Nâng cao hiệu quả công nghệ khoan tuần hoàn nghịch cho các giếng khai thác nước ngầm trong địa tầng trầm tích bở rời vùng nhơn trạch, đồng nai

Lựa chọn công nghệ khoan THN cho các giếng KTNN ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai...44 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH BẰNG BƠM AIRLIFT CH

NGUYỄN DUY TUẤN

NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH CHO CÁC GIẾNG KHAI THÁC NƯỚC NGẦM TRONG ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH BỞ RỜI VÙNG NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2020

NGUYỄN DUY TUẤN

NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH CHO CÁC GIẾNG KHAI THÁC NƯỚC NGẦM TRONG ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH BỞ RỜI VÙNG NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong một công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2020

Tác giả

Nguyễn Duy Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

CÁC TỪ VIẾT TẮT v

CÁC KÝ HIỆU vi

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu 3

6 Tài liệu cơ sở của luận án 4

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

8 Tính mới và những đóng góp của luận án 4

9 Luận điểm bảo vệ 5

10 Khối lượng và cấu trúc của luận án 5

11 Lời cám ơn 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 7

1.1 Phân tích và đánh giá ưu nhược điểm các phương pháp tuần hoàn nước rửa trong quá trình khoan 7

1.2 Các phương tiện duy trì dòng nước rửa THN trong giếng khoan 12

1.3 Tình hình nghiên cứu áp và dụng công nghệ khoan THN trên thế giới 18

1.4 Tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ khoan THN ở Việt Nam 24

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÙNG NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH ĐỂ THI CÔNG CÁC GIẾNG KHAI THÁC NƯỚC

NGẦM 33

2.1 Khái quát về điều kiện địa lý và kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu 33

2.2 Điều kiện Địa chất thủy văn và các phức hệ chứa nước 35

2.3 Đặc điểm cấu trúc địa tầng và tính chất cơ lý đất đá 39

2.4 Lựa chọn công nghệ khoan THN cho các giếng KTNN ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai 44

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH BẰNG BƠM AIRLIFT CHO CÁC GIẾNG KHAI THÁC NƯỚC NGẦM VÙNG NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI 56

3.1 Đặc điểm công nghệ khoan THN bằng bơm airlift 56

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả công nghệ khoan THN bằng bơm airlift 62

3.3 Các giải pháp nâng cao hiệu quả công nghệ khoan THN bằng bơm airlift cho các giếng KTNN ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai 73

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM TRONG ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT VÀ KẾT QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHIỆP 84

4.1 Mục đích thử nghiệm 84

4.2 Điều kiện thử nghiệm 84

4.3 Chế độ công nghệ khoan thử nghiệm 92

4.4 Trình tự thử nghiệm 93

4.5 Đánh giá kết quả thử nghiệm 94

4.6 Kết quả áp dụng công nghệ khoan THN bằng bơm airlift ở khu công nghiệp Nhơn Trạch 5, Đồng Nai 96

KẾT LUẬN 103

KIẾN NGHỊ 104

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

PHỤ LỤC 1 Kết quả tính toán lưu lượng nước rửa phụ thuộc vào vận tốc của dòng nước rửa chảy lên bề mặt và đường kính trong của cột cần khoan trong khoan THN xiv

PHỤ LỤC 2 Cột địa tầng và cấu trúc các giếng khoan thử nghiệm xvi

PHỤ LỤC 3 Thiết bị khoan thử nghiệm xx

PHỤ LỤC 4 Kết quả quan trắc Q AP phụ thuộc vào Q K khi chiều sâu h và hệ số nhúng chìm buồng HTK α thay đổi xxi

PHỤ LỤC 5 Kết quả tính toán vận tốc V V , vận tốc V h phụ thuộc vào lưu lượng bơm Q AP và Q K khi chiều sâu h thay đổi. xxiii

PHỤ LỤC 6 Kết quả quan trắc vận tốc cơ học và hàm lượng mùn khoan tạo thành trong quá trình khoan phụ thuộc vào đặc điểm đất đá xxv

Không gian vành xuyến Khai thác nước ngầm Tuần hoàn nghịch Tuần hoàn thuận

CÁC KÝ HIỆU

c - vận tốc cần thiết để nâng hạt mùn, m/s;

D 1 - đường kính trong của cột cần khoan, m;

d 1 - đường kính trong của ống dẫn khí, m;

D GK - đường kính giếng khoan, m;

d h - đường kính của hạt mùn, m;

F 1 - diện tích đáy giếng khoan theo lý thuyết, m 2 ;

F 2 - diện tích đáy giếng khoan thực tế, m 2 ;

G- tải trọng chiều trục, kN;

g- gia tốc trọng trường, m/s 2 ;

H- chiều cao nâng cột nước rửa tính từ buồng HTK đến điểm cao xả, m;

H GK - chiều sâu giếng khoan, m;

H n - chiều cao cột hỗn hợp nước rửa tính từ miệng giếng đến điểm cao xả, m; h- chiều sâu nhúng chìm buồng hòa trộn khí so với mực nước động, m;

h 0 - chiều cao nâng cột nước rửa tính từ mực nước động đến điểm cao xả; h đ - chiều sâu mực nước động, m;

h n - chiều cao chênh lệch cột nước rửa so với mực nước động khi bắt đầu khởi động máy nén khí;

h tt - chiều sâu mực nước tĩnh, m;

K 2 - hệ số tính tới chuyển động xoắn của hạt mùn do cột cần quay trong quá trình khoan;

K m - hệ số mở rộng thành giếng khoan;

K n - hệ số nén khí do áp suất cột nước ở phía trên buồng HTK;

