طرق حفر اآلبار

.رئيسي الستخراج المياه الجوفية من داخل الطبقاتعرفت اآلبار منذ القدم على أنها المصدر ال

والبئر هو عبارة عن ثقب أنبوبي الشكل يخترق الطبقات الحاملة للماء حيث يتم داخله تجميع

في السابق كانت عملية جلب الماء إلى السطح تتم .المياه ومن ثم جلبها إلى السطح لالستفادة منها

أما في الوقت الحاضر فقد اخترع اإلنسان مضخات المياه .بواسطة طرق شائعة قديمة مثل الدالء

التي مكنته من رفع كميات كبيرة من الماء من داخل البئر إلى السطح في فترة زمنية قصيرة ومن

يتكون بئر الماء .طبقات عميقة بطريقه سهلة وميسره وهذا ما سبب زيادة استهالك المياه الجوفية

:بالشكل التالي من جزأين رئيسيين كما هو موضح

يتم تبطين الجزء األول بطريقة ال تسمح بمرور المياه إلى داخل فجوة البئر وفي الوقت الحاضر

حيث توضع أنابيب التغليف Casingأصبح البئر يبطن بأنابيب مصمتة تعرف بأنابيب التغليف

.ستغاللها لسبب أو ألخرمقابلة للطبقات الجيولوجية غير المنتجة أو التي ال يرغب المستهلك في ا

أما الجزء األخر من البئر فيحتوي على فتحات تسمح بمرور الماء وتجمعه داخل فجوة البئر

والذي أصبح في الوقت الحاضر يبطن بأنابيب معدنية ذات فتحات مقننه ومدروسة جيداً تعرف

ضع المصافي وتو .ويتم اختيار نوعها وحجم فتحاتها عند تصميم البئر .Screensبالمصافي

.مقابلة للطبقات الجيولوجية المنتجة للماء والتي يرغب المستهلك في االستفادة منها

:الجوفية المياه حفر آبار

نتيجة للتعامل مع صخور ذات صالبة متفاوتة فقد تم تطوير العديد من طرق حفر آبار المياه

.تها وعمق البئرالجوفية لتتناسب مع نوع الطبقات التي يتم حفرها وصالب

فمثالً نجد أن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الصلبه جدا مثل الجرانيت والدلومايت كثيف

البنية تختلف عن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الهشة المفككة من رواسب مجاري األنهار

لذالك فقد أصبح اختيار طريقة حفر اآلبار يرتبط ارتباطاً وثيقا بمنطقة إنشاء .الرملية والحصوية

البئر وطبيعة صخورها وأصبحت بعض طرق حفر اآلبار أكثر شيوعا ونجاحا في بعض المناطق

وعلى الرغم من ذلك فمن الضروري أحيانا تحوير عملية الحفر لتتناسب .عنها في مناطق أخرى

.بيعة الخزان الجوفي وأخيرا مع الغرض الرئيسي من أنشاء البئرمع عمق البئر وقطرة وط

من مراحل إنشاء البئر عملية الحفر الفعلية التنفيذية له ( مرحلة الحفر ) وتتم خالل هذه المرحلة

:وتتكون هذه المرحلة بدورها من خمس عمليات مختلفة هي

. Drilling Stageمرحلة الحفر .1

. Casing Installation Stageمرحلة وضع أنابيب التغليف .2

مرحلة تركيب المصافي مع وضع حشوة الحصى إذا تطلب أنشاء البئر ذلك .3

Screen Placement Stage.

مرحلة تثبيت أنابيب التغليف بواسطة اإلسمنت وعزل األجزاء غير المرغوب في .4

. Cementing or Grouting Stageأسغاللها

. Development Stageمرحلة تنمية البئر وتجهيزة لالستخدام النهائي .5

:طرق حفر اآلبار

تمثل طرق حفر اآلبار العمليات الفعلية التي يتم خاللها ثقب صخور الخان الجوفي وما يعلوه من

:صخور طباقية بطرق ميكانيكية مختلفة لذالك فأن هناك طرق مختلفة لحفر اآلبار نذكر منها

(.الدقاق)طريقة الحفر باآللة السلكية .1

.طريقة الحفر بالدوران الرحوي .2

.ن الرحوي العكسيطريقة الحفر بالدورا .3

(.المدقوقة ) اآلبار المدفوعة .4

.اآلبار المحفورة يدويا .5

(:الدقاق)طريقة الحفر باآللة السلكية

عرفت طريقة الحفر باآللة السلكية أو الدقاق من قبل الصينيين الذين استخدموها منذ حوالي أربعة

