فرادرسمغزه گیری چیست؟ – در زمین شناسی و به زبان ساده
کرگیری یا مغزه گیری، فرآیند حفاری زمین یا بتن و تهیه نمونههای استوانهای برای انجام آزمایش خواص مقاومتی، کانی‌شناسی و سنگ‌شناسی مواد برجا است. تقریبا در تمام پروژه‌های نفتی، عمرانی، معدنی و ژئوتکنیکی، مغزه‌ها، به عنوان نمونههای استاندارد به منظور انجام آزمون‌های صحرایی یا آزمون‌های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نمونه‌ها، توسط تجهیزات حفاری مخصوص به دست می‌آیند. مغزهگیری، از اصلی‌ترین فعالیت‌ها در مطالعات زمین‌شناسی و اکتشافی است. در این مقاله، به معرفی فرآیند مغزه گیری، اصطلاحات، کاربردها، روش‌ها و تجهیزات تهیه مغزههای سنگی می‌پردازیم.
مغزه گیری یا کرگیری چیست ؟
مغزه گیری یا اصطلاحا «کُرگیری» (Coring یا Core Drilling)، فرآیند حفاری زمین برای به دست آوردن نمونههای معرف است. البته در پروژه‌های عمرانی نظیر اجرای سازه‌های بتنی، از بتن سخت مغزه گیری میشود. در پروژه‌های نفتی، ژئوتکنیکی و معدنی، شناخت خواص مقاومتی لایه‌های زیرین سطح زمین، اهمیت بسیار زیادی دارد. سنگ‌های سطحی، گزینه خوبی برای قضاوت در مورد لایه‌های پایینی یا حتی تخمین ویژگی‌های این لایه‌ها نیستند. بنابراین، مطالعه زمین‌شناسی یک منطقه، معمولا با حفر گمانه‌های اکتشافی در زمین و بیرون کشیدن چندین نمونه انجام می‌گیرد.
تاریخچه مغزه گیری، به «پروژه حفاری دریای عمیق» (Deep Sea Drilling Project) بین سال‌های ۱۹۶۸ تا ۱۹۸۳ میلادی (بین سال‌های ۱۳۴۶ تا ۱۳۶۱ شمسی) بازمی‌گردد. پس از موفقیت این پروژه در به دست آوردن نمونههای ارزشمند از اعماق زمین، مغزه گیری به سرعت در حوزه‌های دیگر نیز رواج یافت. از آن دوران تا به امروز، صدها هزار مغزه در پروژه‌های مختلف از اعماق زمین به دست آمده‌اند.
مغزه یا کُر چیست ؟
مغزه یا اصطلاحا «کُر» (Core)، نمونه‌ای استوانهای از لایه‌های زیرین زمین است که طی عملیات حفاری، به سطح زمین منتقل میشود. قطر مغزه‌ها، به قطر مته حفاری بستگی دارد. این اندازه، معمولا بین ۵۰ تا ۷۵ سانتی‌متر است. البته برخی از دستگاه‌ها، مغزه‌هایی با قطر ۲۵ تا ۲۲۰ سانتی‌متر به دست می‌آورند. مغزههای حاصل از فرآیند کرگیری، مانند تصویر زیر، در جعبه‌های مخصوص قرار داده می‌شوند. چینش این نمونه‌ها، بر اساس ترتیب حفاری و از بالا چپ تا پایین راست است.
چینش مرتب نمونه‌ها در جعبه، باعث درک بهتر ترتیب لایه‌های زمین و مطالعه مغزه‌ها میشود. حفاری مغزههای موجود در یک جعبه، همیشه در یک سیکل حفاری به اتمام نمی‌رسد. به عنوان مثال، ممکن است پس از دو متر حفاری، عملیات متوقف شده و ادامه مغزه گیری در سیکل بعدی انجام شود. به منظور مشخص کردن این موضوع، در آخر نمونههای هر سیکل، یک بلوک چوبی قرار می‌دهند.
بلوک‌های چوبی بین مغزه‌ها، دارای نوشته‌هایی برای نمایش عمق اتمام یا توقف حفاری، میزان حفاری و بازیابی مغزه هستند. در برخی از مواقع، مواد نرم توسط آب مورد استفاده برای حفاری شسته نمی‌شوند یا به هر طریق دیگری از دست می‌روند. در این شرایط، بازیابی مغزه‌ها بسیار پایین خواهد بود و بلوک‌های چوبی نزدیک به هم قرار می‌گیرند. اگر در یک سیکل حفاری، بازیابی مغزه برابر با صفر باشد، بلوک‌های چوبی در کنار هم قرار داده می‌شوند. بررسی بازیابی مغزه و اطلاع‌رسانی آن به زمین‌شناس، بر عهده تیم حفاری است.
