اهداف حفاري:
۱٫ برقراري ارتباط از يك بخش معدن به بخش ديگري از آن (حفاري معدني)
۲٫ اكتشاف كانيهاي مفيد (اكتشافي)
۳٫ دستيابي به نمونه هاي داخل زمين و مطالعات زمين شناسي
۴٫ انفجار و دسترسي به مواد معدني جهت استخراج معدني

۵٫ دسترسي به آب ،‌نفت،‌گاز وساير مواد معدني و استخراج آنها
روش هاي اكتشافي مقدم بر حفاري:‌

۱) روش هاي ژئوفيزيكي: شامل گراني سنجي،‌مغناطيس سنجي و لرزه نگاري كه در اكتشاف نفت به كار ميرود.
۲) روش هاي مگنتومتري زميني و هوايي كه در اكتشاف كانسارهاي آهن از اهميت خاصي برخوردار است.
۳) روش هاي ژئوالكتريك در مطالعات هيدرولوژي و آب شناسي

۴) راديومتري از خاصيت راديواكتيويته بعضي از عناصر توسط دستگاههاي نظير “گايگرسلر” يا “گايگر كانتور” براي اكتشاف آنها مورد استفاده مي شود.
۵) ژئوشيمي با نمونه برداري هاي مختلف از آبهاي جاري، راكد،‌ گياهان، خاك، رسوبات رودخانه اي و … جهت عناصر محتلف كه قبل از شروع حفاري به عمل مي آيد به ترتيب اجرا به شرح زير خواهد بود:

اقداماتي كه قبل از شروع حفاري به عمل مي آيد، به ترتيب اجرا به شرح زير خواهد بود:
۱) جمع آوري اطلاعات و مفروضات لازم براي طراحي چاه و مطالعه و بررسي دقيق آنها
۲) طراحي نمودن يك چاه فرضي كه در بين چند حلقه چاه يك ناحيه ابعادي متوسط داشته باشند طراحي نمودن شامل موارد زير است:
۱-۲- طراحي انواع سيال حفاري شامل (نوع، اعماقي كه مورد استفاده قرار مي گيرد، خواص فيزيكي سيال؛ نوع و مقدار و هزينه مواد مورد نياز جهت تهيه و نگهداري سيال، روش تهيه و نگهداري سيال و…)

۲-۲- طراحي لوله هاي جداري (شامل: اندازه لوله و عمق نصب آن، نوع لوله، مقدار و هزينه لوله هاي جداري و وسايل مورد نياز براي نصب و سيمانكاري آن، برنامه سيمان كاري، آزمايش دستگاههاي كنترل فوران و…)

۳-۲- طراحي مته هاي حفاري (شامل :‌اندازه، نوع، تعداد ،‌اندازه فواره مته،‌وزن روي مته، دور آن، هزينه و…)
۴-۲- طراحي رشته حفاري (شامل: اندازه و نوع لوله حفاري، لوله هاي طوق مته (لوله هاي اضافي) وسايل كنترل كننده انحراف و…
۵-۲- طراحي جريان گل حفاري (شامل: ميزان جريان، قدرت هيدروليكي مورد نياز، اندازه فواره مته ،‌سرعت سيال در فواره مته ، سرعت سيال در فضاي حلقوي و…)

۶-۲- برآورد زمان مورد نياز براي اجراي برنامه حفاري يك حلقه چاه، تهيه برنامه زمان بندي عمليات حفر چند حلقه چاه.
۳) برآورد مقدار مواد و مصالح مورد نياز يك حلقه چاه فرضي و بر اساس آن تدوين برنامه دريافت و مصرف مواد مورد نياز كليه چاهها.
۴) انتخاب دستگاههاي حفاري مناسب كه قادر به حفر چاههاي برنامه ريزي شده باشد،‌انتخاب سيستم كنترل فوران ، اقدام به موقع براي تامين آنها.
۵) برآورد بودجه مورد نياز عمليات و تهيه و برنامه زمان بندي دريافت و مصرف آن.

۶) پياده نمودن محل چاهها در روي زمين ،‌اقدام به موقع جهت احداث جاده و محل چاه با حصول اطمينان از امكان تامين به موقع آب مصرفي و سوخت مواد غذايي و آب نوشيدني و…

۷) پيگيري مداوم اقدامات فوق الذكر تا حصول به نتيجه نهايي در محدوده زماني تعيين شده

۸) تهيه برنامه حفاري چاه در آخرين فرصت مناسب قبل از شروع عمليات جهت اجتناب از دوباره كاري.
وظيفه مهندسين حفاري در يك شركت صاحبكار عبارتست از طراحي برنامه ريزي چاهها، برآورد احتياجات به مواد و مصالح و دستگاهها، هدايت عمليات بر اساس مدون و نظارت بر كار پيمانكاران حفاري و شركت هاي سرويس دهنده.

مهندسين حفاري مي بايستي كاملا به تكنولوژي حفاري و خدمات جنبي آن آشنايي داشته و بتوانند به سرعت و با قاطعيت تصميمات صحيح اتخاذ نمايند و كاركنان پيمانكار و شركت هاي سرويس دهنده را كه اكثراً داراي تخصص يدي و فاقد دانش مهندسي كافي مي باشند،‌هدايت نمايند.
تقسيم بندي چاهها بر حسب مورد استفاده:

چاهها را از نظر مورد استفاده به سه گروه زير تقسيم بندي مي كنند:
۱- چاهها اكتشافي

۲- چاههاي استخراجي
۳- چاههاي تكنيكي
چاههاي اكتشافي:

اين گونه چاهها به منظور كشف ماده معدني و يا جهت به دست آوردن اطلاعات زمين شناسي حفر مي گردد و برحسب موارد اختصاصي آنها به چند زير گروه تقسيم مي شوند:
۱) چاههايي كه به منظور پيدا كردن سنگ بستر و مشخص نمودن آن روي نقشه حفاري مي شوند.
۲) چاههايي كه به منظور پيدا كردن شواهدي مبني بر وجود يا عدم وجود كاني از يك محدوده خاص حفر مي گردند.
۳) چالهايي كه به منظور پي بردن به خواص فيزيكي و مكانيكي خاك يا سنگ و تهيه نمونه هاي آلتره نشده و اندازه گيري مقاومت آنها حفر مي گردند.
۴) چاههاي هيدرولوژي كه به منظور بررسي آبهاي زير زميني و نحوه حركت آنها استفاده ميشود.

۵) چالهاي ژئوفيزيكي در روش لرزه نگاري
۶) چالهاي ساختمانهاي كه به منظور كسب اطلاع از وضعيت و موقعيت ساختارهاي زير زميني مثل درزو شكاف و.. حفر مي شوند.
۷) چالهايي كه به منظور جمع آوري اطلاعات زمين شناسي و نحوه قرار گيري لايه ها در اكتشاف نفت حفر مي شوند.
چاههاي استخراجي:

اين چاهها جهت استخراج ماده معدني، گاز و مايع (آب و نفت) حفر مي گردند و مهمترين آنها عبارتند از:
I. چاههاي آب: كه جهت توليد آب به منظور تامين آب مورد نياز براي صنعت، كشاورزي و آشاميدني حفر مي شوند .
II. چاههاي نفت و گاز:‌اين چاهها جهت استخراج نفت و گاز حفاري مي شود.

III. چاههايي كه جهت تبديل زغال به نفت يا گاز در اعماق زمين حفاري مي شوند.
IV. چاههاي ژئوتكنيكي: به چاههاي اطلاق مي شود كه جهت استخراج زغال، نمك‌، سولفور با استفاده از بخار آب يا محلولهاي شيميايي حفر مي گردند.
V. چالهاي انفجاري: به چالهايي اطلاق مي شود كه جهت جايگذاري مواد منفجره حفاري مي گردند تا از طريق انفجار اين چالها موجب شكستن و خرد شدن سنگها، كانيها، و زغال سنگ ها فراهم گردد و در ضمن بارگيري سهلتر و ارزانتر تمام شود. اين چالها در معادن زير زميني و معادن روباز كاربرد فراواني دارند.
VI. شفت به چاه قائم يا شيب داري گفته مي شود كه جهت استخراج زغال سنگ و ساير مواد معدني حفر مي شود.
چالهاي تكنيكي:

برخي از چالهاي تكنيكي عبارتند از:
I. چالهاي استحكامي : اين چالها جهت تزريق سيمان، رزين و ساير مواد مشابه به درون درز و شكاف سنگ به منظور افزايش مقاومت سنگ حفاري مي شود.
II. چالهاي آبكشي، اين چالها به منظور خارج كردن آب از محل استخراج ايجاد مي شوند.
III. چالهاي منجمد، اين چالها در اطراف شفت ها حفر شده و به منظور جلوگيري از عدم ورود آب به داخل شفت، آب داخل چاهها را به كمك سيستم خاصي منجمد مي نمايند.

IV. چاههاي تزريقي: به چاههايي گفته مي شود كه از طريق آن مي توان گاز، بخار آب به روي مخزن نفت تزريق نموده، بدين جهت موجب كاهش گرانروي نفت گرديد و توليد آن را افزايش داد.

V. چاههاي مشاهده اي: اين گونه چاهها به منظور مشاهده آب و تعيين اختلاف فشار آن حفاري مي شوند.
VI. چاههاي تخليه گاز : به چاههايي گفته مي شود كه جهت خروج گازهاي مضر از رگه زغال در معادن زيرزميني، حفر مي گردند همچنين از اين چالها به منظور كنترل خاك از طريق تزريق آب، به جبهه استخراج و مرطوب نگه داشتن اين محدوده استفاده مي شود.

