عند حفر آبار المياه في الصخور الصلبة، ما هي مراحل اختلاف كفاءة الحفر بين مطرقة DTH الدوارة والدوران

في مشاريع آبار المياه في الصخور الصلبة، عند استخدام نفس الحفارة مع مطرقة DTH الدوارة أو الدوران الأمامي بالطين، قد تختلف سرعة التقدم بعدة أضعاف، أو قد لا تختلف كثيرًا. لا يأتي الاختلاف من المعدات نفسها، بل من طريقة عمل كل تقنية في كل مرحلة من مراحل الحفر: ما القوة التي تعتمد عليها لتكسير الصخور، وما الوسط الذي ينقل الفتات خارج فوهة البئر، وكم من الوقت يستهلكه توصيل القضبان وتنظيف البئر، ومن يحافظ على جدار البئر. فقط بتفكيك مشكلة الكفاءة إلى هذه المراحل الأربع يمكن تحديد أين يظهر الفرق فعليًا في مشروع معين.

أولاً: توضيح المشكلة التي تحلها كل تقنية

الدوران الأمامي بالطين هو أحد أساليب الدوران في الحفر: يقوم رأس الحفر بقطع وطحن الصخور تحت تأثير ضغط المحور وعزم الدوران، وينزل الطين من الفتحة الداخلية لقضيب الحفر إلى قاع البئر، ويحمل الفتات الصخرية عائدًا إلى فوهة البئر عبر الحيز الحلقي بين قضيب الحفر وجدار البئر. يعتمد على التكسير الميكانيكي للصخور مع إزالة الفتات بالسائل.

أما مطرقة DTH الدوارة فتثبت المطرقة مباشرة خلف رأس الحفر، ويقوم الهواء المضغوط بتشغيل المطرقة لتردد ذهابًا وإيابًا، وتنتقل طاقة الطرق مباشرة إلى صخور قاع البئر، وفي نفس الوقت يدفع نفس تيار الهواء الفتات الصخرية خارج فوهة البئر عبر الحيز الحلقي. تعتمد على التكسير بالطرق مع إزالة الفتات بالهواء.

الفرق بين الطريقتين في الصخور الصلبة ينبع من هاتين النقطتين المختلفتين: آلية تكسير الصخور مختلفة، ووسط إزالة الفتات مختلف. أما الفروق في المراحل الأخرى فهي في الأساس مشتقة من هاتين النقطتين.

مرحلة تكسير الصخور: اختلاف طريقة تأثير طاقة الطرق والقطع الدوراني

الصخور الصلبة المتماسكة تتميز بمقاومة ضغط عالية وقابلية عالية للطحن. في هذه الطبقات، يعتمد رأس الحفر الدوار بشكل أساسي على قص وطحن أسنان القطع لتكسير الصخور، مما يؤدي إلى تآكل سريع لرأس الحفر، واستهلاك كبير لعزم الدوران وضغط المحور لكل وحدة تقدم، وانخفاض ملحوظ في سرعة التقدم مع زيادة صلابة الصخر.

تنقل مطرقة DTH طاقة الطرق مباشرة إلى قاع البئر، مما يجعل الصخر أكثر عرضة للتشقق والتكسر الكتلي تحت أحمال الطرق، بينما يتحمل الجزء الدوار بشكل أساسي مهمة تدوير رأس الحفر وتسوية قاع البئر. لذلك، في الصخور الصلبة المتماسكة مثل الجرانيت والبازلت والحجر الجيري، عادة ما يكون التقدم الفعلي لـ DTH أعلى بشكل ملحوظ من الدوران الأمامي بالطين، كما يكون عبء ضغط المحور وعزم الدوران أقل نسبيًا.

