ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ của các CÔNG TRÌNH KHAI THÁC nước THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 25

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NƯỚC
THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC
Trần Văn Chung
Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Nam

Công nghệ khoan tuần hoàn ngược là một trong những công nghệ khoan có hiệu quả
cao trong việc khoan các giếng khoan khai thác nước với quy mô công nghiệp. Công nghệ
này đã ra đời từ lâu song hiện nay mới được thực sự áp dụng trong sản xuất qua các công
trình được Liên đoàn QH và ĐT TNN miền Nam thi công. Kết quả phân tích các thông số cơ
bản của giếng khoan cũng như giá thành đầu tư và chi phí vận hành đã chứng minh tính ưu
việt của công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan các giếng khai thác nước ở vùng đồng
bằng Nam Bộ.

1. Giới thiệu
Ngày nay nước dưới đất đang trở thành nguồn tài nguyên hết sức quý giá, cung
cấp nguồn nước sinh hoạt và hoạt động công nghiệp chủ yếu của con người, đặc biệt là
vùng đồng bằng Nam Bộ. Nước dưới đất được khai thác thông qua các giếng khoan
với đủ mọi cấp độ khác nhau.
Việc thiết kế và phương pháp thi công các giếng khoan khai thác nước dưới đất
có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, hiệu suất khai thác cũng như tuổi thọ của giếng. Ở
Việt Nam, hầu hết các giếng khoan khai thác nước quy mô công nghiệp đều được
khoan bằng phương pháp khoan tuần hoàn thuận thông thường. Khi khoan bằng
phương pháp khoan tuần hoàn thuận, độ nhớt và vận tốc dâng lên của dung dịch khoan
là những yếu tố quyết định hiệu quả rửa sạch mùn khoan tại đáy lỗ khoan. Tuy nhiên,
do bị giới hạn về công suất của máy bơm dung dịch nên hiệu quả rửa sạch mùn khoan
của hầu hết các máy khoan rôto tuần hoàn thuận bị giới hạn trong các lỗ khoan có

đường kính từ 550mm trở lên, trong khi đường kính lỗ khoan này nhiều khi là còn
chưa phù hợp với các giếng khai thác nước có công suất lớn, đặc biệt là các giếng
được bọc sỏi. Hơn nữa khi tăng đường kính lỗ khoan thì tốc độ khoan của các máy
tuần hoàn thuận giảm đáng kể. Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta đã thiết kế
các máy khoan với công nghệ khoan tuần hoàn ngược, sử dụng cả nước và khí như là
dung dịch khoan.
2. Giới thiệu về phương pháp khoan tuần hoàn ngược
2.1. Nguyên lý
Trong phương pháp khoan tuần hoàn ngược, dung dịch khoan chảy tự do bởi
trọng lực từ hố chứa theo khoảng vành khăn bên ngoài cần khoan xuống đáy lỗ khoan
và sau đó được hút lên bên trong cần khoan cùng với mùn khoan và xả vào hố lắng.





Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

26 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

Hình 1a. Sơ đồ dùng bơm ly tâm Hình 1b. Sơ đồ dùng máy nén khí
Có nhiều phương pháp khác nhau để duy trì sự tuần hoàn dung dịch, tuy nhiên,
trên thực tế, phương pháp tuần hoàn bằng máy bơm ly tâm hoặc máy nén khí được sử
dụng phổ biến nhất.
Phương pháp sử dụng bơm ly tâm (Hình 1a): trong sơ đồ này vòi hút của máy
bơm ly tâm được nối với cần xanhích và qua đó là cần khoan. Hệ thống này khá đơn
giản, tuy nhiên hiệu suất sử dụng không cao do giới hạn hút của máy bơm ly tâm.