K sl - tỷ lệ thể tích mùn khoan và thể tích nước rửa được bơm lên

bề mặt, %; k- hệ số tổn thất áp suất do ma sát khi hỗn hợp nước rửa chuyển động trong cột cần khoan;

k v - hệ số tính tới chuyển động không đồng đều của

dòng nước rửa; l- chiều dài ống hút, m;

l kh - chiều dài khoan được, m;

N- năng lượng cần thiết của khí nén để nâng hỗn hợp nước rửa từ buồng hòa

trộn lên bề mặt, J;

n- vận tốc vòng quay, v/ph;

P a - áp suất khí quyển, Pa;

P c - áp suất trong buồng HTK, Pa;

P c - áp suất trong buồng HTK, Pa;

P c 1 - áp suất trong buồng HTK khi bắt khởi động máy nén

khí, Pa; P g - tổn thất áp suất do gia tốc trọng trường của hỗn

nước rửa, Pa; P h - áp suất hút của máy bơm ly tâm, Pa;

P hc - tổn thất áp suất do thay đổi hướng dòng chảy của hỗn hợp nước rửa, Pa; P m - tổn thất áp suất do ma sát khi hỗn hợp nước rửa chuyển động trong cần khoan, Pa;

P ρ - tổn thất áp suất do tăng khối lượng riêng của nước rửa trong cột cần khoan, Pa;

Q AP - lưu lượng nước rửa thử nghiệm, m 3 /s;

TN

Q h - lưu lượng hút, m 3 /s;

Q K - lưu lượng khí nén truyền vào buồng HTK, m 3 /ph;

Q m - thể tích mùn khoan tạo thành trong một đơn vị thời gian,

m 3 /h; Q t - lưu lượng khí tách ra từ hỗn hợp nước - khí - mùn

khoan, m 3 /s; q- tiêu hao khí nén để nâng 1m 3 hỗn hợp nước

rửa lên bề mặt; t kh - thời gian khoan thuần túy, ph;

t th - thời gian nước rửa chảy đầy thùng thử nghiệm, s;

u- vận tốc lắng đọng của hạt mùn do trọng lực, m/s;

Ρ - khối lượng riêng của nước rửa trong KGVX giếng khoan, kg/

m 3 ; ρ 1 - khối lượng riêng của hỗn hợp nước rửa trong giếng

khoan, kg/m 3 ; ρ 3 - khối lượng riêng của hỗn hợp 3 pha, g/cm 3 ;

ρ h - khối lượng riêng của hạt mùn, g/cm 3 ;

ρ md - khối lượng riêng của nước rửa đã hòa trộn với mùn khoan, g/cm 3 ;

ρ hh - khối lượng riêng của hỗn hợp nước rửa hút ra khỏi giếng khoan, kg/m 3 ;

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh các chỉ tiêu cơ bản khoan các giếng KTNN bằng công nghệ

THN và công nghệ THT 27

Bảng 1.2 Kết quả khoan THN bằng bơm airlift sử dụng dung dịch sét bentonit để rửa giếng ở khu Nhơn Trạch 1, Đồng Nai 30

Bảng 2.1 Lượng mưa trung bình hàng tháng tại trạm khí tượng Biên Hòa 34

Bảng 2.2 Thành phần hạt của các lớp đất đá 41

Bảng 3.1 Vận tốc cơ học và hàm lượng mùn khoan tạo thành trong quá trình khoan phụ thuộc vào đặc điểm đất đá 69

Bảng 3.2 Chế độ công nghệ hợp lý khoan THN bằng bơm airlift kết hợp sử dụng nước kỹ thuật để khoan các giếng KTNN trong trầm tích bở rời vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai 77

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc Q AP , V V và V h vào lưu lượng khí nén Q K khi chiều sâu h và hệ số nhúng chìm của buồng HTK thay đổi 78 Bảng 4.1 Tọa độ các giếng khoan thử nghiệm 86

Bảng 4.2 Đặc điểm địa tầng giếng khoan thử nghiệm GK4A 86

Bảng 4.3 Đặc tính kỹ thuật cần khoan 90

Bảng 4.4 Các thông số chế độ khoan thử nghiệm 92

Bảng 4.5 Kết quả quan trắc thời gian bơm rửa, lưu lượng bơm và hạ thấp mực nước trong các giếng khoan thử nghiệm 95

Bảng 4.6 So sánh kết quả khoan thử nghiệm THN sử dụng nước kỹ thuật với khoan THN sử dụng dung dịch sét ở Nhơn Trạch 1, Đồng Nai 96

Bảng 4.7 So sánh thời gian bơm rửa giếng 99

Bảng 4.8 So sánh chỉ số hạ thấp mực nước ngầm trong giếng .100

Bảng 4.9 Tổng hợp chỉ số hạ thấp mực nước trong giếng 100

Bảng 4.11 So sánh kết quả khoan các giếng KTNN ở Nhơn Trạch, Đồng Nai

bằng công nghệ khoan THN sử dụng nước kỹ thuật để rửa giếng với công nghệ khoan THN và công nghệ khoan THT dùng dung dịch sét 101

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phương pháp nước rửa THT trong giếng khoan 8

Hình 1.2 Cấu trúc giếng KTNN khoan bằng phương pháp nước rửa THT

9

Hình 1.3 Phương pháp nước rửa THN trong giếng khoan 10 Hình 1.4 Phương pháp nước rửa tuần hoàn phối hợp trong giếng khoan 11

Hình 1.5 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm nước rửa

kết hợp với thiết bị bịt kín miệng giếng 13 Hình 1.6 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift trong khoan giếng KTNN 14 Hình 1.7 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift trong khoan xoay lấy mẫu 16 Hình 1.8 Cấu tạo buồng HTK 16

Hình 1.9 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm ly tâm kết hợp

với bơm chân không 17 Hình 1.10 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm ly tâm kết hợp với vòi phun 18 Hình 1.11 Thiết bị khoan THN của Hãng WIRTH (Đức) 19 Hình 1.12 Cần khoan với ống dẫn khí nối với nhau bằng mặt bích của hãng WIRTH (Đức) 20 Hình 1.13 Máy khoan THN kiểu GP-30 (Trung Quốc) 21

Hình 1.14 Sự phụ thuộc lưu lượng bơm nước rửa Q AP và tiêu hao khí nén q

vào lưu lượng khí Q K ……… .

