تحقیق در مورد اهداف حفاری

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 تحقیق در مورد اهداف حفاری دارای ۵۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد اهداف حفاری  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد اهداف حفاری،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن تحقیق در مورد اهداف حفاری :

اهداف حفاری:
۱ برقراری ارتباط از یک بخش معدن به بخش دیگری از آن (حفاری معدنی)
۲ اکتشاف کانیهای مفید (اکتشافی)
۳ دستیابی به نمونه های داخل زمین و مطالعات زمین شناسی
۴ انفجار و دسترسی به مواد معدنی جهت استخراج معدنی

۵ دسترسی به آب ،‌نفت،‌گاز وسایر مواد معدنی و استخراج آنها
روش های اکتشافی مقدم بر حفاری:‌

۱) روش های ژئوفیزیکی: شامل گرانی سنجی،‌مغناطیس سنجی و لرزه نگاری که در اکتشاف نفت به کار میرود.
۲) روش های مگنتومتری زمینی و هوایی که در اکتشاف کانسارهای آهن از اهمیت خاصی برخوردار است.
۳) روش های ژئوالکتریک در مطالعات هیدرولوژی و آب شناسی

۴) رادیومتری از خاصیت رادیواکتیویته بعضی از عناصر توسط دستگاههای نظیر “گایگرسلر” یا “گایگر کانتور” برای اکتشاف آنها مورد استفاده می شود.
۵) ژئوشیمی با نمونه برداری های مختلف از آبهای جاری، راکد،‌ گیاهان، خاک، رسوبات رودخانه ای و ; جهت عناصر محتلف که قبل از شروع حفاری به عمل می آید به ترتیب اجرا به شرح زیر خواهد بود:

اقداماتی که قبل از شروع حفاری به عمل می آید، به ترتیب اجرا به شرح زیر خواهد بود:
۱) جمع آوری اطلاعات و مفروضات لازم برای طراحی چاه و مطالعه و بررسی دقیق آنها
۲) طراحی نمودن یک چاه فرضی که در بین چند حلقه چاه یک ناحیه ابعادی متوسط داشته باشند طراحی نمودن شامل موارد زیر است:
۱-۲- طراحی انواع سیال حفاری شامل (نوع، اعماقی که مورد استفاده قرار می گیرد، خواص فیزیکی سیال؛ نوع و مقدار و هزینه مواد مورد نیاز جهت تهیه و نگهداری سیال، روش تهیه و نگهداری سیال و;)

۲-۲- طراحی لوله های جداری (شامل: اندازه لوله و عمق نصب آن، نوع لوله، مقدار و هزینه لوله های جداری و وسایل مورد نیاز برای نصب و سیمانکاری آن، برنامه سیمان کاری، آزمایش دستگاههای کنترل فوران و;)

۳-۲- طراحی مته های حفاری (شامل :‌اندازه، نوع، تعداد ،‌اندازه فواره مته،‌وزن روی مته، دور آن، هزینه و;)
۴-۲- طراحی رشته حفاری (شامل: اندازه و نوع لوله حفاری، لوله های طوق مته (لوله های اضافی) وسایل کنترل کننده انحراف و;
۵-۲- طراحی جریان گل حفاری (شامل: میزان جریان، قدرت هیدرولیکی مورد نیاز، اندازه فواره مته ،‌سرعت سیال در فواره مته ، سرعت سیال در فضای حلقوی و;)

۶-۲- برآورد زمان مورد نیاز برای اجرای برنامه حفاری یک حلقه چاه، تهیه برنامه زمان بندی عملیات حفر چند حلقه چاه.
۳) برآورد مقدار مواد و مصالح مورد نیاز یک حلقه چاه فرضی و بر اساس آن تدوین برنامه دریافت و مصرف مواد مورد نیاز کلیه چاهها.
۴) انتخاب دستگاههای حفاری مناسب که قادر به حفر چاههای برنامه ریزی شده باشد،‌انتخاب سیستم کنترل فوران ، اقدام به موقع برای تامین آنها.
۵) برآورد بودجه مورد نیاز عملیات و تهیه و برنامه زمان بندی دریافت و مصرف آن.

۶) پیاده نمودن محل چاهها در روی زمین ،‌اقدام به موقع جهت احداث جاده و محل چاه با حصول اطمینان از امکان تامین به موقع آب مصرفی و سوخت مواد غذایی و آب نوشیدنی و;

۷) پیگیری مداوم اقدامات فوق الذکر تا حصول به نتیجه نهایی در محدوده زمانی تعیین شده

۸) تهیه برنامه حفاری چاه در آخرین فرصت مناسب قبل از شروع عملیات جهت اجتناب از دوباره کاری.
وظیفه مهندسین حفاری در یک شرکت صاحبکار عبارتست از طراحی برنامه ریزی چاهها، برآورد احتیاجات به مواد و مصالح و دستگاهها، هدایت عملیات بر اساس مدون و نظارت بر کار پیمانکاران حفاری و شرکت های سرویس دهنده.

مهندسین حفاری می بایستی کاملا به تکنولوژی حفاری و خدمات جنبی آن آشنایی داشته و بتوانند به سرعت و با قاطعیت تصمیمات صحیح اتخاذ نمایند و کارکنان پیمانکار و شرکت های سرویس دهنده را که اکثراً دارای تخصص یدی و فاقد دانش مهندسی کافی می باشند،‌هدایت نمایند.
تقسیم بندی چاهها بر حسب مورد استفاده:

چاهها را از نظر مورد استفاده به سه گروه زیر تقسیم بندی می کنند:
۱- چاهها اکتشافی

۲- چاههای استخراجی
۳- چاههای تکنیکی
چاههای اکتشافی:

این گونه چاهها به منظور کشف ماده معدنی و یا جهت به دست آوردن اطلاعات زمین شناسی حفر می گردد و برحسب موارد اختصاصی آنها به چند زیر گروه تقسیم می شوند:
۱) چاههایی که به منظور پیدا کردن سنگ بستر و مشخص نمودن آن روی نقشه حفاری می شوند.
۲) چاههایی که به منظور پیدا کردن شواهدی مبنی بر وجود یا عدم وجود کانی از یک محدوده خاص حفر می گردند.
۳) چالهایی که به منظور پی بردن به خواص فیزیکی و مکانیکی خاک یا سنگ و تهیه نمونه های آلتره نشده و اندازه گیری مقاومت آنها حفر می گردند.
۴) چاههای هیدرولوژی که به منظور بررسی آبهای زیر زمینی و نحوه حرکت آنها استفاده میشود.

۵) چالهای ژئوفیزیکی در روش لرزه نگاری
۶) چالهای ساختمانهای که به منظور کسب اطلاع از وضعیت و موقعیت ساختارهای زیر زمینی مثل درزو شکاف و.. حفر می شوند.
۷) چالهایی که به منظور جمع آوری اطلاعات زمین شناسی و نحوه قرار گیری لایه ها در اکتشاف نفت حفر می شوند.
چاههای استخراجی:

این چاهها جهت استخراج ماده معدنی، گاز و مایع (آب و نفت) حفر می گردند و مهمترین آنها عبارتند از:
I. چاههای آب: که جهت تولید آب به منظور تامین آب مورد نیاز برای صنعت، کشاورزی و آشامیدنی حفر می شوند .
II. چاههای نفت و گاز:‌این چاهها جهت استخراج نفت و گاز حفاری می شود.

III. چاههایی که جهت تبدیل زغال به نفت یا گاز در اعماق زمین حفاری می شوند.
IV. چاههای ژئوتکنیکی: به چاههای اطلاق می شود که جهت استخراج زغال، نمک‌، سولفور با استفاده از بخار آب یا محلولهای شیمیایی حفر می گردند.
V. چالهای انفجاری: به چالهایی اطلاق می شود که جهت جایگذاری مواد منفجره حفاری می گردند تا از طریق انفجار این چالها موجب شکستن و خرد شدن سنگها، کانیها، و زغال سنگ ها فراهم گردد و در ضمن بارگیری سهلتر و ارزانتر تمام شود. این چالها در معادن زیر زمینی و معادن روباز کاربرد فراوانی دارند.
VI. شفت به چاه قائم یا شیب داری گفته می شود که جهت استخراج زغال سنگ و سایر مواد معدنی حفر می شود.
چالهای تکنیکی:

برخی از چالهای تکنیکی عبارتند از:
I. چالهای استحکامی : این چالها جهت تزریق سیمان، رزین و سایر مواد مشابه به درون درز و شکاف سنگ به منظور افزایش مقاومت سنگ حفاری می شود.
II. چالهای آبکشی، این چالها به منظور خارج کردن آب از محل استخراج ایجاد می شوند.
III. چالهای منجمد، این چالها در اطراف شفت ها حفر شده و به منظور جلوگیری از عدم ورود آب به داخل شفت، آب داخل چاهها را به کمک سیستم خاصی منجمد می نمایند.

IV. چاههای تزریقی: به چاههایی گفته می شود که از طریق آن می توان گاز، بخار آب به روی مخزن نفت تزریق نموده، بدین جهت موجب کاهش گرانروی نفت گردید و تولید آن را افزایش داد.

V. چاههای مشاهده ای: این گونه چاهها به منظور مشاهده آب و تعیین اختلاف فشار آن حفاری می شوند.
VI. چاههای تخلیه گاز : به چاههایی گفته می شود که جهت خروج گازهای مضر از رگه زغال در معادن زیرزمینی، حفر می گردند همچنین از این چالها به منظور کنترل خاک از طریق تزریق آب، به جبهه استخراج و مرطوب نگه داشتن این محدوده استفاده می شود.

