Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan trong đá cứng để khoan các giếng khoăn thăm dò, khai thác nước dưới đất vùng đông nam bộ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN NƯỚC LIÊN ĐOÀN QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN NƯỚC MIỀN NAM WWYY BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC KHI KHOAN TRONG ĐÁ CỨNG ĐỂ KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN THĂM DÒ, KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐÔNG NAM BỘ 8954 Hà Nội, tháng 10 năm 2011 TRUNG TÂM QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN NƯỚC LIÊN ĐOÀN QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN NƯỚC MIỀN NAM WWYY Tác giả: Th.S Trần Văn Chung KS Lê Kim Đồng KS Đỗ Trọng Soát TS Bùi Trần Vượng BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC KHI KHOAN TRONG ĐÁ CỨNG ĐỂ KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN THĂM DÒ, KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐÔNG NAM BỘ CƠ QUAN CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ThS. Trần Văn Chung Hà Nội, tháng 10 năm 2011 1 MỤC LỤC DANH SÁCH CÁN BỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 5  DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC BIỂU BẢNG 7 DANH MỤC HÌNH, ẢNH MINH HỌA 8 TÓM TẮT BÁO CÁO 11 Chương I TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 15 I.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 15 I.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 16 I.3. CÁC CƠ SỞ PHÁP LÝ THÀNH LẬP VÀ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 16 I.4. CÁCH TIẾP CẬN 16 Chương II PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18  II.1. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 18 II.1.1. Đối tượng nghiên cứu 18 II.1.2. Địa điểm nghiên cứu 18 II.1.3. Thời gian nghiên cứu 18 II.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18 II.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 Chương III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 20 III.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC 20 III.1.1. Giới thiệu chung về công nghệ khoan tuần hoàn ngược 20 III.1.2. Các ưu điểm cơ bản của công nghệ tuần hoàn ngược 21 III.1.3. Các nhược điểm chính 22 III.1.4. Ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược ở nước ngoài 22 III.1.5. Ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược ở Việt Nam 26 III.1.6. Kết luận 28 III.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC TRONG ĐÁ CỨNG 29  III.2.1. Cơ sở lý thuyết 29 III.2.1.1. Chế độ chảy của dung dịch khoan 29 III.2.1.2. Xác định chương trình thủy lực rửa lỗ khoan 29 III.2.2. Các sơ đồ công nghệ khoan tuần hoàn ngược 32 2 III.2.2.1. Duy trì sự tuần hoàn bằng việc ép dung dịch 32  III.2.2.2. Tuần hoàn bằng bơm hút với bơm chân không 33 III.2.2.3. Tuần hoàn bằng bơm phun 34 III.2.2.4. Phương pháp tuần hoàn dùng máy bơm nén khí 34 III.2.3. Phân tích, lựa chọn sơ đồ công nghệ khoan tuần hoàn ngược phù hợp với vùng nghiên cứu 36  III.2.3.1. Sơ đồ bơm ép dung dịch 36 III.2.3.2. Sơ đồ dùng bơm hút và bơm phun 36 III.2.3.3. Sơ đồ dùng máy nén khí 38 III.2.4. Kết luận 40 III.3. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG. GIA CÔNG CHẾ TẠO CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 41  III.3.1. Phân tích, đánh giá và lựa chọn các thiết bị chuyên dùng 41 III.3.1.1. Cần khoan 41 III.3.1.2. Búa đáy 44 III.3.1.3. Choòng khoan 49 III.3.2. Gia công, chế tạo các thành phần của hệ thống dây chuyền công nghệ 51  III.3.2.1. Nguyên tắc thiết kế 51 III.3.2.2. Thiết kế chi tiết và gia công các thành phần cơ bản của dây chuyền công nghệ 51  III.3.2.3. Các bản vẽ của các bộ phận gia công, chế tạo 53 III.3.2.4. Một số hình ảnh các bộ phận gia công, chế tạo 53 III.3.3. Kết luận 55 III.4. KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÙNG LỘC NINH. THIẾT KẾ ĐỀ ÁN KỸ THUẬT THI CÔNG GIẾNG KHOAN THỬ NGHIỆM TN1 55  III.4.1. Tổng quan về vùng nghiên cứu 55 III.4.1.1. Vị trí địa lý 55 III.4.1.2. Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên 56 III.4.1.3. Điều kiện kinh tế - xã hội 56 III.4.1.4. Vị trí giếng khoan thử nghiệm 57 III.4.2. Khái quát đặc điểm địa chất thủy văn vùng Lộc Ninh 58 3 III.4.2.1. Các tầng chứa nước 58  III.4.2.2. Các thành tạo rất nghèo nước hoặc không chứa nước 65 III.4.3. Thiết kế đề án kỹ thuật thi công giếng khoan thử nghiệm TN1 67 III.4.3.1. Thiết kế giếng khoan thử nghiệm 67 III.4.3.2. Yêu cầu kỹ thuật thi công giếng khoan thử nghiệm 68 III.4.4. Đề án kỹ thuật thi công giếng khoan thử nghiệm 69 III.4.4.1. Khảo sát, chuẩn bị vị trí 69 III.4.4.2. Chuẩn bị thiết bị và dụng cụ khoan 69 III.4.4.3. Vận chuyển thiết bị đến công trường 72 III.4.4.4. Xây lắp máy khoan 73 III.4.4.5. Khoan mở lỗ - đặt ống công nghệ đầu giếng 73 III.4.4.6. Khoan tạo lỗ - kết cấu giếng 73 III.4.4.7. Súc rửa giếng 74 III.4.4.8. Bơm thí nghiệm 75 III.4.4.9. Lấy và phân tích mẫu 75 III.4.4.10. Các công việc khác 75 III.4.5. Kết luận 76 III.5. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÔNG NGHỆ THN KHI KHOAN GIẾNG KHOAN THỬ NGHIỆM 76  III.5.1. Kết quả thi công giếng khoan thử nghiệm TN1 76 III.5.1.1. Công tác khoan 76 III.5.1.2. Bơm thổi rửa và bơm thí nghiệm 78 III.5.1.3. Lấy và phân tích mẫu nước 79 III.5.1.4. Kết quả phân tích chất lượng nước 79 III.5.2. Đánh giá hiệu quả của công nghệ THN khi thi công giếng khoan thử nghiệm 79  III.5.2.1. Đánh giá về thời gian thi công 79 III.5.2.2. Khảo sát lưu lượng và mức độ hạ thấp của giếng 81 III.5.2.3. Khảo sát năng suất khoan 82 III.5.2.4. Khảo sát chi phí nguyên nhiên liệu 83 III.5.2.5. Kinh tế đầu tư, khai thác giếng 83 III.5.3. Nhận xét và kết luận 84 4 III.6. QUY TRÌNH KỸ THUẬT THIẾT KẾ, THI CÔNG CÁC GIẾNG KHOAN KHAI THÁC NƯỚC TRONG ĐÁ CỨNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN THN 85  III.6.1. Quy trình kỹ thuật thiết kế 85 III.6.1.1. Các yếu tố và cơ sở chủ yếu khi thiết kế giếng 85 III.6.1.2. Các nguyên tắc thiết kế và các kiểu giếng thông dụng 86 III.6.2. Thiết kế các thành phần của giếng 88 III.6.2.1. Thiết kế ống khai thác và ống giếng 88 III.6.2.2. Thiết kế ống lọc 94 III.6.2.3. Thiết kế ống lắng 101 III.6.2.4. Thiết kế lớp sỏi lọc 102 III.6.2.5. Thiết kế trám cách ly 106 III.6.2.6. Thiết kế chiều sâu và đường kính lỗ khoan 108 III.6.3. Quy trình kỹ thuật thi công 109 III.6.3.1. Các công tác chuẩn bị 109 III.6.4. Quy trình kỹ thuật khoan 111 III.6.4.1. Khoan mở lỗ, kết cấu ống tuần hoàn đầu miệng lỗ khoan 111 III.6.4.2. Quy trình khoan 113 III.6.4.3. Dung dịch khoan 116 III.6.4.4. Đo carôta lỗ khoan 117 III.6.4.5. Kết cấu giếng 117 III.6.4.6. Các công việc khác 128 III.6.4.7. Các biện pháp phòng tránh và cứu chữa sự cố 130 III.6.5. Kết luận 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140 LỜI CẢM ƠN 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144 5 DANH SÁCH CÁN BỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Th.S. Trần Văn Chung K.S. Lê Kim Đồng K.S. Đỗ Trọng Soát T.S. Bùi Trần Vượng " 6 DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT QH&ĐT: Quy hoạch và Điều tra TNN: Tài nguyên nước THT: Tuần hoàn thuận THN: Tuần hoàn ngược ĐNB: Đông Nam Bộ NDĐ: Nước dưới đất ĐC: Địa chất ĐCTV: Địa chất thủy văn 7 DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật cần khoan của hãng Wuxi 43  Bảng 2: Tính