الف) مته های مورد نیاز در سیستم حفاری چرخشی (Rotary)

.1. مته های تیغه ای :

این نوع مته ها از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند . که با فاصله 180 درجه ، 120 درجه و 90 درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند . نوع دو تیغه ای آن را دم ماهی نیز می نامند . جنس تغه ها معمولاً از کربور تنگستن است و هرچه طول آنها کمتر باشد بازدهی مته بیشتر خواهد بود و به روی مته ها منافذی تعبیه شده که گل حفاری پس از عبور از این منافذ قطعات خرد شده ته چال یا چاه را به سطح منتقل و باعث تمیز شدن ته چاه می شود .

عمر مته های تیغه ای به دلیل کاربرد در سنگهای نرم معمولا بیش از 1000 فوت خواهد بود و مقدار بار روی مته برای سنگهای سخت بین 1000 تا 2000 پوند به ازای هر اینچ مته است .

.2. مته های چرخشی مخروطی :

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 توسط هوارد هیوز 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 نامند . این نوع مته ها در سنگهای سخت ، بازدهی خوبی دارند .

تعداد مخروط مته می تواند یک ، دو ، سه ، چهار ، پنج یا حتی شش عدد برسد اما رایج ترین آنها مته های مخروطی است .

باید توجه داشت که به دلیل نیاز به حفر چال یا چاه در سنگهای 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 کربورتنگستن و سر دندانه ها کاملاً گرد و صاف است و چون شبیه دگمه اند بدان مته های دگمه ای می گویند .

.3. مته های تک غلتکی (یک مخروطی):

این نوع مته در سیستم حفاری چرخشی برای سنگهای شکاف دار ، سنگهایی با خاصیت خراش اندازی ، سنگهایی با سختی متوسط و برای طبقات شیبدار کاربرد دارد چون در این وضعیت امکان انحراف چال یا چاه با این نوع مته به کمینه خواهد رسید . شکل مته تقریبا 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 .

دریفتر (Drifter):

دریفترها نوع دیگری از سیستم حفاری ضربه ای که مشابه چکش های حفاری اند اما از آنها سنگین تر اند به نحوی که حمل آنها به کمک حفار امکان پذیر نیست . این نوع چکش ها قادرند در جهات مختلف (افقی ، به سمت پایین ، به سمت بالا) چال حفر کنند . این ماشین برای چالهایی با قطر بین 5/2 تا 6 اینچ و عمق 100 فوت طراحی شده اند . سرعت چالزنی این نوع ماشین برای سنگهای بسیار سخت مثل گرانیت بین 30 تا 60 فوت در ساعت و برای سنگهای رسوبی (سخت) بین 70 تا 150 فوت در ساعت متغیر است . وزن دریفترها بین 75 تا 260 پوند متغیر اند .

این ماشین حفاری عمدتاً در معادن زیر زمینی و حفر تونل مورد استفاده زیاد دارد . هنگامی که از دریفتر برای حفر چالهای افقی یا بالاسر استفاده می شود برای ایجاد تراست یا فشار کافی از سیلندر هیدرولیکی یا پنوماتیکی (هوا یا به طور کلی گاز) استفاده می شود . اما در حفر چالهای با جهت به سمت پایین سنگینی خود ماشین ، تراست مناسب را ایجاد خواهد کرد . انواع جدید این ماشین قادرند تا در هر دقیقه 2000 ضربه به لوله حفاری وارد کنند .

دریفترها همچنین بر حسب قطر چالی که حفاری می کنند به 4 گروه تقسیم می شوند :

.1. دریفترهای سبک که قادرند چالها با قطر تا 3 اینچ حفر کنند .

.2. دریفترهای نیمه سنگین که قادرند چالها با قطر بین 3 تا 5/4 اینچ حفر کنند .

.3. دریفترهای سنگین که قادرند چالها با قطر 4 تا 5 اینچ حفر کنند .

.4. بالاخره دریفترهای بسیار سنگین که قادرند چالها با قطر بین 5 تا 6 اینچ حفر کنند.

