Giáo trình thiết kế các giếng khoan thăm dò và giếng khoan khai thác

Nguyên tắc chung của việc thiết kế giếng khoan Thiết kế các giếng khoan ñịa chất thủy văn cần ñảm bảo các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật sau hình 1: - Cấu trúc của lỗ khoan phải ñơn giản

LIÊN ðỒN ðCTV-ðCCT MIỀN NAM

PHỊNG KỸ THUẬT

Biên soạn: Trần Văn Chung

THIẾT KẾ CÁC GIẾNG KHOAN THĂM DỊ

VÀ GIẾNG KHOAN KHAI THÁC

Chương trình đào tạo các kỹ sư mới của Liên đồn ðCTV-ðCCT miền Nam

Tháng 8 năm 2006

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

Trang

I Giới thiệu chung……… 3

II Những yêu cầu cơ bản về khoan các lỗ khoan ñịa chất thủy văn………… 4

III Nguyên tắc chung của việc thiết kế giếng khoan……….5

IV Thiết kết giếng khoan với mục ñích nghiên cứu……… 7

V Thiết kế giếng khoan khai thác nước……… 15

Phụ lục: Các kiểu giếng khai thác thông dụng……… 34

I Giới thiệu chung

Trong công tác nghiên cứu ñịa chất thủy văn cũng như khai thác nước ngầm, việc thiết kế và thi công các giếng khoan ñịa chất thủy văn ñóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc cung cấp các số liệu thực tế, xác thực Ngoài ra nhờ vào lỗ khoan, người ta có thể thực hiện các dạng nghiên cứu khác như ño carôta, quan trắc mực nước và chất lượng nước…nhằm thu thập ñầy ñủ các dữ liệu ñịa chất - ñịa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu

ðể có ñược một công trình khoan ñịa chất thủy văn ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu

ñề ra và có hiệu quả cao, công tác thiết kế giếng phải ñược chú trọng và quan tâm ñúng mức Ngoài các yêu cầu kỹ thuật, giếng khoan phải ñược thiết kế dựa trên một số các nguyên tắc cơ bản Các giếng khoan nếu ñược thiết kế chính xác sẽ cung cấp ñầy ñủ và trung thực các thông tin cần thiết, ngoài ra còn tiết kiệm vật

tư và ngăn ngừa các sự cố, phức tạp có thể xảy ra trong quá trình thi công

Việc thiết kế giếng khoan ñòi hỏi phải có những hiểu biết, những tài liệu chắc chắn, tin cậy về các ñiều kiện ñịa chất, ñịa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu Bên cạnh ñó, người thiết kế cần phải nắm vững mục tiêu, nhiệm vụ của giếng khoan sẽ ñược thi công, ngoài ra cũng cần phải có những hiểu biết và các thông tin cơ bản về các chủng loại vật tư hiện có trên thị trường Tất cả những yếu tố này giúp tạo nên một bản vẽ thiết kế chính xác, tiết kiệm và có tính khả thi cao

II Những yêu cầu cơ bản về khoan các lỗ khoan ñịa chất thủy văn

Phương pháp phổ biến nhất hiện nay ñể khoan các lỗ khoan ñịa chất thủy văn là khoan rôto với dung dịch sét Phương pháp này gây ra sự trám sét các ñá chứa nước, làm giảm tính thấm của vỉa cát bở rời hoặc ñá nứt nẻ chứa nước Dung dịch sét xuyên qua thành lỗ khoan thâm nhập vào vỉa tới một khoảng nào ñó Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng lớp vỏ sét trong lỗ khoan chỉ dày vài mm và ñới ảnh hưởng của dung dịch sét tới ñất ñá rất hạn chế

Những nhược ñiểm lớn của phương pháp khoan rôto là khó ghi chép tài liệu ñịa chất, ñịa chất thủy văn, cần thiết phải trám sét và rửa sét các tầng chứa nước…Tuy nhiên, các ưu ñiểm của phương pháp này là khoan nhanh, có thể khoan ñến những ñộ sâu lớn, tiết kiệm ñược nhiều ống chống

Khi khoan qua những vỉa cát chứa nước có áp, nên dùng dung dịch sét có ñộ nhớt

và tính keo kết cao, tuy nhiên trong trường hợp này tốc ñộ khoan bị giảm ðối với những vùng ñá cứng, trong quá trình khoan lượng slam tạo ra không nhiều, thường dùng nước lã sạch ñể rửa lỗ khoan

Sau khi khoan xong, trước khi thả ống lọc cần phải rửa lỗ khoan khỏi dung dịch sét có tỷ trọng cao dùng khi khoan bằng dung dịch sét có tỷ trọng không lớn hơn 1,15 Ngay sau khi chống ống lọc xong cần phải lập tức rửa lỗ khoan bằng nước

lã sạch và áp dụng các phương pháp súc rửa giếng Trong trường hợp ngược lại, dung dịch sét bị nén chặt và tạo nên một lớp vỏ bền chặt ở phía ngoài ống lọc khó phá hủy Sự có mặt của lớp vỏ như vậy làm giảm nhiều lượng nước chảy vào

lỗ khoan từ các vỉa cát

III Nguyên tắc chung của việc thiết kế giếng khoan

Thiết kế các giếng khoan ñịa chất thủy văn cần ñảm bảo các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật sau (hình 1):

