چاه چیست؟ – از انواع تا نحوه حفر به زبان ساده

چاه، حفره‌ای است که برای دسترسی به منابع زیرزمینی (نظیر آب، نفت، گاز، ماده معدنی) یا مطالعه وضعیت زمین‌شناسی و آب‌شناسی لایه‌های پایینی سطح زمین استفاده می‌شود. چاه‌ها، انواع مختلفی دارند که شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها، چاه‌های آب است. این نوع چاه، به منظور دسترسی و برداشت از منابع آب زیرزمینی برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. منابع زیرزمینی، سهم قابل‌توجهی در تامین آب آشامیدنی و آب زراعت دارند. چاه‌ها، متداول‌ترین روش برای بهره‌مندی از این منابع هستند. البته حفر غیراصولی چاه‌ها و برداشت بی‌رویه از آن‌ها، بر روی محیط زیست و زندگی انسان‌‌ها، تاثیر منفی می‌گذارد. از این‌رو، بسیاری از کشورها، استانداردها و دستورالعمل‌های مختص به خود را در زمینه مباحث مرتبط با حفر چاه تدوین کرده‌اند. در این مقاله از مجله فرادرس، ابتدا به معرفی چاه و انواع آن می‌پردازیم. سپس، ضمن مرور تاریخچه مختصر چاه‌های آب، اجزا، انواع، روش‌های حفاری و پارامترهای موثر بر حفاری این سازه مهم را بررسی می‌کنیم. در نهایت، استانداردهای ملی مرتبط با چاه‌های آب، نفت و معدن را نام می‌بریم.

چاه چیست؟

«چاه» (Well)، یک حفریه یا سازه دست بشر است که به منظور دسترسی و برداشت منابع زیرزمینی نظیر آب، نفت، گاز، مواد معدنی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چاه‌ها به یکی از روش‌های دستی یا مکانیزه حفر می‌شوند. این سازه‌های مصنوعی، در حوزه‌های مختلف زمین‌شناسی و مهندسی کاربرد دارد. با این وجود، هنگام اشاره به چاه در متون عمومی، معمولا چاه آب مد نظر است.

چاه‌ها، نقش بسیار مهم و کلیدی برای جوامع انسانی بازی می‌کنند. در بسیاری از مناطق روی کره زمین، این سازه‌ها به منظور تامین آب مورد نیاز برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی به کار برده می‌شوند. در مکان‌هایی مانند کویر که منابع آب سطحی بسیار محدود و کمیاب هستند، امکان زندگی انسان‌ها بدون حفر چاه‌ها و دسترسی به منابع آب زیرزمینی وجود ندارد. البته، حفر بی‌رویه چاه آب و برداشت افراطی از آن، مشکلات متعددی را برای انسان به بار می‌آورد.

انواع چاه چه هستند؟

متداول‌ترین روش تقسیم‌بندی انواع چاه‌ها، کاربری این سازه‌ها است. در این بخش، به معرفی برخی از انواع چاه، به استثنای چاه آب، می‌پردازیم. انواع چاه‌های آب را در یک بخش مجزا به طور کامل بررسی خواهیم کرد.

چاه نفت چیست؟

«چاه نفت» (Oil Well)، به منظور اکتشاف و استخراج نفت یا دیگر هیدروکربن‌ها نظیر گاز طبیعی حفر می‌شود. در اغلب موارد، علاوه بر نفت خام، مقداری گاز طبیعی و آب از درون این نوع چاه‌ها به سطح زمین انتقال می‌یابد. روش‌های مختلفی برای حفر چاه‌های نفت وجود دارد. متداول‌ترین روش اجرای این نوع چاه، حفاری عمودی و رو به پایین از سطح زمین تا بالای مخازن نفتی یا گازی است.

اغلب چاه‌های نفتی، در گروه چاه‌های معمولی (چاه‌های عمودی با انحراف ناچیز یا کم) قرار می‌گیرند. به تجهیزات مورد استفاده برای حفاری چاه‌های نفتی، «دکل نفتی» (Oil Rig) می‌گویند. دکل‌های نفتی مخصوص استخراج از مناطق دریایی با عنوان «سکوی نفتی» (Oil Platform) شناخته می‌شوند.

چاه معدنی چیست؟

چاه معدنی، به منظور ایجاد مسیر دسترسی از سطح زمین تا کانسار معدنی حفر می‌شود. این نوع چاه، یکی از انواع «بازکننده‌های معدنی» (Mine Openings) به شمار می‌رود. چاه‌های بازکننده اصلی، برای بارگیری و انتقال مواد معدنی استخراج شده از درون کارگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به چاه‌های عمودی در معدن، «شفت» (Shaft) می‌گویند. معدنکاری زیرزمینی، معمولا با حفر یک شفت در نزدیکی کانسار، ایجاد مسیرهای افقی برای دسترسی به ماده معدنی در ترازهای مختلف و استخراج از کارگاه‌ها اجرا می‌شود.

چاه اکتشافی در حوزه نفت و معدن چیست؟

اصطلاح چاه‌های اکتشافی در حوزه‌های نفت و معدن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این چاه‌ها در مطالعه وضعیت زمین‌شناسی یک منطقه و اکتشاف نفت، گاز یا مواد معدنی کاربرد دارند. در حوزه‌های نفت و معدن، چاه‌های اکتشافی با عنوان «گمانه‌های اکتشافی» نیز شناخته می‌شوند. این چاه‌ها معمولا دارای قطر کم و عمق زیاد هستند.

به سنگ‌های خروجی از چاه‌های اکتشافی، «مغزه» (Core) می‌گویند. در برخی از موارد، اطلاعات مورد نیاز در مورد وضعیت لایه‌های زیر زمین، توسط یک روش ژئوفیزیکی به نام «چاه‌پیمایی» (Well Logging) و هدایت سوندهای درون‌چاهی به دست می‌آیند.