22 Hình 1.15 Sự phụ thuộc Q AP = f(Q K ) khi chiều sâu h và hệ số nhúng chìm α thay đổi 23 Hình 1.16 Cấu trúc cụm giếng quan trắc nước ngầm số Q401 ở đồng bằng

Hình 2.1 Bản đồ ĐCTV khu công nghiệp Nhơn Trạch, huyện Nhơn Trạch,

tỉnh Đồng Nai 36

Hình 2.2 Cột địa tầng đặc trưng cho vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai 40

Hình 2.3 Cát hạt thô màu xám trắng lẫn cuội, sỏi 43

Hình 2.4 Sét pha màu nâu hồng - xám trắng lẫn cuội, sỏi 43

Hình 2.5 Sét pha màu vàng lẫn cuội sỏi 43

Hình 2.6 Cát hạt thô màu xám lẫn cuội sỏi 43

Hình 2.7 Cuội và sỏi trong tầng cát màu nâu vàng 44

Hình 2.8 Kích thước cuội sỏi trong tầng chứa nước 44

Hình 2.9 Áp suất hút phụ thuộc vào chiều sâu giếng khoan khi khối lượng riêng hh của hỗn hợp nước rửa trong giếng thay đổi 47

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm airlift 50

Hình 2.11 Đồ thị so sánh lưu lượng bơm phụ thuộc vào chiều sâu giếng trong khoan THN 51

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý lắp đặt ống dẫn khí và cột cần khoan trong khoan THN bằng bơm airlift 52

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý các giai đoạn làm việc của bơm airlift.57 Hình 3.2 Sơ đồ quan hệ giữa vận tốc chảy lên V V của dòng nước rửa và vận tốc u lắng đọng của hạt mùn khoan 64

Hình 3.3 Đặc điểm chuyển động của các hạt mùn có kích thước và khối lượng riêng khác nhau trong dòng nước rửa 65

Hình 3.4 Sự phụ thuộc vận tốc lắng đọng u vào kích thước và khối lượng riêng của hạt mùn khoan 67

Hình 3.5 Sự phụ thuộc vận tốc chảy lên V V của dòng nước rửa vào kích thước và khối lượng riêng hạt mùn khoan 67

Hình 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng mùn khoan tới vận tốc cơ học khoan 68

Hình 3.8 Sự phụ thuộc Q AP = f(Q K ) khi đường kính trong của cần khoan và hệ

số nhúng chìm α thay đổi 72

Hình 3.9 Sự phụ thuộc lưu lượng nước rửa vào lưu lượng khí nén và chiều sâu nhúng chìm buồng HTK 79

Hình 4.1 Vị trí các giếng khoan thử nghiệm trong khu công nghiệp Nhơn Trạch 1, Đồng Nai 85

Hình 4.2 Cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan thử nghiệm GK-4A 87

Hình 4.3 Cấu trúc bộ DCK thử nghiệm 89

Hình 4.4 Choòng 2 cánh 91

Hình 4.5 Choòng 3 cánh 91

Hình 4.6 Hình ảnh choòng dùng khoan giếng KTNN ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai 91

Hình 4.7 Khoan giếng KTNN ở Nhơn Trạch, Đồng Nai bằng công nghệ khoan THN 97

Hình 4.8 Vị trí các giếng khoan thi công bằng phương pháp khoan THT và THN tại khu công nghiệp Nhơn Trạch 5, Đồng Nai 98

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai gồm các khu Nhơn Trạch 1,2,3,4,5 nằm ở trung tâm vùng trọng điểm kinh tế phía Nam của đất nước bao gồm: Khu công nghiệp Long Thành, Tam Phước, Gò Dầu, Vêdan v.v của tỉnh Đồng Nai, cạnh đó là thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Trong khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai có nhà máy nước Tuy Hạ, công suất 22.000 m 3 /ngđ Nhà máy có 24 giếng khai thác nước trong tầng chứa nước trầm tích Plioxen Sau một thời gian vận hành khai thác, một số giếng nhanh chóng suy giảm lưu lượng do giếng bị suy thoái cơ học và thủy động lực học liên quan chủ yếu đến quá trình xây dựng giếng và vận hành khai thác, trong

đó yếu tố công nghệ khoan đóng vai trò chủ đạo.

Để nhà máy nước Tuy Hạ cung cấp đủ nước cho khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai và các khu vực lân cận, ngày 06/4/2015 Cục Quản lý tài nguyên nước đã có Công văn số 267/TNN-NDĐ cho phép khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai được khoan bổ sung thêm các giếng KTNN

và một số giếng thay thế cho các giếng đã suy giảm lưu lượng và hư hỏng.