لكن هذا الاستنتاج له حدود. تشير معلومات WR600S على هذا الموقع إلى أن ضغط العمل الموصى به لحفر DTH هو 1.2–3.5 ميجا باسكال، واستهلاك الهواء 16–55 م³/دقيقة. إذا كان تصريف ضاغط الهواء غير كافٍ، تنخفض طاقة الطرق ولا يتم تنظيف قاع البئر بشكل كافٍ، مما يلغي ميزة سرعة DTH، وقد يصبح أقل استقرارًا من الدوران بالطين. كما تعطي معلومات WR500S نفس النطاق 1.2–3.5 ميجا باسكال و16–55 م³/دقيقة، بينما تعطي معلومات WR500SE 1.7–3.5 ميجا باسكال و17–42 م³/دقيقة. يتضح أن متطلبات ضغط الهواء وكميته ليست متطابقة تمامًا لنفس سلسلة المعدات، ويجب مطابقتها بشكل فردي حسب الطراز والمشروع المحدد.

مرحلة إزالة الفتات: الفرق بين القوة الهوائية والهيدروليكية في الصخور الصلبة هو الأكثر مباشرة

الفتات الناتج عن حفر الصخور الصلبة يكون خشنًا وكثيفًا نسبيًا، وتحدد سرعة إزالته بشكل مباشر ما إذا كان قاع البئر يحافظ على ظروف تكسير نظيفة. إذا تراكمت الفتات في القاع، تمتص طبقة الوسادة طاقة الطرق، ويزداد مقاومة الدوران، ويحدث تكسير متكرر لرأس الحفر.

تعتمد إزالة الفتات في DTH على تدفق الهواء من ضاغط الهواء. مع زيادة عمق البئر، واتساع القطر، وصلابة الطبقة، وارتفاع الارتفاع عن سطح البحر، تنخفض سرعة العودة في الحيز الحلقي، ويجب زيادة تدفق الهواء المطلوب وفقًا لذلك، ولهذا السبب تؤكد المعلومات مرارًا على أنه "لا يمكن الاعتماد فقط على الضغط المقدر". إذا كانت هناك شقوق أو مناطق مكسورة أو تجاويف في مقطع البئر، يتسرب الهواء المضغوط بكميات كبيرة، وفي هذه الحالة يكون اتجاه المعالجة هو تحديد موقع التسرب والتفكير في استخدام الرغوة أو أنابيب التغليف، بدلاً من مجرد زيادة ضغط ضاغط الهواء.

تعتمد إزالة الفتات في الدوران الأمامي بالطين على معدل تدفق المضخة وخصائص الطين. بالإضافة إلى نقل الفتات، يقوم الطين أيضًا بدور دعم الجدار، وتبريد رأس الحفر، وموازنة ضغط الطبقة. تشير المعلومات إلى أن WR500S وWR500SE وWR600S يمكن تجهيزها بمضخات الطين والمضخات الطاردة المركزية ومضخات الرغوة. يحل الطين مشكلتي تثبيت البئر وإزالة الفتات في الطبقات السطحية المفككة والطبقات الحصوية، وهي ميزة لا تتمتع بها إزالة الفتات بالهواء.

في مقاطع الصخور الصلبة، إذا تمت معالجة الطبقة السطحية العلوية بالطين أو أنابيب التغليف، ثم تم التحويل إلى DTH في الطبقات الصخرية المتماسكة السفلية، فعادة ما يظهر ذلك بشكل أفضل مزايا كل تقنية؛ وعلى العكس، إذا استمر دوران الطين في البئر لفترة طويلة، فإن استهلاك الطين ومعالجة التسرب في طبقات التسرب ستصبح عبئًا إضافيًا.

مرحلة الوقت المساعد: توصيل القضبان، تنظيف البئر، ومعالجة الحالات غير الطبيعية داخل البئر

لا يظهر فرق الكفاءة فقط في وقت الحفر الصافي. يؤثر طول قضيب الحفر وشكل البرج في حفارة آبار المياه بشكل مباشر على عدد مرات توصيل القضبان والوقت المساعد لكل بئر.