واگن دریل ( Wagon drill)

واگن دریل نوع دیگر از سیستم حفاری ضربه ای است که چالزن از طریق تسمه ها به دکل نصب گردیده و به صورت خشاب وار بر روی دکل بالا و پایین می شود و مجموعه چالزن و دکل بر روی ارابه دو یا سه چرخ لاستیکی سوار گردیده اند که به همین دلیل به آن واگن دریل می گویند .

واگن دریل با زوایای مختلف می تواند چال حفر کند که در مجموع چال با واگن دریل

در مقایسه با انواع چکش های حفاری در شرایط یکسان از نظر سنگ با سهولت و کیفیت بهتری انجام می گیرد . از واگن دریل برای حفر چالهایی با عمق 150 فوت و قطر تا 5/4 اینچ برای سنگهای نیمه سخت و سخت استفاده می شود . اما به طور رایج عمق چالهایی که با واگن دریل حفاری می شوند تا 30 فوت است .

چکش حفاری (Jack hammer)

ابتدایی ترین نوع سیستم حفاری ضربه ای می باشند ، (Jack hammer) . که عمدتاً برای حفر چالهای با قطر کم (یک تا دو اینچ) به کار برده می شود . انرژی این ماشین توسط هوای فشرده تامین و معمولاً از آنها جهت حفر چالهای با عمق کم استفاده می شود . چون کلاً جهت چالهایی که با این سیستم حفاری می شوند به سمت پایین است لذا به آنها سینکر (Sinker) نیز می گویند .

طبقه بندی چکشهای حفاری بر حسب وزن آنها است که بین 30 تا 90 پوند متغیراند . اگر چه در موارد نادر چکشهای حفاری برای حفر چالهایی تا عمق 20 فوت به کار گرفته شده اند اما بیشتر از آن برای حفر چالهای تا عمق 10 فوت استفاده می شود .

چکش های حفاری یا پیکورها بیشتر در معادن زیر زمینی و کارهای ساختمانی و حفر چال برای انفجارهای ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند .

انواع مته ها و معرفی دریفتر

انواع مته ها

نوع مته ای که باید برای عملیات حفاری انتخاب شود در درجه اول به نوع سنگی بستگی دارد که باید حفاری گردد . علاوه بر شاخص ذکر شده عامل اقتصادی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی شیلهای نرم ، سنگ های جوان رسوبی توسط سیستم های حفاری که مجهز به مته های تیغه ای (dray typeor blade type bit) باشند بازدهی مناسبی دارند و مته هایی که دندانه های دندان گونه دارند ( toothedtype bits ) مناسب ترین مته برای شیلهای سخت ماسه سنگ و آهک هستند و به دلیل سختی الماس نسبت به کانی ها و سنگ های معمولی از نظر اقتصادی از آن برای شرایط بسیار سخت استفاده می شود.

– مته های تیغه ای

این نوع مته ها از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند که با فاصله 180 درجه ، 120 درجه ، 90 درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. دو تیغه ای آن را از نوع دم ماهی (fish-tail bit ) نیز می نامند. متداولترین مته های تیغه ای سه تیغه دارند . مته های تیغه ای که گاهی به آنها مته های ثباتی نیز می گویند مخصوص طبقات نرم می باشند و ابتدایی ترین مته ماشینهای چرخشی محسوب می شوند. شکل زیر

جنس تیغه ها معمولا از کربور تنگستن است و هر چه طول آنها کمتر باشد بازدهی مته بیشتر خواهد بود و به روی مته ها منافذی (Nozzle ) تعبیه شده که گل حفاری پس از عبور از این منافذ (تحت فشار ) قطعات خرد شده ی ته چاه رابه سطح منتقل و باعث تمیز شدن ته چاه می شود. این نوع مته ها بیشتر برای حفاری طبقات یا سنگ های نرم مانند رس ، شیلهای نرم یا نیمه سخت ،ماسه سنگ و سنگ آهک نرم و سنگ های مشابه مورد استفاده قرار می گیرد . و درجه ی نفوذ پذیری آن بین 60 فوت در ساعت (18 متر در ساعت ) و برای سنگ های نیمه سخت تا 600 فوت در ساعت (180 متر در ساعت ) و برای سنگ های نرم همچون شیل نرم متغییر است . عمر مته هایی تیغه ای به دلیل کاربرد آن در سنگ های نرم معمولا بیش از 1000 فوت (300 متر ) خواهد بود. و مقدار بار روی مته برای سنگ های نیمه سخت بین 1000 تا 2000 پوند به ازای هر اینچ مته است (شکل 15) انواع مختلف مته های تیغه ای را نشان می دهد.