VII. چالهاي پيشتاز: به چالهايي اطلاق مي شود كه معمولا به منظور پي بردن به كيفيت سنگ و شرايط آب موجود در طبقات حفر مي شوند.
VIII. چالهايي كه در مركز آرايش چالهاي انفجاري و به منظور ايجاد فضاي آزادي ثانويه براي انفجار اصلي حفر مي شوند.
انتخاب آرايش چالها:

آرايشي كه جهت حفر چالهاي انفجاري در معادن به كار برده مي شود، بستگي به نوع سيستم حفاري، نوع ماده منفجره، عمق چال، نوع سنگ و ماكزيمم اندازه اي كه سنگهاي منفجره مي تواند داشته باشند ( از نظر حمل و سنگ شكن) دارد. چالهايي به قطر كم و با فاصله نزديك معمولا براي سنگ هاي سخت و متراكم منظور مي شوند. چالهاي با قطر زياد موجب افزايش مصرف مواد منفجره در حال چال خواهند شد و لذا اين امكان وجود خواهد داشت كه فواصل چاهها دورتر انتخاب شوند و نتيجتا از هزينه هاي حفاري كاسته شود. به طور كلي در سنگ هاي سخت چالها نزديك به هم و هم در سنگ هاي داراي درجه سختي كمتر فواصل آنها معمولا كمتر انتخاب مي شوند. در چالهايي كه به منظور انفجار حفاري مي شوند بايد دو پارامتر ذيل را مورد توجه قرار داد:

A: متر مكعب ( يارد مكعب) از سنگ به ازاي هر متر ( فوت) از چال ( به صورت خطي) حفر خواهند شد.
B: مقدار ماده منفجره به ازا هر متر ( فوت) چال

تقسيم بندي چاه: چاهها براساس هدف پيش بيني شده از حفرشان:
چاهها براساس هدف پيش بيني شده از حفرشان به انواع زير تقسيم مي شوند.
۱- wild cat well:

اولين چاهي كه در يك حوضه رسوبي زده مي شود، مانند اولين چاه نفت كه در ايران در منطقه مسجد سليمان زده شد. در اين نوع چاه هيچ گونه اطلاعاتي در زمينه توالي لايه هاي زمين شناسي منطقه مورد حفاري وجود ندارد. در اين منطقه قبلا هيچ نفت و گازي كشف نشده است.
۲- exploration well:

چاه اكتشافي، چاهي است كه براي مطالعه و ارزيابي يك يا چند لايه ناشناخته از
طبقات زير زميني در ناحيه معين زده مي شود. در اين حالت اطلاعات ما نسبت به چاه صwild cat بيشتر است ولي باز هم كافي نيست.
چاه اكتشافي لزوما چاهي نخواهد بود كه در يك ناحيه حفر مي شود، اما هر چاهي كه با هدف شناسايي يك سازند قديميتر و در اعماق بيشتر حفاري شود، اكتشافي محسوب مي شود. مثلا هر چاهي كه در جنوب غرب ايران براي اكشتاف سازندهاي پيرتر مثلا گروه دهرم حفاري شود، اكتشافي ناميده مي شود. كه به دو نوع است:

۱: Dry well: چاهي كه به هيدروكربن نرسيد
۲: wet well : چاهي كه در آن وجود هيدروكربن كشف شده است.
۳:Delineation well : به منظور تعيين محدوده مخزن و براي محاسبه دقيق حجم ذخيره بهره دهي ميدان نفتي حفاري مي شود. بنابراين بايد سطح تماس آب و نفت WOC و گاز با نفت GOC نيز مشخص شود. تا براساس آن بتوان حجم نفت موجود در مخزن را بهتر تخمين زد و به كمك اين چاهها و مطالعات مخزني، تعداد چاههاي لازم براي بهره برداري را معين نمود.

۴:Development well: منظور همان چاههاي توسعه اي مي باشد كه جهت توليد از يك ميدان زده مي شود و به سه دسته تقسيم مي شود:
چاهي كه براي توليد نفت زده مي شودoil production
چاهي كه براي توليد گاز زده مي شود Gas production well
چاهي كه به منظور بالا بردن قدرت بهرهر دهي مخزن و درصد بازيابي از آن، بوسيله تزريق گاز و يا آب زده مي شود Injection well
تقسيم بندي چاهها براساس مسير و جهت حفاري:

۱-Vertical
2- Horizontal
3-Directional
4-Multi branch
5-Multi lateral
6-Geo string

انواع ۲ و ۳ به Deviation well نيز معروف هستند.
Multi lateral: معمولا براي ارزيابي دو سازند جداگانه از ميدان ابتدا در سازند پايين تر حفاري كرده و سپس حفاري سازند بالاتر انجام مي شود. سپس از دو لايه مذكور به روش Dual completion ( تكميل دو جانبه يا مجزا: از دو لايه مخزني مجزا با دو رشته لوله جدا از هم بهره برداري صورت مي گيرد) همزمان توليد خواهد شد.

Geo string: در لايه هايي كه بسيار نازك هستند، بايد لايه مذكور را به اصطلاح تعقيب كرد.
چند تعريف:
Observation well: بعضي از چاهها بدليل داشتن يك وضعيت خاص و يا پس از آنكه از توليد باز ايستاد، بر حسب نياز مهندسين مخازن و بهره برداري ممكن است تبديل به چاه مشاهده اي شود و براي مشاهده و بررسي دائمي تغييرات سطح تماس سيالات و فشار مخزن بكار رود.
Work over: بر اثر بروز تغييرات در مخزن كه بدنبال توليد از آن زخ مي دهد و يا بروز اشكالات مكانيكي و فني در چاه، ممكن است نياز به كار مجدد و تعمير براي يك چاه باشد. اين چاه را چاه تعميراتي و يا صwork over مي نامند.

Abandon: اگر چاه قابل به تعمير نباشد و يا اصولا از ابتدا خشك باشد، چاه متروكه ناميده مي شود.
Infill well: چاههايي كه پس از اولين مرحله توسعه يك ميدان زده مي شود و هدف از آن كسب حداكثر توليد از يك ميدان است.
Side terckiong: هنگامي كه بعلت دستورالعمل بد حفاري و يا برنامه نامناسب گل رشته لوله هاي درون چاه در چاه گير مي افتد. به اصطلاح fish در داخل چاه باقي مي ماند و عمليات مانده يابي به شكست منتهي مي شود. مجبور هستيم كه از يك عمقي چاه قبلي را سيمان كرده و بوسيله انحراف چاه، چاه را از كنار مانده حفاري كنيم. اين عمل را در اصطلاحside tracking مي گويند.

Injection well: چاههائي هستند كه براي تزريق گاز و بخارآب و… استفاده مي شوند.
روش هاي حفاري:
معمولا نوع حفاري با توجه به نتايجي كه از تحقيقات حفاري كسب مي شود، انتخاب روش حفاري نه تنها به هدف نهايي تحقيق بستگي دارد، بلكه به جنس لايه هايي كه بايد در آن حفاري شود، نيز بستگي دارد. در حقيقت هنر حفاري در انتخاب بهترين متد حفاري خلاصه مي شود.
به طور كلي روش هاي حفاري به دو گروه تقسيم مي شوند:
۱- براساس استفاده از انرژي مكانيكي است كه از طريق ضربه يا چرخش مته يا هر دو در سنگ صورت مي گيرد.
۲- براساس استفاده از انرژي حرارتي، فشار آب و…
روش مكانيكي:
در اين روش شكستگي و خرد شوندگي سنگ در اثر انرژي مكانيكي است كه از طريق مته به سنگ وارد مي شود.

مزاياي روش مكانيكي:
۱- امكان تهيه نمونه هاي مناسب، جهت بررسي زمين شناسي و تعيين خواص مكانيكي
۲- امكان حفر چال به جهت خاص
مشكلات حفاري مكانيكي:

۱- احتياج به تعويض مته به ازاي تعداد مشخصي ساعات حفاري
۲- بازدهي اين روش با افزايش عمق كاهش پيدا مي كند. به اين جهت در شرايط كنوني جهت حفاري هاي عميق نوعي سيستم حفاري توسعه داده شده كه ضربه زن در داخل چاه بلافاصله بعد از مته قرار مي گيرد.
روش فيزيكي:

۱- روش هيدرو ديناميكي: در اين روش، جهت ايجاد شكاف و شكستگي در سنگ و شكل گرفتن چالها از فشار مايعات (۲۰ تا ۲۰۰ مگاپاسكال) استفاده مي شود.

۲- روش حرارتي: در اين روش شكستگي در قعر چاه توسط حرارت شديد ( بيش از ۲۳۰۰ درجه سانتي گراد) انجام مي گيرد اين گرما در اثر سوختن هيدرو كربن هاي نفتي با اكسيژن حاصل مي گردد. روش حرارتي بيشتر جهت حفر چالهاي انفجار به كار گرفته مي شود.

۳- روش انفجاري در اين روش كاهش ابعاد سنگ از طريق انفجار صورت مي گيرد و نوع ماده منفجره بستگي به خصوصيات سنگ دارد. در اين روش بسته هاي پلاستيكي حاوي مواد منفجره از طريق چال در ته چاه قرار مي گيرند و سپس با وارد نمودن ضربه يا حرارت موجب انفجار سنگها مي شوند.
۴- روش ليزر: ليزر مي تواند ستوني از تشعشات مغناطيسي توليد كند كه اين تشعشات براي تبخير و ذوب سنگها كافي است عوامل چون هوا، رطوبت و ذرات جبهه كاردر عملكرد ليزر موثرند، باعث كاهش راندمان كار مي شوند.

روش هاي فيزيكي ديگري همچون پرتاب گلوله و ذوب و… نيز جهت شكستگي و خرد نمودن سنگ توسعه داده شده اند، اما همگي اين روشها بيشتر در مراحل آزمايش و تحقيق هستند.
عوامل موثر در انتخاب روش و سيستم حفاري:
چنانچه مي دانيم روش حفاري رايج در حال حاضر مكانيكي است كه از دلايل عمده آن مي توان انعطاف پذيري اين روش، كارايي و هزينه را نام برد. اما انتخاب سيستم حفاري و مناسب ترين ماشين حفاري به عوامل چندي بستگي دارد، كه عبارتند از:
۱- طبيعت و نوع سنگ

۲- عمق چاه
۳- درجه سختي و خراشندگي سنگها
۴- درجه اي كه سنگها بايد كاهش ابعاد پيدا كنند
۵- اندازه پروژه و مدت زمان عمليات
۶- منظور و هدف از ايجاد چال
۷- شرايط چال ها از نظر وجود يا عدم وجود آب و چگونگي انتقال ذرات خرد شده از ته چاه براي چالهاي انفجاري با قطركم بالاخص در عمليات زيرزميني كه از سيستم حفاري ضربه اي نوع چكش حفاري استفاده مي شود.
عوامل موثر در پيشرفت عمليات حفاري:
عوامل متعددي در عمليات حفاري موثرند، بعضي از اين عوامل به طور مستقيم و بعضي ديگر به طور غير مستقيم در عمليات حفاري موثرند كه عمده آنان عبارتند از:
۱- خواص فيزيكي و مكانيكي سنگها، چگونگي وضعيت تنش هاي هيدروستاتيكي، تنش سنگهاي پوششي
۲- عوامل زير زميني ( لايه بندي، چين خوردگي، درز و شكاف و گسل و…)
۳- ژئومتري چاهها ( قطر و عمق)
۴- مته
۵- ميله يا لوله حفاري
۶- انرژي
۷- گل حفاري
از بين عوامل فوق پارامترهاي (۱تا۳ تقريبا غير قابل كنتر اند كه آنها را پارامترهاي ثابت مي نامند و به پارامترهاي ۴ تا ۷ پارامتر هاي قابل كنترل يا متغير گفته مي شود كه در واقع تابعي از پارامترهاي ۱ تا ۳ هستند.
بايد توجه داشت كه عوامل ديگري غير از عوامل ذكر شده در پروسه حفاري موثرند كه اين دسته را عوامل جنبي مي نامند، از قبيل مهارت كارگران در امور معدني، سرپرستان، وضعيت آب و هوايي دسترسي به منابع انرژي و شرايط توپرگرافي و…
ساختمان چاه:
زميني كه در آن دكل مي خواهد قرار گيرد بايد استقامت خوبي داشته باشد تا با مشكل نشست روبرو نشود.
سپس لوله اي را با فشار به درون زمين فرو مي كنند و اطراف آنرا كاملا سيمان كار مي كنند اين لوله به نام زconductor pipe است كه هدايت كننده گل حفاري است. سپس دكل را قرار داده و حفاري را شروع مي كنند. هنگامي كه حفاري از لايه رسي گذشت و به ناحيه محكمتر رسيد در آنجا surface casing نصب مي شود كه تمام دستگاههاي سرچاه روي همين surface casing نصب مي شود از آن جمله chrismas tree , well head, bop است.
در مرحله بعد، مته اي با قطر كوچكتر درون surface casing مي رانند و تا عمق معين حفاري مي كنند و Intermediate casing را نصب و در مرحله آخر production casing و بعد از آن tubing را نصب مي كند.