في المعلومات، يدعم WR500S وWR600S قضبان حفر بطول 6 أمتار، بينما يبلغ طول التقدم لمرة واحدة في WR500SE 6.6 متر، ويمكن استخدامه مباشرة مع قضبان 6 أمتار. بالنسبة للآبار من فئة 500–600 متر، يكون عدد مرات توصيل القضبان كبيرًا، ويمكن للقضبان الطويلة والشوط الطويل تقليل تكرار عودة رأس الطاقة وتوصيل القضبان. هذا الجزء من التوفير لا علاقة له باختيار التقنية، لكن تأثيره على الكفاءة الإجمالية يتضاعف مع زيادة عمق البئر.

الوقت المساعد المرتبط بالتقنية يتركز بشكل أساسي في تنظيف البئر ومعالجة الحالات غير الطبيعية داخل البئر. في DTH، يسهل حدوث عودة غير طبيعية للفتات في حالات تسرب الهواء والمناطق المكسورة ومقاطع تدفق المياه، وغالبًا ما تتطلب المعالجة إيقاف الحفر ومراقبة تغيرات معايير الحفر؛ كما يتطلب الدوران الأمامي بالطين إيقاف الحفر عند تضيق القطر أو سقوط الكتل أو تسرب الطين. تواجه كلتا التقنيتين توقف الحفر، والفرق يكمن في أساس الحكم: DTH يعتمد بشكل أساسي على كمية الفتات العائدة، وتقلب ضغط الهواء، وتغير عزم الدوران، بينما يعتمد دوران الطين بشكل أساسي على محتوى الفتات في الطين العائد وتغير ضغط المضخة.

دور قدرة الرفع هنا هو توفير هامش للعمل الطبيعي، وليس وسيلة لحل جميع الحوادث داخل البئر. قوة الرفع لـ WR500S هي 30 طنًا، وWR600S هي 35 طنًا، وWR500SE هي 26 طنًا. في الآبار العميقة، يزيد وزن قضيب الحفر واحتكاك جدار البئر ووزن أنابيب التغليف من حمل سحب القضبان، وتوصي المعلومات بوضوح: إذا كانت مقاومة سحب القضبان غير طبيعية، يجب أولاً تنظيف البئر وتقييم حالة جدار البئر، وتجنب الاعتماد المباشر على أقصى قوة رفع للتعامل بالقوة.

مرحلة معالجة جدار البئر: لا يمكن الخلط بين مقاطع الصخور الصلبة والطبقات السطحية

عادة ما يكون جدار البئر مستقرًا في مقاطع الصخور الصلبة المتماسكة، كما أن إزالة الفتات الجافة في DTH تقلل من تغلغل الطين في طبقات المياه الجوفية، مما يفيد في إكمال البئر وغسله لاحقًا. لكن الطبقات العلوية المتأثرة بالتجوية والمناطق المكسورة وطبقات المياه الجوفية غالبًا ما تتطلب معالجة إضافية.

نهج المعالجة لهذه الطبقات في معلومات هذا الموقع متسق: يدعم WR600S وWR500S وWR500SE الحفر الدوراني بالطين، ويُفضل في الطبقات العلوية من التربة والطين والرمل والحصى تثبيت البئر ونقل الفتات ودعم الجدار، ثم التحويل إلى حفر DTH بعد الدخول في طبقات صخرية أكثر استقرارًا؛ وفي المناطق المكسورة وطبقات تسرب الهواء، يُنظر في تقليل سرعة التقدم والحفاظ على تنظيف مستمر للبئر، واستخدام الرغوة أو أنابيب التغليف حسب الظروف الميدانية؛ وبعد الدخول في طبقة المياه الجوفية الرئيسية، يتم تسجيل عمق طبقة المياه، وضبط إمداد الهواء وتنظيف البئر وطريقة التغليف حسب كمية التدفق.

لذلك، عند مناقشة "أي تقنية أكثر كفاءة"، يجب تحديد مقطع البئر المقصود. إن إرجاع كفاءة البئر بالكامل إلى تقنية واحدة قد يتجاهل الوقت الإضافي الناتج عن الطبقات السطحية العلوية وطبقات المياه الجوفية.

