Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 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 Điều tra Tài nguyên nước miền Nam Công nghệ khoan tuần hoàn ngược công nghệ khoan có hiệu cao việc khoan giếng khoan khai thác nước với quy mô công nghiệp. Công nghệ đời từ lâu song thực áp dụng sản xuất qua công trình Liên đoàn QH ĐT TNN miền Nam thi công. Kết phân tích thông số giếng khoan giá thành đầu tư chi phí vận hành chứng minh tính ưu việt công nghệ khoan tuần hoàn ngược khoan giếng khai thác nước vùng đồng Nam Bộ. 1. Giới thiệu Ngày nước đất trở thành nguồn tài nguyên quý giá, cung cấp nguồn nước sinh hoạt hoạt động công nghiệp chủ yếu người, đặc biệt vùng đồng Nam Bộ. Nước đất khai thác thông qua giếng khoan với đủ cấp độ khác nhau. Việc thiết kế phương pháp thi công giếng khoan khai thác nước đất có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, hiệu suất khai thác tuổi thọ giếng. Ở Việt Nam, hầu hết giếng khoan khai thác nước quy mô công nghiệp khoan phương pháp khoan tuần hoàn thuận thông thường. Khi khoan phương pháp khoan tuần hoàn thuận, độ nhớt vận tốc dâng lên dung dịch khoan yếu tố định hiệu rửa mùn khoan đáy lỗ khoan. Tuy nhiên, bị giới hạn công suất máy bơm dung dịch nên hiệu rửa mùn khoan hầu hết máy khoan rôto tuần hoàn thuận bị giới hạn lỗ khoan có đường kính từ 550mm trở lên, đường kính lỗ khoan nhiều chưa phù hợp với giếng khai thác nước có công suất lớn, đặc biệt giếng bọc sỏi. Hơn tăng đường kính lỗ khoan tốc độ khoan máy tuần hoàn thuận giảm đáng kể. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta thiết kế máy khoan với công nghệ khoan tuần hoàn ngược, sử dụng nước khí dung dịch khoan. 2. Giới thiệu phương pháp khoan tuần hoàn ngược 2.1. Nguyên lý Trong phương pháp khoan tuần hoàn ngược, dung dịch khoan chảy tự trọng lực từ hố chứa theo khoảng vành khăn bên cần khoan xuống đáy lỗ khoan sau hút lên bên cần khoan với mùn khoan xả vào hố lắng. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 25 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 1a. Sơ đồ dùng bơm ly tâm Hình 1b. Sơ đồ dùng máy nén khí Có nhiều phương pháp khác để trì tuần hoàn dung dịch, nhiên, thực tế, phương pháp tuần hoàn máy bơm ly tâm máy nén khí sử dụng phổ biến nhất. Phương pháp sử dụng bơm ly tâm (Hình 1a): sơ đồ vòi hút máy bơm ly tâm nối với cần xanhích qua cần khoan. Hệ thống đơn giản, nhiên hiệu suất sử dụng không cao giới hạn hút máy bơm ly tâm. Hình 2. So sánh hiệu phương pháp tuần hoàn khác Phương pháp sử dụng máy nén khí (Hình 1b): phương pháp sử dụng máy nén khí dựa nguyên lý bơm airlift. Sơ đồ sử dụng phổ biến khoan tuần hoàn ngược hiệu suất cao, khoan giếng khoan đường kính lớn sâu. 26 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 2.2. Ưu nhược điểm Các ưu điểm - Độ rỗng tính thấm tầng chứa nước vùng xung quanh lỗ khoan bị ảnh hưởng so với phương pháp khoan khác. - Có thể khoan giếng khoan đường kính lớn cách nhanh chóng kinh tế. - Không cần sử dụng ống chống trình khoan. - Giếng khoan dễ dàng chống ống chống, ống lọc đổ sỏi. - Giếng khoan dễ dàng rửa dung dịch khoan có vận tốc chảy thấp. - Đặc biệt có hiệu khoan trầm tích bở rời. Các nhược điểm - Cần lượng nước cung cấp tương đối lớn suốt trình khoan. - Máy khoan rôto tuần hoàn ngược dụng cụ kèm theo thường có kích thước lớn, thường nặng nề, cần nhiều nhân lực trình thi công giá thành máy, dụng cụ cao. 2.3. Các công trình thực Trong khuôn khổ Dự án “Nghiên cứu nước đất vùng đồng sông Mê Kông” hợp tác với Công ty Tư vấn Kiến trúc Xây dựng HASKONNING – Hà Lan, Liên đoàn Quy hoạch Điều tra Tài nguyên nước miền Nam tiếp nhận máy khoan theo công nghệ khoan tuần hoàn ngược. Sau thời gian ngắn nghiên cứu vận hành thử, Liên đoàn bước làm chủ công nghệ ứng dụng thành công hàng loạt công trình. Khởi đầu cho công trình khoan khai thác nước công nghệ tuần hoàn ngược giếng khoan thuộc Công ty Bia Việt Nam. Sau Công ty Khai thác xử lý nước ngầm TP mời Liên đoàn thi công loạt giếng với công suất lớn (hơn 100m3/h giếng) để thay