Từ trước đến nay ở Việt Nam cũng như ở khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai đều áp dụng công nghệ khoan xoay tuần hoàn thuận để khoan các giếng KTNN Kết quả thực tế cho thấy khi khoan các giếng KTNN trong trầm tích Plioxen vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai bằng công nghệ khoan THT bộc lộ một số nhược điểm sau:

- Các tầng đất đá yếu bở rời, liên kết yếu dễ bị sập lở gây khó

khăn cho quá trình khoan, kéo dài thời gian thi công giếng;

- Để hạn chế thành giếng bị sập lở, quá trình khoan phải sử dụng dung

dịch sét có khối lượng riêng và độ nhớt lớn Điều này đã làm tăng nguy cơ xâm nhập dung dịch và gây nhiễm bẩn tầng chứa nước do các lỗ rỗng dẫn

nước bị lấp nhét bởi mùn khoan Ngoài ra, dung dịch sét với khối lượng riêng lớn còn tạo chiều dày vỏ sét lớn trên thành lỗ khoan gây khó khăn cho công tác phục hồi độ thấm ban đầu của tầng chứa nước Các yếu tố trên đã làm tăng chi phí bơm rửa và không thể phục hồi hoàn toàn độ thấm ban đầu của tầng chứa, lưu lượng khai thác của giếng bị giảm so với thiết kế;

- Nhiều trường hợp, để khắc phục hiện tượng thành giếng bị

sập lở phải sử dụng ống chống dẫn đến cấu trúc giếng gồm nhiều cột ống chống, làm tăng chi phí xây dựng giếng.

Công nghệ khoan THN đã được áp dụng phổ biến trên thế giới và cho thấy tính ưu việt của nó khi khắc phục được những hạn chế như đã nêu ở trên.

Ở Việt Nam, công nghệ khoan THN đã được biết đến từ khá lâu, tuy

nhiên mới chỉ được áp dụng rộng rãi trong một vài năm gần đây Quá trình áp dụng công nghệ này trong từng điều kiện cụ thể của Việt Nam còn nhiều tồn tại cả về thiết bị và quy trình công nghệ.

Từ các phân tích trên cho thấy sự cần thiết của công tác nghiên cứu: “Nâng cao hiệu quả công nghệ khoan tuần hoàn nghịch cho các giếng khai thác nước ngầm trong địa tầng trầm tích bở rời vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai” Kết quả nghiên cứu sẽ không chỉ được áp dụng để thi công các giếng KTNN ở Nhơn Trạch, Đồng Nai nói riêng

mà còn được áp dụng để thi công khoan các giếng KTNN trong các địa tầng trầm tích ở các vùng đồng bằng trên cả nước.

2 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao hiệu quả công nghệ khoan THN khi thi công các giếng KTNN trong địa tầng trầm tích bở rời vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ khoan THN khi thi công

các giếng KTNN.

- Phạm vi nghiên cứu: Địa tầng trầm tích bở rời vùng Nhơn

Trạch, Đồng Nai.

4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu cần thực hiện các nội dung sau:

- Thu thập các tài liệu kỹ thuật liên quan tới công nghệ khoan

THN đã được công bố trên thế giới và ở Việt Nam;

- Thu thập các tài liệu về địa chất, ĐCTV ở vùng Nhơn Trạch,

Đồng Nai để nghiên cứu, phân tích đánh giá đặc điểm địa tầng, đặc biệt là tầng chứa nước;

- Nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp công nghệ khoan THN phù hợp với

điều kiện địa tầng trầm tích vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai để nâng cao hiệu quả khoan, nâng cao khả năng thu hồi nước và chất lượng giếng khai thác;

- Thử nghiệm trong điều kiện sản xuất để kiểm chứng các giải

pháp nâng cao hiệu quả công nghệ khoan THN đã đề xuất để thi công các giếng KTNN vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai;

- Phân tích, đánh giá hiệu quả của phương pháp khoan THN so với các

phương pháp khoan đã áp dụng để khoan các giếng KTNN ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai và triển vọng áp dụng công nghệ khoan THN ở Việt Nam.

5 Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu

- Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu

liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài;

- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu công nghệ khoan THN

đã thực hiện trên thế giới và lựa chọn các giải pháp nâng cao hiệu quả khoan giếng KTNN ở Nhơn Trạch, Đồng Nai;

- Phương pháp thử nghiệm: Thử nghiệm các kết quả nghiên

cứu trong điều kiện sản xuất từ đó hoàn thiện các giải pháp nâng cao hiệu quả thi công giếng bằng công nghệ khoan THN.

- Phương pháp tính toán: Ứng dụng toán xác suất, toán thống

kê, chương trình Excel để xử lý và phân tích các số liệu nghiên cứu.

6 Tài liệu cơ sở của luận án

Luận án được xây dựng trên cơ sở các công trình nghiên cứu về công nghệ khoan THN đã được công bố trên thế giới và ở Việt Nam; các công trình nghiên cứu của tác giả được công bố trong các tạp chí khoa học chuyên ngành như: Tạp chí khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất; Tạp chí Địa kỹ thuật, Tạp chí Tài nguyên nước; trong kỷ yếu hội nghị khoa học quốc tế về kinh tế và quản lý hoạt động khoáng sản (EMME); trong kỷ yếu hội nghị khoa học toàn quốc VietGeo-2019 v.v; các số liệu thống kê từ thực tế sản xuất ở các đơn vị thăm dò, KTNN.

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp

phần hoàn thiện công nghệ và các giải pháp nâng cao hiệu quả khoan THN không chỉ cho công tác khoan các giếng KTNN trong trầm tích bở rời ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai mà còn cho khoan các giếng KTNN có điều kiện địa tầng tương tự.

- Ý nghĩa thực tiễn: Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài, các chuyên gia, các nhà quản lý trong lĩnh vực KTNN có thể lựa chọn phương pháp và công nghệ khoan THN phù hợp với điều kiện địa tầng, phù hợp với thiết bị sẵn có để thi công các giếng KTNN hiệu quả nhất.

8 Tính mới và những đóng góp của luận án

- Đã đề xuất áp dụng công nghệ khoan THN bằng bơm airlift

kết hợp với sử dụng nước kỹ thuật để rửa giếng thay thế cho công nghệ khoan truyền thống sử dụng dung dịch sét khi khoan các giếng KTNN trong địa tầng trầm tích bở rời ở Việt Nam.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần hoàn thiện công nghệ khoan THN bằng bơm airlift để khoan các giếng KTNN trong trầm tích bở rời ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai và cho các giếng KTNN có điều kiện địa tầng tương tự.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ giúp các chuyên gia, các nhà quản lý lựa chọn phương pháp khoan giếng khai nước ngầm phù hợp với điều kiện địa tầng chứa nước và điều kiện thiết bị sẵn có để nâng cao hiệu quả khoan và chất lượng, công suất giếng khai thác.