VII. چالهای پیشتاز: به چالهایی اطلاق می شود که معمولا به منظور پی بردن به کیفیت سنگ و شرایط آب موجود در طبقات حفر می شوند.
VIII. چالهایی که در مرکز آرایش چالهای انفجاری و به منظور ایجاد فضای آزادی ثانویه برای انفجار اصلی حفر می شوند.
انتخاب آرایش چالها:

آرایشی که جهت حفر چالهای انفجاری در معادن به کار برده می شود، بستگی به نوع سیستم حفاری، نوع ماده منفجره، عمق چال، نوع سنگ و ماکزیمم اندازه ای که سنگهای منفجره می تواند داشته باشند ( از نظر حمل و سنگ شکن) دارد. چالهایی به قطر کم و با فاصله نزدیک معمولا برای سنگ های سخت و متراکم منظور می شوند. چالهای با قطر زیاد موجب افزایش مصرف مواد منفجره در حال چال خواهند شد و لذا این امکان وجود خواهد داشت که فواصل چاهها دورتر انتخاب شوند و نتیجتا از هزینه های حفاری کاسته شود. به طور کلی در سنگ های سخت چالها نزدیک به هم و هم در سنگ های دارای درجه سختی کمتر فواصل آنها معمولا کمتر انتخاب می شوند. در چالهایی که به منظور انفجار حفاری می شوند باید دو پارامتر ذیل را مورد توجه قرار داد:

A: متر مکعب ( یارد مکعب) از سنگ به ازای هر متر ( فوت) از چال ( به صورت خطی) حفر خواهند شد.
B: مقدار ماده منفجره به ازا هر متر ( فوت) چال

تقسیم بندی چاه: چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان:
چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان به انواع زیر تقسیم می شوند.
۱- wild cat well:

اولین چاهی که در یک حوضه رسوبی زده می شود، مانند اولین چاه نفت که در ایران در منطقه مسجد سلیمان زده شد. در این نوع چاه هیچ گونه اطلاعاتی در زمینه توالی لایه های زمین شناسی منطقه مورد حفاری وجود ندارد. در این منطقه قبلا هیچ نفت و گازی کشف نشده است.
۲- exploration well:

چاه اکتشافی، چاهی است که برای مطالعه و ارزیابی یک یا چند لایه ناشناخته از
طبقات زیر زمینی در ناحیه معین زده می شود. در این حالت اطلاعات ما نسبت به چاه صwild cat بیشتر است ولی باز هم کافی نیست.
چاه اکتشافی لزوما چاهی نخواهد بود که در یک ناحیه حفر می شود، اما هر چاهی که با هدف شناسایی یک سازند قدیمیتر و در اعماق بیشتر حفاری شود، اکتشافی محسوب می شود. مثلا هر چاهی که در جنوب غرب ایران برای اکشتاف سازندهای پیرتر مثلا گروه دهرم حفاری شود، اکتشافی نامیده می شود. که به دو نوع است:

۱: Dry well: چاهی که به هیدروکربن نرسید
۲: wet well : چاهی که در آن وجود هیدروکربن کشف شده است.
۳:Delineation well : به منظور تعیین محدوده مخزن و برای محاسبه دقیق حجم ذخیره بهره دهی میدان نفتی حفاری می شود. بنابراین باید سطح تماس آب و نفت WOC و گاز با نفت GOC نیز مشخص شود. تا براساس آن بتوان حجم نفت موجود در مخزن را بهتر تخمین زد و به کمک این چاهها و مطالعات مخزنی، تعداد چاههای لازم برای بهره برداری را معین نمود.

۴:Development well: منظور همان چاههای توسعه ای می باشد که جهت تولید از یک میدان زده می شود و به سه دسته تقسیم می شود:
چاهی که برای تولید نفت زده می شودoil production
چاهی که برای تولید گاز زده می شود Gas production well
چاهی که به منظور بالا بردن قدرت بهرهر دهی مخزن و درصد بازیابی از آن، بوسیله تزریق گاز و یا آب زده می شود Injection well
تقسیم بندی چاهها براساس مسیر و جهت حفاری:

۱-Vertical
۲- Horizontal
۳-Directional
۴-Multi branch
۵-Multi lateral
۶-Geo string

انواع ۲ و ۳ به Deviation well نیز معروف هستند.
Multi lateral: معمولا برای ارزیابی دو سازند جداگانه از میدان ابتدا در سازند پایین تر حفاری کرده و سپس حفاری سازند بالاتر انجام می شود. سپس از دو لایه مذکور به روش Dual completion ( تکمیل دو جانبه یا مجزا: از دو لایه مخزنی مجزا با دو رشته لوله جدا از هم بهره برداری صورت می گیرد) همزمان تولید خواهد شد.

Geo string: در لایه هایی که بسیار نازک هستند، باید لایه مذکور را به اصطلاح تعقیب کرد.
چند تعریف:
Observation well: بعضی از چاهها بدلیل داشتن یک وضعیت خاص و یا پس از آنکه از تولید باز ایستاد، بر حسب نیاز مهندسین مخازن و بهره برداری ممکن است تبدیل به چاه مشاهده ای شود و برای مشاهده و بررسی دائمی تغییرات سطح تماس سیالات و فشار مخزن بکار رود.
Work over: بر اثر بروز تغییرات در مخزن که بدنبال تولید از آن زخ می دهد و یا بروز اشکالات مکانیکی و فنی در چاه، ممکن است نیاز به کار مجدد و تعمیر برای یک چاه باشد. این چاه را چاه تعمیراتی و یا صwork over می نامند.

Abandon: اگر چاه قابل به تعمیر نباشد و یا اصولا از ابتدا خشک باشد، چاه متروکه نامیده می شود.
Infill well: چاههایی که پس از اولین مرحله توسعه یک میدان زده می شود و هدف از آن کسب حداکثر تولید از یک میدان است.
Side terckiong: هنگامی که بعلت دستورالعمل بد حفاری و یا برنامه نامناسب گل رشته لوله های درون چاه در چاه گیر می افتد. به اصطلاح fish در داخل چاه باقی می ماند و عملیات مانده یابی به شکست منتهی می شود. مجبور هستیم که از یک عمقی چاه قبلی را سیمان کرده و بوسیله انحراف چاه، چاه را از کنار مانده حفاری کنیم. این عمل را در اصطلاحside tracking می گویند.

Injection well: چاههائی هستند که برای تزریق گاز و بخارآب و; استفاده می شوند.
روش های حفاری:
معمولا نوع حفاری با توجه به نتایجی که از تحقیقات حفاری کسب می شود، انتخاب روش حفاری نه تنها به هدف نهایی تحقیق بستگی دارد، بلکه به جنس لایه هایی که باید در آن حفاری شود، نیز بستگی دارد. در حقیقت هنر حفاری در انتخاب بهترین متد حفاری خلاصه می شود.
به طور کلی روش های حفاری به دو گروه تقسیم می شوند:
۱- براساس استفاده از انرژی مکانیکی است که از طریق ضربه یا چرخش مته یا هر دو در سنگ صورت می گیرد.
۲- براساس استفاده از انرژی حرارتی، فشار آب و;
روش مکانیکی:
در این روش شکستگی و خرد شوندگی سنگ در اثر انرژی مکانیکی است که از طریق مته به سنگ وارد می شود.

مزایای روش مکانیکی:
۱- امکان تهیه نمونه های مناسب، جهت بررسی زمین شناسی و تعیین خواص مکانیکی
۲- امکان حفر چال به جهت خاص
مشکلات حفاری مکانیکی:

۱- احتیاج به تعویض مته به ازای تعداد مشخصی ساعات حفاری
۲- بازدهی این روش با افزایش عمق کاهش پیدا می کند. به این جهت در شرایط کنونی جهت حفاری های عمیق نوعی سیستم حفاری توسعه داده شده که ضربه زن در داخل چاه بلافاصله بعد از مته قرار می گیرد.
روش فیزیکی:

۱- روش هیدرو دینامیکی: در این روش، جهت ایجاد شکاف و شکستگی در سنگ و شکل گرفتن چالها از فشار مایعات (۲۰ تا ۲۰۰ مگاپاسکال) استفاده می شود.

۲- روش حرارتی: در این روش شکستگی در قعر چاه توسط حرارت شدید ( بیش از ۲۳۰۰ درجه سانتی گراد) انجام می گیرد این گرما در اثر سوختن هیدرو کربن های نفتی با اکسیژن حاصل می گردد. روش حرارتی بیشتر جهت حفر چالهای انفجار به کار گرفته می شود.

۳- روش انفجاری در این روش کاهش ابعاد سنگ از طریق انفجار صورت می گیرد و نوع ماده منفجره بستگی به خصوصیات سنگ دارد. در این روش بسته های پلاستیکی حاوی مواد منفجره از طریق چال در ته چاه قرار می گیرند و سپس با وارد نمودن ضربه یا حرارت موجب انفجار سنگها می شوند.
۴- روش لیزر: لیزر می تواند ستونی از تشعشات مغناطیسی تولید کند که این تشعشات برای تبخیر و ذوب سنگها کافی است عوامل چون هوا، رطوبت و ذرات جبهه کاردر عملکرد لیزر موثرند، باعث کاهش راندمان کار می شوند.

روش های فیزیکی دیگری همچون پرتاب گلوله و ذوب و; نیز جهت شکستگی و خرد نمودن سنگ توسعه داده شده اند، اما همگی این روشها بیشتر در مراحل آزمایش و تحقیق هستند.
عوامل موثر در انتخاب روش و سیستم حفاری:
چنانچه می دانیم روش حفاری رایج در حال حاضر مکانیکی است که از دلایل عمده آن می توان انعطاف پذیری این روش، کارایی و هزینه را نام برد. اما انتخاب سیستم حفاری و مناسب ترین ماشین حفاری به عوامل چندی بستگی دارد، که عبارتند از:
۱- طبیعت و نوع سنگ

۲- عمق چاه
۳- درجه سختی و خراشندگی سنگها
۴- درجه ای که سنگها باید کاهش ابعاد پیدا کنند
۵- اندازه پروژه و مدت زمان عملیات
۶- منظور و هدف از ایجاد چال
۷- شرایط چال ها از نظر وجود یا عدم وجود آب و چگونگی انتقال ذرات خرد شده از ته چاه برای چالهای انفجاری با قطرکم بالاخص در عملیات زیرزمینی که از سیستم حفاری ضربه ای نوع چکش حفاری استفاده می شود.
عوامل موثر در پیشرفت عملیات حفاری:
عوامل متعددی در عملیات حفاری موثرند، بعضی از این عوامل به طور مستقیم و بعضی دیگر به طور غیر مستقیم در عملیات حفاری موثرند که عمده آنان عبارتند از:
۱- خواص فیزیکی و مکانیکی سنگها، چگونگی وضعیت تنش های هیدروستاتیکی، تنش سنگهای پوششی
۲- عوامل زیر زمینی ( لایه بندی، چین خوردگی، درز و شکاف و گسل و;)
۳- ژئومتری چاهها ( قطر و عمق)
۴- مته
۵- میله یا لوله حفاری
۶- انرژی
۷- گل حفاری
از بین عوامل فوق پارامترهای (۱تا۳ تقریبا غیر قابل کنتر اند که آنها را پارامترهای ثابت می نامند و به پارامترهای ۴ تا ۷ پارامتر های قابل کنترل یا متغیر گفته می شود که در واقع تابعی از پارامترهای ۱ تا ۳ هستند.
باید توجه داشت که عوامل دیگری غیر از عوامل ذکر شده در پروسه حفاری موثرند که این دسته را عوامل جنبی می نامند، از قبیل مهارت کارگران در امور معدنی، سرپرستان، وضعیت آب و هوایی دسترسی به منابع انرژی و شرایط توپرگرافی و;
ساختمان چاه:
زمینی که در آن دکل می خواهد قرار گیرد باید استقامت خوبی داشته باشد تا با مشکل نشست روبرو نشود.
سپس لوله ای را با فشار به درون زمین فرو می کنند و اطراف آنرا کاملا سیمان کار می کنند این لوله به نام زconductor pipe است که هدایت کننده گل حفاری است. سپس دکل را قرار داده و حفاری را شروع می کنند. هنگامی که حفاری از لایه رسی گذشت و به ناحیه محکمتر رسید در آنجا surface casing نصب می شود که تمام دستگاههای سرچاه روی همین surface casing نصب می شود از آن جمله chrismas tree , well head, bop است.
در مرحله بعد، مته ای با قطر کوچکتر درون surface casing می رانند و تا عمق معین حفاری می کنند و Intermediate casing را نصب و در مرحله آخر production casing و بعد از آن tubing را نصب می کند.