2-مته های چرخشی مخروطی conetypeor rolling catter bit

مته های چرخشی مخروطی یا غلتکی برحسب نوع ساختمان آنها به چند زیر گروه تقسیم بندی می شوند. این تقسیم بندی اولین بار در سال 1909م. توسط “هوارد هیوز ” (Howard Hayhes ) ارائه شده است که در واقع تلاشی بوده است جهت توسعه بیشتر سیستم حفاری چرخشی در مقابل ماشین های ضربه ای بالاخص از نوع کابلی که بازدهی قابل توجه ای در سنگ های سخت دارد . بر روی مته های مخروطی دو تا چهار ردیف دندانه به شکل v تعبیه گردیده است بدین جهت در بعضی موارد این نوع مته ها را مته های چرخی دندانه دار نیز می گویند (toothed wheel bit ) شکل زیر بعضی از انواع مته ها مخروطی را نشان می دهند.

در سنگهای نرم طول دندانها و فاصله آنها از یکدیگر زیاد می باشد برای حفاری سنگ های سخت تر اندازه ی دندانه ها کوتاه و فاصله ی آنها از یکدیگر نیز کم است.

در بعضی از مته های مخروطی شکل نحوه قرار می گیرد مخروطی نسبت به یکدیگر شبیه علامت بعلاوه ، ضربدر یا صلیبی است که به آنها مته های مخروطی شکل تقاطعی (crosstypebit ) می نامند. این نوع مته ها در سنگهای سخت ، بازدهی خوبی دارند.

تعداد مخروط های مته می تواند یک،دو،سه،چهار،پنج یا حتی به شش عدد برسد اما رایج ترین آنها مته های سه مخروطی است.

باید توجه داشت که به دلیل نیاز به حفر چاه در سنگ های بسیار در سالیان 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 (wc ) و سر این دندانه ها کاملا گرد و صاف است و چون شبیه دگمه اند بدان مته های دگمه ای button bit می گویند. شکل زیر

مته های مخروطی دندانه دار (غلتکی دندانه دار ) قادرند در سنگ های سختی همچون گرانیت ،سنگ معدن بسیار سخت مس دار ،سنگ معدن بسیار سخت آهن دار قابلیت نفوذ پذیری قابل توجهی داشته باشند.

درجه ی نفوذ پذیری این نوع مته ها در این سنگ ها بین 17 تا 36 فوت در ساعت ( 5تا9متر در ساعت) متغییر است و در سنگهای آهکی و دولومیتی بسیار سخت و نیز ماسه سنگ بسیار سخت درجه ی نفوذ پذیری بین 30 تا 80 فوت در ساعت (9تا 24 متر در ساعت) می تواند متغییر گردد و برای سنگ های فاقد سختی رس،شیلها،و ماسه سنگ و سنگ های معدنی فاقد سختی درجه ی نفوذ پذیری بین 100 تا 300 فوت در ساعت (30تا90 متر در ساعت)افزایش دارد.

