BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC
BÀI 3: KHOAN THĂM DÒ
KHAI THÁC NƯỚC
CBGD : ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH
ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG
ThS. BÙI TỬ AN
Bộ môn : Khoan và Khai thác
Tel : 84-8-8654086
NỘI DUNG MÔN HỌC
Bài 3:
KHOAN THĂM DÒ KHAI THÁC NƯỚC
I. Nội dung và yêu cầu thực tập
II. Cơ sở lý thuyết
2.1. Phân loại giếng
2.2. Các phương pháp khoan
2.3. Các yêu cầu của giếng khoan thăm dò - khai thác nước
2.4. Công nghệ khoan, kết cấu giếng, mở vỉa, gọi dòng và
bơm thí nghiệm
III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức
BM. KHOAN & KHAI THÁC
189
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
(cid:137) Nội dung:
(cid:153) Tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước
(cid:153) Công tác chuẩn bị thi công giếng khoan
(cid:153) Địa tầng và cấu trúc giếng
(cid:153) Quy trình công nghệ thi công giếng khoan
(cid:153) Các phương pháp hoàn thiện giếng và gọi dòng sản phẩm
(cid:153) Các phương pháp bơm thí nghiệm và khai thác sản phẩm
(cid:153) Ghi chép số liệu tại hiện trường
BM. KHOAN & KHAI THÁC
190
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
(cid:137) Yêu cầu thực tập:
(cid:153) Ghi chép chung về buổi thực tập (ngày thực tập, địa điểm, đặc
điểm công trình...)
(cid:153) Ghi chép về tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước
(cid:153) Tham gia, tìm hiểu công tác chuẩn bị trước khi khoan
(cid:153) Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ khoan thăm dò
khai thác nước
(cid:153) Tham gia, tìm hiểu và báo cáo quy trình thi công giếng khoan
(cid:153) Tham gia, tìm hiểu và báo cáo về các công tác bơm thí nghiệm
và khai thác sản phẩm
(cid:153) Mô tả cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan tại vị trí thực tập
khoan thăm dò khai thác nước.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
191
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Phân loại giếng và các phương pháp khoan
2.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với giếng khoan
2.3. Công nghệ khoan
2.4. Tính toán sơ bộ về ống lọc
2.5 Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
2.6 Trám giếng khoan
BM. KHOAN & KHAI THÁC
192
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.1. Phân loại giếng và các phương pháp khoan
1. Phân loại giếng khoan
2. Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
3. Khoan xoay thổi khí
4. Khoan xoay rửa nghịch
5. Khoan đập cáp
BM. KHOAN & KHAI THÁC
193
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
1. Phân loại giếng khoan
(cid:137) Tùy theo mục đích sử dụng có thể phân thành các kiểu giếng
khoan thăm dò khai thác nước như sau:
TT KIỂU GIẾNG ỨNG DỤNG
Tìm kiếm phục vụ cho công tác bản đồ tỉ lệ nhỏ 1 Tìm kiếm-đo vẽ bản đồ
Dùng cho mục đích thăm dò nước Thăm dò 2
3 Thăm dò - khai thác Dùng cho việc thăm dò chi tiết và có thể chuyển sang mục đích khai thác được
Khai thác nước Khai thác 4
5
Tháo khô hoặc hạ thấp mực nước Sử dụng để tháo khô hoặc hạ thấp mực nước theo từng cấp phục vụ cho các công trình xây dựng hoặc khai khoáng
Quan trắc 6 Dùng cho giai đoạn thăm dò và thăm dò- khai thác để đánh giá chất lượng và trữ lượng nước
Bơm ép tạo kho chứa ngầm hoặc các dòng chảy ngầm Tăng áp 7
BM. KHOAN & KHAI THÁC
194
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phân loại giếng khoan
BM. KHOAN & KHAI THÁC
195
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phân loại giếng khoan
(cid:137) Tuy có nhiều khả năng ứng dụng trong nền kinh tế Quốc dân
nhưng tất cả các giếng khoan địa chất thủy văn trên áp dụng
các phương pháp khoan sau:
(cid:153) Khoan xoay - rửa thuận
(cid:153) Khoan xoay - thổi khí
(cid:153) Khoan xoay - rửa nghịch
(cid:153) Khoan đập cáp
(cid:137) Ngoài ra người ta còn phân loại giếng khoan theo đường kính
và theo độ sâu …
BM. KHOAN & KHAI THÁC
196
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2. Phương pháp khoan xoay -rửa thuận
(cid:137) Bộ dụng cụ khoan tuần tự
từ dưới lên bao gồm:
(cid:153) Lưỡi khoan hoặc
choòng khoan (13)
đến ống mẫu (nếu có)
(12)
(cid:153) Đầu chuyển tiếp (11)
(cid:153) Cần khoan (9) (10)
(có thể có cần nặng)
(cid:153) Và trên cùng là cần
chủ đạo (7)
BM. KHOAN & KHAI THÁC
197
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phương pháp khoan xoay -rửa thuận
(cid:137) Rửa thuận: đây là một phương pháp rửa mùn khoan ở đáy lỗ khoan, đem mùn từ đáy lên khỏi mặt đất thông qua khoảng không vành xuyến giữa bên ngoài cần khoan và thành trong lỗ khoan.