.قدم 0333آالف سنه مضت واستطاعوا بواسطتها الحفر إلى أعماق كبيرة وصلت حوالي

على إسقاط جسم صلب حاد وارتطامه بالصخور مما يسبب تهشمها وتعتمد هذه الطريقة

ويؤدي تكرار عملية االرتطام مرات عديدة إلى اختراق الجسم الصخري الصلب و .وتكسيرها

لذا فإن الحفر بهذه الطريقة يتطلب استخدام مطرقة ثقيلة يتم رفعها .إحداث ثقب أسطواني داخله

Drilling ة الحفر بطرف حاد يعرف برأس الحفار وتنتهي مطرق .وإسقاطها على الصخور

Bitويتكون عمود الحفر .وهو الذي يؤدي إلى ثقب الصخور في المكان الذي تسقط عليه المطرقة

:الكامل لهذه الطريقة من خمسة أجزاء رئيسيه وهي

:Drilling Bitرأس الحفار

وهو الجزء الذي ينتهي به عمود الحفر من الطرف السفلي ويقوم بثقب الصخور وتهشيمها

.ينتهي رأس الحفار بنهاية حادة تساعد على ثقب الصخور و اختراقها .عند سقوطه عليها

:Drilling Stemعمود الحفارة .2

كذلك يساعد .وهو عبارة عن ثقل يضاف إلى رأس الحفارة للمساعدة على تهشيم الصخور

فمن المعروف أ، أي ميل مهما كان .عمود الحفار على ضمان استقامة البئر المراد إنشاؤه

زال أنابيب بسيطا في عملية حفر الصخور واختراقها قد يؤدي إلى نشوء مشاكل كثيرة عند أن

.التغليف والمصافي

:Drilling Jarsرجاجات الحفارة .3

وتنحصر .يتكون هذا الجزء من الرجاجات القابلة لالنزالق والمصنوعة من الحديد الصلب

مهمة هذه الرجاجات ف تخلص عمود الحفارة ورأس الحفارة من فتات الصخور المهشمة

ألعلى معطية قوة سحب كبيرة تعمل على المتراكم فوقها وذلك باندفاع الرجاجات إلى ا

وتعتبر هذه العملية هي الوظيفة الرئيسية .تخليص األجزاء المحتجزة من بين فتات الصخور

.والوحيدة لهذا الجزء من الحفارة وليس لها أي غرض آخر بجانب ذلك

( : Drill Lineحبل الحفارة )خيط الحفارة .4

(.ملليمتر 16 – 0.) بوصة 1و 326.0هو عبارة عن حبل ذو سمك يتراوح بين

يعمل هذه الحبل على حمل كامل أجزاء الحفارة ويعطيها حركه دائرية كلما هوت على

يمتد حبل الحفارة إلى أعلى برج الحفر حيث يلتف حول بكرة علوية .الصخور لتكسيرها

ثم يمتد بعد ذلك إلى األسفل مارا بعدد من Crown Socketتعرف بالبكرة التاجية

.البكرات الوسطية إلى أن ينتهي عند عربة الحفر حيث يلتف حول بكرة التخزين

:Swivel Socketتجويف الحبل .5

يعمل تجويف الحبل على ربط أجزاء الحفارة ببعضها البعض ويعطيها باإلضافة إلى ذلك

وزنا أضافيا يساعد رأس الحفاره على تهشيم الصخور عند سقوطه عليها كما أنه يعطي القوه

.الالزمة للرجاجات لتخليص أجزاء الحفارة المحتجزة من بين فتات الصخور

عدة ) وتتلخص عملية الحفر باستخدام طريقة الدقاق في رفع راس الحفارة مع ما يعلوه من أثقال

هذة العملية مرات عديدة وبسرعة تتكرر .وإسقاطها على الصخور لغرض تهشيمها ( الحفر

وبالطبع فإنه عند .كبيرة مع أحداث حركة دورانيه لعدة الحفر في كل مرة ترتفع بها إلى األعلى

تهشم الصخور يبقى حطامها داخل ثقب البئر وبذلك يقل معدل اختراق رأس الحفارة للصخور

إلى نزح البئر وإخراج فتات ويصبح من الالزم إزالة هذا الحطام وفي هذه الحالة سوف نحتاج