giếng cũ chất lượng. Công ty nước khoáng La Vie Long An mời Liên đoàn thiết kế thi công giếng khoan khai thác nước tầng sâu với giám sát chuyên gia Pháp. Giếng khoan hoàn toàn đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt chất lượng vệ sinh công nghiệp chuyên gia Pháp. Công ty Tư vấn GHD (Australia) khuôn khổ Dự án cấp nước vệ sinh môi trường Thị xã đồng Nam hợp tác với Liên đoàn thi công giếng khoan khai thác Thị xã Bạc Liêu với công suất 250m3/h giếng. Liên đoàn tham gia đấu thầu quốc tế thắng thầu hai gói thầu thi công bãi giếng thuộc tỉnh Bến Tre TP Quy Nhơn – Bình Định. Đặc biệt giếng khoan Quy Nhơn, tầng chứa nước nông song thành phần hạt gồm chủ yếu cuội sỏi nên phương pháp khoan thông thường gặp nhiều khó khăn thi công hiệu suất giếng thấp. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 27 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 3. Đánh giá hiệu công trình thi công công nghệ THN Các giếng khoan thi công phương pháp tuần hoàn ngược tiết kiệm nhiều thời gian đường kính giếng khoan thường lớn, đặc biệt giai đoạn súc rửa giếng phục hồi tính thấm tầng chứa nước dung dịch khoan chủ yếu nước lã, đới bị ảnh hưởng dung dịch khoan mỏng, vậy, tiết kiệm nhiều vật tư để gia công dung dịch. Việc đánh giá hiệu công nghệ khoan tuần hoàn ngược thực thông qua việc phân tích số liệu giếng khoan thi công công nghệ khoan THN khu vực Nhà máy nước ngầm Hóc Môn – TP Hồ Chí Minh (G15N, G13A, G20A, G19A, G15S) giếng khoan thi công công nghệ khoan THT khu vực (G15, G13, G20, G19, G15-1). Các công trình chọn để phân tích, so sánh có điều kiện thi công quy mô giếng khai thác Liên đoàn thi công. 3.1. So sánh, đánh giá thời gian thi công công trình Thời gian thi công giếng khoan thể hình sau Hình 3. Biểu đồ so sánh thời gian thi công phương pháp khoan Đồ thị Hình 3. cho thấy thời gian thi công giếng công nghệ THT dao động khoảng từ 28 đến 42 ngày tùy thuộc vào chiều sâu giếng, trung bình 33,4 ngày, thời gian thi công giếng công nghệ THN dao động khoảng từ 15 đến 24 ngày, trung bình 18,6 ngày. Phân tích nguyên nhân Khi sử dụng công nghệ tuần hoàn thuận để khoan giếng khai thác nước đường kính lớn, khả vận chuyển mùn khoan máy bơm bùn khó khăn lưu lượng máy bơm sử dụng nhỏ (trung bình 350l/phút, đặc biệt lượng mùn tăng lên nhiều. Để khắc phục nhược điểm này, 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 lần khoan, thứ hai gia tăng tỷ trọng độ nhớt dung dịch khoan cách pha thêm nhiều bột sét bentonite. 28 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Giải pháp thứ kéo dài thời gian thi công phải khoan nhiều lần chiều sâu cần khoan. Giải pháp thứ hai tạo nên hiệu ứng "skin", thành lỗ khoan tạo nên lớp vỏ sét dày, dung dịch sét bentonite sâu vào tầng chứa nước đông kết thành keo. Vì vậy, sau kết thúc chống ống giếng, việc làm dung dịch sét để khai thông tầng chứa nước thường khó khăn, phức tạp, thông thường phải dùng nhiều biện pháp xử lý từ biện pháp học bơm bơm bùn, sục giếng máy ép khí, múc trào, sục pít tông . đến biện pháp hóa học dùng phụ gia hòa tan sét, v.v. Những biện pháp có tác dụng tốt sinh nguy cao gây hư hỏng ống lọc giếng ống chống giếng. Có nhiều công trình sau áp dụng tất biện pháp xử lý nêu không đạt kết mong muốn, khả đánh giá thông số 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, nhược điểm nêu khắc phục hoàn toàn. Tốc độ vận chuyển mùn khoan bên cần khoan cao, lỗ khoan luôn làm tối ưu. Ngoài ra, việc sử dụng dung dịch khoan chủ yếu nước lã nên tầng chứa nước bị ảnh hưởng hiệu ứng "skin" trình khoan, tiết kiệm nhiều thời gian chi phí khác giai đoạn súc rửa giếng, giảm tổng chi phí thời gian thi công công trình. 