خواص مکانیکی و فیزیکی سنگها:‌
خواص فیزیکی سنگها نشاندهنده شرایط فیزیکی آنهاست. این خواص ممکن است به طور مستقیم و غیرمستقیم در امر حفاری موثر باشند مانند میزان نیروی به هم چسبی ، تخلخل، چگالی،‌بافت و ساخت سنگها و;

منظور از خواص مکانیکی ارزیابی و تعیین توانایی و مقاومت سنگ ها در برابر نیرویی است که از خارج به آنها وارد می شود. بدون آنکه تغییر شکل یا شکستگی ایجاد گردد. مقاومت، سفتی،‌سختی، الاستیسته، پلاستیسیته و.. از عواملی هستند که در این بخش به آنها پرداخته می شود.
بررسی و مطالعه خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ ها به دلایل زیر در فرایند حفاری مورد نیاز است:‌

۱ در انتخاب روش چالزنی
۲ درانتخاب نوع سیستم ،‌نوع ماشین بلاخص در انتخاب اجزا ماشین مثل مته،‌لوله، گل حفاری و;
۳ در انتخاب نوع تامین کننده انرژی ،‌نوع پمپ گل حفاری

۴ در انتخاب نوع ماده منفجره که باید در چال جایگذاری شود.
۵ در طراحی لوله محافظ چاه
۶ در سرعت نفوذ پذیری
۷ در طراحی و برنامه های کوتاه مدت و دراز مدت حفاری
بررسی خواص فیزیکی سنگها:‌
الف:‌نیروی چسبندگی:‌

نیروی است که در اثر جذب یا تماس مولکولهای یک ماده به وجود می آیند نیرویی است درون زا که در برابر نیروی خارجی که باعث جدایی این مولکولها خواهد شد و مقاومت و پایداری می کند. و بستگی به نیروی وان در والس و بار الکترواستاتیکی ذرات دارد. چون نیروی بین ذرات با توان هفتم فاصله بین ذرات نسبت معکوس دارد لذا هر چه فاصله سطح تماس ذرات کمتر باشد نیروی واندر والس زیاد و نتیجتاً نیروی چسبندگی یا بین مولکولی نیز زیادتر خواهد بود.
تقسیم بندی سنگ ها بر اساس میزان نیروی چسبندگی:

۱) سنگ های سخت:‌
ذرات تشکیل دهنده این سنگ ها تحت تاثیر نیروی چسبندگی کاملا مرتبط و پیوند شده اند. بنابراین برای خرد کردن این سنگ ها نیروی زیادی لازم است مانند سنگ های حاوی کوارتز مثل گرانیت ،‌گرانودیوریت و; حفاری در این سنگ ها به دشواری انجام می پذیرد ولی دیواره چاه احتیاج به لوله محافظ ندارد.
۲) سنگ های سیمانته شده:

در این سنگ ها کانی های اصلی تشکیل دهنده آنها توسط سیمانی از نوع رس یا سیلیس و ; به یکدیگر مرتبط و سیمانته شده اند.
۳) سنگ های غیر سیمانته یا سست:
این سنگ ها از ذرات غیر سیمانته ماسه یا گراول و; تشکیل شده اند چاههای حفر شده در این سنگ ها به محافظت احتیاج دارند و بایستی لوله های محافظ نصب شوند.

۴) سنگ های روان:
این سنگ ها به آسانی مورد هجوم و در دسترس آب قرار می گیرند و خیلی زود خاصیت نیمه جامد به خود می گیرند مانند ماسه های ریز،‌رس های حاوی مقدار کمی ماسه و;
ب-تخلخل:‌
تخلخل درصدی از حجم کل سنگ که توسط فضاهای خالی اشغال گردیده و یا
به عبارت دیگر قسمتی از حجم کل سنگ که توسط مواد جامد اشغال نگردیده است. تخلخل آن سنگ نامیده می شود. به عبارت دیگر تخلخل عبارتست از نسبت حجم کل منافذ یک نمونه از سنگ به حجم کل همان نمونه و با درصد مشخص می شود:

که در آن:
Vv: حجم منافذ
V: حجم کل نمونه
n: تخلخل (ضریب تخلخل)
تخلخل مطلق:
شامل تمام فضای خالی، کانال ها، فضاهای باز شده به هر اندازه و شکل و وسعت را شامل می شود. مقدار تخلخل در سنگ های مختلف متفاوت است و بین ۰ تا ۵۵ درصد متغیر می باشد مقدار تخلخل با افزایش عمق کاهش می یابد. تخلخل باعث کاهش قدرت و مقاومت سنگ ها خواهد شد.
تخلخل موثر:
تخلخل موثر تنها شامل فضاهای خالی خواهد بود که با یکدیگر در ارتباط
بوده و این فضاهای خالی اجازه جریان یافتن سیالات را از دورن خویش خواهند داد بنابراین :

در این رابطه :
:‌حجم منافذی که با هم در ارتباطند.
V: حجم کل نمونه
ne: تخلخل موثر
هر اندازه تخلخل سنگ بیشتر باشد مقاومت و پایداری سنگ در برابر حفاریهای معدنی و اکتشافی کمتر است خصوصا اگر در حفرات سنگ، آب موجود باشد علاوه بر کاهش مقاومت سنگ در مقابل حفاری از تولید گرد و غبار در حین حفاری کاسته می شود.
ج- نسبت پوکی:
عبارتست از نسبت بین حجم کل منافذ یک نمونه از سنگ به حجم ذرات جامد همان نمونه از سنگ و از رابطه زیر به دست می آید:‌

که در آن :
Vv: حجم منافذ
Vs:‌حجم بخش جامد نمونه
E: نسبت پوکی
نسبت پوکی را به صورت کسری نشان میدهند و بین ۰۳ تا ۲ متغیر است.
رابطه بین تخلخل و نسبت پوکی:

که در آن n تخلخل سنگ و e نسبت پوکی می باشد:
د- چگالی دانه ها (توده ویژه) Gs یا S.G Specific Gravity
چگالی دانه ها کمیتی است بدون بعدو معمولا عددی است بین ۲۶ تا ۲۹ چگالی دانه های ماسه ای که اکثرا از کوارتز باشند در حدود ۲۶۵ و چگالی خاکهای لای دار و رس دار در حدود ۲۶ تا ۲۹ است.
وزن آب هم حجم آن/ وزن قسمت جامد =Gs=S.G=
چگالی یک سنگ عبارتست از نسبت بین جرم مخصوص سنگ به جرم مخصوص آب یا نسبت بین وزن حجمی سنگ به وزن حجمی آب وزن مخصوص فاقد واحد بوده و از رابطه زیر بدست می آید:‌

در رابطه فوق:
:‌ جرم مخصوص سنگ
: جرم مخصوص آب
:‌وزن حجمی سنگ
:‌وزن حجمی آب
S.G: وزن مخصوص
ه- جرم مخصوص:‌
جرم مخصوص نسبت جرم سنگ به حجم آن می باشد و واحد آن معمولاً به صورت کیلوگرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتی متر مکعب یا پوند بر فوت مکعب نشان داده می شود. جرم مخصوص را معمولا با نشان می دهند جرم مخصوص آب یک گرم بر سانتی متر مکعب می باشد.
و- وزن حجمی:
وزن حجمی سنگ برابر است با حاصلضرب جرم مخصوص سنگ در شتاب جاذبه بنابراین:

حجم سنگ / وزن سنگ=
که در آن :
جرم مخصوص جرم مخصوصg وزن جرمی
وزن حجمی آب در سیستم متریک عبارتست از:‌

وزن حجمی آب در سیستم انگلیسی عبارتست از:
عواملی که در چگالی سنگ موثرند عبارتند از:‌
نسبت پوکی تخلخل و نحوه قرار گیری کانیها در کنار یکدیگر هر چه نسبت پوکی و تخلخل سنگ زیادتر باشد آن سنگ از تراکم چگالی کمتری برخوردار است و لذا حفاری این نوع سنگ ها آسانتر و سرعت نفوذ پذیری نیز بیشتر خواهد بود. از طرفی وزن مخصوص رابطه مستقیم با مقاومت و سرعت چالزنی یا نفوذپذیری مته حفاری در سنگ رابطه معکوس دارد.
معمولا وزن مخصوص سنگ های آذرین زیادتر از رسوبی است. در سنگهای رسوبی حد چگالی بین ۱۹ تا ۲۷ بوده و بیشتر سنگهایی که عملیات حفاری بر روی آنها انجام میشود چگالی شان بین ۲ تا ۲۷ متغیر می باشد.