Hình 2. So sánh hiệu quả của các phương pháp tuần hoàn khác nhau
Phương pháp sử dụng máy nén khí (Hình 1b): phương pháp này sử dụng máy
nén khí dựa trên nguyên lý bơm airlift. Sơ đồ này hiện được sử dụng phổ biến trong
khoan tuần hoàn ngược do hiệu suất cao, có thể khoan được các giếng khoan đường
kính lớn và sâu.

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 27

2.2. Ưu nhược điểm

Các ưu điểm cơ bản
- Độ rỗng và tính thấm của tầng chứa nước ở vùng xung quanh lỗ khoan ít bị
ảnh hưởng so với các phương pháp khoan khác.
- Có thể khoan các giếng khoan đường kính lớn một cách nhanh chóng và
kinh tế.
- Không cần sử dụng ống chống trong quá trình khoan.
- Giếng khoan dễ dàng chống ống chống, ống lọc và đổ sỏi.
- Giếng khoan dễ dàng được rửa sạch do dung dịch khoan có vận tốc chảy rất
thấp.
- Đặc biệt có hiệu quả khi khoan trong các trầm tích bở rời.
Các nhược điểm chính
- Cần lượng nước cung cấp tương đối lớn trong suốt quá trình khoan.
- Máy khoan rôto tuần hoàn ngược và các dụng cụ kèm theo thường có kích
thước lớn, vì vậy thường nặng nề, cần nhiều nhân lực trong quá trình thi
công và giá thành máy, dụng cụ cao.
2.3. Các công trình chính đã thực hiện
Trong khuôn khổ Dự án “Nghiên cứu nước dưới đất vùng đồng bằng sông Mê
Kông” hợp tác với Công ty Tư vấn Kiến trúc và Xây dựng HASKONNING – Hà Lan,
Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Nam đã tiếp nhận một bộ
máy khoan theo công nghệ khoan tuần hoàn ngược. Sau một thời gian ngắn nghiên
cứu và vận hành thử, Liên đoàn đã từng bước làm chủ được công nghệ và ứng dụng
thành công trong hàng loạt công trình.
Khởi đầu cho các công trình khoan khai thác nước bằng công nghệ tuần hoàn
ngược là các giếng khoan thuộc Công ty Bia Việt Nam. Sau đó Công ty Khai thác và
xử lý nước ngầm TP đã mời Liên đoàn thi công một loạt các giếng với công suất lớn
(hơn 100m
3
/h mỗi giếng) để thay thế các giếng cũ kém chất lượng.
Công ty nước khoáng La Vie Long An đã mời Liên đoàn thiết kế và thi công
giếng khoan khai thác nước tầng sâu với sự giám sát của chuyên gia Pháp. Giếng

khoan đã hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng và vệ sinh công
nghiệp của các chuyên gia Pháp.
Công ty Tư vấn GHD (Australia) trong khuôn khổ Dự án cấp nước và vệ sinh
môi trường 3 Thị xã đồng bằng Nam bộ đã hợp tác với Liên đoàn thi công các giếng
khoan khai thác mới tại Thị xã Bạc Liêu với công suất 250m
3
/h mỗi giếng.
Liên đoàn đã tham gia đấu thầu quốc tế và thắng thầu hai gói thầu thi công các
bãi giếng thuộc tỉnh Bến Tre và TP Quy Nhơn – Bình Định. Đặc biệt là các giếng
khoan tại Quy Nhơn, mặc dù tầng chứa nước rất nông song thành phần hạt gồm chủ
yếu là cuội sỏi nên các phương pháp khoan thông thường gặp rất nhiều khó khăn khi
thi công và hiệu suất giếng rất thấp.


Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

28 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

3. Đánh giá hiệu quả của các công trình thi công bằng công nghệ THN
Các giếng khoan được thi công bằng phương pháp tuần hoàn ngược tiết kiệm
được nhiều thời gian mặc dù đường kính giếng khoan thường rất lớn, đặc biệt là trong
giai đoạn súc rửa giếng phục hồi tính thấm tầng chứa nước do dung dịch khoan chủ
yếu là nước lã, đới bị ảnh hưởng của dung dịch khoan mỏng, và cũng vì vậy, tiết kiệm
nhiều vật tư để gia công dung dịch.
Việc đánh giá hiệu quả của công nghệ khoan tuần hoàn ngược được thực hiện
thông qua việc phân tích số liệu của 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ khoan
THN tại khu vực Nhà máy nước ngầm Hóc Môn – TP Hồ Chí Minh (G15N, G13A,
G20A, G19A, G15S) và 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ khoan THT trong
cùng khu vực (G15, G13, G20, G19, G15-1). Các công trình này được chọn để phân
tích, so sánh vì có cùng điều kiện thi công và quy mô giếng khai thác và cùng được

Liên đoàn thi công.
3.1. So sánh, đánh giá về thời gian thi công công trình
Thời gian thi công các giếng khoan được thể hiện trên hình sau










Hình 3. Biểu đồ so sánh thời gian thi công của 2 phương pháp khoan
Đồ thị ở Hình 3. cho thấy thời gian thi công các giếng bằng công nghệ THT dao
động trong khoảng từ 28 đến 42 ngày tùy thuộc vào chiều sâu giếng, trung bình là 33,4
ngày, trong khi đó thời gian thi công các giếng bằng công nghệ THN dao động trong
khoảng từ 15 đến 24 ngày, trung bình là 18,6 ngày.
Phân tích nguyên nhân
Khi sử dụng công nghệ tuần hoàn thuận để khoan các giếng khai thác nước
đường kính lớn, khả năng vận chuyển mùn khoan của máy bơm bùn là rất khó khăn do
lưu lượng của máy bơm hiện đang sử dụng rất nhỏ (trung bình là 350l/phút, đặc biệt
khi lượng mùn tăng lên nhiều. Để khắc phục nhược điểm này, các đơn vị thi công
thường áp dụng hai giải pháp: thứ nhất, khoan mở rộng đường kính thành nhiều cấp
khác nhau, với mục đích nhằm làm giảm lượng mùn khoan trong một lần khoan, và
thứ hai là gia tăng tỷ trọng và độ nhớt của dung dịch khoan bằng cách pha thêm nhiều
bột sét bentonite.

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 29

Giải pháp thứ nhất sẽ kéo dài thời gian thi công do phải khoan nhiều lần trên
cùng một chiều sâu cần khoan. Giải pháp thứ hai sẽ tạo nên hiệu ứng "skin", trên thành
lỗ khoan sẽ tạo nên một lớp vỏ sét dày, dung dịch sét bentonite sẽ đi sâu vào tầng chứa
nước và đông kết thành keo. Vì vậy, sau khi kết thúc chống ống giếng, việc làm sạch
dung dịch sét để khai thông tầng chứa nước thường khó khăn, phức tạp, thông thường
phải dùng nhiều biện pháp xử lý từ các biện pháp cơ học như bơm bằng bơm bùn, sục
giếng bằng máy ép khí, múc trào, sục pít tông đến biện pháp hóa học như dùng phụ
gia hòa tan sét, v.v. Những biện pháp đó có tác dụng tốt nhưng cũng sinh ra nguy cơ
cao gây hư hỏng ống lọc giếng và cả ống chống giếng. Có nhiều công trình sau khi áp
dụng tất cả các biện pháp xử lý nêu trên vẫn không đạt được kết quả như mong muốn,
khả năng đánh giá các thông số của tầng chứa nước bị hạn chế. Vì vậy, thời gian thi
công thường bị kéo dài.
Khi sử dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược, các nhược điểm nêu trên hầu
như được khắc phục hoàn toàn. Tốc độ vận chuyển mùn khoan bên trong cần khoan là
rất cao, do đó lỗ khoan luôn luôn được làm sạch tối ưu. Ngoài ra, việc sử dụng dung
dịch khoan chủ yếu là nước lã nên các tầng chứa nước rất ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng
"skin" trong quá trình khoan, tiết kiệm rất nhiều thời gian và các chi phí khác trong
giai đoạn súc rửa giếng, giảm tổng chi phí thời gian thi công của cả công trình.
3.2. So sánh đánh giá lưu lượng, mực hạ thấp các giếng khoan