يستخدم في عملية نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخلة دلو كبير .الصخور من داخله

وإلتمام عملية النزح هذه يجب أن يكون الفتات الصخري على هيئة خلطة طينية .Bailer الحجم

ب إضافة الماء إلى لذلك فإنه في حالة كون الصخور جافه وخاليه من المياه يج .يسهل نزحها

وذلك Sand Line يتصل الدلو بحبل يعرف بخط الرمل .فجوة البئر لتكوين الخلطة الطينية

ويعتمد سمك خط الرمل على وزن .إلنزاله داخل البئر ورفعه عند امتالئه بكسارة الصخور

تعرف الفتات الصخري المتوقع رفعه من داخل البئر ويمتد إلى بكرة توجد في قمة برج الحفر

.ببكرة الرمل

تستخدم هذه البكره في إنزال ورفع دلو نزح البئر وكذلك في إنزال أنابيب التغليف والمصافي

.التي يتم تركيبها في أغلب األحوال عند انتهاء عملية الحفر

ولقد أثبتت طريقة الحفر بالدقاق على مدى آالف السنين كفاءتها في العديد من المناطق

ففي بعض المناطق وتحت ظروف جيولوجية يمكن .وجية مختلفةوتحت ظروف جيول

اعتبار هذه الطريقة أفضل الطرق أو باألحرى الطريقة الوحيدة التي يمكن استخدامها في

خصوصا في المناطق التي تحتوي على مسامية ثانوية عالية على شكل , حفر اآلبار

حيث من الممكن فقدان ( أي في المناطق الكاريستية ) في الصخور أو كهوف تشققات

.دورة الطين عند استخدام طريقة الدوران الرحويه

طريقة الحفر بالدقاق باستخدام مميزات الحفر:

التكلفة المناسبة لقيمة برج الحفر ومعداته وبساطة استخدامها.

يمكن االعتماد على العينات التي يتم جمعها بواسطة هذه الطريقة وتحديد أعماقها بدقة

.جيدة

يمكن تشغيل الحفارة بواسطة فرد واحد فقط على الرغم من ضرورة وجود شخص

.آخر ليساعده على تشغيل وإدارة الحفارة

ق الوعرة فإنه يمكن نقلها إلى بعض المناط( متوسط)بما أن حجم الحفارة غير ضخم

.التي ال تصلها المعدات المستخدمة في طرق الحفر األخرى

يمكن نزح البئر في أي وقت يريده الحفار وبذلك يمكنه تحديد العطاء النوعي للبئر عند

.ذلك العمق

الطاقة الالزمة لتشغيل الحفارة منخفضة جدا مقارنة بالطرق األخرى.

o عيوب الحفر استخدام طريقة الحفر بالدقاق:

انخفاض معدل اختراق الحفارة للطبقات الصخرية مما يتطلب وقتا زمنيا أطول للحفر.

ارتفاع تكاليف أنابيب التغليف حيث يتطلب الحفر بهذه الطريقة استخدام أنابيب ذات

.أقطار كبيرة وجدار سميك

:طريقة الحفر بالدوران الرحوي .2

عندما أصبح لزاما البحث عن مصادر جديدة للماء قد تقع على أعماق كبيرة من سطح األرض تم

حوي المباشر لزيادة معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية تطوير طريقة الدوران الر

ولزيادة أعماق اآلبار لتصل إلى خزانات جوفية واقعه على أعماق كبيرة لم يستطع اإلنسان

تتلخص طريقة الدوران الرحوي المباشر في أن رأس .الوصول إليها قبل تطوير هذه الطريقة

رحويا يؤدي إلى سحق المادة الصخرية التي يخترقهاالحفارة عبارة عن بريمة تدور دورانا وتتم .إزالة نواتج سحق الصخور باستخدام دوره مستمرة من سائل طيني خاص يستخدم لهذه الطريقة

يضخ سائل الحفر عبر أنبوب الحفر إلى داخل البئر حيث يخرج من خالل . يعرف بسائل الحفر

جوة الموجودة بين أنبوب الحفر وجدار البئر حتى فتحات في رأس الحفارة ليأخذ طريقة عبر الف

يوجه هذا السائل على السطح إلى حفرة خاصة تعرف بحفرة الترسيب .يصل إلى السطح

Settling Pit ويترك في هذه الحفرة حتى يتم ترسيب ما يحمله من فتات الصخور الناتجة عن

مرة ثانية إلى داخل البئرعملية الحفر ثم يتم نقلة إلى حفرة أخرى ليكون جاهزا للضخ يتكون .