به تجهیزات مکانیکی مورد استفاده برای حفاری زمین و مغزه گیری، دکل حفاری یا ماشین چال‌زنی می‌گویند. هر چه عمق حفاری بیشتر شود، قطر لوله دستگاه حفاری کاهش می‌یابد. در اعماق نزدیک به سطح زمین، مغزه گیری با قطرهای ۷۵ تا ۱۰۰ میلی‌متر انجام میشود. با رفتن به لایه‌های پایین‌تر، قطر لوله را به مرور کم می‌کنند؛ چراکه حفاری در اعماق بیشتر، دشوارتر است.
اهمیت مغزه گیری در زمین شناسی چیست ؟
مغزه گیری، اصلی‌ترین روش نمونه‌گیری از سنگ‌های نرم تا سخت و خاک‌های سیمانی شده است. این عملیات، به منظور درک مشخصات زمین‌شناسی یک ناحیه اجرا میشود. از ساده‌ترین اطلاعات حاصل از مغزه گیری می‌توان به مرز بین لایه‌ها، نوع سنگ هر لایه، شیب لایه‌ها و غیره اشاره کرد. به جمعآوری و مطالعه مغزه‌ها برای اندازه‌گیری مشخصات زمین‌شناسی، برداشت مغزه‌ها یا اصطلاحا «کُر لاگینگ» (Core Logging) می‌گویند.
در برداشت مغزه‌ها، مقیاس مطالعه بسیار مهم حیاتی است. در برخی از مغزه‌ها، اطلاعات جزئی و در برخی دیگر، اطلاعات کلی مد نظر هستند. در صورت صرف زمان اضافی بر روی مطالعه جزئی تمام مغزه‌ها، اطلاعات بسیار زیادی به دست می‌آیند که شاید هیچگاه مورد استفاده قرار نگیرند. به هر حال، اولین قدم برای لاگینگ مغزه‌ها، در نظر گرفتن وضعیت کلی آن‌ها در کنار یکدیگر است. به این ترتیب، با تشخیص بخش‌های مهم‌تر، می‌توان مطالعات دقیق‌تری را بر روی آن‌ها انجام داد.
مغزه‌ها علاوه بر مطالعه جنس و ساختار لایه‌های زمین، به عنوان نمونه آزمایش‌های برجا و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، در آزمایش مقاومت فشاری سه‌محوری سنگ، نمونه مورد استفاده، مغزه‌ای با ابعاد استاندارد است. استاندارد کردن ابعاد مغزه، معمولا بر اساس دستورالعمل‌های آزمایش مورد نظر و با توجه به نسبت طول به قطر آن انجام میشود. اجرای اغلب آزمایش‌های مکانیک سنگ، نیازمند مغزههای استاندارد است.
جدول مغزه گیری چیست ؟
جدول مغزه گیری یا «شیت برداشت مغزه» (Core Logging Sheet)، اطلاعاتی نظیر بازه حفاری، بازیابی مغزه، اکسیداسیون، سنگ‌شناسی، بافت، دانه‌بندی، کانی‌شناسی، ساختار و دیگر مشخصات ظاهری و زمین‌شناسی مغزه‌ها را نمایش می‌دهد. با توجه به نیازهای پروژه، این اطلاعات می‌توانند بیشتر یا کمتر باشند. هر ردیف از شیت مغزه گیری، به یک بازه حفاری اختصاص دارد.
تجهیزات مورد استفاده برای مغزه گیری چه هستند ؟
مغزهگیری، با حفاری زمین انجام می‌گیرد. حفاری زمین، نیازمند ماشین‌آلات مخصوصی است که قابلیت نفوذ به لایه‌های نرم تا سخت را داشته باشند. به این ماشین‌آلات، تجهیزات حفاری می‌گویند. به تجهیزات حفاری، اصطلاحا «ریگ حفاری» (Drill Rig) نیز می‌گویند. این تجهیزات از واحدهای مختلفی نظیر واحد تامین نیرو، دکل، پمپ انتقال سیال و سکوی تثبت تشکیل می‌شوند. تجهیزات حفاری، بر روی سکوی حفاری قرار می‌گیرند. تصویر زیر (از استاندارد ۲۰۱۹۵ ایران)، نمایی از یک دستگاه حفاری مغزه گیری الماسه است.
جدول زیر، بخش‌های مختلف عددگذاری شده در تجهیزات حفاری موجود در تصویر بالا را نمایش می‌دهد.