Hình 4. Biểu đồ so sánh lưu lượng của 2 phương pháp khoan
Lưu lượng khai thác bình quân của các giếng khoan THT là 76,4m
3
/h trong khi
lưu lượng khai thác bình quân của các giếng khoan công nghệ THN là 126m
3
/h, tăng
khoảng 1,65 lần.
Mức độ hạ thấp mực nước khi bơm cũng là một chỉ số quan trọng trong việc
đánh giá hiệu quả kinh tế của giếng khoan. Số liệu thống kê của Liên đoàn về mức độ
hạ thấp của các giếng khảo sát thể hiện trên hình sau:



Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

30 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

Hình 5. Biểu đồ so sánh mực nước hạ thấp của 2 phương pháp khoan
Số liệu khảo sát cho thấy rằng mực hạ thấp của các giếng khoan THT là 17,56m
và của các giếng khoan THN là 10,16m, giảm được 7,4m.
3.3. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế giếng khoan khai thác trong dự án đầu tư
Ứng dụng công nghệ mới làm giảm đáng kể giá thành khoan, giá đầu tư ban
đầu cho giếng và giá khai thác nước sau đó. Khảo sát một số chỉ tiêu giá từ thống kê
các công trình trong những năm qua để làm rõ hiệu quả của công nghệ khoan tuần
hoàn ngược. Giá khảo sát ở đây là giá trị quyết toán công trình tính trên 1 mét khoan
và giá trị quyết toán công trình tính trên 1 mét khối lưu lượng giếng trong 1 giờ bơm.
Giá mét khoan vẫn được các nhà kinh tế tính đến từ trước đến nay nhưng giá 1 mét
khối lưu lượng giếng trong 1 giờ bơm thì chưa được xem xét. Khảo sát này là sự xem
xét 2 loại giá để có một cách nhìn toàn diện đối với công nghệ mới.
3.3.1. Giá thành đầu tư
Khảo sát 5 công trình công giếng cấp nước bằng công nghệ khoan tuần hoàn
thuận như đã nói trên cho thấy rằng giá thành đầu tư cho một mét khoan đã được tính
toán và thực hiện từ lâu và đã tiến đến mức cân bằng hợp lý. Giá trung bình 1 mét
giếng là 1.222.000 đồng, tương đối thấp trong bối cảnh thị trường hiện nay. Trong khi
đó, giá trung bình 1 mét giếng khoan theo công nghệ THN là 2.488.000 đồng, cao
bằng 2 lần giá một mét giếng khoan thi công bằng công nghệ tuần hoàn thuận
Giá thành đầu tư cho một mét khối lưu lượng nước bơm lên từ giếng là chỉ số
trước đây chưa hề được quan tâm. Khi tính giá thành đầu tư 1 mét khối công suất
giếng sẽ có cái nhìn đúng hơn về hiệu quả của công nghệ mới so với công nghệ cũ.
Các số liệu thống kê cho thấy giá trung bình 1 m
3
lưu lượng giếng theo công nghệ
THT là 6.750.000 đồng, trong khi đó giá trung bình 1 m
3
lưu lượng giếng theo công
nghệ THN là 3.244.000 đồng.
3.3.2. Kinh tế đầu tư giếng

Khảo sát 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ tuần hoàn ngược đã được thi
công có công suất tổng cộng là 630m
3
/h. Tiết kiệm đầu tư trung bình mỗi m
3
/h là:
6.750.000 đồng - 3.244.000 đồng = 3.506.000 đồng. Tổng tiết kiệm cho chủ đầu tư từ