چاه سپتیک چیست؟

گندانبار، «چاه سپتیک» (Septic Well) یا «سپتیک تانک» (Septic Tank)، سیستمی است که به منظور جمع‌اوری و تخلیه پساب تاسیسات بهداشتی ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم، با حفاری زمین در نزدیکی ساختمان و قرار دادن یک مخزن بتنی یا پلی‌اتیلن درون زمین اجرا می‌شود. مخزن چاه سپتیک از یک طرف به سیستم لوله‌کشی فاضلاب ساختمان و از طرف دیگر به درون زمین متصل است.

سیستم سپتیک، امکان تصفیه طبیعی پساب ساختمان را فراهم می‌کند. البته ذرات ته‌نشین شده در انتهای سپتیک، به صورت دوره‌ای توسط تجهیزات تخلیه توسط به بیرون منتقل می‌شوند. حفاری چاه‌های سپتیک با استفاده از ابزارهای دستی یا بیل مکانیکی انجام می‌گیرد.

تاریخچه حفر چاه آب به چه دورانی باز می گردد؟

بر اساس یافته‌های باستان‌شناسان، تاریخچه حفاری چاه آب توسط انسان، به بیش از ۸۰۰۰ سال پیش بازمی‌گردد.

عمر قدیمی‌ترین چاه‌های کشف شده تا به امروز، بین ۷۵۰۰ تا ۸۱۰۰ سال تخمین زده می‌شود. چاه‌های قدیمی اغلب در نواحی کشاورزی قرار داشتند. به همین دلیل، کاربرد آن‌ها به احتمال زیاد برای آبیاری بوده است.

مردم چین در دوران نوسنگی (بین ۷۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ سال پیش)، برای دسترسی به آب آشامیدنی، چاه‌هایی مشابه با چاه‌های امروزی را حفر می‌کردند. در کشور هند، سازه‌هایی موسوم به «چاه‌پله» (Step Well) برای دسترسی به آب حفر می‌شدند. این سازه‌های دستی، حفره‌های بزرگی بودند که به وسیله پله‌های طراحی شده بر روی دیواره‌شان، امکان دسترسی به آب را فراهم می‌کردند.

تا ابتدای قرن ۱۹ میلادی (قرن ۱۳ شمسی)، چاه‌های آب توسط دست حفر می‌شدند. در سال ۱۸۰۸ میلادی (۱۱۸۷ شمسی)، برای اولین بار از تجهیزات مکانیکی برای حفر چاه استفاده شد. در سال ۱۸۸۴ میلادی (۱۲۶۳ شمسی)، دکل‌های حفاری چوبی و بعد از این تجهیزات، ماشین‌های حفاری با موتور بخار به روی کار آمدند. در اوایل قرن ۲۰ میلادی (قرن ۱۴ شمسی)، حفاری دورانی، به یک گزینه متداول برای حفر مکانیزه چاه‌ها تبدیل شد.

انواع چاه آب چه هستند؟

چاه‌های آب، بر اساس معیارهای مختلفی نظیر عمق، کاربری و روش حفاری به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در این بخش، به معرفی برخی از مهم‌ترین انواع چاه آب می‌پردازیم.

انواع چاه آب بر اساس روش حفاری

چاه‌های آب از نظر روش حفاری به دو روش دستی و ماشینی تقسیم می‌شوند.

چاه دستی چیست؟

«چاه دستی» (Dug Well)، قدیمی‌ترین و ساده‌ترین نوع چاه است که به وسیله بیل و دیگر ابزارهای دستی حفر می‌شود. به دلیل دستی بودن فرآیند حفر این نوع چاه، باید موقعیتی را انتخاب کرد که سطح آب زیرزمینی به آن نزدیک (عمق چاه کم) باشد. عملیات حفاری چاه‌های دستی، پس از رسیدن به آب و حفاری تا چند متر زیر سطح آب خاتمه می‌یابد.

دیواره چاه‌های دستی معمولا فاقد لوله جداره است. البته در برخی موارد برای جلوگیری از ریزش، دیواره توسط سنگ، آجر یا بتن نگهداری می‌شود. تخلیه مواد در حین حفاری چاه‌های دستی، معمولا توسط چرخ و قرقره صورت می‌گیرد. از روش‌های متداول برای آبکشی این نوع چاه می‌توان به دلو و چرخ، تلمبه دستی، تلمبه موتوری کوچک و در بعضی موارد، استفاده از حیوانات اهلی اشاره کرد.

چاه ماشینی یا مته ای چیست؟

«چاه ماشینی» (Machine Well)، با استفاده از دستگاه‌های حفاری موتوری حفر می‌شود. چاه‌های ماشینی از نظر عمق و قطر متفاوت هستند. با این وجود، نکته مشترک در اغلب چاه‌های ماشینی، نصب جداره و استفاده از پمپ برای برداشت آب است.

چاه مته ای عمیق چیست؟

«چاه مته‌ای» (Drilled Well)، چاهی است که با استفاده از تجهیزات ماشینی حفاری می‌شود. تجهیزات ماشینی حفر چاه، با به کارگیری یک سرمته مخصوص به اعماق خاک و سنگ نفوذ می‌کنند. به همین دلیل، اصطلاح Drilled Well، معمولا برای اشاره به چاه‌های مته‌ای عمیق به کار برده می‌شود.

چاه مته ای معمولی چیست؟

«چاه مته‌ای» (Bored Well) یا چاه معمولی، چاهی است که توسط ماشین‌آلات حفاری مخصوص حفر می‌شود. البته اصطلاح Drilled Well نیز برای اشاره به چاه‌های مته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، منظور از Bored Well، چاه کم‌عمقی است که برای دسترسی به منابع آبی نزدیک به سطح زمین حفر می‌شود.