(cid:137) Như vậy đường đi của dung dịch như sau: nước rửa từ hố dung dịch hút qua ống (5) nhờ máy bơm piston sau đó đẩy qua ống cao áp (4), qua đầu xanhich (6), qua cần chủ đạo (7) và các cần khoan (9) qua ống mẫu (12) và lưỡi khoan (13) làm sạch mùn khoan ở đáy sinh trong khi khoan đem qua khoảng không vành xuyến và đi lên mặt đất qua các máng dẫn, hố lắng mùn và tràn về hố chứa dung dịch.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
198
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phương pháp khoan xoay -rửa thuận
(cid:137) Phương pháp khoan xoay có rửa thường được sử dụng hai kiểu máy khoan là máy khoan có đầu mâm cặp điều khiển áp lực lên đáy bằng thủy lực (áp lực dầu ép) và quay cần chủ đạo nhờ mâm cặp này, kiểu máy khoan này thường là kiểu tĩnh tại đặt trên sắt xi và di chuyển nhờ vào cẩu và xe tải.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
199
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phương pháp khoan xoay -rửa thuận
(cid:137) Loại máy khoan khác là kiểu roto, loại này không có mâm cặp
mà thay bằng bàn roto, cần chủ đạo quay nhờ bàn roto này và
điều khiển áp lực lên đáy lỗ khoan nhờ bộ phanh tời, hệ thống
cáp và toàn bộ hệ cần.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
200
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Phương pháp khoan xoay -rửa thuận
(cid:137) Như vậy trong khoan địa chất thủy văn thì phương pháp khoan xoay rửa thuận sử dụng các thiết bị khoan tĩnh tại và tự hành còn điều áp
lên đáy giếng bằng hai kiểu: thủy lực (mâm cặp - trục spinden) và
phanh tời - hệ cột cần khoan (khoan roto).
(cid:137) Phương pháp khoan roto sử dụng trong khoan địa chất thủy văn phổ biến hơn vì có
tốc độ khoan rất cao, có thể đạt tới 30m/h
thuận lợi cho công đoạn mở vỉa và gọi
dòng tránh được các sự cố sập lờ.
(cid:137) Phương pháp điều áp thủy lực chỉ sử dụng cho các giếng có địa tầng đá cứng và rắn
chắc.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
201
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
3. Khoan xoay thổi khí
(cid:137) Phương pháp này chỉ ứng dụng trong những vùng đất đá
mềm, bở rời nhưng khô, bởi vậy phương pháp này tại Việt
nam rất ít phổ biến cho khai thác nước mà chỉ phổ biến trong
các vùng mỏ khoáng sản cứng.
(cid:137) Về cơ bản, đường đi của khí nén cũng tuần tự như phương
pháp khoan xoay rửa thuận nhưng có một điểm khác cơ bản
là:không sử dụng dung dịch mà dùng khí nén áp suất cao nhờ
máy nén khí.
(cid:137) Kiểu cấu trúc choòng khoan cũng có phần khác để phù hợp
với phương pháp khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
202
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
4. Khoan xoay rửa nghịch
(cid:137) Khoan rửa nghịch hoàn toàn có ưu điểm đặc biệt khi khoan những
giếng nước có đường kính lớn hơn 350-400mm.
(cid:137) Trong khoan rửa nghịch, bộ dụng cụ khoan hoàn toàn tương tự như
khoan rửa thuận nhưng thông thường cần khoan sử dụng kích thước
lớn hơn, cụ thể đường kính thay đổi từ 114-219mm.
(cid:137) Bơm dung dịch cũng sử dụng loại lưu lượng lớn hơn tùy thuộc vào
đường kính và độ sâu giếng khoan thi công.
(cid:137) Nước rửa được bơm nhờ bơm dung dịch đi từ máy bơm đến khoảng
không vành xuyến tới đáy giếng làm sạch mùn khoan và đáy giếng,
sau đó đi vào trong cột cần khoan và đi qua sàn rung tới hố chứa
dung dịch.
(cid:137) Như vậy chu trình đi của nước rửa nghịch ngược với trong trường
hợp rửa thuận.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
203
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
5. Khoan đập cáp
(cid:137) Khoan đập cáp hiện nay rất ít
sử dụng vì nó đạt được tốc độ
khoan thấp, hao tốn năng
lượng, hay bị sự cố và chiều
sâu giếng khoan bị hạn chế.
(cid:137) Choòng khoan hoàn toàn khác
với các phương pháp khoan
xoay, tiết diện ngang của
choòng có các hình chữ I, chữ
thập, hình móng ngựa và mũi
nhọn (pick).
BM. KHOAN & KHAI THÁC
204
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khoan đập cáp
(cid:137) Sự đập trong lỗ khoan được tạo ra nhờ máy khoan có các cơ
cấu tay quay, thanh truyền chuyển động lệch tâm tạo ra các cú
đập của choòng lên đáy (hình vẽ).
