حفر الآبار في الاقتصاد
البئر well هو ثقب أو ممر (حفرة أسطوانيّة) غالباً ما يكون عمودياً، يُحفر في الأرض عبر الصخور لاستخراج المياه الجوفية أو البترول أو الغاز، من باطن الأرض إلى السطح، بقطر مناسب وعمق كبير. .
لمحة تاريخية
(الشكل-1) رسم تخطيطي لبئر
يرجع اكتشاف الآبار إلى أيام المصريين القدامى، وقد اشتهروا بطريقة الحفر اللولبي للآبار، التي تطورت فيما بعد، واستعملت في الصناعات المعدنية وحفر آبار المياه والبترول والغاز. وتميّزت بلاد الشام وما بين النهرين بالآبار المحفورة يدوياً ذات الأعماق السطحية (القليلة نسبياً)، إذ استخدمت في سد الحاجات المنزلية، وكانت تُغلف بوساطة الأخشاب أو الصخور أو المعادن. كما اشتهرت بلاد فارس بالآبار النفقيّة التي انتشرت في مناطق آسيا وإفريقيا وجنوب أُوربا، وتُعد أُولى الدول التي وجد فيها هذا النوع قبل ثلاثة آلاف عام. وفي الولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا ظهرت الآبار الأفقيّة وانتشرت في عدة مناطق.
تصنيف الآبار
تُصنف الآبار بحسب الغرض من حفرها إلى ما يأتي:
1- الآبار الاستكشافيّة: تُحفر من أجل التحري عن المياه الجوفية أو البترول.
2- الآبار الإنتاجيّة: تُحفر من أجل استثمار المياه الجوفية أو البترول.
3- آبار المراقبة: تُحفر من أجل مراقبة تذبذبات مستوى السائل، وتُستعمل لإجراء تجارب الضخ.
4- آبار التطعيم الاصطناعي: تُحفر بغرض تغذية المياه الجوفية صناعياً.
طرق حفر الآبار
تُحفر الآبار السطحية عادةً يدوياً بالأدوات البدائية البسيطة المعروفة، أما إذا كانت عميقة فتُستخدم الطرائق الآتية:
(الشكل-2) طريقة الحفر بالدق (الشكل-3) طريقة الحفر الدوراني
1- طريقة الحفر بالدق: تُحفر الآبار بهذه الطريقة بالإسقاط المتكرر لريشة حفر ثقيلة بشكل إزميل إلى أسفل البئر، لتحطيم الصخور المتماسكة والحصى والتراب والرمال. ويُحفر بشكل متقطع وعلى مراحل، لإتاحة الفرصة لتحريك المواد المتكسرة بوساطة صمام الحفر النازح (المنزحة)، ويتغير طول ريشة الحفر من متر واحد في حال الآبار ذات الأقطار الكبيرة إلى بضعة أمتار في حالة الآبار ذات الأقطار الصغيرة، أما المنزحة فتتكون من مقطع أنبوبي يلتصق به صمام عند القعر، يغلق الصمام تحت تأثير ثقل الماء والفتات الصخري اللذين يعلوانه في أثناء رفع المنزحة مما يمنعها من الخروج، ثم تُرفع إلى السطح بعد امتلائها بالمواد الصخرية، وتفريغها. وتراوح أطوالها ما بين 3-9 أمتار تقريباً، وذات أقطار مختلفة الأبعاد، وسعتها ما بين 0.07-3.4 م3 تقريباً، ويُدور سلك الحفر ليتمكن الدقاق من تكوين حفرة مستديرة، ويجب أن يضرب الدقاق قاع البئر باستمرار. ويُضاف الماء إلى البئر لتبريد ريشة الحفر وتخفيف الاحتكاك، ويشكل مع قطع المواد المحطمة عجينة تُستخرج من البئر كل 121-152 سنتيمتراً، وتعتمد سرعة الحفر على نوع الصخر ووزن وقطر ريشة الحفر وعدد الضربات أو الدقات بالثانية وأيضاً الخبرة العملية. تُعد تكاليف الحفر بالدق رخيصةً مقارنةً بتكاليف الحفر الدوراني إلا أنها تحتاج إلى وقت أطول (الشكل-2).