انواع چاه آب بر اساس عمق

چاه‌های آب بر اساس عمق حفاری به دو دسته کم‌عمق یا نیمه‌عمیق و عمیق تقسیم می‌شوند.

چاه کم عمق یا نیمه عمیق چیست؟

«چاه کم‌عمق» (Shallow Well)، چاهی است که فقط چند متر (حدود کمتر از ۱۵ متر) در آبخوان حفر می‌شود. این نوع چاه معمولا به بخش‌های فوقانی آبخوان‌های آزاد برخورد می‌کند. در اغلب موارد، حفر چاه‌های کم‌عمق توسط ابزارهای دستی صورت می‌گیرد.

چاه عمیق چیست؟

چاه ژرف یا «چاه عمیق» (Deep Well)، چاهی است که عمق آن به چندده متر (بیشتر از ۱۵ متر) می‌رسد. این نوع چاه معمولا در بخش اشباع زمین حفر می‌شود و ممکن است از یک یا چند آبخوان آزد و تحت فشار برخورد کند. در اغلب موارد، حفر چاه‌های عمیق توسط دستگاه‌های حفاری ماشینی صورت می‌گیرد.

انواع چاه آب بر اساس کاربری

چاه‌های آب بر اساس کاربری به سه نوع چاه‌های بهره‌برداری، اکتشافی و مشاهده‌ای تقسیم می‌شوند.

چاه بهره برداری چیست؟

«چاه بهره‌برداری» (Production Well)، به منظور برداشت آب زیرزمینی برای مصارف خانگی، شرب، صنعت، کشاورزی، فضای سبز و غیره حفر می‌شود. به دلیل میزان برداشت اندک از چاه‌های دستی و کم‌عمق خانگی، نمی‌توان آن‌ها را در گروه چاه‌های بهره‌برداری قرار داد.

چاه اکتشافی چیست؟

«چاه اکتشافی» (Exploration Well یا Exploratory Well)، به منظور بررسی تعیین برخی از مشخصات و مولفه‌های آبخوان نظیر جنس سنگ کف، ستون زمین‌شناسی، قابلیت هدایت هیدرولیکی، ضریب ذخیره، قابلیت انتقال و اکتشاف آبخوان‌های جدید حفر می‌شود.

چاه مشاهده ای چیست؟

«چاه یا چاهک مشاهده‌ای» (Observation Well)، به منظور اندازه‌گیری و پایش تغییرات سطح آب زیرزمینی در آبخوان‌های آزاد، تغییرات فشار پیزومتری در آبخوان‌های تحت فشار، تغییرات کیفیت آب در طول زمان و دیگر تغییرات کمی و کیفی آب حفر می‌شود. این نوع چاه دارای قطر کم و جهت‌گیری عمودی است. چاه‌های مشاهده‌ای تا عمقی حفر می‌شوند که در صورت کاهش سطح ایستابی آب نیز امکان اندازه‌گیری پارامترهای مورد نظر وجود داشته باشد.

آماربرداری از چاه‌های مشاهده‌ای به حدود یک سال زمان نیاز دارد. از این‌رو، دیواره این چاه‌ها توسط لوله مشبک تقویت می‌شود. اگر سطح ایستابی آب در چاه‌های کم‌عمق معمولی با مصارف آشامیدن یا زراعت مشخص باشد، می‌توان از این چاه‌ها نیز به عنوان چاه‌های مشاهده‌ای استفاده کرد. در بسیاری از موارد، چاه‌های مشاهده‌ای با چاه‌های پیزومتری یا پیزومتر اشتباه گرفته می‌شوند.

چاه پیزومتری چیست؟

«پیزومتر» (Piezometer)، چاهی با قطر کم است که به منظور تعیین ضرایب هیدرولیکی منابع آب زیرزمینی حفر می‌شود. حفر این نوع چاه در مجاورت چاه‌های بهره‌برداری یا اکتشافی صورت می‌گیرد. چاه‌های پیزومتری فقط در بررسی تغییرات سطح ایستایی ناشی از برداشت از چاه‌های مجاور برای تعیین شعاع تاثیر و خواص هیدرودینامیکی آبخوان کاربرد دارند.

تفاوت اصلی پیزومترها با چاه‌های مشاهده‌ای، مسیر ورود آب به درون حفره است. به دلیل وجود جداره آب‌بند در دیواره پیزومتر، آب فقط از انتهای چاه به درون آن وارد می‌شود. در صورتی که در چاه‌های مشاهده‌ای، امکان ورود آب از دیواره‌ها به درون حفره وجود دارد.

گمانه شناسایی چیست؟

«گمانه شناسایی» (Borehole)، چاهی است که به برای تشخیص خصوصیات زمین‌شناسی یک منطقه با اطلاعات ناقص حفر می‌شود. اگر نتایج اطلاعات به دست آمده از حفر این گمانه، نشان‌دهنده عدم وجود منابع مناسب یا وجود منابعی با کمیت و کیفیت پایین باشد، آن را پر می‌کنند و با قرار دادن لوله‌ای با قطر کم، کاربری آن را به چاه مشاهده‌ای تغییر می‌دهند.

دیگر انواع چاه آب

در ادامه، به معرفی برخی از انواع چاه‌های آب که با ویژگی‌های بخصوص می‌پردازیم.

چاه چشمه چیست؟

«چاه چشمه» (Spring Well)، نوعی منبع آب طبیعی است که در محل برخورد چشمه‌ها با سطح زمین تشکیل می‌شود. این چاه‌ها معمولا کم‌عمق هستند و به نگهداری کمی نیاز دارند. اگرچه، مسیر دسترسی به چشمه‌های طبیعی، غیرقابل پیش‌بینی بوده و کیفیت آب آن‌ها نیز متغیر است.