خواص مكانيكي و فيزيكي سنگها:‌
خواص فيزيكي سنگها نشاندهنده شرايط فيزيكي آنهاست. اين خواص ممكن است به طور مستقيم و غيرمستقيم در امر حفاري موثر باشند مانند ميزان نيروي به هم چسبي ، تخلخل، چگالي،‌بافت و ساخت سنگها و…

منظور از خواص مكانيكي ارزيابي و تعيين توانايي و مقاومت سنگ ها در برابر نيرويي است كه از خارج به آنها وارد مي شود. بدون آنكه تغيير شكل يا شكستگي ايجاد گردد. مقاومت، سفتي،‌سختي، الاستيسته، پلاستيسيته و.. از عواملي هستند كه در اين بخش به آنها پرداخته مي شود.
بررسي و مطالعه خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ ها به دلايل زير در فرايند حفاري مورد نياز است:‌

۱٫ در انتخاب روش چالزني
۲٫ درانتخاب نوع سيستم ،‌نوع ماشين بلاخص در انتخاب اجزا ماشين مثل مته،‌لوله، گل حفاري و…
۳٫ در انتخاب نوع تامين كننده انرژي ،‌نوع پمپ گل حفاري

۴٫ در انتخاب نوع ماده منفجره كه بايد در چال جايگذاري شود.
۵٫ در طراحي لوله محافظ چاه
۶٫ در سرعت نفوذ پذيري
۷٫ در طراحي و برنامه هاي كوتاه مدت و دراز مدت حفاري
بررسي خواص فيزيكي سنگها:‌
الف:‌نيروي چسبندگي:‌

نيروي است كه در اثر جذب يا تماس مولكولهاي يك ماده به وجود مي آيند نيرويي است درون زا كه در برابر نيروي خارجي كه باعث جدايي اين مولكولها خواهد شد و مقاومت و پايداري مي كند. و بستگي به نيروي وان در والس و بار الكترواستاتيكي ذرات دارد. چون نيروي بين ذرات با توان هفتم فاصله بين ذرات نسبت معكوس دارد لذا هر چه فاصله سطح تماس ذرات كمتر باشد نيروي واندر والس زياد و نتيجتاً نيروي چسبندگي يا بين مولكولي نيز زيادتر خواهد بود.
تقسيم بندي سنگ ها بر اساس ميزان نيروي چسبندگي:

۱) سنگ هاي سخت:‌
ذرات تشكيل دهنده اين سنگ ها تحت تاثير نيروي چسبندگي كاملا مرتبط و پيوند شده اند. بنابراين براي خرد كردن اين سنگ ها نيروي زيادي لازم است مانند سنگ هاي حاوي كوارتز مثل گرانيت ،‌گرانوديوريت و… حفاري در اين سنگ ها به دشواري انجام مي پذيرد ولي ديواره چاه احتياج به لوله محافظ ندارد.
۲) سنگ هاي سيمانته شده:

در اين سنگ ها كاني هاي اصلي تشكيل دهنده آنها توسط سيماني از نوع رس يا سيليس و … به يكديگر مرتبط و سيمانته شده اند.
۳) سنگ هاي غير سيمانته يا سست:
اين سنگ ها از ذرات غير سيمانته ماسه يا گراول و… تشكيل شده اند چاههاي حفر شده در اين سنگ ها به محافظت احتياج دارند و بايستي لوله هاي محافظ نصب شوند.

۴) سنگ هاي روان:
اين سنگ ها به آساني مورد هجوم و در دسترس آب قرار مي گيرند و خيلي زود خاصيت نيمه جامد به خود مي گيرند مانند ماسه هاي ريز،‌رس هاي حاوي مقدار كمي ماسه و…
ب-تخلخل:‌
تخلخل درصدي از حجم كل سنگ كه توسط فضاهاي خالي اشغال گرديده و يا
به عبارت ديگر قسمتي از حجم كل سنگ كه توسط مواد جامد اشغال نگرديده است. تخلخل آن سنگ ناميده مي شود. به عبارت ديگر تخلخل عبارتست از نسبت حجم كل منافذ يك نمونه از سنگ به حجم كل همان نمونه و با درصد مشخص مي شود:

كه در آن:
Vv: حجم منافذ
V: حجم كل نمونه
n: تخلخل (ضريب تخلخل)
تخلخل مطلق:
شامل تمام فضاي خالي، كانال ها، فضاهاي باز شده به هر اندازه و شكل و وسعت را شامل مي شود. مقدار تخلخل در سنگ هاي مختلف متفاوت است و بين ۰ تا ۵۵ درصد متغير مي باشد مقدار تخلخل با افزايش عمق كاهش مي يابد. تخلخل باعث كاهش قدرت و مقاومت سنگ ها خواهد شد.
تخلخل موثر:
تخلخل موثر تنها شامل فضاهاي خالي خواهد بود كه با يكديگر در ارتباط
بوده و اين فضاهاي خالي اجازه جريان يافتن سيالات را از دورن خويش خواهند داد بنابراين :

در اين رابطه :
:‌حجم منافذي كه با هم در ارتباطند.
V: حجم كل نمونه
ne: تخلخل موثر
هر اندازه تخلخل سنگ بيشتر باشد مقاومت و پايداري سنگ در برابر حفاريهاي معدني و اكتشافي كمتر است خصوصا اگر در حفرات سنگ، آب موجود باشد علاوه بر كاهش مقاومت سنگ در مقابل حفاري از توليد گرد و غبار در حين حفاري كاسته مي شود.
ج- نسبت پوكي:
عبارتست از نسبت بين حجم كل منافذ يك نمونه از سنگ به حجم ذرات جامد همان نمونه از سنگ و از رابطه زير به دست مي آيد:‌

كه در آن :
Vv: حجم منافذ
Vs:‌حجم بخش جامد نمونه
E: نسبت پوكي
نسبت پوكي را به صورت كسري نشان ميدهند و بين ۰٫۳ تا ۲ متغير است.
رابطه بين تخلخل و نسبت پوكي:

كه در آن n تخلخل سنگ و e نسبت پوكي مي باشد:
د- چگالي دانه ها (توده ويژه) Gs يا S.G Specific Gravity
چگالي دانه ها كميتي است بدون بعدو معمولا عددي است بين ۲٫۶ تا ۲٫۹ چگالي دانه هاي ماسه اي كه اكثرا از كوارتز باشند در حدود ۲٫۶۵ و چگالي خاكهاي لاي دار و رس دار در حدود ۲٫۶ تا ۲٫۹ است.
وزن آب هم حجم آن/ وزن قسمت جامد =Gs=S.G=
چگالي يك سنگ عبارتست از نسبت بين جرم مخصوص سنگ به جرم مخصوص آب يا نسبت بين وزن حجمي سنگ به وزن حجمي آب وزن مخصوص فاقد واحد بوده و از رابطه زير بدست مي آيد:‌

در رابطه فوق:
:‌ جرم مخصوص سنگ
: جرم مخصوص آب
:‌وزن حجمي سنگ
:‌وزن حجمي آب
S.G: وزن مخصوص
ه- جرم مخصوص:‌
جرم مخصوص نسبت جرم سنگ به حجم آن مي باشد و واحد آن معمولاً به صورت كيلوگرم بر متر مكعب يا گرم بر سانتي متر مكعب يا پوند بر فوت مكعب نشان داده مي شود. جرم مخصوص را معمولا با نشان مي دهند جرم مخصوص آب يك گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد.
و- وزن حجمي:
وزن حجمي سنگ برابر است با حاصلضرب جرم مخصوص سنگ در شتاب جاذبه بنابراين:

حجم سنگ / وزن سنگ=
كه در آن :
جرم مخصوص جرم مخصوصg وزن جرمي
وزن حجمي آب در سيستم متريك عبارتست از:‌

وزن حجمي آب در سيستم انگليسي عبارتست از:
عواملي كه در چگالي سنگ موثرند عبارتند از:‌
نسبت پوكي تخلخل و نحوه قرار گيري كانيها در كنار يكديگر هر چه نسبت پوكي و تخلخل سنگ زيادتر باشد آن سنگ از تراكم چگالي كمتري برخوردار است و لذا حفاري اين نوع سنگ ها آسانتر و سرعت نفوذ پذيري نيز بيشتر خواهد بود. از طرفي وزن مخصوص رابطه مستقيم با مقاومت و سرعت چالزني يا نفوذپذيري مته حفاري در سنگ رابطه معكوس دارد.
معمولا وزن مخصوص سنگ هاي آذرين زيادتر از رسوبي است. در سنگهاي رسوبي حد چگالي بين ۱٫۹ تا ۲٫۷ بوده و بيشتر سنگهايي كه عمليات حفاري بر روي آنها انجام ميشود چگالي شان بين ۲ تا ۲٫۷ متغير مي باشد.