ط- بافت و ساخت سنگ :
خواص فیزیکی و شیمیایی سنگ ها متاثر از بافت و ساخت آنها می باشد. واژه بافت گویای ساختمان درونی سنگ است و عبارتست از اندازه و شکل و وضعیت قرار گرفتن کانیهای مختلف در یک سنگ مانند بافت گرانولار در سنگ های گرانیتی یا بافت میکرولیتی در سنگ های آذرین خروجی.
ساخت معمولا در نمونه های بزرگ مورد بررسی قرارمگیرد مانند ساخت لایه ای در سنگ های رسوبی یا ساخت شیستی و گنیسی در سنگ های دگرگونی.
بررسی خواص مکانیکی سنگ ها:‌
الف:‌مقاومت :
خاصیتی از سنگ است که باعث پایداری و عدم تخریب آنها به هنگام وارد وآمدن تنش های خارجی می شود.
تنش ها ممکن است از نوع فشاری، کششی- خمشی و یا برشی باشند. چون سنگ ها مقاومت فشاری بسیار بالایی دارند بنابراین جهت راندمان بیشتر در امور چالزنی موثرترین سیستم حفاری سیستمی است که با حرکت برشی موجب شکستن و خرد شدن سنگ گردد.

عوامل موثر در مقاومت سنگ ها:
کانیهای تشکیل دهنده سنگها
درجه هوازدگی و دگرسانی سنگها
نیروی بین مولکولی ذرات تشکیل دهنده آنها
وجود درز، شکاف و; در سنگها
خواص الاستیکی ، پلاستیکی و آنیزوتروپی سنگها
جهت و میزان نیروی وارده به سنگ ها
۲- RQD شاخص کیفیت سنگ:
R.Q.D عبارتست از نسبت مجموع طول مغزه یا نمونه حاصله یا عمقی است که حفاری شده است و با درصد بیان می کنند بنابراین منظور از R.Q.D اندازه گیری مقاومت خصوصیات درز و شکاف و بیانگر شرایط محیطی است که سنگ را احاطه کرده است باید توجه داشت که اندازه طول نمونه مورد آزمایش حداقل دوبرابر قطر آن باشد و حداقل طول مغزه ها بایستی cm 10 باشد و مغزه ها سفت و سالم باشند رابطه بین R.Q.D و کیفیت سنگ در جدول زیر آمده است:

کیفیت سنگ (%)R.Q.D
خیلی ضعیف ۲۵-۰
ضعیف ۵۰-۲۵
متوسط ۷۵-۵۰
خوب ۹۰-۷۵
خیلی خوب ۱۰۰-۹۰

الاستیسیته:‌
اگر سنگی تحت تاثیر تنش قرار گیرد مقداری تنش در آن به وجود می آید حال اگر این تنش اعمال شده حذف گردد و سنگ یا هر چیز جامد دیگر به حالت اول خود برگردد به این خاصیت برگشت پذیری پس از انتقال تنش یا الاستیسیته می گویند.
E یا مدول یانگ نشاندهنده کیفیت دگر شکلی پذیری سنگ است اگر E بیشتر باشد تراکم پذیری کمتر است.

پلاستیسیته:
خاصیتی از سنگ است که موجب تغییر شکل دائمی در آن می شود به عبارت دیگر اگر پس از حذف تنش اعمال شده به یک سنگ تغییر شکل ایجاد شده به حالت اول خود باز نگردد پلاستیسیته نامیده می شود در شکل پیوست منحنی تیپیک تنش- کرنش در تراکم تک محوری سنگ ها آمده است:‌
نسبت پواسون:
عبارتست از نسبت کرنش جانبی سنگ به کرنش محوری همان نمونه از سنگ یعنی:

که نسبت پواسون می باشد.
سختی:
عبارتست از مقاومتی که کانی یا سنگ در مقابل ابزار خراش دهنده (ساینده) از خود نشان میدهد تا خراش حاصل نکند. هر چه درجه سختی و سایندگی سنگ ها زیادتر باشد عمر مته ها کمتر و سرعت نفوذ مته کم می گردد. عواملی که موجب افزایش و کاهش درجه سختی سنگ می شوند عبارتند از:
۱- کانیهای تشکیل دهنده سنگ که هر چه سخت تر باشند در سنگ نیز به سختی خراش و سایندگی ایجاد می شود.
۲- نیروی چسبندگی که هر چه نیرو در بین کانیهای سنگ بیشتر باشد ابزار خراش دهنده به نیروی بیشتری جهت سایش،‌خراش اندازی نیاز دارد.
۳- شکل دانه ها، دانه های گوشه دار،‌دارای خاصیت سایندگی بیشتری هستند تا دانه های گرد شده.
۴- اندازه دانه ها؛ دانه های درشت تاثیر زیادی بر روی چالزن خواهند داشت.

۵- مقدار آب موجود در سنگ، هر چه آب موجود در سنگ زیادتر باشد درجه سختی و سایندگی آن کمتر است.
سختی کانیها را با اشل موس می سنجند. در این مقیاس کانی ها را از نظر به ده درجه تقسیم بندی می کنند (درس کانی شناسی) در مورد کانیهایی که دارای سختی بین ۶ تا ۷ هستند از بین سیستم حفاری ضربه ای استفاده می شود. در مورد کانیهای کروندوم و توپاز که مقدار کم نیز یافت می شوند از مته های الماسی استفاده می شود.
طاقت سنگها:‌

منظور از سنگها تعیین مقاومت آنها در مقابل تنش های خارجی می باشند. این تنش ها می توانند فشاری ، کششی و برشی باشند. به عبارت دیگر طاقت سنگ عبارت است از مقدار تنش که در مقابل تنش های وارده مقاومت می کند تا خرد نشود.
مساحت شکستگی ایجاد شده در سنگ (cm2) / ارتفاع سقوط زیاد وزنه (m) × وزن وزنه (kg) = طاقت سنگ
مقدار طاقت سنگها را یکصدم مقاومت فشاری تک محوری در نظر می گیرند.
اگر بر حسب kgf/cm2 باشد.
خاصیت سایندگی:‌
عبارتست از خاصیتی از سنگ که قادر است سرمته را بساباند و بستگی به سختی سنگ،‌کلیواژ و خاصیت تورق،‌به شکل دانه های تشکیل دهنده سنگ دارد. خاصیت سایندگی روی سیستم حفاری چرخشی از اهمیت بیشتری نسبت به حفاری ضربه ای برخوردار است برخی از سنگهای با خاصیت سایندگی روی سیستم حفاری چرخشی از اهمیت بیشتری نسبت به حفاری ضربه ای برخوردار است. برخی از سنگهای با خاصیت سایندگی نسبتا بالا عبارتند از:‌
کروندوم، مگنتیت، کوارتزیت، ماسه سنگ، گرانیت،‌دیوریت، بازآلت ، گارنت و;
خاصیت سفتی سنگ:
سفتی سنگ عبارتست از مقاومت مولکولها و سیمان بین اجزا متشکله سنگ در برای تغییر شکل تحت اثر فشارهای خارجی در رفتار الاستیکی از عوامل موثر در مقدار سفتی عبارتند از:
جاذبه بین مولکولی اجزا متشکله سنگ، ترکیب فیزیکی و شیمیایی سنگ و میزان رطوبت و شکل ذرات متشکله و سیمانی که اجزا سنگ را به هم متصل می نماید در عمل جهت مقایسه خاصیت سفتی سنگ ها باز هم از فرمول استفاده می شود که در آن
G: مدول سفتی Rigiditymodulus برحسب kg/cm2
E:‌مدول الاستیسته برحسب kg/cm2
:‌نسبت پواسون
چنانکه از فرمول فوق نیز نتیجه می شود عملا سنگ هایی که مدول الاستیسته نسبتا بیشتری دارند از مدول سفتی بالاتری برخوردارند.جدول زیر مقایسه مدول سفتی چند سنگ را نسبت به سنگ آهک نشان میدهد.

سیستم حفاری چرخشی (دورانی)
این روش اولین بار در آمریکا برای حفر چالهای آبی استفاده شد در اوایل قرن بیستم برای استخراج نفت از این روش استفاده شد. تا سال ۱۹۲۰ تقریبا ۹۰ درصد چاههای عمیق توسط سیستم حفاری ضربه ای عمدتا از نوع کابلی حفاری گریده بودند اما در سال ۱۹۸۰ این رقم معکوس شد و حدود ۹۰ درصد اینگونه چاهها توسط سیستم حفاری چرخشی یا دورانی حفاری گردیده است.
امروزه چاههای به عمق متجاوز از ۶۰۰۰ متر حفر می شود برای مثال دو چاه عمیق در آمریکا به عمق ۱۰۰۰۰ متر حفر گردیده و همچنین در شوروی چاهی به عمق ۱۴۰۰۰ متر حفر شد.
– یک دستگاه حفاری دورانی به طور کلی از رشته لوله های حفاری و ابزارهای حفاری ،‌دکل، دستگاه مولد نیرو و تلمبه گل زنی تشکیل شده است.
– کامل ترین وسایل حفاری دورانی در کارهای نفتی مورد استفاده است و لیکن دستگههای سبکتر نیز به مقدار زیاد در حفاریهای کم عمق تر برای استخراج و بهره برداری آبهای زیرزمینی مورد استفاده قرار دارد.

مکانیزم های حفاری دورانی:
در سیستم حفاری دورانی اولا مته و لوله حفاری هر دو می چرخند ثانیا انرژی که از طریق لوله و مته به سنگ وارد می گردد و موجب حفر چاه می شود ترکیبی است از انرژی جنبشی و تراست یا فشار برروی مته چرخش مته و لوله حفاری ناشی از انرژی است که از صفحه دوار به لوله چند بر و از آن به لوله و مته منتقل می گردد لذا تنشی که از طریق مته به سنگ وارد می آید از نوع مماسی بوده و سنگ ها از طریق خراش برداری و تراشیده شدن به صورت قطعات ریز بین “۱-” ۸/۱ درخواهد آمد.
تراست یا بارروی مته توسط لوله های پشت مته و اتصال و ارتباط آنها با پایه و تیرهای ستونی در سطح و به واسطه سیلندر هیدرولیکی کابها و تامین می گردد و تراست یا سنگینی پشت مته بسته به نوع سنگ و قطر مته بین ۸۰۰۰-۱۰۰۰ پوند به ازای هر اینچ مته متغیر می باشد.
ثالثا:‌جهت خرده های حفاری از گل حفاری استفاده می شود در مناطق خشک از هوا به عنوان سیال حفاری استفاده می شود. معمولا سیال حفاری از داخل لوله به سر مته آمده و از منافذ مته به فضای آنولوس وارد شده و خرده ها را از فضای آنولوس به بیرون هدایت خواهد کرد
معمولا در معادن برای حفر چاههای با قطر ۶ تا ۱۵ اینچ و عمق بین ۹ تا ۱۸ متر به کاربرده می شوند.
جهت حمل و انتقال یا به روی کامیون سوار می گردند یا برروی چرخ زنجیری برای سرعت بخشیدن به عملیات حفاری بهتر است سیستم حفاری برروی کامیون نصب گردد و همچنین برای انتقال در فواصل نسبتا زیاد در معادن این نوع سیستم از تحرک بیشتری نسبت به نوع زنجیری برخوردار است سیستم های حفاری که روی چرهای زنجیری نصب شده اند برای مناطق صعب العبور به کار می روند.