9 Luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Áp dụng công nghệ khoan THN bằng bơm airlift kết

hợp sử dụng nước kỹ thuật để rửa giếng khi khoan các giếng KTNN trong địa tầng trầm tích bở rời ở vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai là hợp lý, đáp ứng được yêu cầu nâng cao hiệu quả khoan và chất lượng giếng khai thác.

- Luận điểm 2: Đối với địa tầng vùng Nhơn Trạch, Đồng Nai, để vận chuyển hiệu quả mùn khoan lẫn cuội sỏi kích thước từ 30 mm - 50 mm lên bề mặt, trong trường hợp sử dụng cần khoan đường kính trong 115

mm cần duy trì vận tốc dòng nước rửa chảy lên bề mặt trong khoảng từ 4,2 m/s - 7,8 m/s, với lưu lượng khí nén tương ứng từ 3 m/s - 4,5 m 3 /ph.

10 Khối lượng và cấu trúc của luận án

Luận án bao gồm phần mở đầu, 4 chương nội dung, kết luận, kiến nghị, danh mục các công trình khoa học đã công bố của tác giả, tài liệu tham khảo và phần phụ lục Toàn bộ nội dung của luận

án được trình bày trong 111 trang trên khổ giấy A4, cỡ chữ 14, font chữ Time New Roman, trong đó có 45 hình, 18 bảng.

11 Lời cám ơn

Luận án được hoàn thành tại bộ môn Khoan - Khai thác, khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS

Nguyễn Thế Vinh, Trường Đại học Mỏ - Địa chất và PGS.TS Nguyễn Xuân Thảo, Viện Công nghệ Khoan Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy đã tận tình chỉ bảo trong suốt quá trình nghiên cứu của tác giả.

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả còn nhận được sự giúp

đỡ nhiệt tình của các chuyên gia, các nhà khoa học của Bộ môn Khoan

- Khai thác; Bộ môn thiết bị Dầu khí và Công trình; Viện Công nghệ Khoan; Công ty TNHH MTV phát triển đô thị và khu công nghiệp IDICO; Viện Công nghệ Khoan - Khai thác; Hội Công nghệ Khoan - Khai thác Việt Nam; Viện Địa chất, Nước và Môi trường Tác giả bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc trước sự giúp đỡ hết sức quý báu đó.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong gia đình, tới anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả thực hiện luận án.

Tác giả luôn mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp để nâng cao kiến thức khoa học của bản thân và để bản luận án được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGHỊCH

TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1 Phân tích và đánh giá ưu nhược điểm các phương pháp tuần hoàn nước rửa trong quá trình khoan

Hiện nay, trong công tác khoan xoay thăm dò khoáng sản nói chung, khoan xoay thăm dò KTNN nói riêng đang áp dụng 3 phương pháp tuần hoàn nước rửa trong giếng khoan: Phương pháp nước rửa THT (rửa thuận); phương pháp nước rửa THN (rửa nghịch); phương pháp nước rửa tuần hoàn phối hợp (thuận - nghịch) Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng Vì vậy, trong thực tế thường căn cứ vào mục đích, yêu cầu của giếng khoan, điều kiện và tính chất địa tầng khoan qua, điều kiện công nghệ khoan

để lựa chọn phương pháp rửa giếng phù hợp và hiệu quả nhất.

1.1.1 Phương pháp nước rửa tuần hoàn thuận (THT)

Trong phương pháp nước rửa THT (hình 1.1), nước rửa được bơm trực tiếp qua cột cần khoan xuống đáy giếng để làm mát bộ DCK và vận chuyển mùn khoan lên bề mặt qua khe hở giữa cần khoan và thành giếng khoan (KGVX) Phương pháp nước rửa THT, mặc dù được áp dụng rộng rãi trong công tác khoan thăm dò địa chất, khoan KTNN v.v song trong các điều kiện địa chất phức tạp còn thể hiện các tồn tại sau:

- Khi khoan xoay lấy mẫu trong các tầng đất đá mềm, bở rời liên

kết yếu, nứt nẻ hoặc cứng mềm xen kẽ thường xảy ra hiện tượng mất mẫu hoặc tỷ lệ mẫu giảm do tác động của dòng chảy nước rửa;

- Thường xảy ra hiện tượng kẹt mút, kẹt bó bộ DCK và sập lở thành

giếng khi khoan qua địa tầng mềm yếu, kém bền vững, vỡ vụn bở rời;

Hình 1.1 Phương pháp nước rửa THT trong giếng khoan

- Khi khoan các giếng KTNN đường kính lớn đòi hỏi tăng lưu lượng

nước rửa để tăng vận tốc chảy lên của dòng nước rửa trong KGVX do diện tích tiết diện KGVX lớn so với diện tích tiết diện dòng chảy trong cần khoan;

- Khi khoan các giếng KTNN trong các địa tầng nứt nẻ, địa tầng mềm

yếu, bở rời, kém bền vững thường dùng dung dịch sét để rửa giếng khoan,

do đó tầng chứa nước dễ bị nhiễm bẩn; cấu trúc giếng khoan phức tạp, sử dụng nhiều tầng ống chống (hình 1.2); chi phí nhiều thời gian cho việc chống ống và thời gian cho bơm rửa phục hồi trạng thái ban đầu của tầng chứa nước v.v 1.1.2 Phương pháp nước rửa tuần hoàn nghịch (THN)

Trong phương pháp nước rửa THN, nước rửa từ miệng giếng khoan chảy tự do xuống đáy qua KGVX để làm mát bộ DCK, làm sạch đáy giếng và vận chuyển mùn khoan lên bề mặt từ bên trong cột cần khoan (hình 1.3).