ط- بافت و ساخت سنگ :
خواص فيزيكي و شيميايي سنگ ها متاثر از بافت و ساخت آنها مي باشد. واژه بافت گوياي ساختمان دروني سنگ است و عبارتست از اندازه و شكل و وضعيت قرار گرفتن كانيهاي مختلف در يك سنگ مانند بافت گرانولار در سنگ هاي گرانيتي يا بافت ميكروليتي در سنگ هاي آذرين خروجي.
ساخت معمولا در نمونه هاي بزرگ مورد بررسي قرارمگيرد مانند ساخت لايه اي در سنگ هاي رسوبي يا ساخت شيستي و گنيسي در سنگ هاي دگرگوني.
بررسي خواص مكانيكي سنگ ها:‌
الف:‌مقاومت :
خاصيتي از سنگ است كه باعث پايداري و عدم تخريب آنها به هنگام وارد وآمدن تنش هاي خارجي مي شود.
تنش ها ممكن است از نوع فشاري، كششي- خمشي و يا برشي باشند. چون سنگ ها مقاومت فشاري بسيار بالايي دارند بنابراين جهت راندمان بيشتر در امور چالزني موثرترين سيستم حفاري سيستمي است كه با حركت برشي موجب شكستن و خرد شدن سنگ گردد.

عوامل موثر در مقاومت سنگ ها:
كانيهاي تشكيل دهنده سنگها
درجه هوازدگي و دگرساني سنگها
نيروي بين مولكولي ذرات تشكيل دهنده آنها
وجود درز، شكاف و… در سنگها
خواص الاستيكي ، پلاستيكي و آنيزوتروپي سنگها
جهت و ميزان نيروي وارده به سنگ ها
۲- RQD شاخص كيفيت سنگ:
R.Q.D عبارتست از نسبت مجموع طول مغزه يا نمونه حاصله يا عمقي است كه حفاري شده است و با درصد بيان مي كنند بنابراين منظور از R.Q.D اندازه گيري مقاومت خصوصيات درز و شكاف و بيانگر شرايط محيطي است كه سنگ را احاطه كرده است بايد توجه داشت كه اندازه طول نمونه مورد آزمايش حداقل دوبرابر قطر آن باشد و حداقل طول مغزه ها بايستي cm 10 باشد و مغزه ها سفت و سالم باشند رابطه بين R.Q.D و كيفيت سنگ در جدول زير آمده است:

كيفيت سنگ (%)R.Q.D
خيلي ضعيف ۲۵-۰
ضعيف ۵۰-۲۵
متوسط ۷۵-۵۰
خوب ۹۰-۷۵
خيلي خوب ۱۰۰-۹۰

الاستيسيته:‌
اگر سنگي تحت تاثير تنش قرار گيرد مقداري تنش در آن به وجود مي آيد حال اگر اين تنش اعمال شده حذف گردد و سنگ يا هر چيز جامد ديگر به حالت اول خود برگردد به اين خاصيت برگشت پذيري پس از انتقال تنش يا الاستيسيته مي گويند.
E يا مدول يانگ نشاندهنده كيفيت دگر شكلي پذيري سنگ است اگر E بيشتر باشد تراكم پذيري كمتر است.

پلاستيسيته:
خاصيتي از سنگ است كه موجب تغيير شكل دائمي در آن مي شود به عبارت ديگر اگر پس از حذف تنش اعمال شده به يك سنگ تغيير شكل ايجاد شده به حالت اول خود باز نگردد پلاستيسيته ناميده مي شود در شكل پيوست منحني تيپيك تنش- كرنش در تراكم تك محوري سنگ ها آمده است:‌
نسبت پواسون:
عبارتست از نسبت كرنش جانبي سنگ به كرنش محوري همان نمونه از سنگ يعني:

كه نسبت پواسون مي باشد.
سختي:
عبارتست از مقاومتي كه كاني يا سنگ در مقابل ابزار خراش دهنده (ساينده) از خود نشان ميدهد تا خراش حاصل نكند. هر چه درجه سختي و سايندگي سنگ ها زيادتر باشد عمر مته ها كمتر و سرعت نفوذ مته كم مي گردد. عواملي كه موجب افزايش و كاهش درجه سختي سنگ مي شوند عبارتند از:
۱- كانيهاي تشكيل دهنده سنگ كه هر چه سخت تر باشند در سنگ نيز به سختي خراش و سايندگي ايجاد مي شود.
۲- نيروي چسبندگي كه هر چه نيرو در بين كانيهاي سنگ بيشتر باشد ابزار خراش دهنده به نيروي بيشتري جهت سايش،‌خراش اندازي نياز دارد.
۳- شكل دانه ها، دانه هاي گوشه دار،‌داراي خاصيت سايندگي بيشتري هستند تا دانه هاي گرد شده.
۴- اندازه دانه ها؛ دانه هاي درشت تاثير زيادي بر روي چالزن خواهند داشت.

۵- مقدار آب موجود در سنگ، هر چه آب موجود در سنگ زيادتر باشد درجه سختي و سايندگي آن كمتر است.
سختي كانيها را با اشل موس مي سنجند. در اين مقياس كاني ها را از نظر به ده درجه تقسيم بندي مي كنند (درس كاني شناسي) در مورد كانيهايي كه داراي سختي بين ۶ تا ۷ هستند از بين سيستم حفاري ضربه اي استفاده مي شود. در مورد كانيهاي كروندوم و توپاز كه مقدار كم نيز يافت مي شوند از مته هاي الماسي استفاده مي شود.
طاقت سنگها:‌

منظور از سنگها تعيين مقاومت آنها در مقابل تنش هاي خارجي مي باشند. اين تنش ها مي توانند فشاري ، كششي و برشي باشند. به عبارت ديگر طاقت سنگ عبارت است از مقدار تنش كه در مقابل تنش هاي وارده مقاومت مي كند تا خرد نشود.
مساحت شكستگي ايجاد شده در سنگ (cm2) / ارتفاع سقوط زياد وزنه (m) × وزن وزنه (kg) = طاقت سنگ
مقدار طاقت سنگها را يكصدم مقاومت فشاري تك محوري در نظر مي گيرند.
اگر بر حسب kgf/cm2 باشد.
خاصيت سايندگي:‌
عبارتست از خاصيتي از سنگ كه قادر است سرمته را بساباند و بستگي به سختي سنگ،‌كليواژ و خاصيت تورق،‌به شكل دانه هاي تشكيل دهنده سنگ دارد. خاصيت سايندگي روي سيستم حفاري چرخشي از اهميت بيشتري نسبت به حفاري ضربه اي برخوردار است برخي از سنگهاي با خاصيت سايندگي روي سيستم حفاري چرخشي از اهميت بيشتري نسبت به حفاري ضربه اي برخوردار است. برخي از سنگهاي با خاصيت سايندگي نسبتا بالا عبارتند از:‌
كروندوم، مگنتيت، كوارتزيت، ماسه سنگ، گرانيت،‌ديوريت، بازآلت ، گارنت و…
خاصيت سفتي سنگ:
سفتي سنگ عبارتست از مقاومت مولكولها و سيمان بين اجزا متشكله سنگ در براي تغيير شكل تحت اثر فشارهاي خارجي در رفتار الاستيكي از عوامل موثر در مقدار سفتي عبارتند از:
جاذبه بين مولكولي اجزا متشكله سنگ، تركيب فيزيكي و شيميايي سنگ و ميزان رطوبت و شكل ذرات متشكله و سيماني كه اجزا سنگ را به هم متصل مي نمايد در عمل جهت مقايسه خاصيت سفتي سنگ ها باز هم از فرمول استفاده مي شود كه در آن
G: مدول سفتي Rigiditymodulus برحسب kg/cm2
E:‌مدول الاستيسته برحسب kg/cm2
:‌نسبت پواسون
چنانكه از فرمول فوق نيز نتيجه مي شود عملا سنگ هايي كه مدول الاستيسته نسبتا بيشتري دارند از مدول سفتي بالاتري برخوردارند.جدول زير مقايسه مدول سفتي چند سنگ را نسبت به سنگ آهك نشان ميدهد.

سيستم حفاري چرخشي (دوراني)
اين روش اولين بار در آمريكا براي حفر چالهاي آبي استفاده شد در اوايل قرن بيستم براي استخراج نفت از اين روش استفاده شد. تا سال ۱۹۲۰ تقريبا ۹۰ درصد چاههاي عميق توسط سيستم حفاري ضربه اي عمدتا از نوع كابلي حفاري گريده بودند اما در سال ۱۹۸۰ اين رقم معكوس شد و حدود ۹۰ درصد اينگونه چاهها توسط سيستم حفاري چرخشي يا دوراني حفاري گرديده است.
امروزه چاههاي به عمق متجاوز از ۶۰۰۰ متر حفر مي شود براي مثال دو چاه عميق در آمريكا به عمق ۱۰۰۰۰ متر حفر گرديده و همچنين در شوروي چاهي به عمق ۱۴۰۰۰ متر حفر شد.
– يك دستگاه حفاري دوراني به طور كلي از رشته لوله هاي حفاري و ابزارهاي حفاري ،‌دكل، دستگاه مولد نيرو و تلمبه گل زني تشكيل شده است.
– كامل ترين وسايل حفاري دوراني در كارهاي نفتي مورد استفاده است و ليكن دستگههاي سبكتر نيز به مقدار زياد در حفاريهاي كم عمق تر براي استخراج و بهره برداري آبهاي زيرزميني مورد استفاده قرار دارد.

مكانيزم هاي حفاري دوراني:
در سيستم حفاري دوراني اولا مته و لوله حفاري هر دو مي چرخند ثانيا انرژي كه از طريق لوله و مته به سنگ وارد مي گردد و موجب حفر چاه مي شود تركيبي است از انرژي جنبشي و تراست يا فشار برروي مته چرخش مته و لوله حفاري ناشي از انرژي است كه از صفحه دوار به لوله چند بر و از آن به لوله و مته منتقل مي گردد لذا تنشي كه از طريق مته به سنگ وارد مي آيد از نوع مماسي بوده و سنگ ها از طريق خراش برداري و تراشيده شدن به صورت قطعات ريز بين “۱-” ۸/۱ درخواهد آمد.
تراست يا بارروي مته توسط لوله هاي پشت مته و اتصال و ارتباط آنها با پايه و تيرهاي ستوني در سطح و به واسطه سيلندر هيدروليكي كابها و تامين مي گردد و تراست يا سنگيني پشت مته بسته به نوع سنگ و قطر مته بين ۸۰۰۰-۱۰۰۰ پوند به ازاي هر اينچ مته متغير مي باشد.
ثالثا:‌جهت خرده هاي حفاري از گل حفاري استفاده مي شود در مناطق خشك از هوا به عنوان سيال حفاري استفاده مي شود. معمولا سيال حفاري از داخل لوله به سر مته آمده و از منافذ مته به فضاي آنولوس وارد شده و خرده ها را از فضاي آنولوس به بيرون هدايت خواهد كرد
معمولا در معادن براي حفر چاههاي با قطر ۶ تا ۱۵ اينچ و عمق بين ۹ تا ۱۸ متر به كاربرده مي شوند.
جهت حمل و انتقال يا به روي كاميون سوار مي گردند يا برروي چرخ زنجيري براي سرعت بخشيدن به عمليات حفاري بهتر است سيستم حفاري برروي كاميون نصب گردد و همچنين براي انتقال در فواصل نسبتا زياد در معادن اين نوع سيستم از تحرك بيشتري نسبت به نوع زنجيري برخوردار است سيستم هاي حفاري كه روي چرهاي زنجيري نصب شده اند براي مناطق صعب العبور به كار مي روند.

