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

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 gi

Trang 1

BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC

CBGD : ThS ĐỖ QUANG KHÁNH

ThS HOÀNG TRỌNG QUANG ThS BÙI TỬ AN

BÀI 3: KHOAN THĂM DÒ

KHAI THÁC NƯỚC

Trang 2

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

Trang 3

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

Trang 4

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.

Trang 5

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

Trang 6

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

Trang 7

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:

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

Quan trắc

6

Sử dụng để tháo khô hoặc hạ thấp mực nước theo từng cấp phục vụ cho các công trình xây dựng hoặc khai khoáng

Tháo khô hoặc

hạ thấp mực

nước

5

Khai thác nước Khai thác

TT

Trang 8

Phân loại giếng khoan

Trang 9

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

Trang 10

2 Phương pháp khoan xoay - rửa thuận

Bộ dụng cụ khoan tuần tự

từ dưới lên bao gồm:

Lưỡi khoan hoặc

Trang 11

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 hốdung 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, hốlắng mùn và tràn về hố chứa dung dịch

Trang 12

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

Trang 13

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

Trang 14

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.

Trang 15

3 Khoan xoay thổi khí

Phương pháp này chỉ ứng dụng trong những vùng đất đámềm, 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 nhờmáy nén khí

Kiểu cấu trúc choòng khoan cũng có phần khác để phù hợp với phương pháp khoan

Trang 16

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

Trang 17

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).

Trang 18

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 vàcáp 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)

Trang 19

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

Trang 20

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

Trang 21

4 Hiệu hai đường kính ống

chống trong và ngoài liên

tiếp nhau phải lớn hơn

Trang 22

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

Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước

Trang 23

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

Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước

Trang 24

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: 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

Trang 25

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: Lưu lượng bơm (m3/h), F: Diện tích vành khăn giữa thành

) / (

).

.(

8 , 0 ).

.(

4

V D2 d 2 V D2 d2 V m3 h F

Q = = π − ≈ −

Trang 26

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/cm 3 )

• B: Độ thải nước của dung dịch sét (cm 3 /30’)

• T: Độ nhớt qui ước của dung dịch (s)

Trang 27

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.

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

Sau khi khoan lấy mẫu đất đến hết độ sâu yêu cần thăm dò, lỗkhoan cần được bơm sạch đáy Pha loãng bớt dung dịch, làm sạch bớt mùn khoan

Trang 28

Khi tuần hoàn dung

dịch khoảng một vài

giờ sẽ tiến hành đo

carota giếng khoan.

Trang 29

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.

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.

Trang 30

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

Trang 31

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.

Trang 32

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.

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

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.

Trang 33

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).

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.

Trang 35

Nếu việc gọi dòng khó

Trang 36

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)

Trang 37

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

Dựa vào việc bơm thí nghiệm này và kết hợp với các thông sốcủa giếng và tầng chứa có thể tính toán được các thông sốkhác về địa chất thủy văn tầng chứa

Trang 38

2.4 Tính toán sơ bộ về ống lọc

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

Cơ cấu ống lọc gồm 3 phần: phần trên,

phần giữa là phần lọc nước, phần dưới là

Trang 39

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.

Tính toán sơ bộ về ống lọc

Trang 40

Đường kính của ống lọc được xác định theo công thức:

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

1

58 ,

117

K I

Q

Trang 41

Khi chiều dầy tầng chứa nước nhỏ hơn 5m, chiều dài phần lọc nước lấy bằng chiều dày tầng chứa nước

Khi chiều dày tầng chứa nước lớn hơn 5m, chiều dài phần lọc nước của ống lọc được xác định theo :

trong đó I: Chiều dài phần lọc nước (m) Q: Lưu lượng khai thác nước của lỗ khoan theo đề án (m3/h)

Trang 42

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

30Sỏi có hệ số K1 = 30÷70

50Cát hạt thô có hệ số K1 = 15÷30

60Cát hạt vừa có hệ số K1 = 1÷5

90Cát hạt nhỏ có hệ số K1 = 2÷5

Hệ số αĐặc tính của đất đá tầng chứa nước

Bảng 3-1

Trang 43

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.

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.

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.

Ống lọc được thả vào lỗ khoan có thể bằng cột cần khoan hoặc ống cột chống.

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.

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	4,87 MB