چاه آرتزین چیست؟

چاه خود جریان یا «چاه آرتزین» (Artesian Well)، یکی از انواع چاه‌های مته‌ای به شمار می‌رود که به یک منبع آب زیرزمینی تحت فشار برخورد کرده است. به دلیل اعمال فشار طبیعی از جانب خاک و سنگ دربرگیرنده منبع این نوع چاه، آب از درون آن به بیرون فوران می‌کند. بنابراین، برای برداشت آب از چاه‌های آرتزین، نیازی به پمپاژ نیست.

حفر چاه‌های آرتزین هزینه بالاتری نسبت به دیگر چاه‌ها دارد. با این وجود، جریان آب خروجی از آن‌ها، دارای ثبات و قابلیت اطمینان بیشتری است.

نامگذاری چاه های آب

نامگذاری چاه‌های آب، به ترتیب بر اساس روش حفاری، کاربری، عمق و سایر ویژگی‌های صورت می‌گیرد. به عنوان مثال، عنوان «چاه ماشینی اکتشافی عمیق آرتزین»، به ترتیب روش حفاری، کاربری، عمق و سایر ویژگی‌های یک چاه را نمایش می‌دهد.

چاه آب از چه اجزایی تشکیل می شود؟

چاه‌های آب، معمولا از شش جز اصلی شامل دهانه، جداره (کیسینگ)، پمپ، مخزن تحت فشار، مبدل بدون چال و اسکرین تشکیل می‌شوند.

تصویر، اجزای یک سیستم آب‌رسانی خانگی توسط چاه را نمایش می‌دهد.

اجزای عددگذاری شده در تصویر بالا عبارت هستند از:

1. اسکرین
2. موتور پمپ
3. پمپ شناور
4. چک ولو
5. سیم‌کشی پمپ شناور
6. لوله انتقال آب
7. جداره
8. واحد بدون چال
9. فاصله دهانه چاه تا سطح زمین
10. درپوش دهانه چاه
11. لوله برق
12. خط انجماد
13. سیم‌کشی درون زمین
14. لوله تخلیه
15. جعبه کنترل
16. ولو تخلیه فشار
17. شیر مخزن
18. مخزن تحت فشار
19. جهت جریان آب به سمت تاسیسات ساختمان

در ادامه، کاربرد هر یک از اجزای چاه‌های آب را توضیح می‌دهیم.

پمپ

«پمپ» (Pump)، یکی از بزرگترین و مهم‌ترین اجزای سیستم چاه به شمار می‌رود. این پمپ با عنوان پمپ آب نیز شناخته می‌شود. وظیفه پمپ، هدایت آب از درون آبخوان به سمت مخزن است. به طور کلی، دو نوع پمپ آب رایج شامل پمپ شناور و جت پمپ برای سیستم چاه‌ها وجود دارد:

• «پمپ شناور» (Submersible Pump): این نوع پمپ، زیر سطح زمین قرار می‌گیرد و آب را به سمت بالا فشار می‌دهد.
• «جت پمپ» (Jet Pump): این نوع پمپ، بر روی سطح زمین قرار می‌گیرد و آب را به سمت بالا می‌کشد.

نوع چاه، عمق و میزان مصرف روزانه، پارامترهای موثر بر روی انتخاب نوع پمپ مناسب برای برداشت آب از چاه‌ها هستند.

جداره

جداره یا اصطلاحا «کیسینگ» (Casing)، پوشش دیواره چاه‌ها است. کیسینگ، وظیفه محافظت از چاه‌ها در برابر نشت مواد آلوده از درون خاک به آب را برعهده دارد. جداره چاه‌ها معمولا از مواد PVC، فولاد ضدزنگ یا فولاد کربنی ساخته می‌شود. انتخاب ماده مناسب برای پوشش دیواره، به بودجه، کیفیت آب زیرزمینی منطقه و جنس لایه‌های زمین بستگی دارد.

اسکرین

«اسکرین» (Screen)، قطعه‌ای مشابه سرند است که در انتهای پمپ آب (محل ورود آب از آبخوان به درون پمپ) قرار می‌گیرد. این قطعه، وظیفه جلوگیری از نفوذ ذرات بزرگ شن، ماسه و دیگر رسوبات به درون سیستم چاه‌ها را برعهده دارد. اسکرین مانند یک فیلتر عمل می‌کند و احتمال خوردگی و سایش پمپ را کاهش می‌دهد.

مخزن تحت فشار

«مخزن تحت فشار» (Pressure Tank)، محفظه‌ای است که به منظور ذخیره‌سازی آب برداشت شده از چاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل تحت فشار بودن این محفظه، آب به سرعت و به صورت یکنواخت در سیستم لوله‌کشی ساختمان جریان می‌یابد. وظیفه اصلی مخزن تحت فشار، کاهش چرخه‌های پمپاژ و روشن و خاموش کردن مداوم پمپ در هنگام نیاز به آب است.

مبدل بدون چال

«مبدل بدون چال» (Pitless Adaptor)، نام واحدی در قسمت بالایی چاه و متصل به کیسینگ است که مانع یخ زدن آب درون سیستم لوله‌کشی ساختمان می‌شود. مبدل بدون چال، امکان دسترسی آسان به پمپ و دیگر اجزای چاه را بدون نیاز به حفاری فراهم می‌کند.

دهانه چاه

«دهانه چاه» (Wellhead)، بخشی از چاه است که حدود ۲۵ سانتی‌متر بالاتر از سطح زمین قرار می‌گیرد. دهانه چاه‌ها با قطعه‌ای به نام «سرپوش» (Cap) پوشانده می‌شود. این قطعه معمولا دارای یک توری مشبک است و از ورود حشرات، حیوانات کوچک و آب باران به درون چاه‌ها جلوگیری می‌کند.