عوامل موثر در سرعت حفاري سيستم دوراني:‌
۱- بازدهي اپراتور كه به آموزش و تجربه و انگيزه شغلي آن بستگي دارد
۲- بازدهي خود ماشين، اندازه ماشين،‌آسان بودن ماشين از نظر فراگيري ، تعمير و سرويس

۳- خصوصيات طبقاتي كه حفاري مي كنند:‌
۳-۱- به مقاومت فشاري طبقات
۳-۲- به سختي و خاصيت سايندگي

۳-۳- به فشار سنگهاي پوششي
۳-۴- به خاصيت الاستيكي و پلاستيكي سنگها
۳-۵- به خاصيت چسبندگي طبقات به ميزان آب موجود در سنگ و تخلخل سنگها و وضعيت حرارتي سنگها
۴- عوامل مكانيكي :‌بار مته، دور مته در دقيقه ، نوع مته

۵- به خاصيت سيال حفاري، چگالي گل حفاري، ذرات جامد گل حفاري، روان بودن گل حفاري، به خاصيت هرز روي آب گل حفاري و…
موارد استفاده سيستم حفاري چرخشي:

۱- سيستم هاي حفاري چرخشي براي انواع سنگ ها از نظر درجه سختي مناسب بوده و داراي بازدهي قابل ملاحظه اي مي باشند.
۲- در معادن روبازبراي حفر چاههايي به قطر بين ۱۵-۶ به دليل سرعت چالزني بيشتر اقتصادي بودن نبت به حفاري ضربه اي اولويت دارد.
۳- در معادني كه توليد بالاست اين روش مناسب تر ازروش ضربه اي است.

۴- به دليل سرعت چالزني زيادتر اين روش توانايي بيشتري در جهت آماده نمودن چالهاي انفجاري نسبت به روش ضربه اي دارد
۵- جهت حفر چالهاي عميق و نيمه عميق روش دوراني مناسب مي باشد.

مواردي كه حفاري دوراني توصيه نمي شود:
۱- در معادن كوچك تر از نظر ذخيره و توليد ،‌به علت بالا بودن هزينه اوليه اين سيستم نسبت به حفاري ضربه اي توصيه نمي گردد
۲- چون اين ماشين ها براي حفر چاههايي با قطر بيش از ” ۴ طراحي شده اند بنابراين براي حفر چاههاي عميق با قطر و عمق كم توصيه نمي شود.
دكل:‌

دكل ساختمان برج مانندي است كه به شكل هرم ناقص با قاعده مربع يا مثلث است و از اتصالات قطعات لوله يا نبشي مخصوصي به وجود مي آيد ارتفاع دكل تابع حداكثر عمق دستگاه حفاري است. ماشين يا دستگاه حفاري با اتكا به آن از طريق كابل ها مي تواند لوله هاي حفاري را به درون چاه و يا از درون چاه به بيرون منتقل نمايد. لذا دكل بايد حالت قائم و داراي ارتفاع و مقاومت كافي باشد تا بتواند چنان سنگيني و فشاري را با ايمني كامل تحمل نمايد. انواع دكل حفاري عبارتند از:‌

۱- دكل ثابت يا استاندارد
۲- دكل قابل حمل (خود فراز)
دكل هاي ثابت:

دكل هايي هستند كه به صورت واحد قابل انتقال نيستند مگر آنكه فاصله انتقال بسيار كم باشد در غير اينصورت بايد 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 اين نوع كمتر در معادن و كلا در خشكي استفده مي شود و به حفاري هاي دريايي محدود شده اند.

دكل هاي قابل حمل:‌
به دكلي اطلاق مي شود كه به صورت واحد مي توان از آن استفاده نمود بدون آنكه حفار مجبور باشد به ازا هر بار استفاده اجزا مختلف آن را از يكديگر جدا و حمل نمايد و دوباره در عمليات جديد آن را به يكديگر پيوند دهد موقعي كه يك دكل خود فراز يا قابل حمل برپا يا پايين آورده مي شود. شباهت به تيغه ي يك چاقو بزرگ جيبي دارد كه باز و بسته مي شود. يعني اين دكل ها از يكسري قاب تشكيل شده كه در سر چاه قاب ها را توسط خارهاي قوي به هم متصل كرده و دكل را تشكيل مي دهند در دستگاههاي حفاري سيار، دكل نيز همانند ساير ابزار و لوازم حفاري، بروي كاميوني نصب شده است در بالاي دكل اطاقكي موسوم به اطاقك كارگر وجود دارد كه براي بالا و پايين كردن لوله ها از آن استفاده مي كنند. در بالاي دكل تعدادي قرقره فلزي ثابت وجود دارد كه كابل هاي مختلف جرثقيل از دور آنها عبور مي كند.

اجزا و سيستم هاي اصلي يك دكل حفاري شامل:
۱- سيستم بالا برنده hoisting system
2- سيستم گردشيcirculating system
3- سيستم چرخشيrotating system

۴- سيستم كنترل فشارcontrolling system
ساق حفاري (Drill string): به مجموعه لوله هاي فولادي مخصوص حفاري كه در درون چاه قرار دارد گفته مي شود. درباره تك تك اجزاء رشته و يا ساق حفاري بعدا به طور مفصل بحث خواهد شد.

در سطح زمين، ساق حفاري به هنگام حفاري، اولا بايد در چاه آويزان نگه داشته شود و در عين حال قسمتي از وزن آن براي اعمال نيرو بر مته رها شود. ثانيا بايد به طريقي به دوران درآورده شود و ثالثا سيال حفاري با سرعت لازم و تحت فشار به درون آن فرستاده شود. امر اول توسط سيستم بالابري (hoisting system) انجام مي شود. به دوران درآوردن ساق حفاري در سطح زمين توسط سيستم دوران دستگاه حفاري انجام مي گيرد. سيستم گردش كل (circuating system) سيال حفاري را در سطح زمين به درون ساق حفاري فرستاده و در چاه به حركت و گردش در مي آيد.

قسمتهاي اصلي سيستم بالابري:
۱٫ mast يا Derrick

۲٫ Block and tackle كه شامل (فrrraveling block , crown block, hook, drilling line) است.
۳٫ Drawworks كه اصلي ترين قسمت اين سيستم و همچنين مهمترين قسمت يك دستگاه حفاري است.
Derrick و يا همان دكل يك چهارچوب و اسكلت فلزي است كه فضاي لازم براي بلند كردن، پايين آوردن رشته حفاري به درون چاه و به بيرون آن را برعهده دارد.
Substructure همانطور كه از نام آن مشخص است محل قرارگيري دكل است يعني جايي كهderrick روي آن قرار مي گيرد. هر substructure بايد:
۱- وزن derrick را تحمل كند.

۲- وزن لوله هايي كه در كنار هم در كنار derrick قرار گرفته اند را تحمل كند.
۳- وزن لوله هايي را كه درون چاه قرار دارند را تحمل كند.
۴- نيروهاي جانبي مانند وزش باد را نيز تحمل كند.

Drawworks: مركز كنترل يك دكل حفاري است و از آنجا حفار مي تواند يك دكل را كنترل كند، و شامل يكسري كلاچ و ترمز و قرقره است كه باعث مي شود با قرار گيري سيمهاي حفاري درون قرقره، رشته حفاري به بالا و يا پايين حركت كند.

Block and tackle: مجموعه اي از قرقره هاي ثابت و متحرك و قلاب است كه لوله هاي حفاري را درون چاه بالا و پايين مي برد.
Crown block: قرقره اي ثابت است كه در بالاي دكل حفاري قرار دارد.
Traveling block: قرقره متحرك است كه در زير آن قلاب قرار دارد.

Hook: يا قلاب كه لوله حفاري به ان متصل است.
دو جز فرعي اين سيستم شامل:
Anchor: يا لنگر است كه به آن دستگاه وزن نما وصل است. و سيم ثابت كه از قرقره ثابت مي آيد به ان متصل مي شود.
Storage Reel: بعد از چند هزار تن – مايل حركت سيم سيم ضعيف شده و مجبور هستيم سيم جديد وارد مجموعه كنيم. اين سيم جديد از اين قسمت وارد سيستم مي شود.
به كمك اين سيستم دو عمل ديگر نيز انجام مي شود.
۱- pipe connection: ( اتصال لوله) عبارت است از اضافه كردن يك شاخه لوله ديگر به لوله هاي درون چاه و افزايش طول آن در هنگامي كه با حفر چاه عمق آن افزوده مي شود.
۲- Round trip: ( پيمايش) عبارت است از بيرون كشيدن اجزا ساق حفاري از چاه و دوباره برگرداندن آن به چاه به منظور اهدافي خاص.

يك چاه نفت و يا گاز به منظور دسترسي به مواد هيدروكربني حفر مي گردد. به هر منظوري كه چاه مذكور حفر گردد در بر گيرنده اهداف زير خواهد بود:
۱- ايجاد دسترسي به ذخيره زيرزميني

۲- ايجاد ارتباط يا سازندهاي توليد كننده مواد هيدروكربوري
۳- تامين مسير مناسب به منظور خروج ايمن و موثر مواد هيدروكربني به سطح زمين
۴- تامين تجهيزات در سطح زمين به منظوركنترل توليد و ايجاد امكان تعميرات لازم
تامين كننده قدرت ماشين حفاري:

قدرت ماشين حفاري توسط موتورهاي گازي، ديزلي و يا الكتريكي تامين مي شود. موتور الكتريكي علي رغم آنكه بازدهي و راندمان بهتري دارد اما در بعضي موارد تهيه منبع الكتريسته در معدن آسان نخواهد بود. ولي علي رغم اين مشكل امروزه در بيشتر معادن روباز از موتور برقي به عنوان تامين كننده قدرت ماشين حفاري استفاده مي شود.

مقدار انرژي توليد شده توسط موتور جهت توليد انرژي جنبشي، تراست، كشيدن كمپرسور هوا به دنبال خود، بالا و پايين بردن كابلها، عبور هوا يا گل حفاري و يا آب از درون لوله حفاري جهت انتقال خرده هاي حفاري از ته چاه و تراز نمودن يك جك ها مصرف مي شود.
سنگيني بار روي مته (Weight on bit or thrust):

سنگيني كه به پشت مته وارد مي شود. باعث مي شود تا:
۱- مته تحت كنترل باشد. ( از نظر انحراف مسير چاه زني)
۲- باعث افزايش ميزان چالزني و بالا رفتن سرعت حفاري مي كند.