Hình 1.2 Cấu trúc giếng KTNN khoan bằng phương pháp nước rửa THT

Hình 1.3 Phương pháp nước rửa THN trong giếng khoan

So với phương pháp nước rửa THT, phương pháp nước rửa THN có những ưu điểm sau:

- Cải thiện điều kiện bảo vệ mẫu khoan và tăng tỷ lệ mẫu

khoan khi khoan qua các địa tầng đất đá bở rời, mềm, liên kết yếu

do mẫu khoan không bị tác động nén, tác động sói lở bởi áp lực

và lưu lượng của dòng nước rửa trong quá trình khoan;

- Giảm khả năng xuất hiện các dạng sự cố phức tạp do

nguyên nhân nước rửa gây ra như sói lở thành giếng v.v;

- Tăng hiệu quả phá hủy đá trong quá trình khoan do đất đá tại đáy giếng

không bị tác động nén bởi áp suất dòng nước rửa trong quá trình khoan.

Bên cạnh các ưu điểm, phương pháp khoan THN cũng có một

số nhược điểm cơ bản sau:

- Đòi hỏi phương tiện hoặc thiết bị để duy trì dòng nước rửa

THN trong giếng khoan Vì vậy, năng suất khoan phụ thuộc nhiều vào phương pháp và loại thiết bị duy trì dòng nước rửa THN;

- Kích thước thiết bị khoan lớn, cồng kềnh; khó tiếp cận vị

trí chật hẹp 1.1.3 Phương pháp nước rửa tuần hoàn phối hợp Phương pháp khoan với nước rửa tuần hoàn phối hợp được áp dụng rộng rãi trong khoan xoay thăm dò khoáng sản rắn khi cần nâng cao tỷ lệ mẫu khoan Bản chất của phương này là sự kết hợp giữa 2 phương pháp nước rửa THT và THN Nước rửa được bơm bằng máy bơm từ trên mặt đất theo cột cần khoan (THT) xuống đáy giếng khoan, sau đó nước rửa THN ở vùng lân cận đáy Nghĩa là nước rửa THT ở phần trên bộ ống mẫu và THN

ở phần đáy giếng khoan và trong bộ ống mẫu (hình 1.4).

Hình 1.4 Phương pháp nước rửa tuần hoàn phối hợp trong giếng

khoan a- Nước rửa THN tại đáy giếng nhờ nút packe bịt kín; b- Nước rửa THN tại đáy giếng nhờ trợ giúp của bơm tia; c-

Nước rửa THN tại đáy giếng nhờ trợ giúp của bơm chìm.

Khi áp dụng phương pháp nước rửa tuần hoàn phối hợp cần sử dụng đầu nối ống mẫu có rãnh phân dòng (hình 1.4a); đầu nối bơm tia (hình 1.4b) hoặc máy bơm chìm (hình 1.4c) Ưu điểm của phương pháp bơm rửa phối hợp là: lưu lượng nước rửa nhỏ nhưng vẫn đảm bảo khả năng vận chuyển mùn khoan lên bề mặt và làm sạch đáy giếng; mẫu khoan không bị xói mòn, không

bị chèn lẫn nhau do tác động của áp lực dòng chảy nước rửa.

1.2 Các phương tiện duy trì dòng nước rửa THN trong giếng khoan Trong thực tế, để duy trì dòng nước rửa THN trong giếng khoan đã sử

dụng các phương tiện khác nhau như: máy bơm nước rửa truyền thống; máy bơm ly tâm kết hợp bơm chân không hoặc kết hợp với vòi phun; bơm airlift Căn cứ vào đặc tính kỹ thuật của các phương tiện duy trì dòng nước rửa

THN, các chuyên gia [7,28,31,39,40] đã chia thành các phương pháp sau:

1 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm nước rửa kết hợp với thiết bị bịt kín miệng giếng.

2 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift.

3 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm ly tâm kết hợp với bơm hút chân không.

4 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm ly tâm kết hợp với vòi phun.

1.2.1 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm nước rửa kết hợp với thiết bị bịt kín miệng giếng khoan (hình 1.5) Phương pháp này thường áp dụng để khoan thăm dò khoáng sản rắn sâu đến 100 m, đường kính khoan từ 76 mm - 93 mm [7,31,40].

Trong quá trình khoan, nước rửa được bơm trực tiếp xuống đáy giếng theo KGVX Nhờ áp suất đẩy của máy bơm, mùn khoan cùng nước rửa được đưa lên bề mặt từ bên trong cột cần khoan Phương pháp nước rửa THN bằng máy bơm nước rửa kết hợp với thiết bị bịt kín miệng giếng áp dụng với mục

đích nâng cao tỷ lệ mẫu khi khoan trong các tầng đất đá bở rời, nứt nẻ, hủy hoại v.v Phương pháp này ít được áp dụng để khoan các giếng KTNN vì khi khoan qua các tầng chứa nước, dung dịch và mùn khoan dễ bị đẩy ép vào các khe nứt, lỗ rỗng làm giảm khả năng dẫn lưu của tầng chứa nước.

1 máy bơm nước rửa;

Hình 1.5 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm

nước rửa kết hợp với thiết bị bịt kín miệng giếng

1.2.2 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift (hình 1.6)

Phương pháp này được áp dụng rộng rãi để khoan thăm dò khoáng sản rắn, khoan thăm dò sa khoáng và khoan các giếng KTNN.