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 31

khi ứng dụng công nghệ thi công khoan tuần hoàn ngược cho đến nay là: 3.506.000 x
630 = 2.208.780.000đồng.
Để tính hiệu quả khai thác giếng sử dụng số liệu của máy bơm SP – 120 - 4 của
hãng Grundfos Đan Mạch. Với công suất bơm 120 m
3
/h, hạ thấp 7,4 m (mức chênh hạ
thấp giữa giếng THN và giếng THT), chế độ bơm được tính là 20 giờ/ngày, 365
ngày/năm, giá điện được tính là 1000 đồng/kWh. Với tổng lưu lượng đã bàn giao là
630 m
3
/h, mỗi năm khối lượng nước bơm lên là 4.599.000 m
3
. Chi phí tiền điện để
bơm 1 m
3
nước trong điều kiện trên là 54,7 đồng/m
3
.

Bảng 1. Tiết kiệm chi phí khai thác
Ký hiệu
Tên chỉ tiêu
Chỉ số
Ghi chú
A
Số giờ bơm 1 ngày (giờ)
20
Theo thực tế
B
Số ngày 1 năm (ngày)
365
Theo thực tế
C
Công suất bơm của các giếng THN
(m
3
/h)
120
Thống kê
D
Mức chênh lệch hạ thấp giữa các
giếng THN và THT (m)
7,4
Hạ thấp BQ
thấp hơn THT
E
Tiêu thụ điện năng cho bơm 1 m
3

nước với thông số ở A, B, C và D,
(kwh/m
3
)
0,0547
Tra cứu thông
số Grundfos
F
Số giờ bơm 1 năm (giờ)
7.300
A*B
G
Tổng lượng nước bơm của 5 giếng
THN (m
3
/h)
630m
3
/h
Thống kê
H
Tổng lượng nước bơm 1 năm của 5
giếng THN (m
3
/h)
4.599.000m
3

F*G
I

Chi phí tiền điện cho 1 m
3
(VND)
54,70
E*1000đ
J
Tổng chi phí tiền điện tiết kiệm 1
năm từ sự chênh lệch mực hạ thấp
của các giếng THN (VND)
251.565.300
H*I
4. Kết luận
Nhờ những ưu điểm vượt trội, công nghệ khoan tuần hoàn ngược đã chứng tỏ là
phương pháp khoan hiệu quả trong việc thi công các giếng khoan khai thác nước với
quy mô công nghiệp, tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, giảm các chi phí vật tư,
năng lượng. Các số liệu thống kê và kết quả phân tích, so sánh cho thấy rằng khi áp
dụng công nghệ THN vào khoan các giếng khai thác nước ngầm hiệu quả kinh tế là
khá cao so với khi thi công các giếng bằng công nghệ THT. Nguyên nhân chủ yếu là
do các ưu điểm về công nghệ mà giếng khoan sẽ cho lưu lượng lớn nhất với mực hạ
thấp nhỏ nhất trong khả năng cung cấp của tầng chứa nước. Điều này dẫn đến chi phí
khai thác nước giảm đáng kể vì vậy tăng hiệu quả đầu tư.


Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

32 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Fletcher G. Driscoll: Groundwater and Well, second Edition
2. U.S. Department of the Interior: Groundwater Manual, 1980.

3. WIRTH Maschinen, Germany: Drilling Technique Manual, 1981

EVALUATION THE EFFECT OF WATER PRODUCTION WELLS
DRILLED BY REVERSE CIRCULATION DRILLING METHOD
Tran Van Chung
Division for Water Resources Planning and Investigation in the South of Vietnam

Reverse circulation drilling technology is one of the most effective method for drilling
of production wells for water supply in industrial scale. This method has been established
long time ago but has been recently applied for production wells drilled by The Division of
Water Resources Planning and Investigation for the South (DWRPIS). Results of analyses
main parameters of drilled wells as well as cost of investment and operation have been prove
the advantages of the reverse circulation method for drilling water production wells in Nam
Bo Plain.