جهاز حفر آبار المياه تستخدم لحفر الآبار وإتمام العمليات مثل تشغيل الأنابيب وغسيل الآبار.بما في ذلك معدات الطاقة ومثقاب الحفر ، وأنبوب الحفر ، والأنابيب الأساسية ، وإطار الحفر ، وما إلى ذلك بشكل عام ، يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات: آلة الحفر الدورانية ، وآلة الحفر الطرقية ، والآلة الدوارة المركبة.

• جهاز الحفر الدوراني

يتم تشكيل الثقب عن طريق كسر طبقة الصخور بواسطة الحركة الدوارة لأداة الحفر.يوجد بشكل أساسي جهاز حفر مخروطي كبير وصغير ، جهاز حفر دوار موجب وعكسي ، جهاز حفر رأس هيدروليكي ، جهاز حفر دوار الاهتزاز DTH ، إلخ. جهاز الحفر الدوراني البسيط به جهاز حفر فقط ، بينما يتكون جهاز الحفر الدوراني بهيكل مثالي جهاز الحفر وجهاز غسيل البئر.أدوات الحفر لجهاز الحفر الدوراني تشمل أنبوب الحفر والمثقاب.هناك أربعة أنواع من القطر الاسمي لأنابيب الحفر شائعة الاستخدام: 60 مم و 73 مم و 89 مم و 114 مم.تنقسم لقمة الحفر إلى فئتين: لقمة الحفر الإجمالية وقمة الحفر الحلقي.تستخدم مخاريط الأواني الكبيرة والصغيرة أدوات الحفر المخروطية لقطع طبقة التربة.

وفقًا لحجم أداة الحفر ، يطلق عليهم مخروط وعاء كبير ومخروط وعاء صغير ، والذي يمكن تشغيله بواسطة القوى العاملة أو القوة.تسقط قطع التربة المقطوعة في الوعاء وترفع إلى الأرض لتفريغها.الهيكل بسيط وكفاءة العمل منخفضة.يمكن استخدامه فقط في طبقة التربة العامة أو الطبقة ذات قطر الحصى الرملي أقل من 10 سم ومحتوى أقل من 50٪.قطر الفتحة لمخروط الوعاء الصغير 0.55 متر ، وعمق الحفر 80-100 متر ؛قطر وعاء المخروط الكبير 1.1 م وعمق الحفر 30-40 م.

يتكون جهاز الحفر الدوراني الذي يشيع استخدامه في جهاز الحفر الدوراني مع طين الدوران الإيجابي والعكس (الشكل 1) من برج ، ونش ، ومنضدة دوارة ، وأداة حفر ، ومضخة طين ، وصنبور ومحرك.أثناء التشغيل ، تقوم آلة الطاقة بتوجيه الطاولة الدوارة عبر جهاز النقل ، ويتم تشغيل لقمة الحفر بواسطة أنبوب الحفر الدافع لتدوير طبقة الصخور وسحقها بسرعة 30-90 دورة في الدقيقة.بعد أن يتم ضخها وضغطها بواسطة مضخة الطين ، يتم ضغط الطين في أنبوب الحفر المجوف من خلال الصنبور فوق أنبوب الحفر ، ويتدفق إلى أسفل في ريشة الحفر ، ويتم إخراجها من الفوهة لتبريد وتزييت لقمة الحفر ؛تؤخذ قصاصات الحفرة السفلية من فوهة البئر من خلال القناة الحلقيّة خارج أنبوب الحفر ، ويتدفق الطين مرة أخرى إلى حوض الطين لإعادة التدوير بعد الترسيب في خزان الترسيب.