عوامل موثر در سرعت حفاری سیستم دورانی:‌
۱- بازدهی اپراتور که به آموزش و تجربه و انگیزه شغلی آن بستگی دارد
۲- بازدهی خود ماشین، اندازه ماشین،‌آسان بودن ماشین از نظر فراگیری ، تعمیر و سرویس

۳- خصوصیات طبقاتی که حفاری می کنند:‌
۳-۱- به مقاومت فشاری طبقات
۳-۲- به سختی و خاصیت سایندگی

۳-۳- به فشار سنگهای پوششی
۳-۴- به خاصیت الاستیکی و پلاستیکی سنگها
۳-۵- به خاصیت چسبندگی طبقات به میزان آب موجود در سنگ و تخلخل سنگها و وضعیت حرارتی سنگها
۴- عوامل مکانیکی :‌بار مته، دور مته در دقیقه ، نوع مته

۵- به خاصیت سیال حفاری، چگالی گل حفاری، ذرات جامد گل حفاری، روان بودن گل حفاری، به خاصیت هرز روی آب گل حفاری و;
موارد استفاده سیستم حفاری چرخشی:

۱- سیستم های حفاری چرخشی برای انواع سنگ ها از نظر درجه سختی مناسب بوده و دارای بازدهی قابل ملاحظه ای می باشند.
۲- در معادن روبازبرای حفر چاههایی به قطر بین ۱۵-۶ به دلیل سرعت چالزنی بیشتر اقتصادی بودن نبت به حفاری ضربه ای اولویت دارد.
۳- در معادنی که تولید بالاست این روش مناسب تر ازروش ضربه ای است.

۴- به دلیل سرعت چالزنی زیادتر این روش توانایی بیشتری در جهت آماده نمودن چالهای انفجاری نسبت به روش ضربه ای دارد
۵- جهت حفر چالهای عمیق و نیمه عمیق روش دورانی مناسب می باشد.

مواردی که حفاری دورانی توصیه نمی شود:
۱- در معادن کوچک تر از نظر ذخیره و تولید ،‌به علت بالا بودن هزینه اولیه این سیستم نسبت به حفاری ضربه ای توصیه نمی گردد
۲- چون این ماشین ها برای حفر چاههایی با قطر بیش از ” ۴ طراحی شده اند بنابراین برای حفر چاههای عمیق با قطر و عمق کم توصیه نمی شود.
دکل:‌

دکل ساختمان برج مانندی است که به شکل هرم ناقص با قاعده مربع یا مثلث است و از اتصالات قطعات لوله یا نبشی مخصوصی به وجود می آید ارتفاع دکل تابع حداکثر عمق دستگاه حفاری است. ماشین یا دستگاه حفاری با اتکا به آن از طریق کابل ها می تواند لوله های حفاری را به درون چاه و یا از درون چاه به بیرون منتقل نماید. لذا دکل باید حالت قائم و دارای ارتفاع و مقاومت کافی باشد تا بتواند چنان سنگینی و فشاری را با ایمنی کامل تحمل نماید. انواع دکل حفاری عبارتند از:‌

۱- دکل ثابت یا استاندارد
۲- دکل قابل حمل (خود فراز)
دکل های ثابت:

دکل هایی هستند که به صورت واحد قابل انتقال نیستند مگر آنکه فاصله انتقال بسیار کم باشد در غیر اینصورت باید قطعات را مجزا از هم حمل نمود و در محل مورد نظر آن قطعات را به هم متصل و سپس از آن استفاده نمود از این نوع کمتر در معادن و کلا در خشکی استفده می شود و به حفاری های دریایی محدود شده اند.

دکل های قابل حمل:‌
به دکلی اطلاق می شود که به صورت واحد می توان از آن استفاده نمود بدون آنکه حفار مجبور باشد به ازا هر بار استفاده اجزا مختلف آن را از یکدیگر جدا و حمل نماید و دوباره در عملیات جدید آن را به یکدیگر پیوند دهد موقعی که یک دکل خود فراز یا قابل حمل برپا یا پایین آورده می شود. شباهت به تیغه ی یک چاقو بزرگ جیبی دارد که باز و بسته می شود. یعنی این دکل ها از یکسری قاب تشکیل شده که در سر چاه قاب ها را توسط خارهای قوی به هم متصل کرده و دکل را تشکیل می دهند در دستگاههای حفاری سیار، دکل نیز همانند سایر ابزار و لوازم حفاری، بروی کامیونی نصب شده است در بالای دکل اطاقکی موسوم به اطاقک کارگر وجود دارد که برای بالا و پایین کردن لوله ها از آن استفاده می کنند. در بالای دکل تعدادی قرقره فلزی ثابت وجود دارد که کابل های مختلف جرثقیل از دور آنها عبور می کند.

اجزا و سیستم های اصلی یک دکل حفاری شامل:
۱- سیستم بالا برنده hoisting system
۲- سیستم گردشیcirculating system
۳- سیستم چرخشیrotating system

۴- سیستم کنترل فشارcontrolling system
ساق حفاری (Drill string): به مجموعه لوله های فولادی مخصوص حفاری که در درون چاه قرار دارد گفته می شود. درباره تک تک اجزاء رشته و یا ساق حفاری بعدا به طور مفصل بحث خواهد شد.

در سطح زمین، ساق حفاری به هنگام حفاری، اولا باید در چاه آویزان نگه داشته شود و در عین حال قسمتی از وزن آن برای اعمال نیرو بر مته رها شود. ثانیا باید به طریقی به دوران درآورده شود و ثالثا سیال حفاری با سرعت لازم و تحت فشار به درون آن فرستاده شود. امر اول توسط سیستم بالابری (hoisting system) انجام می شود. به دوران درآوردن ساق حفاری در سطح زمین توسط سیستم دوران دستگاه حفاری انجام می گیرد. سیستم گردش کل (circuating system) سیال حفاری را در سطح زمین به درون ساق حفاری فرستاده و در چاه به حرکت و گردش در می آید.

قسمتهای اصلی سیستم بالابری:
۱ mast یا Derrick

۲ Block and tackle که شامل (فrrraveling block , crown block, hook, drilling line) است.
۳ Drawworks که اصلی ترین قسمت این سیستم و همچنین مهمترین قسمت یک دستگاه حفاری است.
Derrick و یا همان دکل یک چهارچوب و اسکلت فلزی است که فضای لازم برای بلند کردن، پایین آوردن رشته حفاری به درون چاه و به بیرون آن را برعهده دارد.
Substructure همانطور که از نام آن مشخص است محل قرارگیری دکل است یعنی جایی کهderrick روی آن قرار می گیرد. هر substructure باید:
۱- وزن derrick را تحمل کند.

۲- وزن لوله هایی که در کنار هم در کنار derrick قرار گرفته اند را تحمل کند.
۳- وزن لوله هایی را که درون چاه قرار دارند را تحمل کند.
۴- نیروهای جانبی مانند وزش باد را نیز تحمل کند.

Drawworks: مرکز کنترل یک دکل حفاری است و از آنجا حفار می تواند یک دکل را کنترل کند، و شامل یکسری کلاچ و ترمز و قرقره است که باعث می شود با قرار گیری سیمهای حفاری درون قرقره، رشته حفاری به بالا و یا پایین حرکت کند.

Block and tackle: مجموعه ای از قرقره های ثابت و متحرک و قلاب است که لوله های حفاری را درون چاه بالا و پایین می برد.
Crown block: قرقره ای ثابت است که در بالای دکل حفاری قرار دارد.
Traveling block: قرقره متحرک است که در زیر آن قلاب قرار دارد.

Hook: یا قلاب که لوله حفاری به ان متصل است.
دو جز فرعی این سیستم شامل:
Anchor: یا لنگر است که به آن دستگاه وزن نما وصل است. و سیم ثابت که از قرقره ثابت می آید به ان متصل می شود.
Storage Reel: بعد از چند هزار تن – مایل حرکت سیم سیم ضعیف شده و مجبور هستیم سیم جدید وارد مجموعه کنیم. این سیم جدید از این قسمت وارد سیستم می شود.
به کمک این سیستم دو عمل دیگر نیز انجام می شود.
۱- pipe connection: ( اتصال لوله) عبارت است از اضافه کردن یک شاخه لوله دیگر به لوله های درون چاه و افزایش طول آن در هنگامی که با حفر چاه عمق آن افزوده می شود.
۲- Round trip: ( پیمایش) عبارت است از بیرون کشیدن اجزا ساق حفاری از چاه و دوباره برگرداندن آن به چاه به منظور اهدافی خاص.

یک چاه نفت و یا گاز به منظور دسترسی به مواد هیدروکربنی حفر می گردد. به هر منظوری که چاه مذکور حفر گردد در بر گیرنده اهداف زیر خواهد بود:
۱- ایجاد دسترسی به ذخیره زیرزمینی

۲- ایجاد ارتباط یا سازندهای تولید کننده مواد هیدروکربوری
۳- تامین مسیر مناسب به منظور خروج ایمن و موثر مواد هیدروکربنی به سطح زمین
۴- تامین تجهیزات در سطح زمین به منظورکنترل تولید و ایجاد امکان تعمیرات لازم
تامین کننده قدرت ماشین حفاری:

قدرت ماشین حفاری توسط موتورهای گازی، دیزلی و یا الکتریکی تامین می شود. موتور الکتریکی علی رغم آنکه بازدهی و راندمان بهتری دارد اما در بعضی موارد تهیه منبع الکتریسته در معدن آسان نخواهد بود. ولی علی رغم این مشکل امروزه در بیشتر معادن روباز از موتور برقی به عنوان تامین کننده قدرت ماشین حفاری استفاده می شود.