شیرآلات

شیرآلات یا ولوها، از دیگر اجزای مهم در سیستم آب‌رسانی توسط چاه به شمار می‌روند. معمولا در چاه‌ها از انواع ولو نظیر چک ولو، ولو زهکشی، ولو تخلیه فشار و ولو توپی استفاده می‌شود. در ادامه، کاربرد هر یک از این شیرآلات را توضیح می‌دهیم.

چک ولو

«چک ولو» (Check Valve)، شیری است که به منظور جلوگیری از بازگشت جریان در مسیر پمپاژ مورد استفاده می‌شود. این شیر در قسمت بالایی پمپ قرار دارد. نقش حیاتی چک ولو در سیستم چاه، حفظ کیفیت و دوام دیگر اجزا است.

ولو زهکشی

«ولو زهکشی» (Drainage Valve)، وظیفه زهکشی آسان آب از درون سیستم چاه را برعهده دارد. این شیر، هنگام افت فشار به زیر ۰/۷ تا ۰/۳۵ بار، آب را به طور خودکار از درون خطوط لوله آب تخلیه می‌کند.

ولو تخلیه فشار

«ولو تخلیه فشار» (Relief Valve)، وظیفه محافظت از سیستم آب‌رسانی چاه در برابر افزایش فشار را برعهده دارد. در صورتی که توان پمپ بالاتر از حداکثر مقاومت سیستم باشد، حتما باید از این شیر استفاده کرد.

ولو توپی

«ولو توپی» (Ball Valve)، وظیفه قطع جریان آب به درون سیستم لوله‌کشی ساختمان را برعهده دارد. این شیر، امکان کنترل جریان آب از مخزن تحت فشار به درون ساختمان را فراهم می‌کند.

روش های حفر چاه چه هستند؟

روش‌های مختلفی برای حفاری چاه وجود دارند. این روش‌ها، با توجه به پارامترهای مختلفی نظیر کاربری چاه، شرایط زمین‌شناسی محل، ابعاد (قطر و عمق) چاه، سطح آب زیرزمینی منطقه، الزامات نگهداری و بودجه انتخاب می‌شوند. در ادامه، انواع روش های حفاری چاه‌ها بر اساس عمق حفاری را توضیح می‌دهیم.

انواع روش های حفاری چاه کم عمق

چاه‌های کم‌عمق به دو دسته باز و لوله‌ای تقسیم می‌شوند. این نوع چاه‌ها، عمقی کمتر از ۱۵ متر دارند. روش‌های مورد استفاده برای حفر چاه‌های کم عمق عبارت هستند از:

• کنده‌کاری: قدیمی‌ترین و متداول‌ترین روش حفر چاه‌های باز، کنده‌کاری دستی است. در این روش از ابزارآلات ساده نظیر بیل و کلنگ استفاده می‌شود. کنده‌کاری، به نیروی کار و زمان زیاد نیاز دارد.
• گمانه‌زنی: بهترین روش برای حفر چاه‌های کم‌عمق برای دسترسی به آبخوان‌های تحکیم نشده، گمانه‌زنی است. این روش با استفاده از مته‌های دستی یا مکانیکی انجام می‌گیرد.
• شمع‌کوبی: در این روش، مجموعه‌ای از لوله‌های متصل، به درون زمین رانده می‌شوند تا به زیر سطح آب زیرزمینی برسند.
• جتینگ: این روش معمولا برای حفاری چاه‌ها در رسوبات ریزدانه و نرم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در جتینگ یا حفاری با فشار بالا، آب توسط یک پمپ از درون لوله به سمت یک نازل باریک هدایت می‌شود. آب خروجی از نازل، فشار بسیار زیادی دارد که می‌تواند خاک را برش دهد.

انواع روش های حفاری چاه عمیق

چاه‌های عمیق، دارای ابعاد بزرگ (عمق بیش از ۱۵ متر) و ظرفیت بالا هستند. این چاه‌ها معمولا توسط روش‌های حفاری ضربه‌ای، حفاری دورانی و حفاری ضربه‌ای دورانی حفر می‌شوند.

در ادامه، به توضیح مختصر اصول هر یک از این روش‌ها می‌پردازیم:

• حفاری ضربه‌ای: در این روش، از تجهیزات استاندارد حفاری نظیر دکل، چکش و پمپ گل‌کش استفاده می‌شود. دستگاه حفاری، با وارد کردن ضربه‌های پیوسته توسط مته‌های مخصوص به سطح زمین، به عمق آن نفوذ می‌کند.
• حفاری دورانی: این روش، مناسب محیط‌های تحکیم نشده است. در حفاری دورانی، چرخش مته، باعث خرد شدن زمین می‌شود. سپس، یک سیال (معمولا ترکیبی از آب و بنتونیت)، ذرات خرد شده را به بیرون هدایت می‌کند.
• حفاری ضربه‌ای دورانی: این روش، ترکیبی از روش‌های ضربه‌ای و دورانی است. حفاری ضربه‌ای دورانی، برای حفر چاه‌ها در سنگ‌های سخت مورد استفاده قرار می‌گیرد. مته دورانی، چکش پنوماتیک و هوای فشرده (به عنوان سیال حفاری)، سه جز اصلی این روش ترکیبی هستند. علاوه بر این اجزا، یک پمپ تخلیه نیز برای خروج ذرات حفاری شده از درون چاه به سطح زمین به کار گرفته می‌شود.

پارامترهای موثر بر حفاری چاه چه هستند؟

هنگام تصمیم‌گیری در مورد حفاری چاه و انتخاب موقعیت مناسب برای دسترسی به منابع آب زیرزمینی، باید پارامترهای مختلفی نظیر دسترسی، شرایط خاک، عمق حفاری، جنس جداره، نوع تجهیزات پمپاژ و نحوه تصفیه آب برداشت شده را در نظر گرفت.