năng kỹ thuật của búa MaxDrill 45 Bảng 3: Các đặc tính kỹ thuật của búa hiệu Fusion 46 Bảng 4: Tính năng kỹ thuật của búa thuộc loại ROK 47 Bảng 5: Các đặc tính kỹ thuật của búa đáy GQ của hãng Wuxi 48 Bảng 6: Địa tầng thực tế giếng khoan TN1 78 Bảng 7: Đặc tính chủ yếu của các nhóm thép chế tạo ống chống và mufta 89 Bảng 8: Tiêu chuẩn kỹ thuật của một số loại ống chống thép và mufta 89 Bảng 9: Sản phẩm của Công ty Cổ phần nhựa Tiền Phong 92 Bảng 10: Đường kính ống và lưu lượng bơm 93 Bảng 11: Đường kính và khoảng cách giữa các lỗ đục 96 Bảng 12: Đường kính và số lượng thanh thép làm ống lọc 97 Bảng 13: Diện tích làm việc của ống lọc kiểu Johnson 97 Bảng 14: Hệ số α phụ thuộc vào độ hạt của đất đá tầng chứa nước 98 Bảng 15: Giá trị tham khảo của tgα 100 Bảng 16: Kích thước hạt tiêu chuẩn của vật liệu lọc 103 Bảng 17: Quan hệ giữa D50 của tầng chứa nước, kích thước vật liệu lọc và khe hở ống lọc 104  Bảng 18: Kích thước sỏi loại A 104 Bảng 19: Kích thước sỏi loại B 105 Bảng 20: Tổng hợp các thông số chế độ khoan khi khoan THN tại lỗ khoan thử nghiệm TN1 116  Bảng 21: Quan hệ giữa đường kính cần hơi và lưu lượng bơm 123 8 DANH MỤC HÌNH, ẢNH MINH HỌA Hình 1: Sơ đồ công nghệ khoan THN 21  Hình 2: Máy khoan do Hãng WIRTH CHLB Đức sản xuất 22 Hình 3: Hệ thống khoan THN tại công trình ở Hà Lan 23 Hình 4: Máy khoan YPБ-3AM THN do Nga chế tạo 24 Hình 5: Máy khoan GP-30 do Trung Quốc sản xuất 25 Hình 6: Máy khoan THN WWR25 đang thi công cụm giếng quan trắc tại Trà Vinh (Ảnh Trần Văn Chung - 2000) 26  Hình 7: Máy khoan WWR25 đang thi công giếng khoan khai thác nước tại Công ty Bia Việt Nam (ảnh Trần Văn Chung, 2000) 27  Hình 8: Máy khoan cải tạo theo công nghệ THN đang thi công tại Bạc Liêu 28 Hình 9: Mối quan hệ giữa vận tốc chảy lên và đường kính choòng khoan 32 Hình 10: Sơ đồ bơm ép dung dịch 32 Hình 11: Sơ đồ THN dùng máy bơm ly tâm và bơm chân không 33 Hình 12: Sơ đồ tuần hoàn dùng bơm phun 34 Hình 13: Sơ đồ tuần hoàn dùng khí nén 35 Hình 14: Quan hệ giữa chiều cao hút và chiều sâu lỗ khoan 37 Hình 15: Sơ đồ ngập của hệ thống bơm 38 Hình 16: Sơ đồ thể hiện quan hệ giữa vận tốc bơm và lưu lượng khí 39 Hình 17: Hiệu suất khoan phụ thuộc vào phương pháp bơm 40 Hình 18: Cần khoan nối bằng mặt bích 42 Hình 19: Cần khoan nòng đôi lựa chọn 44 Hình 20: Búa đáy của hãng MaxDrill 45 Hình 21: Búa đáy của hãng Atlas Copco 45 Hình 22: Búa đáy của hãng Rockmore 46 Hình 23: Búa đáy GQ160 của hãng Wuxi - Trung Quốc 48 [...]... BÁO CÁO Báo cáo kết quả đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Bộ "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan trong đá cứng để khoan các lỗ khoan thăm dò, khai thác nước dười đất vùng Đông Nam Bộ" của nhóm tác giả do Thạc sỹ Trần Văn Chung làm chủ nhiệm đã hoàn thành, đáp ứng các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề ra Báo cáo dày 126 trang đánh máy khổ A4 với 21 biểu... NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đ ề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan trong đá cứng để khoan các lỗ khoan thăm dò, khai thác nước dưới đất vùng Đông Nam Bộ" được Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Nam, thuộc Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước thực hiện từ năm 2009 đến 2010 Trong sự phát triển chung của đất. .. về công nghệ khoan THN, tình hình áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam, phân tích các ưu điểm của công nghệ khoan THN khi khoan trong đất đá bở rời, tổng hợp và phân tích các số liệu của các giếng khoan trong đá cứng bằng công nghệ THT, từ đó rút ra tiền đề và cơ sở khoa học để áp dụng công nghệ THN vào thực tế tại vùng nghiên cứu - Lựa