مقدار انرژی تولید شده توسط موتور جهت تولید انرژی جنبشی، تراست، کشیدن کمپرسور هوا به دنبال خود، بالا و پایین بردن کابلها، عبور هوا یا گل حفاری و یا آب از درون لوله حفاری جهت انتقال خرده های حفاری از ته چاه و تراز نمودن یک جک ها مصرف می شود.
سنگینی بار روی مته (Weight on bit or thrust):

سنگینی که به پشت مته وارد می شود. باعث می شود تا:
۱- مته تحت کنترل باشد. ( از نظر انحراف مسیر چاه زنی)
۲- باعث افزایش میزان چالزنی و بالا رفتن سرعت حفاری می کند.

عواملی که در تعیین بار روی مته موثرند، عبارتند از:
الف- نوع سیستم حفاریف باری که ماشین حفاری نیاز دارد بیشتر از باری است، که دستگاه حفاری ضربه ای نیاز دارد.
از طرفی دیگر بار زیاد روی مته، موجب کاهش عمر آن می شود و در نتیجه هزینه حفاری افزایش خواهد یافت.
ب- اندازه مته: مته های با قطر بیشتر، باز بیشتری را می توانند تحمل کنند.

پ- میزان تیزی مته: که هر چه مته تیزتر باشد راندمان بالا خواهد رفت.
ت- مقاومت سنگ سنگ هایی که از مقاومت بیشتری برخوردارند، به تراست زیادتری نیاز دارند.
بین مقاومت سنگ و بار روی مته یک رابطه مستقیم وجود دارد. به طوریکه اگر با مته های سه مخروطه حفاری شود، حداقل سه نقطه از مته با سنگ در تماس است که مساحت این سه نقطه عبارتست از:

که de برحسب اینچ می باشد. حال اگر مقاومت فشاری تک محوری هر سنگ را داشته باشیم، به راحتی می توانیم مقدار بار روی مته را تعیین نماییم:

که در آن Qc مقاومت فشاری تک محوری سنگ می باشد.
دور مته و تاثیر آن در حفاری:

دور مته نیز همانند بار روی مته در مقدار چاه زنی موثر است. به طوریکه افزایش دور مته در دقیقه باعث ازدیاد سرعت چاه زنی می گردد اما بین این دو رابطه خطی وجود ندارد. از طرفی افزایش بیش از حد دور مته ضمن آنکه موجب کاهش سرعت چاه زنی می شود. حتی در اثر ایجاد ارتعاش یا نوسان بیش از اندازه نیز ممکن است باعث از بین رفتن دندانه های مته یا از بین رفتن لوله اضافی و حتی لوله های حفاری گردد.

اگر دور مته در دقیقه خیلی کم باشد، باز سرعت حفاری کمتر است بنابراین بهتر است برای سنگ های سخت ۵۰rpm<N<300rpm باشد.
در مورد حفاری چرخش توصیه بر این است که تعداد دور در دقیقه کاهش و سعی شود در حد امکان به بار روی مته اضافه شود.
حاصلضرب بار روی مته و دور مته مقداری ثابت است برای هر سنگی W.N ثابتی وجود دارد. بنابراین با کاهش یا افزایش یکی از این دو می توان سرعت را ثابت نگه داشت.

به طور تجربی بین سرعت حفاری و دو پارامتر ذکر شده ( بار پشت مته و دور مته) در سنگ های مختلف روابط زیر برقرار است.
در مورد طبقات نرم (Soft formation) :

در رابطه فوق Rp سرعت حفاری بر حسب ft/h و w بار روی مته، N دور مته در دقیقه و b ضریب ثابت می باشد

a سرعت اولیه
b ضریب زاویه خط است

در سنگ های نرم مقدار a=0 می باشد
در سنگ های نیمه سخت بین سرعت حفاری و دو عامل بار و دور مته رابطه زیر برقرار است.

برای سنگ های سخت داریم:
تذکر: سنگ ها را از نظر مقاومت فشاری به سه گروه تقسیم می کنند:
۱- سنگ های نرم : با مقاومت فشاری کمتر ازpsi 6000
۲- سنگ های متوسط با مقاومت فشاری psi 20000-6000
۳- سنگ های سخت(HF): این سنگ ها بیش از psi 20000 مقاومت دارند. البته برای N یک حد ماکزیمم وجود دارد که در آن حد لرزش لوله ها شروع خواهد شد که احتمال چسبیدن مته ها و لوله ها به دیواره چاه وجود دارد و عمر مته کم خواهد شد.

در این رابطه L طول رشته حفاری می باشد.
علاوه بر دو عامل دور مته، عامل مقاومت فشاری تک محوری نیز روی سرعت حفاری تاثیر دارد، به طوریکه:

در این رابطه:
RP: سرعت حفاری در برحسب ft/h
W: بار روی مته بر حسب پوند
D: قطر مته بر حسب اینچ
N: دور در دقیق
تذکر: در سیستم حفاری ضربه ای، مقدار دور مته در دقیقه بستگی به ضربه پیستون و زاویه چرخش سرمته دارد. به عبارت دیرگ برای آنکه به ازای هر ضربه پیستون سطح تازه ای از سنگ در تماس با مته گردد، سرمته با زاویه مشخصی می چرخد، که به آن زاویه چرخش مته می گویند که مقدار آن بستگی به ضربه پیستون دارد.
بنابراین در حفاری ضربه ای دور مته در دقیقه از رابطه زیر بدست می آید:

که در آن
N: تعداد ضربه های پیستون در هر دقیقه
a :زاویه چرخش سرمته
R.P.M دور مته در دقیقه
تعیین قدرت ماشین های حفاری:
از رابطهh.p=K(R.P.M)D.W1.5 می توان قدرت ماشین را حساب کرد که در این رابطه:
W: بار روی مته بر حسب ۱b

D: قطر مته برحسبin
R.P.M: دور مته در دقیق
K: عددی ثابت است که برای طبقات نرم و بدون آب K=4.95 بوده ولی کلا از رابطه ; بدست می آید که مقاومت فشاری تک محوری هر سنگ است.
قسمت های مختلف دستگاه حفاری دورانی:
رشته لوله های حفاری:

این بخش مهمترین و در ضمن گرانبهاترین قسمت ماشین های حفاری محسوب می گردد که موارد استفاده ی آنها عبارتند از:
۱- انتقال انرژی به مته

۲- انتقال گل حفاری به ته چاه: جهت خنک کردن نوک مته و تمیز نمودن ته چاه
۳- جهت بالا و پایین بردن مته به منظور تعویض آن
۴- موجب وارد کردن بار به مته می شود
۵- باعث ارتباط مته به ابزار و یا بخش های دیگر ماشین حفاری همانند هرزه گرد در سطح زمین می گردد.
وزن سنج :

قبلا گفته شده که انرژی که از طریق لوله های حفاری و مته به سنگ وارد می شود و موجب حفر چاه می شود، ترکیبی از انرژی جنبشی و فشار روی مته می باشد. فشار یا سنگینی یا بار روی مته اگر خیلی زیاد باشد مانع از چرخش سر مته و انجام عمل حفر می شود و از طرف دیگر اگر وزن اعمال شده خیلی کم باشد، ممکن است مته بدون اینکه حفاری نماید، در داخل چاه گردش نماید. برای اینکه وزن روی مته رد رنج معینی ثابت نگه داشته شود و بار اعمال شده به پشت مته معلوم گردد از وسیله یا به نام وزن سنج استفاده می شود. این دستگاه در نقطه ای از طول ساکن کابل حفاری نصب می شود به طوریکه یا

مستقیما به عقربک وزن سنج مربوط است و یا توسط دیافراگم حساس ظرفی مملو از روغن متصل است که با کشش کابل، فشار وارده توسط اهرمی و به کمک مایع موجود در ظرف به عقربک منتقل می شود و موجب انحراف آن می گردد و مقدار انحراف آن رد صفحه مدرجی خوانده می شود که می توان حرکت عقربک را در روی صفحه کاغذی که با سرعت ثابت حرکت می کند، ثبت نمود و به این ترتیب وزنی را که به سر مته وارد می شود به طور مستمر
می توان بدست آورد.

عملیات باربری :
چنانچه از اسم آن مشخص است، وظیفه اصلی این قسمت از مجموعه دستگاه حفاری، جابجا کردن لوازم سنگین حفاری ( بلند کردن، بالا بردن و..) به درون چاه یا خارج از آن می باشد. بنابراین توسط این قسمت از دستگاه می توان کارهای زیر را انجام داد:
۱- فرستادن لوله های حفاری به درون چاه

۲- خارج ساختن لوله های حفاری از ته چاه جهت تعویض مته
۳- راندن لوله های جداری به درون چاه
عمل تریپ کردن : خارج ساختن لوله های حفاری از چاه به منظور تعویض مته فرسوده شده و فرستادن مجدد آنها به داخل چاه را عمل تریپ کردن
می گویند.
قسمت هایی از دکل حفاری که در عملیات باربری شرکت دارند:
I : جرثقیل یا گردونه حفاری، بالا بر سیستم کنترل کننده کابل ها
II: کابل حفاری، جعبه قرقره ها
III: گوشواره ها
Iv: بالابرها
گردونه حفاری، چرثقیل، بالابر
گردونه حفاری، سیستم مرکزی کنترل کننده نیروی دکل حفاری، کابل ها و مرکز تجمع کابلها می باشد.
قسمت های مختلف گردونه حفاری:

۱- طبلک چرخنده که کابل حفاری به دور این می چرخد.
۲- وسایلی که جهت انتقال و کنترل نیرو به کار می روند مثل یکسری دنده ها، زنجیره ها و;
۳- وسایل کنترل که حفار با آن کار می کند
گوشواره ها :

گوشواره ها قطعات فولادی هستند که جهت آویختن بالابرها به کار می روند. بنابراین وسیله ارتباط قلاب با بالابرها می باشند. قطر گوشواره ها ممکن است بسته به میزان بار تغییر نماید و همچنین طول آن نیز بنا به نیازمندی های دستگاه حفاری ممکن است تغییر نماید. گوشواره ها بالابرها بنا به نیاز دستگاه حفاری به اندازه های مختلف ساخته می شوند. قطر ساقه گوشواره ها ;.. و همچنین ; می باشد.
بالابرها ، گیره های بالابر، قلاب لوله گیر:

این قسمت پایین ترین بخش وسایل بالا برنده می باشد و زیر قرقره متحرک وصل می شوند و به وسیله آنها لوله های حفاری یا جداری بالا کشیده می شوند.
در موقع تریپ کردن برای بالا آوردن یا پایین فرستادن لوله های حفاری در چاه به کار برده می شود.
بالابر لوله های حفاری به دو نوع ساخته شده اند:
I: نوع در از بغل
Ii: نوع قفل از مرکز

نوع قفل مرکزی جهت بالا بردن لوله های حفاری به کار برده می شود. نوع در از پهلو ( بغل)، معمولا جهت بالا بردن لوله های جداری استفاده می شود.
این بالابرها در اندازه های مختلف ; ساخته می شوند.
بالابر نوع قفل مرکزی برای ظرفیت ۳۰۰۲۵۰، ۱۷۵،۱۲۵ تن، در اندازه های ;. ساخته می شوند. نوع دراز بغل نیز معمولا برای ظرفیت تا ۵۰ تن در همان اندازه ها ساخته شده اند.
چون لوله های طول مته، صاف هستند و همانند لوله های حفاری دو انتهای آنها قطورتر از بقیه قسمت ها نمی باشند، بنابراین هنگام بالا بردن آنها از وسیله ای بنام clamp استفاده می کنند و آن را به سر لوله های طول مته می بندند تا سر نخورد.
وسایل انتقال نیرو به جعبه دنده:
در دستگاههای حفاری که با برق کار می کنند. الکترو موتور اصلی دستگاه که چرخش مستقیم حفاری را برعهده دارد در امتداد محور جعبه دنده قرار دارد و بنابراین به کمک یک محور، قدرت را به جعبه دنده منتقل می نماید. در دستگاههایی که با موتور دیزل کار می کنند، توزیع و انتقال قدرت از موتور به ( جعبه دنده) و ( مولد برق) به وسیله سیستم مخصوص موسوم به تقسیم کننده انجام می گیرد. تقسیم کننده از چند چرخ دندانه دار تشکیل شده است که دارای چند قرقره فلزی است و تسمه پروانه هایی این قرقره ها را به قرقره های جعبه دنده، تلمبه و مولد برق متصل می سازد و بنابراین قدرت موتور بین این سه قسمت تقسیم می شود.

جعبه دنده: وظیفه جعبه دنده گرفتن انرژی دورانی از موتور تعدیل آن به سرعت دورانی مناسب و تبدیل حرکت دورانی افقی به قائم است. برای انجام این وظایف، در داخل جعبه دنده تعدادی چرخ دنده دارد که می توان با انتخاب دنده های مختلف حفاری را با سرعت های متفاوت و یا به حالت معکوس انجام داد.
معمولا دستگاههای حفاری دارای ۵ سرعت مختلف برای حفاری و یک حرکت معکوس است و در انتهای جعبه دنده، میز دوار قرار دارد.
جرثقیل: جرثقیل برای بالا و پایین کردن لوله ها در داخل چاه به کار می رود و در حقیقت یک استوانه فلزی لبه دار است که به دور آن کابل فلزی پیچیده شده است. چرخش جرثقیل نیز به کمک جعبه دنده انجام می گیرد و بنابراین می توان آنرا به سرعت های مختلف در جهات مختلف به چرخش درآورد. در لبه های استوانه جرثقیل، کفشک های ترمز وجود دارد که با فشار دسته ای می توان حرکت جرثقیل را کنترل و متوقف کرد.
محاسبه نیروهای استاتیکی و دینامیکی وارد بر Drrick:

توضیح داده شد که سیستم بالابری مجموعه ای از قرقره های ثابت و متحرک است که توسط موتور بالابری که Drawworks نامیده می شود. لوله های حفاری را بالا و پایین می برد. حال سوالی که مطرح می شود این است که مقاومت سیم و همچنین نیرو و توان Drawworks چه مقدار باید باشد، در این مبحث به اختصار در این مورد توضیح داده خواهد شد.
فرض کنید که یک مجموعه قرقره ثابت و متحرک مطابق شکل زیر وجود دارد و نیرویی معادل w بر hook وارد می شود.
تنش و نیرویی که در حال استاتیکی بر سیم منتهی به fast line drawworks نامیده می شود برابر خواهد بود.
و همچنین نیرویی که بر سیم dead line ( سیم ثابتی که به anchor متصل است) برابر خواهد بود.
با توجه به شکل صفحه قبل، نیروی استاتیکی وارد بر مجموعه برابر:
Static crown load(SCL)=fast line load+hook load line load

اگر تعداد سیم ها ( شیارهای موجود در crown block) سه عدد باشد SCL برابر است با SCL=(3/2)W
به طور کلی اگر تعداد سیم ها برابر N باشد در این صورت:

هنگامی که سیستم در حالت دینامیکی است. یعنی در حالت بالا بردن لوله های حفاری است به علت اصطلکاک بین سیم و شیارهای درون قرقره ها یک مقدار از کارایی سیستم می کاهد، این مقدار کاهش بستگی به کارایی هر سیم و قرقره دارد. به طور خلاصه در حالت دینامیکی داریم:
FL= fast line tension K=sheave and wire efficiency
DL= number of working sheaves or(number of line strung to T.B)
EF= Block and tackle efficiency factor

HL= hook load

نیروی وارد بر fl در حالت دینامیکی / نیروی وارد بر fl در حالت استاتیکی

محاسبه قدرت لازم برای Drawworks:
همانطور که می دانیم توان برابر حاصلضرب نیرو در سرعت است، بنابراین توان لازم برابر: P=FL×VF

که VFبرابر با سرعت حرکت سیم است. سرعت سیم برابر: VF=N×VL
که VL سرعت حرکت Traveling block است. در نتیجه توان خواهد شد

اگر از سیستم های رایج برای محاسبه توان استفاده شود.
توان در فرمول بر حسب اسب بخار است