(cid:137) Sau mỗi cú đập thì choòng tự xoay đi một góc cố định (khoảng
15 độ) theo chiều tùy theo chiều bện của cáp (cáp thuận và
cáp nghịch).
(cid:137) Như vậy tải trọng lên đáy nhờ vào sự rơi tự do của choòng từ
trên độ cao nhất định cách đáy lỗ khoan (thường độ cao này
trong khoảng 0,8-1,2m).
BM. KHOAN & KHAI THÁC
205
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khoan đập cáp
(cid:137) Tần số đập cũng quyết định đến tốc độ khoan, nếu đập nhanh
quá sẽ dễ xảy ra hiện tượng rối cáp và nếu chậm quá sẽ
không đạt năng suất cao.
(cid:137) Khi đáy giếng khoan nhiều mùn thì tốc độ khoan sẽ chậm lại,
người ta dùng tời kéo choòng lên và dùng tời khác thả ống
múc xuống đáy múc mùn khoan cho sạch đáy.
(cid:137) Như vậy tốc độ khoan được quyết định bởi trọng lượng
choòng, chiều cao nâng choòng, tầng số đập và khả năng làm
sạch đáy.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
206
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.2 Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước
1. Số lượng cột ống chống trong lỗ khoan cần giảm tới mức ít nhất, song phải bảo đảm cách ly tốt những tầng chứa nước không khai thác và gia cố tốt thành lỗ khoan.
2. Gia cố thành lỗ khoan thủy văn không cho phép ít hơn hai cột ống chống, trừ những lỗ khoan ống chống được trám xi măng suốt từ đáy lên tới miệng lỗ khoan.
3. Cần đặt đế của cột ống chống lên tầng đất đá không thấm nước, đế của cột ống khai thác trên tầng đất đá chứa nước.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
207
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước
4. Hiệu hai đường kính ống chống trong và ngoài liên lớn hơn tiếp nhau phải 100mm để bảo đảm trám xi măng quanh cột ống chống có chất lượng tốt.
5. Cột ống chống có thể lấy bớt khi trong lỗ khoan có gia cố lớn hơn 3 cột ống chống và kết quả sau khi lấy bớt cột ống chống không gây ảnh hưởng gì tới tầng chứa nước và thành lỗ khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
208
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước
6. Cột ống chống chỉ cho phép cắt bớt hoặc tháo bớt khi bảo đảm các tầng nước không được khai thác không chảy vào lỗ khoan, đất đá không rơi hoặc sập lở xuống lỗ khoan. Đầu trên đoạn cắt hoặc tháo của cột ống chống phải để lại cao hơn đế của cột ống chống tiếp nó một đoạn lớn hơn 5m.
7. Cấu trúc của loại ống lọc sử dụng phải phù hợp với tính chất của tầng đất đá chứa nước. Trong tầng chứa nước có tính ăn mòn, gây rỉ ống lọc phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn, chống rỉ v.v...
BM. KHOAN & KHAI THÁC
209
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước
8. Đầu trên của đoạn ống nối phần chính ống lọc khi ống lọc đặt chìm trong lỗ khoan phải cao hơn đế ống chống một đoạn lớn hơn 3m; giữa ống chống và đoạn ống nối này phải nắp vòng đệm bịt kín (xem hình cơ cấu ống lọc) để tránh hiện tượng cát sỏi bị lọt vào làm ảnh hưởng tới độ phóng thích nước của tầng. Phần lắng của ống lọc phải có chiều dài lớn hơn 3m.
9. Chú ý khi ống lọc được nối với cột ống chống kéo suốt tới miệng lỗ khoan hay khi tầng đất đá chứa nước có độ nứt nẻ lớn thì không đòi hỏi phải có vòng đệm bịt kín.
10. Đường kính trong của ống khai thác phải lớn hơn đường kính ngoài của máy bơm khai thác ít nhất 40mm nếu máy bơm đặt chìm ở chiều sâu nhỏ hơn 30 - 100m nếu máy bơm đặt chìm ở độ sâu hơn 20m.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
210
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.3. Công nghệ khoan
(cid:137) Khi khoan xoay rửa thuận hoặc nghịch thì tốc độ cơ học khoan được quyết định trực tiếp và gián tiếp bởi 3 thống số chế độ khoan như sau:
1. Tải trọng lên đáy P: thường tính bằng tấn hoặc kg, tải trọng lên đáy phụ thuộc vào đường kính giếng, độ cứng của đất đá, loại choòng, độ cứng vững của cột cần khoan. Thường tải trọng này được tính toán theo công thức sau:
P = p.D P = p.k
P: Tải trọng tác dụng lên đáy lỗ khoan(kg, tấn)
p: Tải trọng đơn vị tính cho 1cm đường kính choòng hoặc một
răng chính hoặc một cụm răng khi khoan lấy mẫu
D: Đường kính choòng danh nghĩa (cm)
k: Số răng chính hay số cụm răng của lưỡi khoan lấy mẫu
BM. KHOAN & KHAI THÁC
211
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:153) Khi tải trọng lên đáy tăng lên thì tốc độ cơ học khoan tăng lên nhưng phải đảm bảo điều kiện: P<[P], [P] là tải trọng cho phép của choòng trước khoan hoặc tải trọng cho phép của cột cần khoan.