فرق الكفاءة يظهر في النهاية في الظروف المرافقة

بجمع المراحل المذكورة أعلاه، يعتمد فرق الكفاءة بين DTH والدوران الأمامي بالطين في الصخور الصلبة فعليًا على مدى تطابق الظروف التالية:

في المعلومات، عزم الدوران ثنائي الوضع لـ WR500S هو 11000 / 5500 نيوتن·متر، وأقصى سرعة دوران 75 / 150 دورة/دقيقة؛ وWR600S هو 12000 / 6000 نيوتن·متر، وأقصى سرعة دوران 90 / 180 دورة/دقيقة؛ وعزم دوران WR500SE هو 7500–10000 نيوتن·متر، وسرعة الدوران 45–130 دورة/دقيقة. هذه القيم تقابل قدرة نظام الدوران، وتخدم بشكل أساسي حمل الدوران وتغيرات قطر البئر أثناء الحفر، ولا يمكن تحويلها مباشرة إلى سرعة تقدم. كفاءة الحفر المرجعية في المعلومات هي 10–35 م/ساعة، وتوضح بوضوح أن التقدم الحقيقي يعتمد على صلابة الطبقة، وقطر البئر، والمطرقة DTH، وتصريف ضاغط الهواء، وطريقة التشغيل.

النقاط التي يجب التحقق منها قبل الاختيار

• نسبة مقاطع الصخور الصلبة ودرجة تماسكها: هل يُستخدم DTH بشكل أساسي، أم الدوران بالطين، أم مزيج منهما.
• هل يغطي ضغط العادم الفعلي وتدفق العادم لضاغط الهواء النطاق المذكور في معلومات الطراز المختار، مع مراعاة تأثير عمق البئر وقطره والارتفاع عن سطح البحر على تدفق الهواء.
• هل هناك حاجة لتجهيز مضخات الطين والمضخات الطاردة المركزية ومضخات الرغوة، وهل تُستخدم بشكل أساسي في الطبقات السطحية العلوية أو المناطق المكسورة أو طبقات تسرب الهواء.
• قطر وطول قضيب الحفر: توصي معلومات WR600S بقضبان 89 / 102 مم و6 أمتار، وWR500S بقضبان 89 مم و6 أمتار، ويدعم WR500SE أقطار 102 / 108 / 114 مم وأطوال 1.5 / 2 / 3 / 6 أمتار، ويجب التأكيد وفقًا لقطر البئر وعمقه.
• هل تم ترك هامش في قوة الرفع وعزم الدوران وفقًا لأقصى قطر بئر وأعمق مقطع، بدلاً من الاختيار وفقًا لمتوسط ظروف التشغيل.
• هل تدعم ظروف النقل والموقع دخول المعدات كاملة ونشر البرج: WR600S حوالي 12.5 طن، WR500S حوالي 10.6 طن، WR500SE حوالي 9.5 طن.
• هل تم توضيح البيانات الهيدروجيولوجية للمنطقة وهيكل إكمال البئر المخطط (أنابيب البئر، أنابيب الفلتر، مقطع سد المياه).

ما يجب تأكيده مع الشركة المصنعة عند نقص المعلومات

لا تقدم المعلومات المنشورة على هذا الموقع بيانات مقارنة للتقدم بين التقنيتين في نفس الطبقة ونفس قطر البئر، ولا توفر معايير تصنيف محددة لطبقات الصخور الصلبة في المناطق المختلفة أو علاقة تحويل بين ضاغط الهواء وعمق البئر. لذلك، فإن فروق الكفاءة المذكورة في المقال هي فقط تحليل على مستوى المراحل، ولا يمكن أن تحل محل تقييم الطبقات والتحقق من التوافق لمشروع محدد. قبل الشراء، يُنصح بترتيب عمق البئر المستهدف، وقطر البئر، ووصف الطبقات، ومعايير ضاغط الهواء، وتجميعة أدوات الحفر وتقديمها للشركة المصنعة، لتؤكد ما إذا كان اختيار المعدات والتوافق مناسبًا.