عواملي كه در تعيين بار روي مته موثرند، عبارتند از:
الف- نوع سيستم حفاريف باري كه ماشين حفاري نياز دارد بيشتر از باري است، كه دستگاه حفاري ضربه اي نياز دارد.
از طرفي ديگر بار زياد روي مته، موجب كاهش عمر آن مي شود و در نتيجه هزينه حفاري افزايش خواهد يافت.
ب- اندازه مته: مته هاي با قطر بيشتر، باز بيشتري را مي توانند تحمل كنند.

پ- ميزان تيزي مته: كه هر چه مته تيزتر باشد راندمان بالا خواهد رفت.
ت- مقاومت سنگ سنگ هايي كه از مقاومت بيشتري برخوردارند، به تراست زيادتري نياز دارند.
بين مقاومت سنگ و بار روي مته يك رابطه مستقيم وجود دارد. به طوريكه اگر با مته هاي سه مخروطه حفاري شود، حداقل سه نقطه از مته با سنگ در تماس است كه مساحت اين سه نقطه عبارتست از:

كه de برحسب اينچ مي باشد. حال اگر مقاومت فشاري تك محوري هر سنگ را داشته باشيم، به راحتي مي توانيم مقدار بار روي مته را تعيين نماييم:

كه در آن Qc مقاومت فشاري تك محوري سنگ مي باشد.
دور مته و تاثير آن در حفاري:

دور مته نيز همانند بار روي مته در مقدار چاه زني موثر است. به طوريكه افزايش دور مته در دقيقه باعث ازدياد سرعت چاه زني مي گردد اما بين اين دو رابطه خطي وجود ندارد. از طرفي افزايش بيش از حد دور مته ضمن آنكه موجب كاهش سرعت چاه زني مي شود. حتي در اثر ايجاد ارتعاش يا نوسان بيش از اندازه نيز ممكن است باعث از بين رفتن دندانه هاي مته يا از بين رفتن لوله اضافي و حتي لوله هاي حفاري گردد.

اگر دور مته در دقيقه خيلي كم باشد، باز سرعت حفاري كمتر است بنابراين بهتر است براي سنگ هاي سخت ۵۰rpm<N<300rpm باشد.
در مورد حفاري چرخش توصيه بر اين است كه تعداد دور در دقيقه كاهش و سعي شود در حد امكان به بار روي مته اضافه شود.
حاصلضرب بار روي مته و دور مته مقداري ثابت است براي هر سنگي W.N ثابتي وجود دارد. بنابراين با كاهش يا افزايش يكي از اين دو مي توان سرعت را ثابت نگه داشت.

به طور تجربي بين سرعت حفاري و دو پارامتر ذكر شده ( بار پشت مته و دور مته) در سنگ هاي مختلف روابط زير برقرار است.
در مورد طبقات نرم (Soft formation) :

در رابطه فوق Rp سرعت حفاري بر حسب ft/h و w بار روي مته، N دور مته در دقيقه و b ضريب ثابت مي باشد

a سرعت اوليه
b ضريب زاويه خط است

در سنگ هاي نرم مقدار a=0 مي باشد
در سنگ هاي نيمه سخت بين سرعت حفاري و دو عامل بار و دور مته رابطه زير برقرار است.

براي سنگ هاي سخت داريم:
تذكر: سنگ ها را از نظر مقاومت فشاري به سه گروه تقسيم مي كنند:
۱- سنگ هاي نرم : با مقاومت فشاري كمتر ازpsi 6000
2- سنگ هاي متوسط با مقاومت فشاري psi 20000-6000
3- سنگ هاي سخت(HF): اين سنگ ها بيش از psi 20000 مقاومت دارند. البته براي N يك حد ماكزيمم وجود دارد كه در آن حد لرزش لوله ها شروع خواهد شد كه احتمال چسبيدن مته ها و لوله ها به ديواره چاه وجود دارد و عمر مته كم خواهد شد.

در اين رابطه L طول رشته حفاري مي باشد.
علاوه بر دو عامل دور مته، عامل مقاومت فشاري تك محوري نيز روي سرعت حفاري تاثير دارد، به طوريكه:

در اين رابطه:
RP: سرعت حفاري در برحسب ft/h
W: بار روي مته بر حسب پوند
D: قطر مته بر حسب اينچ
N: دور در دقيق
تذكر: در سيستم حفاري ضربه اي، مقدار دور مته در دقيقه بستگي به ضربه پيستون و زاويه چرخش سرمته دارد. به عبارت ديرگ براي آنكه به ازاي هر ضربه پيستون سطح تازه اي از سنگ در تماس با مته گردد، سرمته با زاويه مشخصي مي چرخد، كه به آن زاويه چرخش مته مي گويند كه مقدار آن بستگي به ضربه پيستون دارد.
بنابراين در حفاري ضربه اي دور مته در دقيقه از رابطه زير بدست مي آيد:

كه در آن
N: تعداد ضربه هاي پيستون در هر دقيقه
a :زاويه چرخش سرمته
R.P.M دور مته در دقيقه
تعيين قدرت ماشين هاي حفاري:
از رابطهh.p=K(R.P.M)D.W1.5 مي توان قدرت ماشين را حساب كرد كه در اين رابطه:
W: بار روي مته بر حسب ۱b

D: قطر مته برحسبin
R.P.M: دور مته در دقيق
K: عددي ثابت است كه براي طبقات نرم و بدون آب K=4.95 بوده ولي كلا از رابطه … بدست مي آيد كه مقاومت فشاري تك محوري هر سنگ است.
قسمت هاي مختلف دستگاه حفاري دوراني:
رشته لوله هاي حفاري:

اين بخش مهمترين و در ضمن گرانبهاترين قسمت ماشين هاي حفاري محسوب مي گردد كه موارد استفاده ي آنها عبارتند از:
۱- انتقال انرژي به مته

۲- انتقال گل حفاري به ته چاه: جهت خنك كردن نوك مته و تميز نمودن ته چاه
۳- جهت بالا و پايين بردن مته به منظور تعويض آن
۴- موجب وارد كردن بار به مته مي شود
۵- باعث ارتباط مته به ابزار و يا بخش هاي ديگر ماشين حفاري همانند هرزه گرد در سطح زمين مي گردد.
وزن سنج :

قبلا گفته شده كه انرژي كه از طريق لوله هاي حفاري و مته به سنگ وارد مي شود و موجب حفر چاه مي شود، تركيبي از انرژي جنبشي و فشار روي مته مي باشد. فشار يا سنگيني يا بار روي مته اگر خيلي زياد باشد مانع از چرخش سر مته و انجام عمل حفر مي شود و از طرف ديگر اگر وزن اعمال شده خيلي كم باشد، ممكن است مته بدون اينكه حفاري نمايد، در داخل چاه گردش نمايد. براي اينكه وزن روي مته رد رنج معيني ثابت نگه داشته شود و بار اعمال شده به پشت مته معلوم گردد از وسيله يا به نام وزن سنج استفاده مي شود. اين دستگاه در نقطه اي از طول ساكن كابل حفاري نصب مي شود به طوريكه يا

مستقيما به عقربك وزن سنج مربوط است و يا توسط ديافراگم حساس ظرفي مملو از روغن متصل است كه با كشش كابل، فشار وارده توسط اهرمي و به كمك مايع موجود در ظرف به عقربك منتقل مي شود و موجب انحراف آن مي گردد و مقدار انحراف آن رد صفحه مدرجي خوانده مي شود كه مي توان حركت عقربك را در روي صفحه كاغذي كه با سرعت ثابت حركت مي كند، ثبت نمود و به اين ترتيب وزني را كه به سر مته وارد مي شود به طور مستمر
مي توان بدست آورد.

عمليات باربري :
چنانچه از اسم آن مشخص است، وظيفه اصلي اين قسمت از مجموعه دستگاه حفاري، جابجا كردن لوازم سنگين حفاري ( بلند كردن، بالا بردن و..) به درون چاه يا خارج از آن مي باشد. بنابراين توسط اين قسمت از دستگاه مي توان كارهاي زير را انجام داد:
۱- فرستادن لوله هاي حفاري به درون چاه

۲- خارج ساختن لوله هاي حفاري از ته چاه جهت تعويض مته
۳- راندن لوله هاي جداري به درون چاه
عمل تريپ كردن : خارج ساختن لوله هاي حفاري از چاه به منظور تعويض مته فرسوده شده و فرستادن مجدد آنها به داخل چاه را عمل تريپ كردن
مي گويند.
قسمت هايي از دكل حفاري كه در عمليات باربري شركت دارند:
I : جرثقيل يا گردونه حفاري، بالا بر سيستم كنترل كننده كابل ها
II: كابل حفاري، جعبه قرقره ها
III: گوشواره ها
Iv: بالابرها
گردونه حفاري، چرثقيل، بالابر
گردونه حفاري، سيستم مركزي كنترل كننده نيروي دكل حفاري، كابل ها و مركز تجمع كابلها مي باشد.
قسمت هاي مختلف گردونه حفاري:

۱- طبلك چرخنده كه كابل حفاري به دور اين مي چرخد.
۲- وسايلي كه جهت انتقال و كنترل نيرو به كار مي روند مثل يكسري دنده ها، زنجيره ها و…
۳- وسايل كنترل كه حفار با آن كار مي كند
گوشواره ها :

گوشواره ها قطعات فولادي هستند كه جهت آويختن بالابرها به كار مي روند. بنابراين وسيله ارتباط قلاب با بالابرها مي باشند. قطر گوشواره ها ممكن است بسته به ميزان بار تغيير نمايد و همچنين طول آن نيز بنا به نيازمندي هاي دستگاه حفاري ممكن است تغيير نمايد. گوشواره ها بالابرها بنا به نياز دستگاه حفاري به اندازه هاي مختلف ساخته مي شوند. قطر ساقه گوشواره ها ….. و همچنين … مي باشد.
بالابرها ، گيره هاي بالابر، قلاب لوله گير:

اين قسمت پايين ترين بخش وسايل بالا برنده مي باشد و زير قرقره متحرك وصل مي شوند و به وسيله آنها لوله هاي حفاري يا جداري بالا كشيده مي شوند.
در موقع تريپ كردن براي بالا آوردن يا پايين فرستادن لوله هاي حفاري در چاه به كار برده مي شود.
بالابر لوله هاي حفاري به دو نوع ساخته شده اند:
I: نوع در از بغل
Ii: نوع قفل از مركز