دسترسی به منبع آب

مهم‌ترین پارامتر در تصمیم‌گیری راجع به انتخاب موقعیت مناسب حفر چاه، دسترسی به منبع آب زیرزمینی است. حفاری چاه‌ها با استفاده از روش‌های دستی یا مکانیزه و به منظور دسترسی به آبخوان‌های زیرزمینی، چشمه‌های طبیعی یا دیگر منابع آب صورت می‌گیرد. درک صحیح از وضعیت زمین‌شناسی و آب‌شناسی منطقه، امکان تعیین بهترین موقعیت حفر چاه‌ها را فراهم می‌کند.

شرایط خاک

نوع خاک محل انتخابی برای حفر چاه، بر روی راحتی عملیات حفاری و هزینه آن تاثیر می‌گذارد. حفاری در خاک نرم مانند ماسه یا لوم، نسبتا آسان است. در طرف مقابل، حفاری در محیط‌های سخت نظیر رس یا سنگ، نسبتا دشوار است.

تجهیزات پمپاژ

آب درون اکثر چاه‌ها توسط تجهیزات پمپاژ به سطح زمین منتقل می‌شود. نوع این تجهیزات به عمق، ظرفیت و کاربری چاه بستگی دارد. در اغلب موارد، یکی از دو نوع پمپ شناور یا جت به منظور برداشت آب چاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این وجود، پمپ‌های گریز از مرکز و دستی نیز برای این منظور کاربرد دارند. هنگام انتخاب پمپ مناسب بر اساس عمق چاه، می‌توان به صورت زیر عمل کرد:

• برای چاه‌های کمتر از ۷ متر، جت پمپ سطحی استفاده شود.
• برای چاه‌های بین ۷ تا ۳۵ متر، جت پمپ عمیق استفاده شود.
• برای چاه‌های بین ۳۵ تا ۱۲۰متر، پمپ شناور استفاده شود.

عمق

عمق چاه، بر اساس عمق منبع آب زیرزمینی، کیفیت آب مورد نیاز و بودجه حفاری مشخص می‌شود.

• دسترسی به منبع آب: برای مناطقی که سطح ایستابی آب زیرزمینی در فاصله بیشتری از سطح زمین قرار دارد، حفر چاه‌های عمیق مناسب‌تر است. دسترسی به منابع آبی نزدیک به سطح زمین، توسط حفر چاه‌های کم‌عمق (با عمق کمتر از ۱۵ متر) صورت می‌گیرد.
• کیفیت آب مورد نیاز: آب چاه‌های عمیق، معمولا از کیفیت بالاتری نسبت به آب چاه‌های کم‌عمق برخوردار است؛ چراکه با افزایش عمق، احتمال آلودگی خاک و آب کاهش می‌یابد. البته کیفیت آب، با توجه به مشخصات آبخوان و موقعیت حفر چاه نیز تغییر می‌کند.
• بودجه حفاری: حفاری چاه‌های عمیق، گران‌تر از حفاری چاه‌های کم‌عمق است. زیرا با افزایش عمق، عملیات حفاری طولانی‌تر شده و نیاز به استفاده از تجهیزات پیشرفته‌تر افزایش می‌یابد. چاه‌های کم‌عمق، هزینه کمتری دارند اما برای نواحی خاص یا مصارف خاص مناسب نیستند.

جنس جداره

وظیفه جداره یا پوشش دیواره چاه، جلوگیری از آلودگی آب است. جنس جداره و ضخامت آن بر اساس ابعاد چاه، جنس خاک و شرایط آب مشخص می‌شود. از پرکاربردترین مواد مورد استفاده برای جداره چاه می‌توان به فولاد (کربنی یا ضدزنگ) و پلاستیک (مخصوصا PVC) اشاره کرد. در سال‌های اخیر، محبوبیت جداره‌های PVC، به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته است. این جداره‌ها از دوام بالا و مقاومت خوب در برابر خوردگی بهره می‌برند.

عوامل زیادی بر روی انتخاب جداره چاه، تاثیر می‌گذارند. اولین و مهم‌ترین عامل، قوانین مربوط به حفاری چاه‌‌ها است. دومین عامل، وضعیت زمین‌شناسی و ترکیب شیمیایی آب (خورندگی آب) است. اگر وضعیت اسیدی یا قلیایی بودن محیط یا میزان نمک‌های حل‌شده در آن بالا باشد، جداره فلزی گزینه مناسبی برای پوشش دیواره چاه‌ها نخواهد بود. در این شرایط، باید از جداره PVC استفاده کرد.

جداره‌های فولادی، مقاومت خوبی در برابر دمای بالا دارند. در صورت استفاده از جداره PVC، باید با در نظر گرفتن دمای حاصل از گیرش ملات بتنی، از روش‌های مناسب خنک‌سازی استفاده کرد. علاوه بر این موارد، مقاومت جداره در برابر خمش ناشی از فشار سنگ‌های دربرگیرنده نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. خم شدن جداره، کار نصب تجهیزات پمپاژ را مختل یا حتی غیرممکن می‌کند.

تصفیه آب

با توجه به کیفیت آب چاه، نیاز به تصفیه آب مورد بررسی قرار می‌گیرد. آب استخراجی از چاه باید برای نوشیدن یا هر کاربری مورد نظر ایمن باشد. فیلتراسیون و گندزدایی از روش‌های متداول برای تصفیه آب چاه‌ها به شمار می‌روند.

مزایا و معایب حفر چاه آب

کلاهک‌های یخی، حدود ۶۹ درصد از آب آشامیدنی کره زمین را در خود جای می‌دهند. با این وجود، این منابع، نقشی در تامین آب آشامیدنی انسان‌ها ندارند. از طرف دیگر، آب‌های زیرزمینی، حدود ۳۰ درصد از منابع آب آشامیدنی زمین را به خود اختصاص می‌دهند.