:عمود الحفر في هذه من أربعة أجزاء رئيسية وهي

:Drilling Bitرأس الحفارة .1

الصخور واختراقها بطريقة الدوران الرحويةوهو الجزء من الحفارة الذي يستخدم في سحق .

: تتميز هذه الطريقة بوجود نوعين رئيسين من رؤوس الحفارات وهي

رأس الحفار الخطافي

Drag Bit:

.وهو مصنوع من مادة معدنية صلبه يمكنها سحق الرواسب الرملية والطينية الهشة

:Rock Bitرأس الحفار الصخري

وهو مصنوع من مادة الفوالذ المقواة بمادة التنجستين التي يمكنها من سحق واختراق

.الصخور الصلبه والرواسب الحصوية

:Drilling Bitطوق الحفارة .2

ويتكون طوق الحفرة من .وهو الجزء السفلي من أنبوب الحفر الذي يتصل به رأس الحفارة

إضافيا لرأس الحفارة وتعمل على ضمان استقامة أنبوب أو أكثر ذات جدران سميكة لتعطي وزنا

خاصة لزيادة فعالية الحفارة في الحفر Stabilizersكما يزود طوق الحفارة بمثبتات ,الحفر

.الرأسي المستقيم دون التعرض لمشاكل ميل الحفر

:Drill Pipeأنبوب الحفر .3

وقد ( متر 6.1 ) قدما 20 عبارة عن مجموعة من األنابيب التي غالبا ما يكون طول الواحد منها

. ( ملم 60 – 120 ) بوصات 2.375 – 6 وقطرها بين , توجد بأطوال أخرى مختلفةالغرض األساسي من استخدام هذه األنابيب هو أمرار سائل الحفر من السطح حتى يصل إلى

.رأس الحفارة

:The Kelly لقلما .4

يوجد الكيلي في أعلى عمود الحفر وهو عبارة عن أنبوب جدرانه ذات سمك كبير وشكل مختلف

يتصل الكيلي عند إحدى .عن األنابيب العادية، قد يكون الكيلي دائري أو سداسي أو مربع الشكل

حيث Drill Tableنهايتيه مع أنبوب الحفر وعند نهايته األخرى مع الصحن الرحوي الدوار

ل الصحن فيتقل الحركة الدورانية الهيدروليكية من الصحن الدوار إلى رأس الحفار من يمر خال

.خالل تحريك عمود الحفر

:لقد صممت أجزاء عمود الحفر في طريقة الدوران الرحوي المباشر لتؤدي دورين رئيسين

هو ضمان :الدور األول

دورة مستمرة من سائل

الحفر طوال عملية الحفر

.منذ بدئها حتى انتهائها

فهو تحريك :الدور الثاني

رأس الحفارة وضمان

اختراقه للطبقات

.الجيولوجية المتعاقبة

.

:طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي

الرحوي المباشر فإن نتيجة للطاقة المحدودة للمضخات في إزالة نواتج حفر اآلبار بطرقة الدوران

إضافة إلى ذلك فقد لوحظ .بوصه 2.معظم اآلبار المحفورة بالطريقة السابقة ال يزيد قطرها عن

أن معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية خالل عملية الحفر بطريقة الدوران الرحوي

هذه المشاكل وللتغلب على .بوصة 2.المباشر تصبح غير مرضية عندما يزداد قطر البئر عن

ال .فإنه عند االحتياج لحفر آبار ذات أقطار كبيرة يمكن استخدام طريقة الدوران الرحوي العكسية

تختلف هذه الطريقة عن سابقتها كثيرا فتصميم معدات الحفر للطريقتين واحد تقريبا ولكن معدات

.الحفر بطريقة الدوران الرحوي العكسية أكبر حجما

ألن سائل الحفر يترك لينساب إلى داخل ,خر يتعلق بدورة سائل الحفروهناك اختالف رئيسي آ

البئر عبر الفجوة بين جدار البئر وأنبوب الحفر تحت تأثير الجاذبية ثم يمر السائل بعد ذلك عبر

وبذلك تصبح ,فتحات موجودة في رأس الحفارة إلى داخل أنبوب الحفر حيث يضخ إلى السطح

.يقة السابقة وهذا هو سبب التسمية لهذه الطريقةدورة سائل الحفر عكس الطر

مميزات طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

عدم تأثر مسامية ونفاذية الخزان الجوفي في المنطقة المنطقة المحيطة

بجدار البئر على عكس ما يحدث عند استخدام طريقة الدوران الرحوي

.المباشر

يمكن حفر آبار ذات أقطار كبيرة وبتكلفة اقتصادية مناسبة.