| عدد | جز | عدد | جز |
| ۱ | پیچ و مفصل | ۲ | قرقره دوبل |
| ۳ | پایه دکل | ۴ | کابل |
| ۵ | طناب مانیلی | ۶ | غلتک بالابر کابل |
| ۷ | هرزگرد آب | ۸ | میله مهار |
| ۹ | بالابر کات‌هد | ۱۰ | کنترل‌ها |
| ۱۱ | انتقال دهنده | ۱۲ | واحد نیرو |
| ۱۳ | پایه جمع‌شدنی | ۱۴ | هرزگرد حفاری |
| ۱۵ | سیلندرهای تغذیه هیدرولیکی | ۱۶ | درجه تنظیم فشار |
| ۱۷ | شیلنگ فشار | ۱۸ | پایه مهار ایمنی |
| ۱۹ | پمپ آب قابل جابجایی | ۲۰ | لوله مکنده |
| ۲۱ | مهار حفاری | ۲۲ | سکوی حفاری |
| ۲۳ | گوه | ۲۴ | اتصال |
| ۲۵ | لوله جلوبر | ۲۶ | گودال ته‌مشست |
| ۲۷ | دریچه و صافی | ۲۸ | روباره |
| ۲۹ | کفشک جلوبر | ۳۰ | نگهدارنده جریان سریع |
| ۳۱ | اتصال میله حفاری | ۳۲ | کفشک نگهدارنده الماسه |
| ۳۳ | میله حفاری | ۳۴ | لوله مغزهگیر |
| ۳۵ | برقو زن | ۳۶ | مته الماسه |
یک دستگاه حفاری، معمولا از بخش‌هایی نظیر واحد تولید نیروی دوران، سیستم بالابر، لوله نگهدارنده، میله‌های حفاری، لوله مغزه گیری، مته، کابل‌ها و پممپ‌های گرداننده گل حفاری تشکیل میشود. البته ابزار مخصوص بالا کشیدن، اتصال و جداسازی رشته‌ها نیز در بسیاری از تجهیزات حفاری متداول هستند. توجه داشته باشید که با توجه فناوری مورد استفاده در تجهیزات حفاری، امکان متفاوت بودن موارد ذکر شده با بخش‌های مختلف تجهیزات وجود دارد. در ادامه، به تعریف برخی از اصطلاحات متداول مبحث مغزهگیری و تجهیزات مورد استفاده در آن می‌پردازیم.
گمانه چیست ؟
«گمانه» (Borehole)، حفره‌ای با قطر کم و عمق زیاد است که به منظور دستیابی به اطلاعات مورد نیاز برای طراحی، ساخت و نگهداری سازه‌ها، دسترسی مستقیم به ماده معدنی یا نمونه‌‌برداری حفر میشود.
لوله نگهدارنده چیست ؟
در برخی از گمانه‌ها، امکان ناپایداری دیواره یا کف و ریزش آن‌ها به درون گمانه وجود دارد. دیواره برخی دیگر از گمانه‌ها نیز در حین حفاری جمع می‌شوند و میله حفاری را تحت فشار قرار می‌دهند. «لوله نگهدارنده» یا اصطلاحا «کیسینگ» (Casing)، یکی از اجزای اصلی دستگاه‌های حفر گمانه است که به منظور نگهداری دیواره گمانه‌های ریزشی/فشارنده و جلوگیری از هدررفت سیال حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
لوله مغزه گیر چیست ؟
«لوله مغزهگیر» (Core Barrel)، یک لوله توخالی است که به منظور جمعآوری مغزههای حاصل از حفاری به کار می‌رود. لوله مغزهگیر، درون لوله نگهدارنده قرار می‌گیرد. با توجه به نوع تجهیزات حفاری، طول لوله مغزهگیر می‌تواند با طول لوله نگهدارنده برابر یا از آن کوچکتر باشد.
میله حفاری چیست ؟
«میله حفاری» یا اصطلاحا «راد حفاری» (Drill Rod)، لوله‌های فولادی توخالی هستند که از یک طرف به واحد تامین نیرو و از طرف دیگر به مته حفاری یا لوله مغزهگیر متصل می‌شوند. به عبارت دیگر، میله‌های حفاری، وظیفه انتقال نیروی مورد نیاز برای ایجاد حفره را بر عهده دارند.
اورشات چیست ؟
«اورشات» (Overshot)، مکانیزم قفل‌کننده‌ای است که در حفاری به روش کابلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مکانیزم، در انتهای کابل بالابر تعبیه شده و برای قفل/باز کردن مته پیشرو یا لوله‌های مغزهگیر به کار گرفته میشود.
مته پیشرو چیست ؟
«مته پیشرو» (Pilot Bit)، قطعه‌ای سخت‌بر، مخروطی یا الماسه است که در روش حفاری کابلی به انتهای میله حفاری متصل میشود.
کابل حفاری چیست ؟
«کابل حفاری» (Wireline)، یک کابل ساخته شده از رشته‌های فولادی است که به منظور بالا و پایین بردن لوله مغزهگیر، میله حفاری یا سایر تجهیزات مورد نیاز داخل گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
انواع روش های مغزه گیری چه هستند ؟
معیارهای مختلفی برای تقسیم‌بندی روش‌های مغزه گیری وجود دارد. به عنوان مثال، از انواع روش‌های مغزه گیری بر اساس تجهیزات مورد استفاده می‌توان به مغزهگیری با دستگاه حفاری کابلی و مغزهگیری با دستگاه حفاری چرخشی اشاره کرد. روش‌های مغزهگیری بر اساس محیط مورد حفاری نیز به مغزه گیری نرم و مغزه گیری سخت تقسیم می‌شوند.
خیلی مفید هست با تشکر از شما .
زنده باد
خیلی به دردم خورد یه پروژه اکتشافی بهم سپردن منم سر کنجکاوی قبول کردم