طريقة الحفر وهيكل جهاز الحفر الدوراني لغسيل الطين بالدوران العكسي هما في الأساس نفس ما ورد أعلاه ، لكن وضع دوران الطين معكوس: يتدفق الطين إلى قاع البئر من فوهة البئر بعد الاستقرار في خزان الترسيب ، ويتم ضخ قطع الطين الحاملة من البئر من خلال التجويف الداخلي لأنبوب الحفر بواسطة مضخة الرمل عبر فوهة الريشة وتعود إلى خزان الترسيب.هذه الطريقة تسمى الدوران العكسي لشفط المضخة.يمكن أيضًا استخدام مضخة الماء لحقن الماء المضغوط من قاع البئر من خلال الفوهة في التجويف الداخلي لأنبوب الحفر لتشكيل قصاصات تحمل التدفق الصاعد ، وهو ما يسمى الدوران العكسي النفاث.يمكن لجهاز الحفر تشكيل سرعة تصاعدية عالية في أنبوب الحفر ، ولديه قدرة قوية على تفريغ القطع والحصى ، وبالتالي فإن سرعة الحفر سريعة.إنها مناسبة لطبقة التربة وطبقة الرمل العامة والطبقة الرخوة حيث يكون قطر الحصاة أصغر من القطر الداخلي لأنبوب الحفر.

القطر الداخلي لأنبوب الحفر المستخدم أكبر ، بشكل عام 150-200 مم ، والحد الأقصى 300 مم.ومع ذلك ، نظرًا لمحدودية قدرة شفط المضخة أو قدرة توصيل الضغط ، يكون عمق الحفر عمومًا أقل من 150 مترًا ، وتكون كفاءة إزالة الرقاقة أعلى عندما يكون عمق البئر أقل من 50 مترًا.يستخدم ضاغط الهواء لاستبدال مضخة الطين ويستخدم الهواء المضغوط لاستبدال مضخة الطين.عادة ما يتم استخدام الدوران العكسي ، المعروف أيضًا باسم الدوران العكسي لرفع الغاز (الشكل 2).

يتم إرسال الهواء المضغوط إلى حجرة خلط الماء بالهواء عبر خط أنابيب إمداد الهواء لخلطه مع تدفق الماء في أنبوب الحفر لتكوين تدفق ماء به جاذبية محددة أقل من 1. تحت جاذبية عمود الماء الحلقي حول أنبوب الحفر ، يرتفع الماء الغازي الحامل للقطع في أنبوب الحفر بشكل مستمر ويتم تفريغه من البئر لتدفق إلى خزان الترسيب ، ويتدفق الماء المستقر إلى البئر عن طريق الجاذبية.عندما يكون عمق البئر أكبر (أكثر من 50 مترًا) ، فإن قدرة إزالة الرقاقة لهذا النوع من أجهزة الحفر تكون أكبر من قدرة آلة الحفر مع شفط المضخة أو الدوران العكسي.لذلك ، فإن هذا النوع من أجهزة الحفر مناسب لحالة عمق البئر الأكبر ومنطقة الجفاف مع نقص المياه وطبقة التربة المجمدة في المنطقة الباردة.

بعض الحفارات الدوارة مجهزة بمضخة طين وضاغط هواء في نفس الوقت ، لذلك يمكن اختيار طرق غسيل مختلفة حسب الموقف.