به دلیل امکان دسترسی به آب‌های زیرزمینی توسط حفر چاه، این منابع به عنوان گزینه اول تامین آب آشامیدنی انسان‌ها در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر این، چاه‌های آب برای تامین مصارف کشاورزی، صنعتی، بهداشتی و بسیاری از مصارف دیگر نیز کاربرد دارند.

با وجود مزایای متعدد چاه‌های آب برای جوامع انسانی، حفر بی‌رویه و برداشت بیش از حد از آن‌ها، مشکلات محیط‌زیستی متعددی را به وجود می‌آورد که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

• کاهش سطح آب زیرزمینی: پمپاژ و برداشت بیش از حد از چاه‌ها، سطح آب زیرزمینی را کاهش می‌هد و دسترسی به آب زیرزمینی را دشوار می‌کند.
• افزایش هزینه‌ها: با کاهش سطح آب زیرزمینی، عمق حفاری چاه‌ها و انرژی مورد نیاز برای پمپاژ آب به سطح افزایش می‌یابد. در شرایط بحرانی، حفر چاه، هزینه‌های گزافی را به همراه دارد.
• کاهش منابع آب سطحی: آب‌های سطحی و زیرزمینی از طریق چرخه آب به یکدیگر متصل هستند. هنگام برداشت بی‌رویه از آب‌های زیرزمینی، جریان ورودی به دریاچه‌ها، رودها و رودخانه‌ها کاهش می‌یابد. به این ترتیب، منابع سطحی به مرور خشک می‌شوند.
• فرونشست زمین: آب‌های زیرزمینی، باعث ثبات تنش موثر بین ذرات خاک و نگهداری از لایه‌های بالایی می‌شوند. کاهش بیش از حد سطح آب زیرزمینی، فشردگی توده خاک (مخصوصا خاک‌های رسی و چسبنده) و حرکت رو به پایین سطح زمین را در پی دارد. این پدیده، خسارت‌های قابل‌توجهی را به سازه‌ها، زیرساخت‌ها و حتی زیست‌بوم منطقه وارد می‌کند.
• امکان آلودگی و کاهش کیفیت آب: برداشت بی‌رویه از چاه، باعث ورود آب شور به درون آب برداشت شده می‌شود. این مسئله، امکان آلودگی آب چاه‌ها و کاهش کیفیت آن را افزایش می‌دهد.

دستورالعمل ها و استانداردهای چاه در ایران

در این بخش، به معرفی استانداردها و دستورالعمل‌های ملی در رابطه با چاه‌های آب، نفت و معدن می‌پردازیم.

استانداردها و نشریات مرتبط با چاه‌های آب عبارت هستند از:

• استاندارد ۱۱۹۶۰: آزمایش‌های پمپاژ برای چاه‌های آب
• استاندارد ۱۲۲۹۳: روش‌های اندازه‌گیری میزان بده (دبی) چاه
• استاندارد ۱۳۶۱۲: روش‌های دستی تعیین سطح آب زیرزمینی در چاه
• استاندارد ۲۰۱۵۲: آیین کار طراحی، نصب و راه‌اندازی چاه‌های پایش آب زیرزمینی
• استاندارد ۲۰۱۶۷: راهنمای نگهداری و احیا چاه‌های پایشی آب زیرزمینی
• استاندارد ۲۰۲۵۶: روش آزمون تعیین ظرفیت ویژه و برآورد قابلیت انتقال در چاه کنترلی
• استاندارد ۲۱۲۵۱: آیین کار حفاظت از چاه مشاهداتی
• استاندارد ۲۱۳۶۰: راهنمای انتخاب دستگاه‌های نمونه‌برداری و تخلیه چاه‌های پایش آب زیرزمینی
• استاندارد ۲۲۵۱۱: راهنمای انتخاب و مستندسازی چاه­‌های آب موجود برای توصیف و پایش محدوده ­محیط­‌زیستی
• نشریه ۵۵۷: دستورالعمل تعیین محل و نظارت بر حفر چاه‌های آب در آبرفت و سازندهای سخت و تهیه گزارش حفاری (چاه‌های بهره‌برداری، اکتشافی، پیزومترها و مشاهده‌ای)
• نشریه ۷۴۷: دستورالعمل تعیین محدوده (حریم) کمی چاه‌ها و قنوات
• نشریه ۶۴۵: دستورالعمل احیا، توسعه و بهسازی چاه‌های آب (کشاورزی و شرب)
• نشریه ۱۸۱: دستورالعمل نامگذاری و حفاری چاه‌های آب
• نشریه ۱۵۴: دستورالعمل حفر و تجهیز چاهک‌های مشاهده‌ای

از استانداردهای موجود در رابطه با چاه‌های نفت می‌توان موارد زیر را نام برد:

• استاندارد ۳-۱۴۸۰۰: آزمون تجهیزات سیمان‌کاری چاه
• استاندارد ۱۴۸۰۱: تجهیزات درون‌چاهی (مجرابندها و توپک‌های مسدودکننده)
• استاندارد ۱۵۶۰۷: آیین کار تجهیزات تکمیل درون‌چاهی
• استاندارد ۱۵۶۰۸: آیین کار تجهیزات سرچاهی و تاج چاه صنایع نفت و گاز
• استاندارد ۱۵۶۱۰: آیین کار پمپ ‌های غوطه­‌ور برقی جهت فرازآوری مصنوعی چاه­‌های نفت
• استاندارد ۱۵۶۱۱: آیین کار تلمبه‌های میله‌ای مکشی درون‌چاهی
• استاندارد ۱۵۶۶۸: آیین کار لوله­­‌های جداری و مغزی چاه‌­ها
• استاندارد ۱۵۸۷۱: راهنماهای مدیریت شایستگی برای کارکنان عملیات چاه
• استاندارد ۲۱۲۷۲: لوله‌های فولادی برای استفاده در چاه‌ها به عنوان لوله جداری یا لوله مغزی
• استاندارد ۲۲۵۳۹: ابزارهای اندازه‌گیری درون و برون‌چاهی
• استاندارد ۱-۶۶۱۳: ویژگی‌های سیمان منیزیتی حفاری مورد مصرف در چاه‌های نفت
• استاندارد ۲-۶۶۱۳: روش‌های آزمون سیمان منیزیتی حفاری مورد مصرف در چاه‌های نفت
• استاندارد ۸۰۸۷: ویژگی‌ها و روش‌های آزمون سیمان‌های چاه نفت

