حفاری چرخشی که به آن حفاری دورانی نیز گفته میشود، جهت انجام حفاریهای اکتشافی و به منظور افزایش سرعت حفاری مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش، مته به انتهای یک سری لوله های توخالی که لوله حفاری نامیده میشوند متصل شده و حرکت موتور به وسیلهی لولههای حفاری به مته منتقل میشود. با حرکت مته سنگ خرد شده و برای خارج کردن مواد خرد شده از گل حفاری استفاده میشود.
گل حفاری توسط پمپ به داخل لوله حفاری تزریق میشود که پس از خروج از سر مته از فضای بین لوله حفاری و دیواره چاه به بیرون چاه برمیگردد. مواد حاصل از حفاری نیز همراه با گل حفاری به سر چاه منتقل میشوند. گل حفاری در سر چاه وارد یک حوضچه شده و در آنجا ذرات حاصل از حفاری را ته نشین میسازد و دوباره به داخل لوله حفاری پمپ میشود.
گل حفاری علاوه بر خارج کردن سنگهای خرد شده از چاه، موجب خنک کردن سرمته و تسهیل عملیات حفاری میشود. همچنین، اگر آبرفت سست باشد، از ریزش دیواره چاه جلوگیری میکند. از امتیازات حفاری دورانی این است که ضمن حفاری، به ندرت لوله جداری لازم میشود، زیرا همانطور که ذکر شد، گل حفاری دیواره چاه را گل اندود میکند. مادهی اصلی گل حفاری، آب و نوعی رس به نام بنتونیت است.
سرعت حفاری دورانی به سختی سنگ، مقاومت سنگ، اندازه و نوع مته، سرعت چرخش مته، خواص گل حفاری و فشار گل در ته چاه وابسته است. سرعت حفاری در رسوبات سخت نشده ممکن است به ۱۰۰ متر در روز هم برسد، ولی در سنگ ها و رسوبات سخت شده به چندین متر در روز میرسد.
مزایای حفاری چرخشی:
- سرعت بالای حفاری
- عدم احتیاج به لوله جداری در بیشتر مواقع
- عدم وجود محدودیت عمق حفاری
- عدم انحراف قائم چاه
- امکان حفاری در انواع مختلف سازندها
معایب حفاری چرخشی:
- هزینه بالای حفاری و تجهیزات و در نتیجه نداشتن صرفه اقتصادی در بسیاری از موارد
- لزوم استفاده از گل حفاری
- دشوار بودن حمل و نقل تجهیزات به ویژه در مناطق دور دست
مته های مورد استفاده در حفاری چرخشی
مته های تیغه ای از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند که با فاصله 180 درجه یا 120 درجه یا 90درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. نوع دو تیغه ای را دم ماهی نیز میگویند. جنس تیغه ها معمولاً از کربور تنگستن است و هرچه طول آنها کمتر باشد بازدهی مته بیشتر خواهد بود. به روی مته ها منافذی تعبیه شده که گل حفاری پس از عبور از این منافذ قطعات خرد شده ته چال را به سطح زمین منتقل کرده و باعث تمیز شدن ته چال می شود. عمر مته های تیغه ای به دلیل کاربرد در سنگ های نرم معمولاً بیش از 1000 فوت خواهد بود و مقدار بار روی مته برای سنگ های سخت بین 1000 تا 2000 پوند به ازای هر اینچ مته است.
مته های چرخشی مخروطی یا غلتکی بر حسب نوع ساختمان آنها به چند زیر گروه تقسیم می شوند. این تقسیم بندی اولین بار در سال 1909 ارائه شده است. در بعضی مته های مخروطی شکل نحوه قرار گیری مخروط نسبت به یکدیگر شبیه علامت بعلاوه، ضربدر یا صلیبی است که به آنها مته های مخروطی شکل تقاطعی می گویند. این نوع مته ها در سنگ های سخت بازدهی خوبی دارند. تعداد مخروط مته می تواند یک، دور، سه، چهار، پنج و یا حتی شش عدد برسد.
باید توجه داشت که به دلیل نیاز به حفر چال یا چاه در سنگ های بسیار سخت در سال های اخیر تغییراتی در این نوع مته ها به وجود آمده است. در این مته ها ارتفاع دندانه ها بسیار کم و جنس آنها از کربور تنگستن و سر دندانه ها کاملاً گرد و صاف است و چون شبیه دگمه اند بدان مته های دگمه ای می گویند.
مته های تک غلطکی (یک مخروطی) در سیستم حفاری چرخشی برای سنگ های شکاف دار، سنگهایی با خاصیت خراش اندازی، سنگهایی با سختی متوسط و برای طبقات شیبدار کاربرد دارند. چون در این وضعیت امکان انحراف چال یا چاه با این نوع مته به کمترین میزان ممکن خواهد رسید. شكل مته تقريبا کروی و به روی آن دندانه های نیمه کروی یا v شکل که از آلیاژ سخت تشکیل شده تعبیه شده و برای عبور گل حفاری به ته چاه جهت انتقال قطعات بریده شده، معمولاً یک سوراخ روی مته ایجاد می شود.
مته های حفاری برای مغزه گیری
حفاری مغزه گیری به صورت چرخشی عمل حفاری در سنگ را انجام می دهد و کاربردی ترین و مطمئن ترین اطلاعات را از عمق زمین به مهندسان ارائه می دهد. حفاری دورانی یا مغزه گیری از یک سر مته تیز گردان بهره میگیرد تا پوسته زمین را حفاری کند. بسیار شبیه به حفاری با دست، چرخش سر مته نفوذ در سختترین سنگها را ممکن میسازد. ایده استفاده از حفاری دورانی جدید نیست. زمانی که مفهوم حفاری دورانی (استفاده از سر مته برنده چرخشی برای حفاری در سنگ) ظاهراً ساده به نظر می رسد، مکانیسم واقعی تجهیزات جدید بسیار پیچیده است. به علاوه فناوری به سرعت در حال پیشرفت است و نوآوری های جدید دائماً در حال ورود به این عرصه هستند. سیستم حفاری دورانی در اصل شامل چهار گروه مؤلفه است. محرک اصلی، سیستم تعلیق، سیستم دوران و سیستم گردش سیال، که در کنار هم انجام حفاری مغزهگیری را ممکن میسازند.