1 choòng khoan; 2 buồng hòa trộn khí (HTK); 3 ống dẫn khí; 4 cột cần khoan ở phía trên buồng HTK; 5 ống dẫn khí từ máy nén khí; 6 bàn rôto; 7 đầu xanhich; 8 tuyô dẫn nước xả; 9 hố lắng đọng; 10 mùn khoan; 11 vách ngăn; 12 rãnh dẫn nước vào giếng 13 đoạn cần khoan ở phía dưới buồng HTK; 14 giếng khoan.

Hình 1.6 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift

trong khoan giếng KTNN

h 0 - chiều cao nâng cột nước rửa tính từ mực nước động đến điểm cao xả, m; h- chiều sâu nhúng chìm buồng HTK so với mực nước động, m; H= h o + h-chiều cao nâng cột nước rửa tính từ buồng HTK đến điểm cao xả (chiều dài cột cần khoan tính từ buồng HTK đến điểm cao xả), m; l h - chiều sâu hút

(chiều dài đoạn cần khoan ở phía dưới buồng HTK), m.

Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm airlift có những ưu điểm sau [7,28,40]:

- Cấu tạo bơm airlift đơn giản, dễ vận hành; điều chỉnh lưu

lượng bơm bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí nén;

- Có khả năng áp dụng để khoan các giếng KTNN sâu đến 500m, đường

kính đến 800 mm trong địa tầng trầm tích bở rời hạt thô; có khả năng vận

chuyển các hạt rắn có tính chất mài mòn và kích thước hạt mùn tới 70 mm

- 80 mm tùy theo đường kính cần khoan được sử dụng [28,30,31,40];

- Tùy theo đường kính giếng khoan, đường kính cần khoan, lưu

lượng và áp suất khí, bơm airlift có thể đẩy được cột nước rửa chứa hàm lượng mùn khoan từ 40% - 60% tới chiều cao 300 m - 400 m [30,40].

- Tăng tỷ lệ mẫu khi khoan các tầng đất đá kém bền vững, bở

rời, liên kết yếu, các tầng đá nứt nẻ v.v.

Nhược điểm của phương pháp duy trì nước rửa THN bằng bơm airlift:

- Đòi hỏi lưu lượng và áp suất khí nén lớn để hòa trộn với hỗn hợp nước

rửa (mùn khoan và nước rửa) và đẩy lên bề mặt từ bên trong cột cần khoan;

- Hệ số hữu ích làm việc của bơm airlift thấp, đạt từ 25% - 30% và

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chiều sâu nhúng chìm buồng HTK; lưu lượng và áp suất khí truyền vào buồng HTK; đường kính cần khoan và chiều dài cột cần khoan ở phía trên và ở phía dưới buồng HTK v.v.

- Khi khoan đất đá dẻo, mềm dạng đất sét, mùn khoan thường

bị vón cục và tạo nút trong cột cần khoan làm giảm lưu lượng và vận tốc bơm Trong thực tế, để hạn chế hiện tượng trên thường giảm vận tốc khoan, từ đó dẫn tới giảm năng suất khoan.

- Chỉ áp dụng cho khoan các lỗ khoan thăm dò khoáng sản

rắn đường kính từ 76 mm - 151 mm, sâu tới 200 m.

Sơ đồ nguyên lý làm việc và cấu trúc bộ dụng khoan xoay lấy mẫu trong công nghệ khoan THN bằng bơm airlift xem hình 1.7.

Cấu trúc bơm airlift gồm ống đẩy (chiều dài cột cần khoan tính từ buồng HTK đến điểm cao xả), buồng HTK và ống hút (chiều dài đoạn cần khoan ở phía dưới buồng HTK) Buồng HTK là một ống đục lỗ (hình 1.8) để phun khí hòa trộn với nước rửa trong cột cần khoan Khí nén từ ống dẫn khí 1 vào buồng 2 và phun qua lỗ 4 vào bên trong cột cần khoan 3 để hòa trộn với nước

rửa gồm nước - mùn khoan Sau khi hòa trộn tạo thành hỗn hợp 3 pha gồm nước - mùn khoan - khí có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng nước rửa ban đầu

1 cáp kéo; 2 đầu xa nhích; 3 tuyô dẫn khí nén;

4 van; 5 tuyô xả; 6 hố chứa; 7 ống nâng (cột cần khoan); 8 ống dẫn khí; 9.

buồng HTK; 10 đầu nối chuyển tiếp; 11 cần nặng;

12 bộ ống mẫu và mũi khoan.

Hình 1.7 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN

bằng bơm airlift trong khoan xoay lấy mẫu

1 ống dẫn khí nén; 2.

thân buồng hòa trộn khí

- nước rửa; 3 cần khoan; 4 lỗ phun khí.

Hình 1.8 Cấu tạo buồng HTK

Nhờ áp suất của khí nén, hỗn hợp 3 pha được đẩy lên bề mặt

từ phía trong cột cần khoan, đồng thời tạo ra sự chênh áp để hút mùn khoan và nước rửa từ đáy giếng vào buồng HTK.

1.2.3 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm ly tâm kết hợp với bơm chân không (hình 1.9)

Phương pháp này thường áp dụng để khoan các giếng KTNN với chiều sâu nhỏ hơn 100 m và đường kính giếng nhỏ hơn 200 mm Đối với các giếng sâu hơn 100 m và đường kính giếng lớn hơn 200 mm phương pháp này ít có hiệu quả, đặc biệt khi khoan qua các địa tầng mềm yếu, bở rời [7,38,39,40].

1 choòng khoan; 2 cần khoan; 3 ống chống định hướng; 4 bàn rô to; 5 cần chủ đạo; 6 đầu xa nhích; 7 ống hút chân không; 8 ống hút; 9 thùng nước lạnh; 10 bơm chân không;11 bình chân không;12 bơm ly tâm;

13 van một chiều;14 tuyô xả; 15 rãnh dẫn nước; 16.

hố chứa; 17 mùn khoan.