2. Tốc độ quay n: tốc độ quay cột cần thường tính bằng vòng/phút, cũng tùy thuộc vào loại đất đá, đường kính lưỡi khoan, phương pháp khoan . . . có thể được tính toán theo công thức gần đúng hoặc tra bảng.
2
2
2
3
2
.(
.(8,0
hmVdD ).
(
/
)
VFQ . =
=
VdD ). −
≈
−
π 4
3. Lưu lượng nước rửa Q: lưu lượng nước rửa trong khoan rửa thuận thường tính bằng lit/phút hoặ m3/h được tính toán theo công thức sau:
(cid:153) Q: Lưu lượng bơm (m3/h), F: Diện tích vành khăn giữa thành giếng khoan D(m) và đường kính ngoài cột cần khoan d(m),
BM. KHOAN & KHAI THÁC
212
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:153) V: Tốc độ đi lên của dung dịch ờ khoảng không vành
xuyến (m/s)
• Khi khoan hợp kim cứng V = 0,25 - 0,5
• Khi khoan kim cương V = 0,5 -1,0
• Khi khoan phá mẫu V = 0,6 -1,0
4. Một số thông số khác khi khoan xoay rửa thuận phải nói đến
thông số chất lượng dung dịch như:
• γ: Tỷ trong dung dịch sét (g/cm3)
• B: Độ thải nước của dung dịch sét (cm3/30’)
• T: Độ nhớt qui ước của dung dịch (s)
BM. KHOAN & KHAI THÁC
213
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Có nhiều loại giếng khoan nước cho nên sẽ có nhiều kiểu kết cấu giếng khác nhau, ở đây chỉ tìm hiểu về giếng khoan thăm dò - khai thác nước.
(cid:137) Với đặc thù giếng này ban đầu người ta phải khoan thăm dò, nếu những giếng thăm dò không sâu hơn 150 - 200m thì khi khoan thăm dò sẽ không chống ống, thông thường đường kính giếng khoan từ 91 - 132m, có khi phải sử dụng ống mẫu đơn hoặc ống mẫu nòng đôi để lấy mẫu cát nguyên dạng.
(cid:137) Sau khi khoan lấy mẫu đất đến hết độ sâu yêu cần thăm dò, lỗ khoan cần được bơm sạch đáy. Pha loãng bớt dung dịch, làm sạch bớt mùn khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
214
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Khi tuần hoàn dung dịch khoảng một vài giờ sẽ tiến hành đo carota giếng khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
215
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Tùy theo mục đích thăm dò, có thể đo nhiều phương pháp, thông thường nhất cũng phải đo gama tự nhiên và điện trở suất dọc theo thành giếng.
(cid:137) Dựa theo hai đường cong này, người ta có thể bổ túc được các đoạn khoan không lấy mẫu được hoặc mất mẫu, kết hợp với kết quả thí nghiệm mẫu khoan lấy lên để khẳng định được cốt địa tầng chính xác từ mặt đất đến đáy thăm dò.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
216
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Từ cột địa tầng này có thể tính được các thông số khác như hệ số thấm, thành phần độ hạt, độ lỗ rỗng, độ mặn … của tầng chứa và địa tầng cách ly.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
217
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Với các đề án quan trọng, cần phải thả ống chống và ống lọc tạm để bơm thử kết hợp với các giếng quan trắc tạo thành một chùm giếng bơm thí nghiệm. Tính toán được các cấp lưu lượng theo các độ hạ thấp mực nước của giếng chính.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
218
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Với các đề án nhỏ hoặc các tài liệu đã biết, chấp nhận sai số tính toán lưu lượng khai thác khi chuẩn bị kết cấu giếng người ta khoan mở rộng lỗ khoan với đường kính lớn hơn đường kính ngoài của ống chống từ 120-180mm.
(cid:137) Sau đó bơm sạch đáy, lấy bớt mùn khoan trong dung dịch tuần hoàn, pha loãng bớt dung dịch trong vòng một vài giờ thì bắt đầu chống ống.
(cid:137) Ống chống được sắp xếp theo thứ tự trên mặt đất: ống lắng, ống lọc và các ống chống. Công việc thả ống chống xuống giếng cũng tuần tự như vậy.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
219
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Sau khi thả ống chống xuống giếng xong cần
tiến hành thả cột cần
khoan đến đáy giếng để
bơm rửa mùn khoan
qua van đáy (hình 3.3).
(cid:137) Đồng thời với quá trình thả sạn lọc và bơm rửa
đến khi nước tuần hoàn
loãng hoàn toàn và xuất
hiện cát của tầng chứa
nước là có thể được.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
220
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Quá trình kế tiếp có thể dùng hai biện pháp: thả ống dẫn khí và bộ ống airlift xuống giếng để làm sạch giếng (thả đồng tâm hoặc song song).