فهرست زیر، عنوان استانداردها و نشریات مرتبط با چاه‌های معدنی را نمایش می‌دهد:

• استاندارد ۱-۱۵۹۷۷: واژه‌نامه سازه‌های چاه‌های معدنی
• استاندارد ۲-۱۵۹۷۷: ساختارهای سازه سرچاهی
• استاندارد ۳-۱۵۹۷۷: استیج‌های حفاری پایین‌رو سازه‌های چاه‌های معدنی
• استاندارد ۴-۱۵۹۷۷: وسایل حمل‌ونقل سازه‌های چاه‌های معدنی
• استاندارد ۵-۱۵۹۷۷: ساختارهای سامانه چاه
• استاندارد ۹-۷۵۴۰: واژه‌نامه چاه‌ها و تجهیزات وابسته
• نشریه ۶۱۸: فهرست خدمات و دستورالعمل بررسی‌های چاه‌پیمایی

سوالات متداول در رابطه با چاه

در این بخش، به برخی از پرتکرارترین سوالات در رابطه با چاه‌ها (بخصوص چاه آب)، به طور خلاصه پاسخ می‌دهیم.

تعریف چاه چیست؟

چاه، سازه‌ای است که با هدف دسترسی به منابع موجود در زیر زمین یا تعیین مشخصات لایه‌های زیر زمین حفر می‌شود.

چاه آب چیست؟

چاه آب، حفره‌ای است که به منظور دسترسی به آبخوان‌های زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع چاه‌های آب چه هستند؟

چاه‌های آب بر اساس کاربری، عمق حفاری و روش حفاری به سه گروه چاه‌های بهره‌برداری، اکتشافی و مشاهده‌ای، چاه‌های کم‌عمق و عمیق و چاه‌های دستی و ماشینی تقسیم می‌شوند.

اجزای اصلی چاه‌های آب چه هستند؟

دهانه، جداره (کیسینگ)، پمپ، مخزن تحت فشار، مبدل بدون چال و اسکرین، اجزای اصلی در چاه‌های آب خانگی هستند.

عوامل موثر بر حفاری چاه‌های آب چه هستند؟

دسترسی، شرایط خاک، عمق حفاری، جنس جداره، نوع تجهیزات پمپاژ و نحوه تصفیه آب برداشت شده، از عوامل موثر بر انتخاب موقعیت و روش حفاری چاه‌های آب هستند.

اثرات مخرب برداشت بی رویه از چاه‌های آب چه هستند؟

کاهش سطح آب زیرزمینی، افزایش هزینه‌ها، کاهش منابع آب سطحی، فرونشست زمین، امکان آلودگی و کاهش کیفیت آب، از اثرات منفی برداشت بی رویه از چاه‌های آب هستند.

دلایل آلودگی آب چاه چیست؟

نشت فاضلاب از مخازن زیرزمینی و سپتیک‌ها، نیترات و نیتریت درون کودهای کشاورزی، فاضلاب‌های انسانی، فضولات حیوانی و فاضلاب‌های صنعتی، از متداول‌ترین دلایل آلودگی چاه‌های آب محسوب می‌شوند.

سطح ایستابی چیست؟

به بالاترین سطح زون اشباع از آب زیرزمینی، سطح ایستابی می‌گویند.

حریم چاه چیست؟

حریم چاه، محدوده لازم برای بهره‌مندی کامل از پتانسیل برداشت آب است. حفر چاه‌های دیگر در این حریم، کیفیت و کمیت آب را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ضابطه شماره ۷۴۷ سازمان برنامه و بودجه کشور با عنوان «دستورالعمل تعیین محدوده (حریم) چاه‌ها و قنوات»، مبنای تعیین حریم کمی منابع زیرزمینی (چاه‌ها و قنات‌ها) است. بر اساس ماده ۱۳۷ قانون مدنی، حریم چاه برای آب خوردن، ۲۰ گز (۲۰/۸ متر) و برای زراعت، ۳۰ گز (۳۱/۲ متر) است.

دبی چاه چیست؟

آبدهی یا دبی چاه، میزان حجم آب قابل برداشت در واحد زمان است. دبی چاه‌های آب معمولا با واحد مترمکعب بر ساعت یا گالن بر دقیقه بیان می‌شود.

مخروط افت چاه چیست؟

هنگام پمپاژ آب از درون چاه‌ها، سطح ایستابی و یا پیزومتری کاهش می‌یابد. به این ترتیب، در اطراف چاه‌ها، آب زیرزمینی، شکل مخروطی به خود می‌گیرد. به این شکل مخروطی، «مخروط افت» (Depression Cone) می‌گویند.

کول چاه چیست؟

کول، قطعه‌ای بتنی است که به منظور نگهداری از دیواره چاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مادر چاه چیست؟

مادر چاه، به عمیق‌ترین و آخرین چاه حفر شده در یک سیستم قنات می‌گویند.

حریم چاه‌های آب چقدر است؟

حریم چاه برای آب خوردن، ۲۰ گز (۲۰/۸ متر) و برای زراعت، ۳۰ گز (۳۱/۲ متر) است.

مبنای تعیین حریم چاه‌های آب در ایران چیست؟

ضابطه شماره ۷۴۷ سازمان برنامه و بودجه کشور، مبنای تعیین حریم چاه‌های آب مبنای تعیین حریم چاه‌های آب است.