نوع قفل مركزي جهت بالا بردن لوله هاي حفاري به كار برده مي شود. نوع در از پهلو ( بغل)، معمولا جهت بالا بردن لوله هاي جداري استفاده مي شود.
اين بالابرها در اندازه هاي مختلف … ساخته مي شوند.
بالابر نوع قفل مركزي براي ظرفيت ۳۰۰٫۲۵۰، ۱۷۵،۱۲۵ تن، در اندازه هاي …. ساخته مي شوند. نوع دراز بغل نيز معمولا براي ظرفيت تا ۵۰ تن در همان اندازه ها ساخته شده اند.
چون لوله هاي طول مته، صاف هستند و همانند لوله هاي حفاري دو انتهاي آنها قطورتر از بقيه قسمت ها نمي باشند، بنابراين هنگام بالا بردن آنها از وسيله اي بنام clamp استفاده مي كنند و آن را به سر لوله هاي طول مته مي بندند تا سر نخورد.
وسايل انتقال نيرو به جعبه دنده:
در دستگاههاي حفاري كه با برق كار مي كنند. الكترو موتور اصلي دستگاه كه چرخش مستقيم حفاري را برعهده دارد در امتداد محور جعبه دنده قرار دارد و بنابراين به كمك يك محور، قدرت را به جعبه دنده منتقل مي نمايد. در دستگاههايي كه با موتور ديزل كار مي كنند، توزيع و انتقال قدرت از موتور به ( جعبه دنده) و ( مولد برق) به وسيله سيستم مخصوص موسوم به تقسيم كننده انجام مي گيرد. تقسيم كننده از چند چرخ دندانه دار تشكيل شده است كه داراي چند قرقره فلزي است و تسمه پروانه هايي اين قرقره ها را به قرقره هاي جعبه دنده، تلمبه و مولد برق متصل مي سازد و بنابراين قدرت موتور بين اين سه قسمت تقسيم مي شود.

جعبه دنده: وظيفه جعبه دنده گرفتن انرژي دوراني از موتور تعديل آن به سرعت دوراني مناسب و تبديل حركت دوراني افقي به قائم است. براي انجام اين وظايف، در داخل جعبه دنده تعدادي چرخ دنده دارد كه مي توان با انتخاب دنده هاي مختلف حفاري را با سرعت هاي متفاوت و يا به حالت معكوس انجام داد.
معمولا دستگاههاي حفاري داراي ۵ سرعت مختلف براي حفاري و يك حركت معكوس است و در انتهاي جعبه دنده، ميز دوار قرار دارد.
جرثقيل: جرثقيل براي بالا و پايين كردن لوله ها در داخل چاه به كار مي رود و در حقيقت يك استوانه فلزي لبه دار است كه به دور آن كابل فلزي پيچيده شده است. چرخش جرثقيل نيز به كمك جعبه دنده انجام مي گيرد و بنابراين مي توان آنرا به سرعت هاي مختلف در جهات مختلف به چرخش درآورد. در لبه هاي استوانه جرثقيل، كفشك هاي ترمز وجود دارد كه با فشار دسته اي مي توان حركت جرثقيل را كنترل و متوقف كرد.
محاسبه نيروهاي استاتيكي و ديناميكي وارد بر Drrick:

توضيح داده شد كه سيستم بالابري مجموعه اي از قرقره هاي ثابت و متحرك است كه توسط موتور بالابري كه Drawworks ناميده مي شود. لوله هاي حفاري را بالا و پايين مي برد. حال سوالي كه مطرح مي شود اين است كه مقاومت سيم و همچنين نيرو و توان Drawworks چه مقدار بايد باشد، در اين مبحث به اختصار در اين مورد توضيح داده خواهد شد.
فرض كنيد كه يك مجموعه قرقره ثابت و متحرك مطابق شكل زير وجود دارد و نيرويي معادل w بر hook وارد مي شود.
تنش و نيرويي كه در حال استاتيكي بر سيم منتهي به fast line drawworks ناميده مي شود برابر خواهد بود.
و همچنين نيرويي كه بر سيم dead line ( سيم ثابتي كه به anchor متصل است) برابر خواهد بود.
با توجه به شكل صفحه قبل، نيروي استاتيكي وارد بر مجموعه برابر:
Static crown load(SCL)=fast line load+hook load line load

اگر تعداد سيم ها ( شيارهاي موجود در crown block) سه عدد باشد SCL برابر است با SCL=(3/2)W
به طور كلي اگر تعداد سيم ها برابر N باشد در اين صورت:

هنگامي كه سيستم در حالت ديناميكي است. يعني در حالت بالا بردن لوله هاي حفاري است به علت اصطلكاك بين سيم و شيارهاي درون قرقره ها يك مقدار از كارايي سيستم مي كاهد، اين مقدار كاهش بستگي به كارايي هر سيم و قرقره دارد. به طور خلاصه در حالت ديناميكي داريم:
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

نيروي وارد بر fl در حالت ديناميكي / نيروي وارد بر fl در حالت استاتيكي

محاسبه قدرت لازم براي Drawworks:
همانطور كه مي دانيم توان برابر حاصلضرب نيرو در سرعت است، بنابراين توان لازم برابر: P=FL×VF

كه VFبرابر با سرعت حركت سيم است. سرعت سيم برابر: VF=N×VL
كه VL سرعت حركت Traveling block است. در نتيجه توان خواهد شد

اگر از سيستم هاي رايج براي محاسبه توان استفاده شود.
توان در فرمول بر حسب اسب بخار است

انواع مته ها:
مته ها را به دو گروه اصلي مي توان تقسيم كرد:
۱٫ Roller cutter bit: كه به roller cone bit هم معروف هستند داراي اجزاي برنده اي است كه بر روي كاجهايي ( معمولا سه كاج و گاهي دو كاج هستند) چيده شده اند كه اين كابلها هنگام چرخش بدنه مته، حول محور خود مي چرخد. اين نوع مته ها به دو نوع تقسيم مي شوند.
A : milled tooth يا Rock bit كه منظور اين است كه دندانه ها از طريق تراشكاري بدنه كاج بوجود آمده اند.
B: tungsten carbide insert (TCI) يا Bottom bit
2. fixed cutter bit: كه به drag bit نيز معروف هستند. مشتمل بر قطعات برنده ثابت هستند كه با بدنه مته به صورت يكپارچه بوده و مستقيما به چرخيدن رشته حفاري به گردش در مي آيند. انواع اصلي مته هاي fixed cutter عبارتند از:
۱٫ steel cutter يا fish tail
2. natual diamond
3. polycrystalline diamond compact يا PDCThermally stable PDC يا tsp
نوع مته مورد استفاده در عمليات حفاري با در نظر گرفتن جنس سنگ و پارامترهاي اقتصادي بودن انتخاب مي كردند. مثلا براي سازندهاي نرم بيشتر از مته هاي تيغه اي و براي حفاري در سنگ هاي بسيار سخت از مته هاي الماسي ( به دليل سختي زياد الماس) استفاده مي شود
الف: مته هايي كه در سيستم حفاري ضربه اي به كار گرفته مي شوند عبارتند از:
۱- مته هاي اسكنه اي
۲- مته هاي صليبي
۳- مته هاي دكمه اي
انواع چكش هاي حفاري و پيكورها مجهز به مته هاي نوع اسكنه اي مي باشند: جنس اين مته ها غالبا از نوع فولاد بوده. اين مته ها مي توانند با لوله هاي حفاري يكپارچه باشند ( انواع قديمي) و هم مي توانند به لوله هاي فحاري متصل شوند كه نوع اخير به دليل اينكه براي هر درجه سختي سنگ طراحي شده اند، بنابراين به آساني قابل تعويض هستند، پس مناسب تر مي باشند.
براي افزايش راندمان در سنگ هاي سخت به تدريج مته هايي از جنس كربو تنگستن جانشين مته هاي فولادي گرديده است. اين مته ها به اشكال صليبي،بعلاوه (+)، ضربدري ستاره اي (*) ساخته شده اند.
مته هاي ديگري كه در ماشين هاي حفاري ضربه اي استفاده مي شوند، مته هايي دكمه اي هستند كه شبيه مته هاي دكمه اي مورد استفاده در حفاري دوراني مي باشند، جنس دكمه ها كربرو تنگستن مي باشند. در مورد مته هايي كه در سيستم حفاري كابلي استفاده مي شود، قبلا بحث شد
به طور كلي مته هايي كه در سيستم حفاري دوراني استفاده مي شود:
۱- مته هاي تيغه اي
۲- مته هاي چرخشي – مخروطي
۳- مته هاي الماسي
مته هاي تيغه اي:
ابتدايي ترين مته هاي حفاري چرخشي، مته هاي تيغه اي مي باشند كه با عمل تراشيدن، موجب نفوذ در زمين مي شوند اين مته ها از دو يا سه يا چهار تيغه تشكيل شده اند. در نوع سه تيغه اي، تيغه ها به فاصله ۱۲۰ درجه و در نوع دو تيغه اي، تيغه ها به فاصله ي ۱۸۰ درجه از يكديگر قرار گرفته اند.
ساده ترين مته هاي تيغه اي: نوع تيغه اي موسوم به دم ماهي مي باشد. در بدنه اين نوع مته منافذي تعبيه شده تا سيال حفاري پس از عبور از آن منافذ
خرده هاي حفاري را از ته چاه به سطح زمين هدايت سازد. اين نوع براي حفاري محيط هاي چسبنده بسيار مناسب هستند و تنها بايستي در سازندهاي نسبتا نرم به كار گرفته شوند. تيغه هاي اين نوع مته نسبتا كوتاه يم باشند. تيغه ها معمولا از جنس كربور تنگستن هستند.
به طور كلي مته هاي تيغه اي جهت حفاري در سازنده هاي نرمي، چون رس، شيل هاي نرم و سنگ آهك هاي نرم به كار مي رود.
مته هاي مخروطي:
مته هاي مخروطي كه در حفاري دوراني به كار مي روند، به دو گروه تقسيم
مي شوند:
• مته هاي تيغه ثابت
• مته هاي تيغه متحرك
مته هاي تيغه ثابت: فاقد قطعات متحرك بوده و عمل حفر چاه را به وسيله خراشيدن و تراشيدن انجام مي دهند. اين نوع مته ها فقط براي حفر چاههاي نرم و چسبناك بكار مي روند. امروزه با توجه به اصلاحاتي كه در اين نوع مته ها به عمل آمد، ولي به دلايل بي شماري زا جمله تمايل به حفر چاههاي مارپيچي و محدود بودن استفاده از آنها در طبقات نرم روز به روز از مقبوليت اين نوع مته ها كاسته مي شود.
عمل حفر چاه توسط اين نوع مته ها با استفاده از وزن كم بر روي مته و دور بسيار زياد صورت مي يگرد و به علت سرعت زياد گل حفاري از سوراخ مته، سازندهاي نرم تبديل به گل يا دوغاب مي شوند. بازدهي خوب اين سرمته ها زماني حاصل مي شود كه طبقات نرم از ضخامت بالايي برخوردار باشند. مته هاي الماسي نوعي مته هاي تيغه ثابت هستند كه در قسمت مربوط به مته هاي الماسي بررسي مي شوند.
مته هاي تيغه متحرك:
چون مته هاي تيغه ثابت قادر به حفر سازندهاي سخت نبودند، لذا مته هاي تيغه متحرك كه داراي دندانه هاي كوچك نزديك به هم بودند و صرفا براي حفر لايه هاي سخت به كار مي رفت ساخته شد. امروزه با تغييراتي كه در اندازه دندانه ها و فاصله دندانه ها صورت گرفته است. لذا اين نوع مته ها قادر به حفر انواع سازندها از نظر درجه سختي مي باشند.
مته هاي تيغه متحرك دو مخروطه: چون در اولين مته هاي تيغه متحرك دو مخروطه، فاصله مخروط ها دور از هم بوده و داخل هم حركت نمي كردند لذا در موقع حفر سازندهاي نرم و چسبنده قطعات بريده شده در فضاي بين دندانه ها انباشته شده و مانع از پيشرفت حفاري مي شد، تا اينكه مته هاي دو مخروطي ساخته شد كه دندانه هاي دو مخروطه در داخل هم حركت كرده و بنابراين بريده هاي انباشته شده را به طريقه مكانيكي جدا مي ساختند. در سال ۱۹۳۳ مته هاي سه مخروطه به بازار آمد.
مته هاي دو مخروطه:
هر اندازه هم كه اجزاي بين مته قوي تري ساخته شوند. باز اين مته ضعيف است زيرا در ساختمان آن وزن وارد بر مته توسط تعداد كمتري از مخروط ها تحمل مي شود. اين مته ها به دليل اينكه سطوح ديواره بر اندازه كافي ندارند. لذا چاه را به اندازه درست حفر نمي نمايند. در مناطق عملياتي كمتر از اين مته ها استفاده مي شود.
مته هاي چهار مخروطه:
اين مته ها كه حالت صليبي دارند از چهار مخروط تشكيل يافته اند. دو عدد از مخروط ها براي بريدن ديواره و ايجاد اندازه صحيح و دو عدد ديگر كه عمود بر مخروط اول هستند قسمت مياني كف چاه را حفاري مي كنند. اين مته ها براي حفر چاه هايي به قطر بزرگ در طبقات نرم سطحي به كار مي روند كه با عمل تراشيدن كندن موجب پيشرفت حفاري مي شوند.
اين نوع مته ها براي حفر شيل هاي نرم: رس هاي قرمز، چرت، نمك، انيدريت و گچ مناسب هستند براي اين مته ها: وزن هر اينچ از قطر مته ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ پوند و سرعت دوران بين ۶۰ تا ۱۷۵ دور در دقيقه توصيه مي گردد.
مته هاي سه مخروطه:
متداولترين مته هاي مخروطي از نوع سه مخروطي مي باشند. در مته هاي سه مخروطي دندانه هاي مخروط ها درداخل يكديگر مي گردند. در روي هر مخروط چند رديف دندانه به شكل v تعبيه شده است. در مورد سنگ هاي نرم فاصله دندانه ها از يكديگر زياد بوده و طول دندانه نيز بلندتر است ولي در مورد مته هايي كه جهت حفاري سخت به كار مي روند اندازه دندانه ها كوتاهتر و فاصله آنها از يكديگر نيز كم مي باشد.
براي اضافه كردن به عمر مته هاي مخروطه بر روي سطوح خاصي از دندانه هاي مخروط مته، دانه هاي كربوتنگستن قرار مي دهند اين امر سبب مي شود كه سرعت ساييدگي و شگستن دو طرف دندانه متفاوت بوده و بنابراين حالت تيزي دندانه ها باقي بماند. در مورد سازندهاي نرم گاهي يك طرف دندانه ها و نوك آنرا كربو تنگستن مي پوشانند. در مورد سازندهاي نيمه سخت تا سخت چون در اثر بارهاي شديد لايه هاي كربو تنگستن شكسته مي شود و همراه با خود بخشي از بدنه را جدا مي سازد، بنابراين در مورد اين سازندها توصيه نمي شوند.
در مورد سنگ هاي مختلف فواصل و طول دندانه متفاوت مي باشد. در مورد سنگ هاي نرم، فواصل و طول دندانه ها زياد بوده و هر چه سنگ سخت تر شود از فواصل و طول دندانه ها كاسته مي شود.