BM. KHOAN & KHAI THÁC
221
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Nếu việc gọi dòng khó khăn thì dùng piston kết hợp bơm tia kéo và nén mạnh trong ống chống hoặc ống lọc để phá vỡ kết cấu vỏ sét ngăn các không cho nước xâm nhập vào giếng.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
222
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Sau khi bơm thổi rửa cho nước đạt được độ trong, lưu lượng và độ hạ thấp mực nước ổn định sẽ ngưng thổi rửa và tiến hành bơm thí nghiệm bằng bơm điện chìm (submersible pump) hoặc bơm li tâm trục đứng (vertical turbine pump).
BM. KHOAN & KHAI THÁC
223
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Công nghệ khoan
(cid:137) Giếng quan trắc thường bố trí theo một dãy hai đến ba giếng có đường kính nhỏ hơn và có thể thi công từ một đến ba dãy.
(cid:137) Dựa vào việc bơm thí nghiệm này và kết hợp với các thông số của giếng và tầng chứa có thể tính toán được các thông số khác về địa chất thủy văn tầng chứa.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
224
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.4. Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Ống lọc là một dụng cụ đặc biệt được đặt trong lỗ khoan ở tầng chứa nước; nó bảo đảm cho nước đi vào lỗ khoan dễ dàng và lọc sạch nước khỏi các tạp chất cơ học. Mặt khác ống lọc còn giữ cho thành lỗ khoan không bị sập lở.
(cid:137) Cơ cấu ống lọc gồm 3 phần: phần trên, phần giữa là phần lọc nước, phần dưới là ống lắng có hút. Ống lắng có tác dụng để hứng các bụi đất đá lọc qua phần lọc của ống
(cid:137) Ống lọc có thể chia ra các loại chính sau:
(cid:153) Ống lọc đục lỗ hoặc đục rãnh.
(cid:153) Ống lọc lưới
(cid:153) Ống lọc cuội, sỏi
(cid:153) Ống lọc trọng lực
BM. KHOAN & KHAI THÁC
225
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Cơ cấu chung của ống lọc có vòng bít đệm kín được đặt chìm
dưới lỗ khoan trong ống chống có thể xét sơ đồ đơn giản dưới
đây. Khóa móc hình chữ T để thả ống lọc.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
226
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Đường kính của ống lọc được xác định theo công thức:
Q
117
58,
D =
KI
1
trong đó:
D: Đường kính ngoài của ống lọc (mm)
Q: Lưu lượng khai thác nước của lỗ khoan theo đề án
(m3/h).
I: Chiều dài phần lọc nước của ống lọc (m)
K1: Hệ số lọc
BM. KHOAN & KHAI THÁC
227
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Khi chiều dầy tầng chứa nước nhỏ hơn 5m, chiều dài phần lọc
nước lấy bằng chiều dày tầng chứa nước.
(cid:137) Khi chiều dày tầng chứa nước lớn hơn 5m, chiều dài phần lọc
nước của ống lọc được xác định theo :
Q
I
=
.α D
trong đó
I: Chiều dài phần lọc nước (m)
Q: Lưu lượng khai thác nước của lỗ khoan theo đề án
(m3/h)
D: Đường kính ngoài ống lọc (mm)
α: Hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào tính chất của đất đá
tầng chứa nước (bảng 3.1)
BM. KHOAN & KHAI THÁC
228
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
Bảng 3-1
Đặc tính của đất đá tầng chứa nước
Hệ số α
90
Cát hạt nhỏ có hệ số K1 = 2÷5
60
Cát hạt vừa có hệ số K1 = 1÷5
50
Cát hạt thô có hệ số K1 = 15÷30
30
Sỏi có hệ số K1 = 30÷70
(cid:137) Đường kính cuối cùng của lỗ khoan phụ thuộc vào loại và kích thước của ống lọc. Các lỗ khoan dùng ống lọc đục lỗ hoặc lưới không đổ sỏi sẽ có đường kính kết thúc nhỏ nhất. Khi dùng các ống lọc có đổ sỏi, đường kính kết thúc tăng lên 50 đến 100mm so với lỗ khoan đặt các ống lọc khác.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
229
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Cấu trúc lỗ khoan được xác định bởi kiểu, kích thước và vị trí đặt thiết bị bơm. Khi đặt bơm trong ống lọc, đường kính ống lọc (và đường kính kết thúc của lỗ khoan) sẽ phụ thuộc vào kích thước của bơm.
(cid:137) Nếu cần đặt bơm có năng suất lớn thì người ta đưa bơm lên trên ống lọc, trong ống khai thác. Trường hợp này, đường kính ống khai thác được xác định bởi kích thước của bơm.
(cid:137) Để tạo điều kiện dễ dàng trong lắp ráp bơm, sửa chữa và quan sát vị trí mực thủy động trong lỗ khoan nên lấy khoảng hở giữa thành ngoài của bơm và đường kính trong của ống khai thác khoảng 50mm.