3.2. So sánh đánh giá lưu lượng, mực hạ thấp giếng khoan Hình 4. Biểu đồ so sánh lưu lượng phương pháp khoan Lưu lượng khai thác bình quân giếng khoan THT 76,4m3/h lưu lượng khai thác bình quân giếng khoan công nghệ THN 126m3/h, tăng khoảng 1,65 lần. Mức độ hạ thấp mực nước bơm số quan trọng việc đánh giá hiệu kinh tế giếng khoan. Số liệu thống kê Liên đoàn mức độ hạ thấp giếng khảo sát thể hình sau: Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 29 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 5. Biểu đồ so sánh mực nước hạ thấp phương pháp khoan Số liệu khảo sát cho thấy mực hạ thấp giếng khoan THT 17,56m giếng khoan THN 10,16m, giảm 7,4m. 3.3. Đánh giá tiêu kinh tế giếng khoan khai thác dự án đầu tư Ứng dụng công nghệ làm giảm đáng kể giá thành khoan, giá đầu tư ban đầu cho giếng giá khai thác nước sau đó. Khảo sát số tiêu giá từ thống kê công trình năm qua để làm rõ hiệu công nghệ khoan tuần hoàn ngược. Giá khảo sát giá trị toán công trình tính mét khoan giá trị toán công trình tính mét khối lưu lượng giếng bơm. Giá mét khoan nhà kinh tế tính đến từ trước đến giá mét khối lưu lượng giếng bơm chưa xem xét. Khảo sát xem xét loại giá để có cách nhìn toàn diện công nghệ mới. 3.3.1. Giá thành đầu tư Khảo sát công trình công giếng cấp nước công nghệ khoan tuần hoàn thuận nói cho thấy giá thành đầu tư cho mét khoan tính toán thực từ lâu tiến đến mức cân hợp lý. Giá trung bình mét giếng 1.222.000 đồng, tương đối thấp bối cảnh thị trường nay. Trong đó, giá trung bình mét giếng khoan theo công nghệ THN 2.488.000 đồng, cao lần giá mét giếng khoan thi công công nghệ tuần hoàn thuận Giá thành đầu tư cho mét khối lưu lượng nước bơm lên từ giếng số trước chưa quan tâm. Khi tính giá thành đầu tư mét khối công suất giếng có nhìn hiệu công nghệ so với công nghệ cũ. Các số liệu thống kê cho thấy giá trung bình m3 lưu lượng giếng theo công nghệ THT 6.750.000 đồng, giá trung bình m3 lưu lượng giếng theo công nghệ THN 3.244.000 đồng. 3.3.2. Kinh tế đầu tư giếng Khảo sát giếng khoan thi công công nghệ tuần hoàn ngược thi công có công suất tổng cộng 630m3/h. Tiết kiệm đầu tư trung bình m3/h là: 6.750.000 đồng - 3.244.000 đồng = 3.506.000 đồng. Tổng tiết kiệm cho chủ đầu tư từ 30 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI ứng dụng công nghệ thi công khoan tuần hoàn ngược là: 3.506.000 x 630 = 2.208.780.000đồng. Để tính hiệu khai thác giếng sử dụng số liệu máy bơm SP – 120 - hãng Grundfos Đan Mạch. Với công suất bơm 120 m3/h, hạ thấp 7,4 m (mức chênh hạ thấp giếng THN giếng THT), chế độ bơm tính 20 giờ/ngày, 365 ngày/năm, giá điện tính 1000 đồng/kWh. Với tổng lưu lượng bàn giao 630 m3/h, năm khối lượng nước bơm lên 4.599.000 m3. Chi phí tiền điện để bơm m3 nước điều kiện 54,7 đồng/m3. Bảng 1. Tiết kiệm chi phí khai thác Ký hiệu Tên tiêu Chỉ số Ghi A Số bơm ngày (giờ) 20 Theo thực tế B Số ngày năm (ngày) 365 Theo thực tế C Công suất bơm giếng THN (m3/h) 120 Thống kê D Mức chênh lệch hạ thấp giếng THN THT (m) 7,4 Hạ thấp BQ thấp THT E Tiêu thụ điện cho bơm m3 nước với thông số A, B, C D, (kwh/m3) 0,0547 Tra cứu thông số Grundfos F Số bơm năm (giờ) 7.300 G Tổng lượng nước bơm giếng THN (m3/h) 630m3/h Thống kê H Tổng lượng nước bơm năm giếng THN (m3/h) 4.599.000m3 F*G I Chi phí tiền điện cho m3 (VND) J Tổng chi phí tiền điện tiết kiệm năm từ chênh lệch mực hạ thấp giếng THN (VND) 54,70 251.565.300 A*B E*1000đ H*I 4. Kết luận Nhờ ưu điểm vượt trội, công nghệ khoan tuần hoàn ngược chứng tỏ phương pháp khoan hiệu việc thi công giếng khoan khai thác nước với quy mô công nghiệp, tạo sản phẩm có chất lượng cao, giảm chi phí vật tư, lượng. Các số liệu thống kê kết phân tích, so sánh cho thấy áp dụng công nghệ THN vào khoan giếng khai thác nước ngầm hiệu kinh tế cao so với thi công giếng công nghệ THT. Nguyên nhân chủ yếu ưu điểm công nghệ mà giếng khoan cho lưu lượng lớn với mực hạ thấp nhỏ khả cung cấp tầng chứa nước. Điều dẫn đến chi phí khai thác nước giảm đáng kể tăng hiệu đầu tư. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 31 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 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. 32 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường . 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. 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. 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