صفحهی روتاری چرخانده میشود که به عنوان واسط، کل رشته لولههای حفار را به گردش درمیاورد. این لولهی توخالی Kelly نام دارد. قطعهای از قلاب آویزان است که وزن رشته لولههای حفاری را تحمل میکند. این قطعه به لوله حفاری اجازه چرخش داده و همچنین اتصالی برای شیلنگ گل حفاری است. این قطعه نیز Swivel نام دارد.
لولهی حفاری یا دریلینگ پایپ که تا بدینجا از آن صحبت کردیم لولههای بلند فولادی است که به یکدیگر متصل میشوند تا رشتهی اصلی حفاری را شکل داده و گشتاور مورد نظر را از صفحهی روتاری تا مته منتقل کنند. مته شناخته شدهترین عضو این سیستم بوده و ابزار برش متصل به انتهای رشته لولههای فولادی است. متههای غلتکی مخروطی و الماسه پرکاربردترین متههای حفاری بر اساس جنس سازند است. سازند لایهای از زمین را گویند که بیشتر از جنس خاصی از سنگ تشکیل شده باشد.
در نهایت چکش پایین چال یا DTH ابزار بسیار قدرتمند برای سنگهای سخت است که دقیقا بالاسر مته قرار میگیرد. این چکش با کمک هوای فشردهی تولیدی کمپرسور و برای ضربات سریع چکشی توامان با چرخش مته کار میکند تا سنگ را خرد و خاکشیر کند.
۴. سیستم گردش سیال حفاری و خنکساز مته
گل حفاری با کمک پمپی پرفشار به درون رشته لوله فولادی حفاری پمپاژ میشود. خود گل حفاری مخلوطی از آب و بنتونیت است که برادههای حفاری را به سطح زمین آورده، دیوارهی چال را تقویت نموده و مته را خنک میکند.
در حفاری روتاری از کمپرسور دیزلی برای تامین هوای فشردهی پرفشار و مداوم استفاده میشود. هوای فشرده به درون لولهی حفاری دمیده شده و برادهها را به سطح آورده، مته را خنک میکند و حضور آن برای عملیات چکش DTH ضروری است.
۵. تجهیزات آببندی و تکمیل چاه آب
از کیسینگ چاه پیشتر گفتیم و صافی یا اسکرین را نیز معرفی کرده ایم. گروتینگ مرحلهی پایانی آببندی و دوغابریزی سطحی چاه است. پمپهایی فضای استوانهای میان کیسینگ و دیوارهی چاه را با سیمان و دوغاب پر میکنند تا از آلودگی سطحی جلوگیری شود. در نهایت بایستی ذکر شود که مجموعهای از ابزارآلات استاندارد از جمله آچارهای سنگین، آچار لولهبازکن، بیل، کلنگ، مخلوط کن و تراز برای عملیات چاهزنی چاه آب بدیهی است که کاربرد دارند.