نوع من جهاز الحفر الدوراني برأس هيدروليكي.مدفوعًا بمحرك هيدروليكي من خلال مخفض ، رأس الطاقة الذي يتحرك لأعلى ولأسفل على طول البرج يحل محل المنضدة الدوارة والصنبور على منصة الحفر الدوارة لقيادة أنبوب الحفر وقمة الحفر لتدوير وقطع طبقة الصخور.يمكن حفر آبار المياه ذات القطر الكبير بمثقاب كبير يبلغ قطره 1 متر.وتتمثل ميزاته في سرعة الحفر السريعة وسهولة التحميل والتفريغ لأدوات الحفر والتشغيل السهل لغلاف البئر.عندما يتم تمديد أنبوب الحفر ، فإنه من غير الضروري رفع أداة الحفر ، ويتم تجنب سلسلة من المكونات مثل الرافعة ، بكرة الرفع ، المنضدة الدوارة ، الصنبور وأنبوب الحفر المربع.جهاز الحفر الدوراني بالاهتزاز هو نوع من أجهزة الحفر الدوارة التي تجمع بين الاهتزاز والحركة الدورانية لحفر طبقات الصخور.تتكون أداة الحفر من لقمة ، هزاز ، ممتص اهتزاز وأنبوب توجيه (الشكل 3).القوة المثيرة التي ينتجها الهزاز تجعل أداة الحفر بأكملها تتأرجح.يتم ضبط لقمة الحفر على الجزء الخارجي من غلاف الهزاز من خلال حلقة الاحتكاك.من ناحية ، يهتز بتردد عمل هزاز يبلغ حوالي 1000 دورة في الدقيقة وسعة تبلغ حوالي 9 مم ؛من ناحية أخرى ، فإنه يدور بسرعة منخفضة من 3-12 دورة في الدقيقة حول محور الهزاز لكسر طبقة الصخور ، بينما أنبوب الحفر لا يدور ، ولا ينتقل الاهتزاز إلى أنبوب الحفر عن طريق امتصاص الاهتزاز.يتم استخدام الدوران العكسي للهواء المضغوط لغسل البئر ، بحيث يتم تفريغ القطع من البئر من خلال التجويف الداخلي للأنبوب وأنبوب الحفر في وسط الهزاز.هذا النوع من جهاز الحفر له هيكل بسيط وكفاءة حفر عالية.يبلغ قطر البئر حوالي 600 ملم وعمق الحفر يمكن أن يصل إلى 150 متر.

• جهاز حفر إركوسيون

من خلال الحركة الترددية الرأسية لأدوات الحفر ، تضرب لقمة الحفر قاع الحفرة لكسر طبقة الصخور.هيكلها بسيط ، لكن لا يوجد نظام تنظيف بئر دائري ، لذلك لا يمكن تنفيذ آلة الحفر وإزالة القطع في نفس الوقت ، وبالتالي فإن كفاءة العمل منخفضة.عمق الحفر بشكل عام أقل من 250 م ، وبعضها يمكن أن يصل إلى 500 م - 600 م.الأنواع الرئيسية هي كما يلي.هو مثقاب بسيط يستخدم وزن أداة الحفر للتأثير على التكوين.الطرف السفلي لأداة الحفر عبارة عن عدة صمامات مخلبية مفتوحة الزاوية.عندما تتحرك أداة الحفر لأسفل تحت تأثير وزنها ، يفتح صمام الإمساك ، ويقطع كل طرف مخلب طبقة الصخور على محيط يبلغ قطره حوالي 1 متر ، ثم ترفع الرافعة أداة الحفر عبر حبل السلك .أثناء عملية إغلاق صمام الإمساك ، يتم التقاط القصاصات في الجسم المخروطي ، ثم يتم فتح صمام الإمساك لتفريغ قطع الصخور.عادة ما يكون عمق الحفر لمخروط الإيقاع والإمساك 40-50 م ، وأقصى عمق 100-150 م.

يتكون جهاز الحفر الطرقي ذو الحبل السلكي من صاري وبكرة رفع في الجزء العلوي ، وحبل سلك فولاذي ، وآلية تأثير ، وأدوات حفر (بما في ذلك أنبوب الحفر وقمة الحفر) ، والمحرك ، وما إلى ذلك (الشكل 4).أثناء التشغيل ، يقوم المحرك بتوجيه آلية الصدمات عبر جهاز النقل لدفع الحبل السلكي لجعل أداة الحفر تتحرك لأعلى ولأسفل.عندما يتحرك المثقاب لأسفل ، فإن وزن أداة الحفر يجعل القطعة تقطع وتكسر طبقة الصخور ، بينما تعتمد الحركة الصعودية على جر الحبل السلكي.يتم تحديد ارتفاع السقوط لأداة الحفر ، أي حجم الشوط ، وفقًا لظروف الصخور ، بشكل عام 0.5-1 متر ، ويتم استخدام قيمة كبيرة للصخور الصلبة ؛عادة ما يكون تردد التأثير 30-60 مرة / دقيقة.يمكن تنظيف القصاصات المقطوعة من الأرض باستخدام برميل استخراج الرمل ، أو أداة حفر برميل تدمج لقمة الحفر وبرميل استخراج الرمل.يمكن إجراء حفر وإزالة قصاصات الصخور في نفس الوقت ، بحيث يمكن للقطع أن تدخل مباشرة إلى برميل الاستخراج ، وبعد ذلك سيتم رفع أداة الحفر لصب القطع.من أجل تحسين مقاومة التآكل وسرعة الحفر للقمة ، غالبًا ما يتم تراكب مسحوق فولاذ التنجستن في نهاية لقمة الحفر لتشكيل لقمة لحام لإصلاح السبائك.

