در کشورهای کم آب مانند ایران، چاه‌های آب نقشی حیاتی در صنعت کشاورزی ایفا می‌کنند. به طور کلی بسته به عمق سفره‌ی آب زیرزمینی، نوع چاه آب می‌تواند کم عمق، نیمه عمیق و یا عمیق باشد. چاه‌های کم عمق معمولاً به صورت دستی حفر می‌شوند ولی چاه‌های با عمق بیشتر جهت حفر نیازمند دستگاه‌های حفاری می‌باشند و پس از اتمام حفاری بایستی مورد تکمیل و تجهیز قرار گیرند و در نهایت با استفاده از پمپ آب چاه به سطح زمین منتقل گردد.
در این مقاله به بحث پیرامون روش‌های دستگاهی حفر چاه پرداخته می‌شود و مقایسه‌ی این روش‌ها از طریق ذکر مزایا و معایب هرکدام انجام می‌گیرد.
فهرست محتوا
انواع روش‌های دستگاهی حفر چاه آب:
۱- روش حفاری ضربه‌ای:
اکثر چاه‌های آب به صورت ضربه‌ای حفر می‌شوند. در این روش، عمل حفر چاه با بلند کردن و رها ساختن متوالی رشته‌هایی از ابزار حفاری انجام می‌گیرد. ضربات متوالی مته در کف چاه موجب خرد شدن آبرفت یا سنگ‌های سست می‌شود.
در این روش عمل حفر متناوباً قطع می‌گردد و مواد حفاری شده توسط گِل کش بیرون آورده می‌شود. گل کش لوله‌ای استوانه‌ای است که با وارد کردن آن به درون چاه دریچه‌اش باز می‌شود و مواد حفاری شده وارد آن می‌گردد. با بالا کشیدن گل کش، دریچه بسته شده و مواد حاصل از حفاری به سطح زمین انتقال یافته و تخلیه می‌شود.
سرعت حفاری ضربه‌ای به نوع سنگ، وزن و قطر مته‌ی حفاری، جنس و مشخصات سر مته، فاصله‌ی افتادن مته، تعداد ضربات مته در واحد زمان، فاصله‌ی زمان خارج کردن مواد حاصل از حفاری و فواصل زمانی لوله‌گذاری وابسته است. تجربه‌ی حفار نیز در افزایش یا کاهش سرعت حفاری عاملی تعیین کننده می‌باشد.
حفاری چاه به روش ضربه‌ای معمولاً در آبرفت‌ها انجام می‌شود، ولی در سنگ‌های سست و خرد شده هم می‌توان از این روش برای حفر چاه استفاده کرد. به دلیل سرعت کم، به کارگیری روش ضربه‌ای در حفاری سنگ‌های سخت معمول نیست. سرعت حفاری ضربه ای در آبرفت های نسبتاً نرم و سخت نشده به چندین متر در روز ولی در سنگ‌های سخت به نیم متر در روز می‌رسد.
دستگاه حفاری ضربه‌ای معمولاً روی کامیون نصب می‌شود ولی با موتور تراکتور هم می‌توان حفاری ضربه‌ای انجام داد. در حفر چاه‌های عمیق با روش حفاری ضربه‌ای، بایستی به عمودی بودن چاه توجه داشت تا برای قرار دادن پمپ و کارکرد آن مشکل ایجاد نشود.
به طور معمول در هر ۱۰ متر از عمق چاه، ۵ سانتی متر انحراف از محور قائم مجاز می‌باشد. وقتی حفاری در آبرفت انجام می‌شود، به منظور جلوگیری از ریزش دیواره‌ی چاه، لوله گذاری انجام می‌شود. به روش حفاری ضربه‌ای می‌توان چاه‌هایی به عمق ده‌ها متر و در مواردی حتی بیش از صد متر و همچنین قطر ۶۰ سانتی‌متر حفر کرد.
نوع پیشرفته‌تر این حفاری که حفاری چکشی نام دارد، امروزه در بیشتر مناطق جایگزین روش ضربه‌ای شده است. در روش مذکور به جای بلند کردن و رها کردن وزنه، از یک مته‌ی چکشی استفاده می‌شود و سرعت حفاری را به طور مشهودی افزایش می‌دهد؛ ولی در سایر موارد کاملاً مشابه حفاری ضربه‌ای می‌باشد.
مزایای روش حفاری ضربه‌ای:
- نمونه‌گیری بدون گل حفاری انجام می‌شود.
- با تغییر جنس لایه‌ها، مقطع زمین شناسی از چاه تهیه می‌گردد.
- تغییرات سطح ایستابی قابل اندازه‌گیری است.
- هنگام عبور از لایه‌های آبدار می‌توان نمونه‌گیری انجام داد.
معایب روش حفاری ضربه‌ای:
- سرعت حفاری کم است.
- عمق حفاری محدود می‌باشد و با افزایش عمق، حفاری دشوارتر و کندتر می‌شود.
- در حفاری‌های عمیق، بیرون کشیدن لوله‌ها و لوله‌گذاری مشکلاتی ایجاد می‌کند.
۲- روش حفاری چرخشی:
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 لوله‌های توخالی که لوله حفاری نامیده می‌شوند، متصل شده و حرکت موتور به وسیله‌ی لوله‌های حفاری به مته منتقل می‌گردد. با حرکت مته سنگ خرد شده و برای خارج کردن مواد خرد شده از گل حفاری استفاده می‌شود.
گل حفاری توسط پمپ به داخل لوله‌ی حفاری تزریق می‌شود که پس از خروج از سر مته از فضای بین لوله‌ی حفاری و دیواره‌ی 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 سر مته و تسهیل عملیات حفاری می‌شود. همچنین، اگر آبرفت سست باشد، از ریزش دیواره‌ی 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 دیواره‌ی 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 سنگ‌ها و رسوبات سخت شده به چند 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 ی بالای حفاری و تجهیزات و در نتیجه نداشتن صرفه‌ی اقتصادی در بسیاری از موارد
- لزوم استفاده از گل حفاری
- دشوار بودن حمل و نقل تجهیزات به ویژه در مناطق دور دست
منبع: کتاب آب‌های زیرزمینی، تألیف دکتر محمدحسین قبادی