(cid:137) Ống lọc được thả vào lỗ khoan có thể bằng cột cần khoan hoặc ống
cột chống.
(cid:137) Khi dùng cột cần khoan để thả ống lọc thì lắp thêm khóa móc vào
cuối cột cần rồi lắp với với đầu đoạn ống nối trên ống lọc.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
230
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Tính toán sơ bộ về ống lọc
(cid:137) Nếu thành lỗ khoan không ổn định, khi thả ống lọc vào lỗ khoan phải dùng ống chống tạm thời để bảo vệ (cắm ống chống với tầng không thấm nước phía dưới tầng chứa nước).
(cid:137) Sau khi khoan thêm một đoạn để lắng cát bằng chiều dài phần ống lắng thì thả ống lọc vào lỗ khoan. Ống chống tạm thời này được nâng lên một đoạn khỏi phần lọc của ống lọc hoặc rút hoàn toàn ra khỏi lỗ khoan.
(cid:137) Khi khai thác 2, 3 tầng chứa nước trong cùng một lỗ khoan, người ta dùng nhiều ống lọc tương ứng với các tầng chứa nước. Giữa các tầng không chứa nước được đặt ống liền để nối các ống lọc với nhau.
(cid:137) Để tránh cát và các mảnh vụn đất đá rơi vào khoảng hở giữa ống lọc và ống chống, hoặc thành lỗ khoan, người ta dùng các vòng bít đệm kín để bịt các khoảng hở giữa đầu nối trên ống lọc và ống chống. Cấu tạo của các vòng này phụ thuộc vào vật liệu sản xuất chúng, có thể làm bằng gỗ, sợi gai, cao su, chì v.v...
BM. KHOAN & KHAI THÁC
231
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.5. Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:137) Một trong những nhược điểm chủ yếu của phương pháp khoan xoay có rửa bằng dung dịch sét là sự tạo thành vỏ sét trên thành lỗ khoan và tầng đất đá chứa nước, hoặc khi khoan dùng nước lã để rửa lỗ khoan trong tầng đất đá cứng rắn, nứt nẻ lại thường xảy ra hiện tượng mất nước (đặc biệt trong tầng đá vôi, đá phấn đôlômít).
(cid:137) Cả hai hiện tượng trên đều gây cản trở độ phóng thích nước
của tầng đất đá chứa nước trong lỗ khoan.
(cid:137) Khôi phục độ phóng thích nước nghĩa là phá vỡ lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan lấy sạch những hạt sét nhỏ ra khỏi tầng đất đá tơi bở, hoặc rắn chắc nứt nẻ để tăng lưu lượng nước chảy vào lỗ khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
232
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:137) Muốn khôi phục độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa
nước có kết quả tốt cần phải :
(cid:153) Trong quá trình khoan sử dụng dung dịch sét có chất
lượng tốt về độ nhớt và độ thải nước).
(cid:153) Khoan trong tầng đất đá chứa nước tiến hành thật khẩn trương, tạo mọi điều kiện để đạt tốc độ cơ học khoan cao nhất.
(cid:153) Sau khi kết thúc công tác khoan, tiến hành đặt ống lọc ngay, rửa sơ bộ lỗ khoan bằng dung dịch sét có tỷ trọng và độ nhớt nhỏ.
(cid:153) Làm sạch vỏ sét ngay sau khi đặt xong ống lọc và công
việc tiến hành liên tục
BM. KHOAN & KHAI THÁC
233
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:137) Hiện nay có rất nhiều phương pháp khử sét (làm sạch vỏ sét) ở trên thành lỗ khoan và làm sạch ống lọc. Trong phạm vi của giáo trình này chỉ đề cập tới một số phương pháp chủ yếu sau:
(cid:153) Trong tầng đất đá chứa nước có áp suất lớn:
(cid:131) Sau khi hạ xong ống lọc vào lỗ khoan, dùng máy bơm bơm rửa bằng nước lã qua cột cần khoan từ phần trên ống lọc xuống tới đáy. Công tác rửa được tiến hành cho tới khi trong nước rửa có xuất hiện các slam của tầng chứa nước vừa khoan qua.
(cid:131) Trường hợp không có nước để rửa lỗ khoan, ta dùng ống múc múc dung dịch sét dưới lỗ khoan. Cứ múc như vậy cho tới khi xuất hiện nước của tầng chứa nước và mực nước thủy tính của tầng chứa nước ổn định là được.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
234
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Nếu tầng chứa nước là đất đá rắn chắc nứt nẻ, thì sau khi rửa
lỗ khoan bằng nước lã qua cột cần khoan hoặc múc bằng ống
múc xong, cần tiến hành dùng thiết bị bơm airslift (thiết bị
bơm dâng bằng khí nén) để rửa lỗ khoan.
(cid:131) Ống dâng nước được hạ xuống cách đáy lỗ khoan khoảng 0,5
mét. Máy bơm cho làm việc với công suất lớn nhất và tiến
hành đóng, ngắt đột ngột tạo điều kiện thay đổi áp suất lớn
trong lỗ khoan, làm cho các hạt sét và slam bị hút theo ra khỏi
các kẽ nứt trong tầng đất đá quanh ống lọc.