انواع مته ها:
مته ها را به دو گروه اصلی می توان تقسیم کرد:
۱ Roller cutter bit: که به roller cone bit هم معروف هستند دارای اجزای برنده ای است که بر روی کاجهایی ( معمولا سه کاج و گاهی دو کاج هستند) چیده شده اند که این کابلها هنگام چرخش بدنه مته، حول محور خود می چرخد. این نوع مته ها به دو نوع تقسیم می شوند.
A : milled tooth یا Rock bit که منظور این است که دندانه ها از طریق تراشکاری بدنه کاج بوجود آمده اند.
B: tungsten carbide insert (TCI) یا Bottom bit
۲. fixed cutter bit: که به drag bit نیز معروف هستند. مشتمل بر قطعات برنده ثابت هستند که با بدنه مته به صورت یکپارچه بوده و مستقیما به چرخیدن رشته حفاری به گردش در می آیند. انواع اصلی مته های fixed cutter عبارتند از:
۱ steel cutter یا fish tail
۲. natual diamond
۳. polycrystalline diamond compact یا PDCThermally stable PDC یا tsp
نوع مته مورد استفاده در عملیات حفاری با در نظر گرفتن جنس سنگ و پارامترهای اقتصادی بودن انتخاب می کردند. مثلا برای سازندهای نرم بیشتر از مته های تیغه ای و برای حفاری در سنگ های بسیار سخت از مته های الماسی ( به دلیل سختی زیاد الماس) استفاده می شود
الف: مته هایی که در سیستم حفاری ضربه ای به کار گرفته می شوند عبارتند از:
۱- مته های اسکنه ای
۲- مته های صلیبی
۳- مته های دکمه ای
انواع چکش های حفاری و پیکورها مجهز به مته های نوع اسکنه ای می باشند: جنس این مته ها غالبا از نوع فولاد بوده. این مته ها می توانند با لوله های حفاری یکپارچه باشند ( انواع قدیمی) و هم می توانند به لوله های فحاری متصل شوند که نوع اخیر به دلیل اینکه برای هر درجه سختی سنگ طراحی شده اند، بنابراین به آسانی قابل تعویض هستند، پس مناسب تر می باشند.
برای افزایش راندمان در سنگ های سخت به تدریج مته هایی از جنس کربو تنگستن جانشین مته های فولادی گردیده است. این مته ها به اشکال صلیبی،بعلاوه (+)، ضربدری ستاره ای (*) ساخته شده اند.
مته های دیگری که در ماشین های حفاری ضربه ای استفاده می شوند، مته هایی دکمه ای هستند که شبیه مته های دکمه ای مورد استفاده در حفاری دورانی می باشند، جنس دکمه ها کربرو تنگستن می باشند. در مورد مته هایی که در سیستم حفاری کابلی استفاده می شود، قبلا بحث شد
به طور کلی مته هایی که در سیستم حفاری دورانی استفاده می شود:
۱- مته های تیغه ای
۲- مته های چرخشی – مخروطی
۳- مته های الماسی
مته های تیغه ای:
ابتدایی ترین مته های حفاری چرخشی، مته های تیغه ای می باشند که با عمل تراشیدن، موجب نفوذ در زمین می شوند این مته ها از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند. در نوع سه تیغه ای، تیغه ها به فاصله ۱۲۰ درجه و در نوع دو تیغه ای، تیغه ها به فاصله ی ۱۸۰ درجه از یکدیگر قرار گرفته اند.
ساده ترین مته های تیغه ای: نوع تیغه ای موسوم به دم ماهی می باشد. در بدنه این نوع مته منافذی تعبیه شده تا سیال حفاری پس از عبور از آن منافذ
خرده های حفاری را از ته چاه به سطح زمین هدایت سازد. این نوع برای حفاری محیط های چسبنده بسیار مناسب هستند و تنها بایستی در سازندهای نسبتا نرم به کار گرفته شوند. تیغه های این نوع مته نسبتا کوتاه یم باشند. تیغه ها معمولا از جنس کربور تنگستن هستند.
به طور کلی مته های تیغه ای جهت حفاری در سازنده های نرمی، چون رس، شیل های نرم و سنگ آهک های نرم به کار می رود.
مته های مخروطی:
مته های مخروطی که در حفاری دورانی به کار می روند، به دو گروه تقسیم
می شوند:
• مته های تیغه ثابت
• مته های تیغه متحرک
مته های تیغه ثابت: فاقد قطعات متحرک بوده و عمل حفر چاه را به وسیله خراشیدن و تراشیدن انجام می دهند. این نوع مته ها فقط برای حفر چاههای نرم و چسبناک بکار می روند. امروزه با توجه به اصلاحاتی که در این نوع مته ها به عمل آمد، ولی به دلایل بی شماری زا جمله تمایل به حفر چاههای مارپیچی و محدود بودن استفاده از آنها در طبقات نرم روز به روز از مقبولیت این نوع مته ها کاسته می شود.
عمل حفر چاه توسط این نوع مته ها با استفاده از وزن کم بر روی مته و دور بسیار زیاد صورت می یگرد و به علت سرعت زیاد گل حفاری از سوراخ مته، سازندهای نرم تبدیل به گل یا دوغاب می شوند. بازدهی خوب این سرمته ها زمانی حاصل می شود که طبقات نرم از ضخامت بالایی برخوردار باشند. مته های الماسی نوعی مته های تیغه ثابت هستند که در قسمت مربوط به مته های الماسی بررسی می شوند.
مته های تیغه متحرک:
چون مته های تیغه ثابت قادر به حفر سازندهای سخت نبودند، لذا مته های تیغه متحرک که دارای دندانه های کوچک نزدیک به هم بودند و صرفا برای حفر لایه های سخت به کار می رفت ساخته شد. امروزه با تغییراتی که در اندازه دندانه ها و فاصله دندانه ها صورت گرفته است. لذا این نوع مته ها قادر به حفر انواع سازندها از نظر درجه سختی می باشند.
مته های تیغه متحرک دو مخروطه: چون در اولین مته های تیغه متحرک دو مخروطه، فاصله مخروط ها دور از هم بوده و داخل هم حرکت نمی کردند لذا در موقع حفر سازندهای نرم و چسبنده قطعات بریده شده در فضای بین دندانه ها انباشته شده و مانع از پیشرفت حفاری می شد، تا اینکه مته های دو مخروطی ساخته شد که دندانه های دو مخروطه در داخل هم حرکت کرده و بنابراین بریده های انباشته شده را به طریقه مکانیکی جدا می ساختند. در سال ۱۹۳۳ مته های سه مخروطه به بازار آمد.
مته های دو مخروطه:
هر اندازه هم که اجزای بین مته قوی تری ساخته شوند. باز این مته ضعیف است زیرا در ساختمان آن وزن وارد بر مته توسط تعداد کمتری از مخروط ها تحمل می شود. این مته ها به دلیل اینکه سطوح دیواره بر اندازه کافی ندارند. لذا چاه را به اندازه درست حفر نمی نمایند. در مناطق عملیاتی کمتر از این مته ها استفاده می شود.
مته های چهار مخروطه:
این مته ها که حالت صلیبی دارند از چهار مخروط تشکیل یافته اند. دو عدد از مخروط ها برای بریدن دیواره و ایجاد اندازه صحیح و دو عدد دیگر که عمود بر مخروط اول هستند قسمت میانی کف چاه را حفاری می کنند. این مته ها برای حفر چاه هایی به قطر بزرگ در طبقات نرم سطحی به کار می روند که با عمل تراشیدن کندن موجب پیشرفت حفاری می شوند.
این نوع مته ها برای حفر شیل های نرم: رس های قرمز، چرت، نمک، انیدریت و گچ مناسب هستند برای این مته ها: وزن هر اینچ از قطر مته ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ پوند و سرعت دوران بین ۶۰ تا ۱۷۵ دور در دقیقه توصیه می گردد.
مته های سه مخروطه:
متداولترین مته های مخروطی از نوع سه مخروطی می باشند. در مته های سه مخروطی دندانه های مخروط ها درداخل یکدیگر می گردند. در روی هر مخروط چند ردیف دندانه به شکل v تعبیه شده است. در مورد سنگ های نرم فاصله دندانه ها از یکدیگر زیاد بوده و طول دندانه نیز بلندتر است ولی در مورد مته هایی که جهت حفاری سخت به کار می روند اندازه دندانه ها کوتاهتر و فاصله آنها از یکدیگر نیز کم می باشد.
برای اضافه کردن به عمر مته های مخروطه بر روی سطوح خاصی از دندانه های مخروط مته، دانه های کربوتنگستن قرار می دهند این امر سبب می شود که سرعت ساییدگی و شگستن دو طرف دندانه متفاوت بوده و بنابراین حالت تیزی دندانه ها باقی بماند. در مورد سازندهای نرم گاهی یک طرف دندانه ها و نوک آنرا کربو تنگستن می پوشانند. در مورد سازندهای نیمه سخت تا سخت چون در اثر بارهای شدید لایه های کربو تنگستن شکسته می شود و همراه با خود بخشی از بدنه را جدا می سازد، بنابراین در مورد این سازندها توصیه نمی شوند.
در مورد سنگ های مختلف فواصل و طول دندانه متفاوت می باشد. در مورد سنگ های نرم، فواصل و طول دندانه ها زیاد بوده و هر چه سنگ سخت تر شود از فواصل و طول دندانه ها کاسته می شود.

مته های دکمه ای:
جنس فلز مخروط ها و ابزار برنده این مته ها کاملا با مته های سه مخروط دندانه دار متفاوت می باشد. بدنه مخروط از نوعی آلیاژ مخصوص ساخته شده است تا بتواند در مقابل مواد شدید ساینده و بارهای زیاد مقاومت نماید. ابزارهای برنده نیز از کربوتنگستن ساخته شده اند و به شکل استوانه ای می باشند. این استوانه ها را در بدنه مخروط ها فرو می کنند. نوک استوانه ها که بیرون از بدنه مخروط باقی می مانند با توجه به جنس سازند به اشکال مختلفی ساخته می شوند. این مته ها در اوایل برای حفر طبقات فوق العاده سخت و ساینده نظیر چرت و کوارتزیت که حفر آنها توسط مته های دندانه دار معمولی به علت کوتاهی عمر این نوع مته ها بسیار گران تمام می شد، ساخته شدند و بعدها با تغییراتی که در قسمت بیرونی اجزا برنده آنها دادند، توانستند آنها را برای حفر سازندهای نرم به کار گیرند.

در این مته ها هر اندازه سازند نرم تر باشد، فواصل بین دکمه ها بیشتر می باشد و در مورد سازندهای سخت و ساینده، عکس این مطلب است.
هر اندازه سازنده سخت و ساینده باشد، تعداد ردیف دکمه ها را بیشتر انتخاب می نمایند.
هر چه سازند سخت تر باشد، نوک دکمه ها پهن تر و صاف تر و هر چه سازند نرم تر بوده باشد نوک دکمه ها را تیزتر انتخاب می نمایند.
هر چه سازند نرم تر باشد، بیرون آمدگی دکمه ها از بدنه مخروط بیشتر خواهد بود.

آبراهه های مته ها :
جهت انتقال خرده های حفاری از ته چاه به سطح زمین، آبراهه هایی با طراحی مناسب در مته ها تعبیه شده است تا از این طریق گل حفاری به ته چاه برسد و ضمن خنک کردن مته، خرده ها را از طریق فضای آنولوس به سطح زمین هدایت نمایند. آبراهه های مته ها به عبارت دیگر مسیر جریان گل خروجی از مته ها به دو نوع معمولی و فواره ای تقسیم می شوند:

در نوع آبراهه های معمولی، گل حفاری بر روی دندانه های مخروط مته می باشد تا هر نوع ماده چسبنده را از آن جدا و اجزا برنده آن را تمیز نگه دارد.
در نوع فواره ای در اطراف یا سطح جانبی مخروط ها سوراخ های ریزی شبیه فواره تعبیه شده که با استفاده از این فواره ها یا جت ها مسیر گل را با فشار و سرعت زیاد به کف چاه هدایت کرده و خرده های حفاری را با سرعت جدا نموده و موجب تمیز شدن دندانه های مته می شوند. در این مته ها فوران گل حفاری مستقیما از مخروط ها متوجه سطح چاه می باشند تا تماس مستقیم با دندانه ها نداشته و از سایندگی دندانه ها در اثر تماس با سیال جلوگیری شود.
مته های جت ( فواره ای) مخصوص حفاری با هوا :

این مته ها مخصوص حفاری با هوا یا گل می باشند. نوع دندانه بسته به سختی
سنگ ممکن است از نوع فولادی یا کربور تنگستن ساخته شده باشد. از این نظر ساختمان تا حدودی شبیه مته های معمولی حفاری با مایعات هستند.
مته های الماسی:

مته های الماسی نوعی از مته های تیغه ای ثابت می باشند که اجزای برنده آنها از تعداد کثیری قطعات کوچک الماس و همچنین از قطعات کربو تنگستن که سطح برنده آنها از لایه ای از الماس مصنوعی پوشانیده است، تشکیل شده است. بدنه این مته ها از فولاد یا کربو تنگستن و یا فولادی که روی آن را لایه ای از کربوتنگستن پوشانیده است، درست شده و دارای اشکال مختلفی می باشد. الماس طبیعی بر اثر حرارت به گرافیت تبدیل می شود و اکسیداسیون آن از حدود ۸۵۰ درجه فارنهایت شروع و در ۱۵۵۰ درجه فارنهایت جدی می شود. الماس در مقابل حرارت ناپایدار است و همچنین نسبت به ضربه حساس بوده و شکننده

است بنابراین در موقع استفاده از مته های الماسی به این موضوع ها توجه داشت. در مته های مخصوص سازنده های سخت تر، از دانه های کوچک تر الماس استفاده می شود. و بعلت کوچکی دانه ها نیرویی که به سازند وارد می شود بیشتر است در سازندهای نرم تر که نیاز به نیروی کمتری برای بریدن سنگ دارند، الماس های بزرگتر به کاربرده می شوند. تا از یک سو اندازه های درشتری از سنگ جدا نماید و از سوی دیگر فضای کافی برای خروج بریده ها فراهم شود. شکل تاج مته بسته به نوع مته متفاوت بوده و از پودر کربو تنگستن ساخته می شود که ذرات آن توسط یک ماده فلزی به هم متصل شده اند. این زمینه ضمن محکم

نگه داشتن دانه های الماس دارای مقاومت سختی و چسبندگی کافی می باشد. گاهی جهت تقویت تاج مته در برابر ساییدگی طبقات بسیار سخت، سطح خارجی آن را با لایه ای از پودر الماس می پوشانند. مته های الماس دارای بدنه ای یکپارچه و اکثرا دارای سطوح جانبی طویل می باشند و بنابراین راندن آنها به چاههایی که دارای اندازه دقیق می باشند ولی کاملا صاف و مستقیم نیستند، دشوار است.