تاریخچه حفر چاه و گمانه بسیار قدیمی است و پیشینیان برای جستجوی آب در دشتها و دره‌ها به حفر گمانه می‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه به صورت آرتزین خارج شده و یا چهارپایان کار آبکشی را انجام می‌دادند. تا آنجا که تاریخ نشان می‌دهد قدیمیترین گمانه‌ها در چین حفر شده و سیستم حفاری ضربه‌ای که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، همان طریقه قدیمی است که در چین متداول بوده است. با پیشرفت تکنولوژی و کشف نفت، عمق حفر چاهها و گمانه ها با به کاربردن وسایل و تجهیزات و ماشین آلات حفاری در انواع و استانداردهای مختف بیشتر و بیشتر گردید به طوریکه در حال حاضر صحبت از استخراج آب از چاههای ژرف مسطح شده است.در این نوشته سعی شده است انواع روشهای حفاری در چاههای آب و نفت به اختصار توضیح داده شود:
حفاری دستی (Handy Drilling)
حفاری دستی قدیمی و ابتدایی ترین روش حفر چاه های آب به شمار می‌روند که در گذشته، بیشتر از امروز متداول بوده و مورد استفاده واقع می‌شدند. در روستاهای ایران چاه های دستی زیاد است و از آب آن برای مصارف شرب استفاده و یا دام استفاده می‌شود. همچنین برای ساخت قنات با حفاری دستی، میل چاهها و کوره های قنات حفر می شده اند.چاه های دستی را اغلب در رسوبات آبرفتی و با وسایل ابتدایی (کلنگ و بیل) تا عمق برخورد به سطح آب زیرزمینی و تا چند متری زیر آن حفر می‌کنند. حفر چاه با دست در اعماق زیاد، با مشکلات فراوان از جمله کمبود اکسیژن برای تنفس و یا ریزش دیواره های چاه همراه است، لذا این چاه ها را اغلب در نقاطی حفر می‌کنند که عمق برخورد به سطح آب زیرزمینی زیاد نباشد و همچنین به منظور ایمنی و جلوگیری از ریزش دیواره ی چاه، آن را توسط تخته سنگ، آجر، بتون و یا لوله جدار پوشش می‌دهند.
حفاری اوگر (Auger Excavation)
اوگر نوعی مته است که برای انجام حفاری های گمانه به منظور ارزیابی خاک منطقه استفاده می شود.در انواع پروژه های عمرانی بزرگ مانند احداث پل، سد، بزرگراه، خط آهن و ساختمان های بزرگ از این روش حفاری استفاده می شود.اوگر نوعی میله مارپیچی است که هم زمان با نفوذ به داخل زمین، باعث خارج شدن مواد حفاری نیز می شود.به همین دلیل حفاری با این روش از سرعت بالایی برخوردار است.اوگرها به دو گروه دستی و ماشینی تقسیم می شوند. در اوگر دستی، اعمال فشار با استفاده از نیروی انسانی انجام می شود. اما در اوگر ماشینی فشار لازم برای نفوذ مته به دل زمین را دستگاه ها تامین می کنند. اوگرها با قطرهای مختلفی تولید می شوند که برای انواع حفاری می توان از آن ها استفاده کرد.
حفاری با بیل مکانیکی (Excavator)
حفاری مکانیکی با استفاده از ابزار‌هایی مانند بیل‌های مکانیکی برای پروژه‌های بزرگ، به طور گسترده استفاده می‌شود. این روش به دلیل سرعت بالا و امکان جابجایی حجم زیادی از خاک در زمان کوتاه، بسیار محبوب است. در این نوع حفاری با توجه نیاز به ابزارهای بزرگ و تخصص در استفاده، سرعت بالای عملیات، توانایی کار در شرایط مختلف خاک، مناسب برای پروژه‌های عمرانی گسترده از مزایای آن است اما دقت کمتر در عملیات حفاری و عمق کم حفاری را می توان از عیوب اصلی آن درنظر گرفت.
حفاری دورانی (Rotary)
در این روش، مته حفاری ضمن چرخش، باعث حفر چاه می شود. در روش حفاری چرخشی ، یک ماده مخصوص به نام گل حفاری (Drilling Mud) و یا یک نوع ماده فوم مانند مخصوص، در حین چرخش، از داخل سرمته در کف چاه وارد چاه شده و به از بالای چاه خارج می شود. این کار نقش خنک کاری نوک مته و همینطور خروج ذرات خرده های حفاری از داخل چاه را به عهده دارد. همچنین فشار بالای گل حفاری مانع از ریزش دیواره چاه می شود. پس از پایان حفاری جداره چاه به منظور خارج کردن گل حفاری و ته مانده های خرده های حفاری شستشو می شود. پس از پایان این عملیات به منظور جلوگیری از ریزش دیواره چاه، لوله جدار فلزی به درون چاه رانده می شود.
این روش در حفر چاه در رسوبات ریزدانه و ریزشی و همچنین حفر چاه های عمیق مناسب است. در آبرفت درشت دانه فشار زیاد گل حفاری مجاری آب را مسدود کرده و باعث کمتر شدن آبدهی چاه از مقدار واقعی می شود. این موضوع برای حفاری در سازندهای کارستی نیز صادق است. در سازندهای کارستی به جای گل حفاری از فوم استفاده می شود.