(cid:131) Nếu khi khoan trong tầng đất đá cứng, nứt nẻ mà dùng nước
lã để rửa lỗ khoan, thì tiến hành dùng máy bơm éclíp ngay để
khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
235
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Trường hợp tầng đất đá chứa nước là các hạt nhỏ và vừa,
cần tiến hành dùng ống múc múc đều đặn ở vùng ống lọc
(phần lọc) trước khi dùng thiết bị bơm éclíp để khôi phục
độ phóng thích nước.
(cid:131) Trong tất cả các trường hợp dùng thiết bị bơm éclíp cần
bơm cho tới khi nước trong hoàn toàn, cát không dâng lên
theo dòng nước, mực thủy động và lưu lượng nước của lỗ
khoan ổn định (lúc này độ phóng thích nước của tầng chứa
nước đã được khôi phục).
BM. KHOAN & KHAI THÁC
236
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:153) Trong tầng đất đá chứa nước có áp suất yếu phương pháp khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước phức tạp hơn so với trường hợp trên, cụ thể là :
(cid:131) Dùng máy bơm bơm nước rửa qua cột cần khoan được hạ tới
vùng ống lọc.
(cid:131) Dung dịch sét quanh vùng ống lọc ở phía ngoài sẽ chảy vào lỗ khoan qua ống lọc và các lỗ nhỏ đặc biệt được đục ở ống lắng cao hơn đế khoảng 0,5 mét.
(cid:131) Cứ tiến hành rửa như vậy cho tới khi đưa hoàn toàn dung dịch sét ra khỏi lỗ khoan và xuất hiện cát dâng theo lên miệng lỗ khoan.
(cid:131) Công việc tiếp theo có thể dùng thiết bị bơm éclíp hoặc dùng ống múc. Tùy theo lưu lượng của tầng chứa nước để khôi phục hoàn toàn độ phóng thích nước của nó.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
237
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Cuối cùng, trước khi tiến hành bơm khai thác, đổ xuống phần ống lắng có đục lỗ một lượng đá dăm và trên nó trám một nút xi măng để tăng khả năng phóng thích nước của tầng chứa nước, đồng thời đề phòng cát tràn vào lỗ khoan.
(cid:131) Trong tầng cát hạt nhỏ và vừa sẽ dùng nước bơm rửa qua phần đế của ống lọc. Khi ống lọc đặt chìm dùng cần khoan nối ren trái với đế và đầu trên ống lọc, rồi qua đó để rửa lỗ khoan. Đế của ống lắng cần dừng lại cách đáy khoảng 0,5 mét.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
238
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Quá trình khôi phục độ thích nước bằng phóng phương pháp nhờ máy bơm, bơm nước rửa qua cột cần khoan xuống đáy, qua đế ống lắng dâng lên miệng lỗ khoan qua khoảng hở giữa phần ngoài ống lọc và thành lỗ khoan, rửa dung dịch sét và phá vỡ lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan. Đồng thời nước rửa còn lấy ra theo những hạt sét và slam nhỏ từ tầng đất đá chứa nước.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
239
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Công tác rửa dừng lại khi thấy mất nước mạnh hoặc trong nước
rửa dâng lên miệng lỗ khoan thấy lẫn cát.
(cid:131) Sau khi rửa xong, ống lọc được đặt vào vị trí đã định, cột cần
khoan được tháo ra và lấy lên còn đế ống lắng được đổ một ít đá
dăm hoặc cuội sỏi nhỏ rồi cùng trám một nút xi măng đề phòng
cát bị xô vào lỗ khoan trong quá trình khai thác sau này.
(cid:131) Khoảng hở giữa đầu ống lọc và ống chống cần phải làm đệm nút
bịt kín để tránh hiện tượng cát hoặc đất đá rơi vào khoảng hở
giữa ống lọc và tầng đất đá chứa nước, đồng thời tăng khả năng
phóng thích nước của tầng.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
240
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Khi cần khử sét trong tầng cát hạt vừa hoặc đặt ống lọc nhiều tầng trong lỗ khoan, người ta rửa bằng nước lã bơm qua ống lọc đục lỗ.
(cid:131) Ống đục lỗ có hai vòng lót kín bằng cao su ở hai đầu để làm nút. Nó được thả vào lỗ khoan nhờ cột cần khoan và đặt trong ống lọc. Nhờ cần khoan mà có thể dịch chuyển lên trên hoặc xuống dưới để rửa từng đoạn, khi nước rửa dâng lên mang theo cát chứng tỏ độ phóng thích nước đã được khôi phục.
(cid:131) Trong đất đá có hạt nhỏ, mịn, đồng đều khử sét trên thành lỗ khoan bằng phương pháp đánh sập cho kết quả rất tốt. sau khi đánh sập ở vùng gần ống lọc, người ta dùng ống múc để lấy vụn đất đá bị lắng xuống phần ống lắng, hoặc dùng bơm bơm thật mạnh, lợi dụng dòng nước xói rửa sạch và mang lên miệng lỗ khoan. Cuối cùng phần đế ống lắng cũng được trám xi măng.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
241
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước
(cid:131) Để khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước mà các
phương pháp trên không có hiệu quả, ta dùng dây nổ trong lỗ
khoan đầy nước.