chọn sơ đồ công nghệ: sau khi phân tích các sơ đề công nghệ khoan. .. khi khoan trong đá cứng tại nhiều nước trên thế giới thông qua các tài liệu thu thập trong các khóa học nâng cao, các hội thảo chuyên đề tại nước ngoài, các tài liệu từ internet Bên cạnh đó tiến hành thu thập, phân tích và tổng hợp số liệu về các giếng khoan đã được thi công bằng công nghệ khoan THN ở vùng đồng bằng Nam Bộ, các giếng khoan thi công bằng công nghệ THT trong đá cứng ở vùng động Nam Bộ. .. bằng Nam Bộ, công nghệ khoan THN đã chứng minh ưu thế rõ rệt so với công nghệ khoan THT thông thường thông qua các chỉ số hạ thấp nhỏ, lưu lượng khai thác lớn và đặc biệt là hiệu suất khai thác của giếng rất cao, vì vậy giảm chi phí khai thác vận hành giếng Từ những tiền đề có tính khoa học và thực tiễn nêu trên, việc áp dụng công nghệ khoan THN khi khoan các giếng khoan khai thác nước trong đá cứng. .. nguồn nước có ý nghĩa hết sức quan trọng trong sản xuất và đời sống Ở những vùng này, nước chủ yếu được khai thác trong các tầng đá cứng Hiện nay ở Việt Nam, các giếng khoan khai thác nước trong đá cứng chỉ áp dụng công nghệ khoan THT Công nghệ khoan THT có một số nhược điểm như: (1) trong quá trình khoan, mùn khoan sẽ bít nhét vào các khe nứt, gây khó khăn cho việc súc rửa phục hồi tầng chứa nước, ... một công trình giếng lớn cả về đường kính và chiều sâu Sau khi hoàn thành các công trình giếng quan trắc, Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT Miền Nam đã áp dụng công nghệ này trong việc thi công các giếng khoan khai thác nước với quy mô công nghiệp Hàng loạt các công trình đã được thi công như các giếng khoan thuộc Công ty Bia Việt Nam (Hình 7), Công ty nước khoáng La Vie, Công ty Bia Sài Gòn, các bãi giếng thuộc Công. .. công nghệ THN, tiếp đó, tiến hành thi công 01 lỗ khoan thử nghiệm TN1 để so sánh, đánh giá hiệu quả của công nghệ khoan, từ đó xây dựng quy trình công nghệ khoan THN khi khoan trong đá cứng 17 Chương II PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1 PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU II.1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là việc khoan bằng công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi. .. khi khoan các giếng khoan trong đá cứng như tại Thụy Điển, Trung Quốc, Đức Ưu điểm của phương pháp khoan này đã được khẳng định Tuy nhiên, ở Việt Nam, công nghệ khoan này chưa được áp dụng vào sản xuất, ngay cả khi khoan trong các trầm tích bở rời, ngoại trừ tại vùng đồng bằng Nam Bộ do Liên đoàn QH và ĐT TNN miền Nam thực hiện 16 Khi khoan các giếng khoan khai thác nước trong các trầm tích bở rời ở vùng. .. YKC-30 Đức là một trong những nước có công nghệ khoan tiên tiến, các giếng khoan khai thác nước chủ yếu thi công bằng công nghệ THN dùng khí nén tạo sự tuần hoàn, công nghệ này đặc biệt phục vụ tốt cho khoan các giếng có đường kính lớn trong các địa tầng phức tạp Để áp dụng công nghệ này các nước Mỹ, Đức, Pháp đã thiết kế hàng loạt tiêu chuẩn dụng cụ như cần khoan, choòng khoan Cần khoan được chế tạo . TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC KHI KHOAN TRONG ĐÁ CỨNG ĐỂ KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN THĂM DÒ, KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐÔNG. TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC KHI KHOAN TRONG ĐÁ CỨNG ĐỂ KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN THĂM DÒ, KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT VÙNG ĐÔNG. nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Bộ " ;Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan trong đá cứng để khoan các lỗ khoan thăm dò, khai thác nước dười đất vùng