• جهاز الحفر المركب

هناك نوعان: الأول هو إضافة آلية التأثير لجهاز الحفر الدوراني على أساس جهاز الحفر الدوراني ، وهو الحفر الدوراني بشكل أساسي.عند مواجهة طبقة حصاة ، فإن جهاز حفر آبار المياه ثنائي الغرض مع الحفر الصدمي لديه قدرة قوية على التكيف مع التكوينات المختلفة ؛والآخر هو جهاز حفر الآبار الذي يجمع بين التأثير والعمل الدوراني ، مثل مطرقة DTH الهوائية.تتكون أداة الحفر بمطرقة DTH (الشكل 5) من بطانة اسطوانة ومكبس يتحرك لأعلى ولأسفل في بطانة الأسطوانة.يتم توصيل الطرف السفلي من بطانة الأسطوانة بقمة الحفر ، ويتم توصيل الطرف العلوي بأنبوب الحفر من خلال وصلة ملولبة.يمر الهواء عالي الضغط البالغ 0.7-1.4 ميجا باسكال الذي يوفره ضاغط الهواء عبر صمام الفحص أعلى المكبس وموزع الهواء ومدخل الهواء أسفل المكبس ، مما يدفع تردد تأثير المكبس على النحو التالي: الحركة الترددية من 700-1200 مرات / دقيقة تجعل المكبس يؤثر بشكل متكرر على الريشة ، وذلك لتعزيز قدرة لقمة الحفر على الحفر في طبقة الصخور.في نفس الوقت ، تدور أداة الحفر بسرعة أقل من 35-60 دورة في الدقيقة.

يدخل الهواء المفرغ من التجاويف العلوية والسفلية للمكبس لقمة الحفر إلى أسفل لتبريد الريشة وإخراج القطع من قاع الحفرة خارج فوهة البئر.إن هيكل أجزاء غسيل البئر الدوراني والمتداول هو في الأساس نفس هيكل جهاز الحفر الدوراني الدوار بهواء مضغوط.القطع المستخدمة هي بتات أسنان كروية من كربيد التنجستن أو بتات مخروطية.يمكن استخدام آلة الحفر بمطرقة DTH الهوائية لحفر الآبار العميقة في طبقة الصخور الصلبة مع سرعة حفر عالية ، ولا تنخفض سرعة الحفر مع زيادة عمق الحفر ، وتكون الحفرة المحفورة مستقيمة.

من أجل تلبية احتياجات الحفر في التكوينات المختلفة وتحسين كفاءة الحفر ، يتم تطوير منصات حفر آبار المياه في اتجاه منصات الحفر متعددة الأغراض والنقل والتشغيل الهيدروليكي الكامل: تم تجهيز الحفارة بمجموعة متنوعة من المعدات و الملحقات ، ويمكن أن تتبنى طرق حفر مختلفة مثل المطارق الطرقية ، والدوارة ، ومطارق DTH ؛ويمكنه أيضًا استخدام غسيل الطين وغسيل الهواء المضغوط وغسيل جيد للدوران الأمامي والعكس.