Bài giảng hướng dẫn thực tập khoan khai thác bài 3 đh bách khoa TP HCM

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
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

189

BM. KHOAN & KHAI THÁC


I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
‰ Nội dung:
™ Tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước
™ Công tác chuẩn bị thi công giếng khoan
™ Địa tầng và cấu trúc giếng
™ Quy trình công nghệ thi công giếng khoan
™ Các phương pháp hoàn thiện giếng và gọi dòng sản phẩm
™ Các phương pháp bơm thí nghiệm và khai thác sản phẩm
™ Ghi chép số liệu tại hiện trường

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

190

BM. KHOAN & KHAI THÁC


NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
‰ Yêu cầu thực tập:
™ Ghi chép chung về buổi thực tập (ngày thực tập, địa điểm, đặc
điểm công trình...)
™ Ghi chép về tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước
™ Tham gia, tìm hiểu công tác chuẩn bị trước khi khoan
™ Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ khoan thăm dò

khai thác nước
™ Tham gia, tìm hiểu và báo cáo quy trình thi công giếng khoan
™ Tham gia, tìm hiểu và báo cáo về các công tác bơm thí nghiệm
và khai thác sản phẩm
™ Mô tả cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan tại vị trí thực tập
khoan thăm dò khai thác nước.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

191

BM. 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

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

192

BM. 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

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

193

BM. KHOAN & KHAI THÁC


1. Phân loại giếng khoan
‰ 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

1

Tìm kiếm-đo vẽ
bản đồ

Tìm kiếm phục vụ cho công tác bản đồ tỉ lệ nhỏ

2

Thăm dò

Dùng cho mục đích thăm dò nước

3

Thăm dò - khai
thác

Dùng cho việc thăm dò chi tiết và có thể chuyển sang
mục đích khai thác được

4

Khai thác

Khai thác nước

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

6

Quan trắc

Dùng cho giai đoạn thăm dò và thăm dò- khai thác để
đánh giá chất lượng và trữ lượng nước

7

Tăng áp

Bơm ép tạo kho chứa ngầm hoặc các dòng chảy ngầm

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

194

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Phân loại giếng khoan

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

195

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Phân loại giếng khoan

‰ 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:
™ Khoan xoay - rửa thuận
™ Khoan xoay - thổi khí
™ Khoan xoay - rửa nghịch
™ Khoan đập cáp
‰ Ngoài ra người ta còn phân loại giếng khoan theo đường kính
và theo độ sâu …

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

196

BM. KHOAN & KHAI THÁC


2. Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
‰ Bộ dụng cụ khoan tuần tự
từ dưới lên bao gồm:
™ Lưỡi
choòng

khoan
khoan

hoặc
(13)

đến ống mẫu (nếu có)

(12)
™ Đầu chuyển tiếp (11)
™ Cần khoan (9) (10)
(có thể có cần nặng)
™ Và trên cùng là cần
chủ đạo (7)

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

197

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
‰ 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.
‰ 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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

198

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
‰ 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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

199

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
‰ 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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

200

BM. KHOAN & KHAI THÁC

Phương pháp khoan xoay - rửa thuận
‰ 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).
‰ 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.
‰ Phương pháp điều áp thủy lực chỉ sử dụng
cho các giếng có địa tầng đá cứng và rắn
chắc.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

201

BM. KHOAN & KHAI THÁC


3. Khoan xoay thổi khí
‰ 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.
‰ 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.
‰ Kiểu cấu trúc choòng khoan cũng có phần khác để phù hợp
với phương pháp khoan.
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

202

BM. KHOAN & KHAI THÁC


4. Khoan xoay rửa nghịch
‰ Khoan rửa nghịch hoàn toàn có ưu điểm đặc biệt khi khoan những
giếng nước có đường kính lớn hơn 350-400mm.
‰ 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.
‰ Bơm dung dịch cũng sử dụng loại lưu lượng lớn hơn tùy thuộc vào
đường kính và độ sâu giếng khoan thi công.
‰ 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.
‰ Như vậy chu trình đi của nước rửa nghịch ngược với trong trường
hợp rửa thuận.
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

203

BM. KHOAN & KHAI THÁC

5. Khoan đập cáp
‰ 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.
‰ 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).

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

204

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Khoan đập cáp
‰ 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).
‰ 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).
‰ 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).

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

205

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Khoan đập cáp
‰ 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.
‰ 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.
‰ 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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

206

BM. 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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

207

BM. 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
tiếp nhau phải lớn hơn
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.

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

208

BM. 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...

Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

209

BM. 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.
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

210

BM. KHOAN & KHAI THÁC


2.3. Công nghệ khoan
‰ 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
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

211

BM. KHOAN & KHAI THÁC


Công nghệ khoan
™ 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.
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:

Q = F .V =

π
4

.( D 2 − d 2 ).V ≈ 0,8.( D 2 − d 2 ).V (m3 / h)

™ 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),
Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác

212

BM. KHOAN & KHAI THÁC