مته هاي دكمه اي:
جنس فلز مخروط ها و ابزار برنده اين مته ها كاملا با مته هاي سه مخروط دندانه دار متفاوت مي باشد. بدنه مخروط از نوعي آلياژ مخصوص ساخته شده است تا بتواند در مقابل مواد شديد ساينده و بارهاي زياد مقاومت نمايد. ابزارهاي برنده نيز از كربوتنگستن ساخته شده اند و به شكل استوانه اي مي باشند. اين استوانه ها را در بدنه مخروط ها فرو مي كنند. نوك استوانه ها كه بيرون از بدنه مخروط باقي مي مانند با توجه به جنس سازند به اشكال مختلفي ساخته مي شوند. اين مته ها در اوايل براي حفر طبقات فوق العاده سخت و ساينده نظير چرت و كوارتزيت كه حفر آنها توسط مته هاي دندانه دار معمولي به علت كوتاهي عمر اين نوع مته ها بسيار گران تمام مي شد، ساخته شدند و بعدها با تغييراتي كه در قسمت بيروني اجزا برنده آنها دادند، توانستند آنها را براي حفر سازندهاي نرم به كار گيرند.

در اين مته ها هر اندازه سازند نرم تر باشد، فواصل بين دكمه ها بيشتر مي باشد و در مورد سازندهاي سخت و ساينده، عكس اين مطلب است.
هر اندازه سازنده سخت و ساينده باشد، تعداد رديف دكمه ها را بيشتر انتخاب مي نمايند.
هر چه سازند سخت تر باشد، نوك دكمه ها پهن تر و صاف تر و هر چه سازند نرم تر بوده باشد نوك دكمه ها را تيزتر انتخاب مي نمايند.
هر چه سازند نرم تر باشد، بيرون آمدگي دكمه ها از بدنه مخروط بيشتر خواهد بود.

آبراهه هاي مته ها :
جهت انتقال خرده هاي حفاري از ته چاه به سطح زمين، آبراهه هايي با طراحي مناسب در مته ها تعبيه شده است تا از اين طريق گل حفاري به ته چاه برسد و ضمن خنك كردن مته، خرده ها را از طريق فضاي آنولوس به سطح زمين هدايت نمايند. آبراهه هاي مته ها به عبارت ديگر مسير جريان گل خروجي از مته ها به دو نوع معمولي و فواره اي تقسيم مي شوند:

در نوع آبراهه هاي معمولي، گل حفاري بر روي دندانه هاي مخروط مته مي باشد تا هر نوع ماده چسبنده را از آن جدا و اجزا برنده آن را تميز نگه دارد.
در نوع فواره اي در اطراف يا سطح جانبي مخروط ها سوراخ هاي ريزي شبيه فواره تعبيه شده كه با استفاده از اين فواره ها يا جت ها مسير گل را با فشار و سرعت زياد به كف چاه هدايت كرده و خرده هاي حفاري را با سرعت جدا نموده و موجب تميز شدن دندانه هاي مته مي شوند. در اين مته ها فوران گل حفاري مستقيما از مخروط ها متوجه سطح چاه مي باشند تا تماس مستقيم با دندانه ها نداشته و از سايندگي دندانه ها در اثر تماس با سيال جلوگيري شود.
مته هاي جت ( فواره اي) مخصوص حفاري با هوا :

اين مته ها مخصوص حفاري با هوا يا گل مي باشند. نوع دندانه بسته به سختي
سنگ ممكن است از نوع فولادي يا كربور تنگستن ساخته شده باشد. از اين نظر ساختمان تا حدودي شبيه مته هاي معمولي حفاري با مايعات هستند.
مته هاي الماسي:

مته هاي الماسي نوعي از مته هاي تيغه اي ثابت مي باشند كه اجزاي برنده آنها از تعداد كثيري قطعات كوچك الماس و همچنين از قطعات كربو تنگستن كه سطح برنده آنها از لايه اي از الماس مصنوعي پوشانيده است، تشكيل شده است. بدنه اين مته ها از فولاد يا كربو تنگستن و يا فولادي كه روي آن را لايه اي از كربوتنگستن پوشانيده است، درست شده و داراي اشكال مختلفي مي باشد. الماس طبيعي بر اثر حرارت به گرافيت تبديل مي شود و اكسيداسيون آن از حدود ۸۵۰ درجه فارنهايت شروع و در ۱۵۵۰ درجه فارنهايت جدي مي شود. الماس در مقابل حرارت ناپايدار است و همچنين نسبت به ضربه حساس بوده و شكننده

است بنابراين در موقع استفاده از مته هاي الماسي به اين موضوع ها توجه داشت. در مته هاي مخصوص سازنده هاي سخت تر، از دانه هاي كوچك تر الماس استفاده مي شود. و بعلت كوچكي دانه ها نيرويي كه به سازند وارد مي شود بيشتر است در سازندهاي نرم تر كه نياز به نيروي كمتري براي بريدن سنگ دارند، الماس هاي بزرگتر به كاربرده مي شوند. تا از يك سو اندازه هاي درشتري از سنگ جدا نمايد و از سوي ديگر فضاي كافي براي خروج بريده ها فراهم شود. شكل تاج مته بسته به نوع مته متفاوت بوده و از پودر كربو تنگستن ساخته مي شود كه ذرات آن توسط يك ماده فلزي به هم متصل شده اند. اين زمينه ضمن محكم

نگه داشتن دانه هاي الماس داراي مقاومت سختي و چسبندگي كافي مي باشد. گاهي جهت تقويت تاج مته در برابر ساييدگي طبقات بسيار سخت، سطح خارجي آن را با لايه اي از پودر الماس مي پوشانند. مته هاي الماس داراي بدنه اي يكپارچه و اكثرا داراي سطوح جانبي طويل مي باشند و بنابراين راندن آنها به چاههايي كه داراي اندازه دقيق مي باشند ولي كاملا صاف و مستقيم نيستند، دشوار است.