حفاری ضربه ای یا کابلی (Percassion)
در این روش مته حفاری که به صورت یک استوانه سنگین و بلند است و با کابل به دستگاه متصل است به صورت متناوب از کف چاه تا ارتفاع خاصی به بالا آورده شده و رها می شود. ضربه حاصل از سرمته سنگین دستگاه باعث خرد شدن سازند های کف چاه می شود. خرده های حفاری حاصل شده از طریق گل کش به بیرون منتقل می شود. پس از پایان این عملیات به منظور جلوگیری از ریزش دیواره چاه، لوله جدار فلزی به درون چاه رانده می شود.
روش حفاری ضربه ای مناسب حفر چاه آب در رسوبات دانه درشت و بدون ریزش است. در صورت ریزشی بودن جداره چاه می بایست از روش حفاری دورانی که در ادامه معرفی می شود، استفاده نمود.هزینه حفاری چاه به روش ضربه ای کمتر از حفاری چرخشی است.
حفاری مغزه گیری (Corebarrel)
در این روش که نوعی حفاری دورانی به شمار می رود بیشتر برای بدست آوردن نمونه های خاک و سنگ برای مطالعات ژئوتکنیک انجام می شود در حین حفاری به طور همزمان یک کور بارل یا مغزه گیر در انتهای میله حفار با سرمته دورانی جایگزینی می‌شوند. همزمان با چرخش مغره گیر و حرکت آن به سمت پایین سرمته یک مقطع حلقه ای از خاک یا سنگ را برش می‌دهد.این مقطع که مغزه نام دارد به داخل محفظه داخلی حرکت نموده و هنگامی که محفظه مغزه گیر پر شد حفاری متوقف شده و محفظه مغزه گیر از داخل گمانه بیرون آورده می‌شود. با باز نمودن محفظه مغزه گیر یک نمونه پیوسته از خاک یا سنگ به دست می‌آید. این روش به دو صورت متریک و وایرلاین انجام می گیرد که تفاوت کار در خارج کردن مغزه گیر از درون گمانه می باشد.
حفاری الکتریکی (Electro Drilling)
روش الکتروحفاری یا حفاری الکتریکی یک تکنیک جدید برای حفاری چاههای نفت است. در این روش از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنند و به کمک انرژی برق مستقیم مته‌ها و برش‌دهنده‌ها را به درون زمین هدایت می‌کنند. این تکنیک جدید اکتشاف نفت و گاز را بسیار راحت کرده، زیرا موتور الکتریکی نیروی مستقیم را به مته می‌دهد. از این روش برای حفاری در مناطق با شرایط پیچیده زمین شناسی استفاده می‌کنند.
حفاری لیزری (Laser Drilling)
اصل کار حفاری لیزری در صنعت نفت و گاز شامل استفاده از پرتوهای لیزر پرانرژی برای حذف یا نفوذ به سازندهای سنگی زیرسطحی است. این فرآیند معمولاً شامل تولید لیزر از یک منبع لیزری با انرژی بالا برای تولید یک پرتو نور متمرکز می باشد.حفاری لیزری تقریبا ماهیتی مشابه با حفاری چاه نفت به روش چرخشی دارد. با این تفاوت که به جای مته چرخشی از لیزر برای شکافتن و خرد کردن سنگ ها در دل زمین استفاده می شود.سایر بخش های این دو روش حفاری کاملا شبیه به هم هستند.
حفاری با فشار آب ( Water Pressure Drilling )
حفاری با فشار آب شامل تزریق آب، ماسه و مواد شیمیایی با فشار بالا به داخل چاه برای شکستن سازه‌های داخلی آن است. این شکستگی ها به نفت و گاز اجازه می‌دهد تا آزادانه در چاه جریان پیدا کنند.
حفاری جهت دار (Directional Drilling )
حفاری جهت دار عمل دستیابی به ذخایر زیرزمینی نفت یا گاز با حفاری در جهت غیر عمودی است. در حفاری جهت‌دار از یک مسیر منحنی برای هدایت مته استفاده می‌کنند تا چاه پهن‌تر شود. از این تکنیک برای چاه‌هایی استفاده می‌کنند که نیاز نیست عمیق حفاری شوند. این تکنیک به دنبال تکنیک حفاری چرخشی کاربرد دارد. یکی دیگر از تجهیزات موردنیاز در حفاری جهت‌دار، استفاده از دستگاه‌های ردیابی مسیر حفره چاه است.چاه را با استفاده از روش جهت‌دار می‌توان تا ۹۰ درجه هم منحرف کرد. حفر تعداد زیادی چاه از یک سکو مزیت مهم حفاری جهت‌دار است. حفاری جهت دار راندمان استخراج نفت و گاز را افزایش می دهد و همچنین می تواند اثرات زیست محیطی حفاری را کاهش دهد و همچنین هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
سایر روشهای حفاری ( Other Methods )
از دیگر روشهایی که در حفاری چاههای آب ، نفت ، گمانه های شناسایی ژئوتکنیک ، تونلها و … استفاده می شود می توان به روشهای حفاری دو جداره با گردش معکوس، حفاری ساحلی، حفاری چکشی در معادن، حفاری توربینی، حفاری تی بی ام (TBM) در تونلها، حفاری شستشویی و … اشاره کرد.