3- مته های تک غلتکی ( یک مخروطی )

این نوع مته ها در سیستم حفاری چرخشی برای سنگ های شکاف دار ، سنگ هایی با خاصیت خراش اندازی ، سنگ هایی با سختی متوسط ، و برای طبقات شیبدار کاربرد دارد. چون در این وضعیت امکان انحراف چاه با این نوع مته به مقدار ماکزیمم خواهد رسید شکل مته تقریبا کروی و بر 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 ، معمولا یک سوراخ روی مته ایجاد می شود شکل زیر قسمت ب

– چگونگی انتقال قطعات خرد شده سنگها توسط مته های مخروطی:

به طور کلی اجزای موثر مته های مخروطی در ته چاه به مقدار وسیع به نحوه ی تمیز کردن ته چاه با گل حفاری بستگی دارد . بنابراین به هیچ وجه نباید اجازه داد که ذرات خرده سنگ در ته چاه جمع گردند و از این طریق موجب کاهش درجه ی نفوذ پذیری مته و استهلاک دندانه های مته شوند. بنابراین باید با سرعت هر چه بیشتر ذرات خورد شده به سطح زمین منتقل گردند که این امر نه تنها منوط به رساندن مقدار کافی گل حفاری است بلکه به طراحی مناسب جهت تعبیه ی سوراخ یا سوراخهای کافی روی مته احتیاج دارد تا گل حفاری به طور موثر به ته چاه برسد. در برخی مدلها ی مته های سه مخروطی یک سوراخ در مرکز مته تعبیه گردیده و در این نوع مته ها گل حفاری مستقیما وارد مخروط شده و در اثر عبور از آن ، موجب خنک کردن سر مته ( دندانه ها یا عامل خرد کننده) و انتقال قطعات خرد شده سنگ و تمیزی ته چاه می گردد. شکل زیر .

در برخی دیگر از مدلهای مته های مخروطی سوراخ های ریز در اطراف یا سطح جانبی مخروطهای تعبیه گردیده اند و در این مته ها فوران گل حفاری مستقیما از مخروطهای به سمت سطح چاه است و از این طریق موجب خنک شدن مخروطها و انتقال سنگ های خرد شده از ته چاه به دهانه چاه می گردد . این نوع مته ها را ترجیحا مته های فورانی (Nozzed or jet type bit ) می نامند .

مته های الماسي diamond bits

الماس سخت ترین ماده ای است که تاکنون شناخته شده است و از کربن خالص تشکیل شده جسمی استمتبلور و به مراتب سخت تر از کانی ها و سنگ هایی است که باید حفاری گردند و مته هایی که جنس آنها از الماس است برای سنگهای سخت و کانی و سنگ هایی با خاصیت خراش اندازی از نظر فنی و اقتصادی مناسب ترین مته می باشند ، از این نوع مته ها بیشتر برای تهیه مغزه یا نمونه برداری استفاده می شود و در این نوع مته قطر نمونه ها کمتر از 3 اینچ است . برای ساختن مته هایی الماسی ابتدا مته ساده از فولاد ساخته می شود و سپس این مته را به ناودان یا لوله نگهدارنده مغزه (core barrel ) و یا وزنه اضافی حفاری متصلمی کنند و بعد ذرات الماس به روی قالب مته جایگزاری می گردد. و روی الماسی به اشکال مختلف ساخته می شوند ( شکل زیر) چند نمونه از مته های الماسی را نشان می دهد )

مته های الماسی معمولا برای سنگ های سفت و سخت به کار برده می شود و با مقایسه با مته های تیغه ای و مخروطی حساسیت آن نسبت به گل حفاری نسبتا کمتر می باشد اما اعتقاد بر این است که گل حفاری هر چه دقیق تر باشد بازدهی مته بهتر و از نظر اقتصادی نیز با صرفه تر است .

همچنین هر چه قطر مته ی الماسی کوچکتر باشد صرف نظر از ارزان تر بودن هزینه اولیه مته ، بازدهی آن نیز نسبت به مته دارای قطر زیاد تر بیشتر خواهد بود . یکی از مشکلات عمده ی مته های الماسی صرفنظر از هزینه اولیه آن ،ظرافت و ترد بودن آن است . بنابراین توصیه می شود هر بار که گل حفاری به جریان انداخته شود ( با پمپاژ گل حفاری ) چون امکان به نوسان در آمدن لوله حفاری وجود خواهد داشت در این صورت باید مواظب بود که این نوسان موجب کوبیدن مته به ته چاه نگردد . در غیر اینصورت امکان شکستن این نوع مته وجود دارد