(cid:131) Phương pháp này lợi dụng của các sóng va chạm truyền đi theo
phương các đường kính. Sóng nổ sẽ phá vỡ lớp vỏ sét để khôi
phục độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước.
(cid:131) Sau khi sử dụng dây nổ, nhất thiết phải rửa lỗ khoan hết sức cẩn
thận bằng nước lã.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
242
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
2.6. Trám giếng khoan
(cid:137) Người
thường ta dùng những vật liệu có tính dẻo hoặc chặt xít, không thấm nước để trám cột ống chống, tức là để làm chắc và kín khoảng hở giữa ống chống với thành lỗ khoan.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
243
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Trám giếng khoan
(cid:137) Tác dụng chủ yếu của việc trám lỗ khoan là :
(cid:153) Phân cách các tầng khoáng sản lỏng (dầu, nước...), khí (khí đốt...) hoặc cứng (muối mỏ...) với các tầng lân cận ở trong lỗ khoan để tránh sự xâm nhập lẫn nhau làm mất tính chất bản thân khoáng sản.
(cid:153) Làm kín toàn bộ lỗ khoan để bảo vệ các tầng khoáng sản khỏi bị các tác dụng phong hóa, mặt khác ngăn ngừa nước ở phía trên có thể theo lỗ khoan mà xâm nhập vào các công trình khai thác sau này.
(cid:153) Gia cố thành lỗ khoan chống lại các hiện tượng phức tạp về địa chất như sập lở, mất nước, nước xâm nhập... mà không cần phải chống ống.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
244
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Trám giếng khoan
(cid:153) Từ các tác dụng đó, ta thấy lỗ khoan có thể chỉ cần trám
từng tầng hoặc cũng có thể được trám toàn bộ từ đáy lên
tới miệng.
Khi trám bịt từng tầng, các vật liệu trám sẽ tạo nên một lớp
vỏ bảo vệ che kín lên tầng đó và có thể "bắt rễ" sâu vào
đất đá ở thành vách.
(cid:153) Còn khi trám toàn bộ (hay thường gọi là trám lấp) các vật
liệu trám sẽ làm đầy lỗ khoan theo suốt chiều sâu của nó.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
245
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Trám giếng khoan
(cid:137) Hiện nay để trám lỗ khoan người ta thường dùng hai vật liệu
cơ bản là đất sét và xi măng:
1. Đất sét: cần sử dụng loại sét quánh, dẻo, không chứa các
phần tử cứng. Hỗn hợp với nước nó sẽ tạo ra hai loại vật
liệu trám là đất sét nhão và dung dịch sét.
2. Xi măng: cần sử dụng loại xi măng pooclăng có chất lượng cao (mac 500 và 600), còn tươi, tức là không để quá hai tháng sau khi sản xuất.
Người ta dùng xi măng để trám dưới dạng dung dịch, với tỉ lệ giữa nước và xi măng khô (theo trọng lượng) thường là 0,4 - 0,5.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
246
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
Trám giếng khoan
3. Gel xi măng: là loại vật liệu trám trung gian giữa hai loại trên. Nó là hỗn hợp của xi măng với dung dịch sét, tỉ lệ giữa chúng được xác định trong phòng thí nghiệm theo các điều kiện sử dụng cụ thể. (thí dụ: để trám chống mất nước, có thể trộn 1 m3 dung dịch sét có tỷ trọng δ = 1,1 đến 1,2 g/cm3 1600 đến 800 kg xi măng).
(cid:137) Có 3 loại trám trong khai thác nước là:
a. Trám cách ly nhiễm bẩn và nhiễm mặn
b. Trám cách ly các địa tầng đặc biệt
c. Trám lấp giếng khoan.
Tuy nó có thời gian đông cứng lâu hơn và có độ bền sau khi đông cứng kém hơn, nhưng nó lại ưu điểm so với dung dịch xi măng là có tính linh động cao, nên dễ bơm và dễ xâm nhập vào các khe nứt của đất đá.
BM. KHOAN & KHAI THÁC
247
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
III. ĐIỀU KIỆN THỰC TẬP VÀ CÁCH THỨC TỔ CHỨC
(cid:137) Điều kiện thực tập
(cid:131) Xe khoan thăm dò khai thác nước
(cid:131) Công trình khoan thăm dò khai thác nước
(cid:131) Xem video hướng dẫn thực tập khoan – khai thác
(cid:137) Cách thức tổ chức
Tổ chức theo nhóm thực tập khoan thăm dò khai thác nước ở
(cid:131) Khu Linh trung Đại học Quốc gia Tp. HCM
(cid:131) Hoặc công trình khoan khảo sát địa chất công trình
thực tế tại TP. HCM hoặc các tỉnh thành lân cận ...