2- طريقة الحفر الدوراني: تختلف هذه الطريقة عن طريقة الحفر بالدق اختلافاً كلياً، فالثقّاب مثبت مع قضيب الحفر الذي يدور باستمرار، وتغذى حركته الدورانية المستمرة من محرك وتجهيزات خاصة، موضوعة بالقرب من فوهة البئر من الأعلى، وقد صُنع الثقاب بشكل يلائم نوع العمل، فهو يأخذ شكل ذيل السمكة للاستخدام في تربة قليلة القساوة، أما في الأحجار والصخور القاسية، فيأخذ الثقاب أشكالاً مختلفةً، وكثيراً ما يكون الثقاب مُجهزاً برؤوس ماسية. أما قضيب الحفر المثبت به الثقاب من الأسفل فهو أنبوب سميك الجدران، يصل إلى10 أمتار عمقاً، ويُسمى أيضاً قضيب الثقل، ووظيفته زيادة الضغط على الثقاب في أثناء الحفر بوساطة الحركة الدورانية والمحافظة على خط الحفر، وعدم الانحراف عن الطريق الشاقولي. وتتألف تجهيزات الحفر الدوراني من ثلاثة أقسام رئيسية:
أ ـ أجهزة الحفر مع المحرك.
ب ـ المضخات التي تعمل على ضخ السائل الذي يحمل فُتات الصخر، ويُسمى سائل الحفر (المُعلق).
ت ـ برج الحفر المُزود برافعة من أجل رفع قضيب الحفر.
تُنقل الحركة بوساطة عمود يُسمى العمود الآخذ، وهو مضلع، ويثبت في النهاية العلوية بقضيب الحفر ويمر من وسط رحى الدوران، التي تتألف بدورها من صفيحة معدنية مُسندة إلى سطحية الحفر، وتنقل الحركة الدورانية إليها من المحرك، إذ تدور الرحى ويدور معها العمود الآخذ، ومن ثمَّ قضيب الحفر، فتصل الحركة إلى الثقّاب المُثبت في نهاية قضيب الحفر. يمر العمود الآخذ عبر الرحى تدريجياً إلى أن يبلغ عمق الحفر طول القضيب الآخذ، ثم يُفصل العمود الآخذ عن قضيب الحفر ويُوضع بينهما أنبوب آخر وهكذا. ويُخرَج الفُتات الناتج عن الحفر، بعد رفع لزوجته بإضافة الماء الطيني إليه. يُضخ هذا المُعلق باستمرار عبر أنبوب الحفر ويُخرج من فتحة مناسبة في الثقاب تحت ضغط مرتفع ليحمل معه فُتات الحفر وبعد أن يخرج المُعلق حاملاً معه فُتات الحفر إلى الأعلى، يُترك سائل الغسل حتى يُرقد في حفرةٍ مُناسبة ثم يُعاد استعماله مرة ثانية،تقتصر وظيفة المُعلق على إبعاد فُتات الحفر بل يُبرد الثقاب ويُزيت أنبوب الحفر. عند الوصول إلى عمقٍ معينٍ 5-30 متراً، يُغلف ثقب الحفر من الداخل بوساطة أنابيب فولاذية، ويُثبت مع جدران ثقب الحفر بالإسمنت (الشكل -3).
3- طريقة الحفر الدوراني العكسي: تُشبه طريقة الحفر الدوراني العكسي طريقة الحفر الدوراني العادي، غير أن دورة سائل الحفر تكون بالاتجاه المُعاكس، أي إن الضخ يتوجه للأسفل من خلال الفراغ بين أنبوب الحفر وجدار البئر، ويرتفع باتجاه الأعلى من خلال ريشة وأنبوب الحفر.وهذه الطريقة قادرة على حفر آبار ذات أقطار تصل إلى 122 سنتيمتراً في التكوينات غير المتماسكة.
4- طريقة الحفر الدوراني الهوائي: تُشبه طريقة الحفر الدوراني العادي، ولكن يتكون سائل الحفر من هواءٍ جافٍ ورذاذٍ مائي ورغوةٍ وطينٍ هوائي أو سوائل أخرى أخف من الماء. ويجب أن تكون سرعة الدوران في الهواء الجاف عاليةً وكفاية، للحصول على سرعات باتجاه الأعلى10 ـ30 متراً/بالثانية، في الفراغ الحلقي بين أنبوب الحفر وجدار البئر لرفع الفُتات الصخري. وأهم أسباب استعمال الهواء أو سائل الحفر الخفيف هو زيادة سرعة الحفر. وتُستعمل هذه الطريقة في الصخور المُحطمة، ويُستعمل سائل حفر ذو نوعٍ رغوي مع الهواء عند تدفق المياه الجوفية من البئر، وتُفصل الرغوة الصلبة في أثناء الحفر في الطبقات غير المُتماسكة.
5- طريقة الحفر الدوراني - الدقّاق: وهي طريقة تجمع بين الطريقتين: الحفر بالدق والدوراني. يُعطي المثقب حركةً تردديّة بسعةٍ وذبذبةٍ مُعينتين بوساطة هزازاتٍ أو مطارقٍ هزازةٍ مُركبة على السطح، أو بوساطة مُحركاتٍ قاعيةٍ موضوعة فوق المثقب. وعند حفر الآبار العميقة يعطي المثقب من السطح وعليه، بينما تنتج الحركة الترددية للمثقب بوساطة مُحركات قاعٍ هدروليكية أو هوائية أو بوساطة توربينات هزازة. ومن أوسع هذه الوسائل انتشاراً التوربينات الهدروليكيّة الهزازة ذات الصمام، لما تبديه من كفاءةٍ مميزةٍ في عمل المثقب عند حفر الصخور الصلبة وشديدة الصلابة.