Hình 1.9 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng bơm ly tâm

kết hợp với bơm chân không

1.2.4 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN bằng máy bơm và vòi phun (hình 1.10)

Trong phương pháp này, nước rửa được bơm từ máy bơm vào vòi phun, sẽ tạo sự chênh lệch áp suất giữa đáy và miệng giếng khoan Khi đó, nước rửa và mùn khoan từ đáy giếng được hút lên phía trên theo cột cần khoan và chảy vào hố chứa.

Nhược điểm của phương pháp này là không có khả năng khoan các giếng có độ sâu lớn hơn 50 m, đường kính lớn hơn 200 mm vì khả năng hút

và đẩy của vòi phun Do đó, ít được áp dụng trong thực tế [7,38,39,40,44].

1 máy bơm ly tâm; 2.

vòi phun; 3 đầu xa nhích; 4 bàn rô to; 5.

choòng khoan; 6 tuyô xả; 7 mùn khoan; 8 ống định hướng; 9 cột cần khoan; 10 giếng khoan.

Hình 1.10 Phương pháp duy trì dòng nước rửa THN

bằng máy bơm ly tâm kết hợp với vòi phun 1.3 Tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ khoan THN trên thế giới Phương pháp khoan THN được nghiên cứu và áp dụng ở Mỹ từ năm 1939 [7,16,28,31,39,40,44] Sau đó, được áp dụng ở các nước Đức, Pháp, Ba

Lan, Hà Lan, Úc v.v Ở Nga, Trung Quốc, Nhật Bản công nghệ khoan THN được nghiên cứu muộn hơn và được áp dụng vào đầu những năm 70 [7,16,31,40,43].

Năm 1960, Mỹ đã nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm thành công thiết

bị khoan THN “Coredrill” [7,16] dùng để khoan lấy mẫu trong các tầng đất

đá bở rời, liên kết yếu và trong đất đá trầm tích sâu tới 750 m, đường kính khoan 121 mm, sử dụng cần khoan kép đường kính 114 mm, đường kính trong bộ ống mẫu 63,5 mm, đường kính mẫu khoan 50,8 mm.

Hình 1.11 Thiết bị khoan THN của Hãng WIRTH (Đức) Các nước Mỹ, Đức, Pháp, Anh, Úc đã tiêu chuẩn hóa các thiết

bị như: thiết bị khoan đầu quay thủy lực xeri B và L (hình 1.11) của hãng WIRTH (Đức); cần khoan chuyên dùng trong công tác khoan KTNN bằng công nghệ khoan THN là loại cần khoan kép CON-COR của Mỹ nối với nhau bằng ren và loại cần khoan đầu nối bằng mặt bích như cần khoan DSG và NW của Đức (hình 1.12) [28,36].

Hình 1.12 Cần khoan với ống dẫn khí nối với nhau

bằng mặt bích của hãng WIRTH (Đức) Đức là một trong các nước áp dụng rộng rãi công nghệ khoan THN trong các lĩnh vực: Khoan các giếng KTNN đường kính lớn hơn 500 mm; khoan các giếng quan trắc thủy văn; khoan thăm dò lấy mẫu khoáng sản rắn; khoan thăm dò sa khoáng; khoan khảo sát ĐCCT; khoan khảo sát nền móng phục vụ các công trình xây dựng nhà cửa, các công trình thủy điện và cầu cảng [28,39].

Ở Nhật Bản, công nghệ khoan THN được nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn từ năm 1962 để khoan khảo sát nền móng công trình Thiết bị và DCK THN chủ yếu nhập từ Đức.

Ở Liên Xô cũ, công nghệ khoan THN được nghiên cứu và áp dụng từ

năm 1970 ở Liên hiệp Địa chất “Kievgeologia” để khoan thăm dò khoáng sản rắn, khoan thăm dò sa khoáng, khoan khảo sát ĐCCT với mục đích nâng cao

tỷ lệ và chất lượng mẫu khoan, khoan các giếng KTNN [40,41,44] trong đất đá trầm tích Các thiết bị được sử dụng là các thiết bị cải tiến từ các thiết bị khoan rô to 1BA 15V (1БА-15В), URB-3A3 (УРБ-3А3), URB-3AM (УРБ-ЗАМ) và), URB-3A3 (УРБ-3А3), URB-3AM (УРБ-ЗАМ) và) và các thiết bị khoan đập cáp UKX-22 (УКС-22), UKX-30 (УКС-30)

cho phù hợp với công nghệ khoan THN [40,44] Ví dụ đối với thiết bị khoan URB và UKX đã cải tiến đầu xa nhích, bàn rô to và hệ thống dẫn động cho bàn rô to để đảm bảo cho máy khoan đủ tính năng kỹ thuật khoan THN.

Ở Trung Quốc, công nghệ khoan THN được nghiên cứu từ những

năm 1970 nhưng đến năm 1980 mới được áp dụng rộng rãi trong công tác khoan thăm dò địa chất, khoan khảo sát công trình và khoan KTNN Các thiết bị và dụng cụ khoan được nghiên cứu sử dụng trong giai đoạn này gồm có thiết bị khoan GP-30 (hình 1.13) và cần khoan SHB [31,36,38] v.v.

Hình 1.13 Máy khoan THN kiểu GP-30 (Trung Quốc)

Như phần trên đã phân tích, công nghệ khoan THN bằng bơm airlift được

áp dụng rộng rãi trong khoan xoay lấy mẫu, khoan khảo sát ĐCCT và khoan các giếng KTNN Vì vậy, các chuyên gia nước ngoài đều quan tâm nghiên cứu công nghệ khoan THN bằng bơm airlift trong các điều kiện khác nhau Theo quan điểm của các chuyên gia [28,31,37,38,39,40,41] lưu lượng nước rửa cần thiết để rửa sạch mùn khoan ở đáy giếng là các yếu tố quan