يمكن الحفر خالل جميع الطبقات الرسوبية ماعدا تلك التي تحتوي على

.نسبه من الزلط

سهولة تركيب أنابيب التغليف والمصافي.

عيوب طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

ة الحفراالحتياج إلى كميات وفيرة من الماء خالل عملي.

بما أن حجم معدات الحفر كبيرة جدا فإنها ذات تكلفه اقتصاديه عالية.

االحتياج إلى مساحات واسعه ومحفورة الستيعاب ساءل الحفر.

صعوبة نقل معدات الحفر إلى بعض المناطق نتيجة لضخامة حجمها.

االحتياج إلى فريق عمل يتكون من عدة أشخاص إلدارة وتشغيل معدات الحفر.

(:المدقوقة ) اآلبار المدفوعة .4

هي عبارة عن آبار ضحلة يتراوح عمقها بين Driven Wells اآلبار المدفوعة أو المدقوقة

آلبار بينوتتراوح أقطار هذه ا ,مترا 20و 10 يتم عادة إنشاؤها في .بوصات 4.0و 1.5

.المتكونات الرسوبية الهشة ذات الحبيبات الدقيقة والتي لم يتماسك الفتات الصخري المكون لها

Well يتكون البئر المدفوع من أنبوب أو عدة أنابيب ذات نهاية سفلية مدببه تعرف بسن البئر

Point ب إلى داخل التربة إما بواسطة اليد أو باستخدام مطرقة وتستخدم لتسهل عملية دفع األنابي

تشتمل األنابيب التي يتكون منها البئر على جزء مثقب يمثل المصافي التي تمر .حديدية ثقيلة

يتم حفر هذا النوع من اآلبار في المتكونات الجيولوجية السطحية .خاللها المياه إلى داخل البئر

توى سطح الماء فيها عدة أمتارالضحلة التي ال يتجاوز عمق مس .

:اآلبار المحفورة يدويا .5

عرفت اآلبار المحفورة يدويا منذ العصور القديمة إذ يتجاوز تاريخها عدة آالف من السنين ومن

اآلبار تتراوح أعماق .الممكن أن تكون قد عرفت منذ وجود اإلنسان على وجه الكره األرضية

مترا اعتمادا على عمق مستوى سطح الماء في 03أمتار وأكثر قليال من 13 المحفورة بين

. أما بالنسبة ألقطارها فهي تتراوح بين المتر الواحد والعشرة أمتار , الطبقة غير المحصورة

ولضمان سالمة .يعتبر المعول و المجرفة هما األداتان الرئيسيتان المستخدمان في حفر هذه اآلبار

البئر ومنع جدرانه من االنهيار فإنه عادة ما يبطن ببطانة دائمة من عصي األخشاب أو اآلجر أو

وفي أغلب األحوال .الصخور أو من األسمنت المسلح أو من أنابيب تغليف خاصة بهذه اآلبار

لجوفي إلى يكون الجزء السفلي من هذه البطانة مثقب بحيث يسمح للماء بالمرور من الخزان ا

داخل البئر واآلبار المحفورة هي عبارة عن فتحه غير منتظمة تمتد من سطح األرض حتى تصل

ونظرا .إلى مستوى سطح الماء في الخزان الجوفي وعندئذ تمتد عدة أمتار تحت هذا المستوى

الماء داخل لألقطار الكبيرة التي تتميز بها اآلبار المحفورة فإنها يمكن أن تختزن كميات كبيرة من

.فتحة البئر

من أهم مساوئ اآلبار المحفورة سهولة تلوثها بالمياة السطحية أو الملوثات الموجودة في الغالف

داخل البئر و موتها ومن ثم تحللها مما ( مثل الحيوانات السائبة ) الجوي أو بسقوط بعض األجسام

رة يدويا صعوبة إقفال هذه اآلبار لكبر يساعد على تلوث مياه اآلبار المحفو .يؤدي إلى تلوث الماء

.أقطار فتحاتها