إكمال الآبار وتجهيزها
يتمثل إكمال البئر وتجهيزها، بتهيئتها بعد انتهاء عملية الحفر لاستقبال المياه الجوفية وتأمين دخولها بأقل مقاومة ممكنة داخل التغليف وحوله، وتغليف البئر بمواسير التغليف المصنوعة من الحديد غير المصقول أو من الفولاذ أو من سبائكه أو من النحاس، وذلك للأسباب الآتية:
1 ـ منع انهيار الحفر.
2 ـ تجنب دخول الماء غير المرغوب إلى داخل البئر.
3 ـ منع تسرب الماء النظيف من البئر إلى التربة السطحية.
4 ـ تجنب اختلاط التربة من جوانب البئر مع الماء.
تطوير الآبار
يهدف تطوير الآبار إلى زيادة سعتها النوعية ورفع كفاءتها وإطالة عمرها. وتتم هذه العملية بعد الانتهاء من حفرها وإكمالها، وتُعد المرحلة النهائية من مراحل تجهيز الآبار للضخ، وتُساعد على إزالة الرمال والمواد الناعمة من المياه المُحيطة بالمصافي ومقاطع التغليف المُثقبة والقضاء على الجراثيم (البكتريا) والكائنات الحية الدقيقة الأخرى في البئر.
صيانة الآبار وترميمها
إن آبار المياه الجوفية التي تُغلَف وتُطوَّر على أسسٍ علميةٍ صحيحةٍ، كاختبار المصافي ومواسير التغليف وغيرها، تُعطي كمياتٍ ضئيلةٍ من المياه مع مرور الزمن وتقل كفاءتها،وتُعزى مشكلة تراجع كميات المياه إلى الأسباب الآتية:
ـ انخفاض مستوى المياه الجوفية.
ـ تآكل المضخة وتلفها وانسداد أجزائها.
ـ تآكل المصافي ومواسير التغليف المُثقبة وتلفها وانسدادها بمخلفات التآكل والكائنات الدقيقة.
ـ انسداد المصافي وثقوب مواسير التغليف بالطين والرمال والأتربة والمواد الناعمة.
طرائق إصلاح الآبار ومُعالجتها
تكون مُعالجة الآبار وإصلاحها بالطريقتين الآتيتين:
ـ الطريقة الميكانيكية: تعتمد هذه الطريقة على سحب المصافي ومواسير التغليف من البئر وتنظيفها أو استبدالها، ثم إعادتها إلى البئر.
ـ الطريقة الكيمياوية: وهي عملية مُعالجة المصافي ومواسير التغليف وأجزاء المضخة المسدودة باستعمال الحموض والمواد الكيمياوية الأخرى من دون إخراجها من البئر.
تعقيم الآبار
وهي المرحلة التي تلي تجهيز الآبار للضخ، وتهدف إلى قتل الجراثيم والفيروسات التي ربما دخلت إلى البئر في أثناء الحفر أو التغليف أو في أثناء وضع المصافي، ويمكن دخول الكائنات الحيّة المجهرية من سطح الأرض إلى البئر بوساطة اليد البشرية أو بوساطة الحيوانات أو نتيجة تسرب المياه السطحية المُلوثة والمواد الأخرى إلى البئر.
استخدامات حفر الآبار
يُستخدم حفر الآبار إضافةً لاستخراج المياه والبترول والغاز في عدد من جوانب الحياة:
1- في استخراج الفحم والتعدين: تُحفر الآبار للأغراض الآتية:
ـ البحث عن الثروات المعدنية الصلبة واستكشافها.
ـ تهوية المناجم وتصريف المياه وتدعيم الممرات المنجمية.
ـ إطفاء الحرائق في باطن الأرض.
ـ أعمال التفجير لاستخراج الثروات المعدنية على سطح أو باطن الأرض.
2- في الصناعات الكيمياوية: تُحفر الآبار لاستخراج المياه المعدنية الحاوية على نسب عالية من الأملاح المُختلفة كالبروم واليود والمواد الكيمياوية الأخرى.
3- في مجال الإنشاءات الصناعية والمدنية: تُحفر الآبار عند مواقع الطرق الرئيسية والسكك الحديدية، وفي المواقع المُقترحة لإنشاء السدود والجسور والمصانع والمنازل.
4- في مجال الطب والعلاج: تُحفر آبار مياه معدنية علاجية (المياه الكبريتية).
عدنان يوسف عبود
رد مع اقتباس