- Cấu trúc của lỗ khoan phải ñơn giản, giảm tới mức ít nhất có thể ñược số lượng ống chống, phải ñảm bảo khoan ñược tiến hành có hiệu quả và an toàn

- Thiết kế phải ñảm bảo cho phép nghiên cứu tất cả các tầng chứa nước khoan qua, khi cần thiết phải cho phép cách ly tốt các tầng chứa nước với nhau

- Cấu trúc của loại ống lọc sử dụng phải phù hợp với tính chất và ñộ hạt của ñất ñá chứa nước Trong tầng chứa nước có tính ăn mòn, gây rỉ, ống lọc phải ñược làm từ các vật liệu chống ăn mòn, chống rỉ

- Cấu trúc của lỗ khoan cho phép lắp ñặt và sử dụng dễ dàng thiết bị bơm và dụng cụ ño cần thiết

- Lỗ khoan phải ổn ñịnh và bền vững trong mục ñích sử dụng

- Bảo ñảm sửa chữa dễ dàng

Hình 1 Cấu trúc của lỗ khoan ñịa chất thủy văn (a) và (d): cấu trúc của lỗ khoan hai ống chống có ống lọc và không có ống lọc, (b) - cấu trúc của lỗ khoan không có ống lọc mà có ống khai thác ñặt chìm, (c) - cấu trúc lỗ khoan một cột ống có ống lọc ñặt chìm, (e) - cấu trúc lỗ khoan cùng lúc khai thác hai tầng chứa nước

1 ống dẫn hướng, 2 ống kỹ thuật, 3 ống khai thác, 4 ống lọc, 5 ống phụ tạm thời, 6 nút,

7 ống nối ren trái, 8 và 9 xi măng, 10 vòng chặn trám xi măng

ðối với các giếng khoan khai thác nước cung cấp cho sinh hoạt, ngoài các yêu cầu trên cần phải ñảm bảo các tiêu chuẩn thiết kế sau:

- Cột ống khai thác phải có ñường kính trong lớn hơn ñường kính lớn nhất của thiết bị hút nước tối thiểu là 5cm

- Trong trường hợp cột ống ñược trám xi măng thì chiều dày lớp xi măng trám tối thiểu là 4cm

- ðộ dày của lớp sỏi lọc bao xung quanh ống lọc phải trong khoảng từ 100 ñến 300mm Lớp sỏi lọc phải ñược ñổ lên cao hơn ñỉnh của ống lọc ít nhất

là 6m

- Việc ñặt vị trí các giếng khai thác nước cần phải tính ñến các yếu tố gây ô nhiểm như kho hóa chất, trại chăn nuôi, các khu vệ sinh và các nguồn gây

ô nhiễm khác

IV Thiết kết giếng khoan với mục ñích nghiên cứu

1 Ống chống

Ống chống là bộ phận cơ bản của lỗ khoan giúp giữ vững và ổn ñịnh thành vávh

lỗ khoan và ñược dùng trong các vùng có ñịa tầng dễ trương nở, sập lở, tính ổn ñịnh kém Số lượng cột ống chống ñược xác ñịnh bởi mặt cắt ñịa chất Nên chọn cấu trúc lỗ khoan thế nào ñể tốn ít nhất số ống chống mà vẫn ñám bảo bịt kín chắc chắn tất cả các tầng chứa nước không cần dùng

ðường kính của ống chống phụ thuộc vào lưu lượng thiết kế và kiểu máy bơm sẽ

sử dụng khi bơm thí nghiệm Chiều sâu của ñoạn sẽ ñặt máy bơm phụ thuộc vào các tài liệu ñịa chất thủy văn của vùng ðối với các giếng nghiên cứu ñịa chất thủy văn, thông thường ống chống ñược sử dụng như sau:

- Ống ñặt bơm: ñường kính thường từ 127mm ñến 146mm, chiều sâu của ñoạn ống này thường trong khoảng từ 60m ñến 80m

- Ống dẫn nước: ñường kính thường từ 89mm ñến 127mm và ñược kéo dài ñến ống lọc

Ống chống có thể sử dụng các loại ống thép và ống nhựa PVC, chi tiết về các loại ống ñược thể hiện trong các bảng 13, 14 và 15

2 Ống lọc

Ống lọc là một bộ phận quan trọng trong cấu trúc của lỗ khoan ñịa chất thủy văn Công dụng của ống lọc là giữ cho thành lỗ khoan khỏi sập lở, ñồng thời ñảm bảo một lượng nước ñầy ñủ, không chứa những hạt ñất ñá chảy vào lỗ khoan Có nhiều kiểu ống lọc và chúng có thể ñược chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau nhưng ñều phải ñảm bảo thỏa mãn các ñiều kiện sau:

- Bề mặt ống lọc phải ñảm bảo lượng nước yêu cầu chảy vào lỗ khoan với tốc ñộ nhỏ và sức cản thủy lực nhỏ nhất

- ống lọc phải không bị phá hủy do ăn mòn hoặc không bị lấp kín ống lọc phải có khả năng sử dụng lâu dài trong thời gian khai thác Trong ñiều kiện nước có tính ăn mòn thì ống lọc phải ñược chế tạo từ những vật liệu chống ăn mòn, và ngược lại vật liệu chế tạo ra ống lọc cũng không ñược làm xấu chất lượng nước

2.1 Các dạng ống lọc

a Ống lọc trần

Loại ống lọc này ñược chế tạo từ ống thép hoặc ống nhựa Lỗ ñục có thể là hình tròn hoặc dạng khe Sự bố trí lỗ ñục trên bề mặt ống lọc có thể bắt kỳ hoặc sắp xếp theo dạng bàn cờ ðể ñảm bảo tính bền vững của ống lọc và lượng nước yêu cầu thì tổng diện tích lỗ hổng lớn nhất của ống lọc ñược giới hạn trong khoảng từ

20 ñến 30% (hình 2) ðối với ống lọc trần ñục lỗ tròn thì ñường kính, khoảng cách giữa các lỗ ñục ñược chọn theo bảng 1

Bảng 1 ðường kính và khoảng cách giữa các

Ở bảng trên:

D: ñường kính ống làm ống lọc, mm d: ñường lính lỗ ñục, mm

a: khoảng cách giữa tâm các lỗ ñục theo chiều ngang, mm b: khoảng cách giữa tâm các lỗ ñục theo chiều thẳng ñứng, mm n: số lượng lỗ theo chiều ngang

N: số lượng lỗ trên 1m chiều dài ống K: số phần trăm diện tích lỗ hổng của ống lọc ðối với ống lọc ñục lỗ dạng khe thì kích thước khe hở ñược lấy như sau:

- Khi tầng chứa nước là ñá nửa cứng, không ổn ñịnh, chiều rộng khe a= 15mm, chiều dài khe l = 150-250mm

10 Khi tầng chứa nước là cuội sỏi thì a = 2,5 - 5mm, l = 50 - 200mm

- Trong cả 2 trường hợp, khoảng cách giữa các khe theo phương ngang ñược lấy bằng 10 lần chiều rộng của khe, khoảng cách giữa các ñầu khe theo phương thẳng ñứng lấy khoảng 10 - 20mm

b Ống lọc khung quấn dây

Loại ống lọc này ñược chế tạo trên cơ sở các thanh bằng thép tạo thành khung Cấu tạo của nó bao gồm hai ñấu là những ñoạn ống dài khoảng 300 - 350mm ñược cắt ra từ ống cơ sở Hai ñoạn ống này ñược nối với nhau bằng các thanh dài

2,5 - 3,5m (hình 3) ðường kính thanh và số lượng thanh làm khung có thể tham khảo ở bảng 2

c Ống lọc mạng lưới

ðõy là loại ống lọc cú mạng lưới phủ bờn ngoài cỏc loại ốnglọc khỏc và thường ủược dựng trong cỏc tầng chứa nước hạt mịn Cỏu tạo của nú gồm bờn trong là ống lọc trần, bờn trờn bề mặt ống lọc trần cũ vũng dõy cuốn ủường kớnh từ 2 ủến 4mm với bước cuốn từ 0,1 ủến 0,15m, ngoài cựng phủ mạng lưới (hỡnh 4) Lưới

cú thể làm bằng thộp, ủồng, inox hay chất dẻo tổng hợp

2.4 Các dạng máy bơm và thiết kế hệ, lắp đặt thiết bị nâng nước

Tựy thuộc vào cỡ hạt của ủất ủỏ tầng chứa nước, trong thực tế thường dựng cỏc loại mạng lưới sau (hỡnh 5): kiểu ủan rỏ thớch hợp với tầng chứa nước là cỏt hạt mịn, kiểu ủan lúng ủụi - dựng cho tầng cỏt hạt trung và kiểu ủan lúng ủơn dựng cho cỏc tầng chứa nước là cỏt hạt thụ hoặc khụng ủồng nhất

Cần phải tiến hành thử nghiệm bằng cỏch lấy mẫu ủất ủỏ tầng chứa nước ủể lựa chọn kiểu mạng lưới cho phự hợp với cỡ hạt của tầng chứa nước nhằm ủảm bảo ống lọc làm việc bỡnh thường ðem mẫu về phũng thớ nghiệm, sấy khụ, cho mẫu sàng qua cỏc loại lưới, loại lưới nào cho lọt qua 40 - 80% hàm lượng hạt của mẫu

sẽ làm việc cú hiệu quả nhất

Trong thực tế khai thỏc nước, ống lọc mạng lưới sử dụng cú hiệu quả trong cỏc tầng cỏt Nhưng nếu tầng chứa nước cú hàm lượng bựn cao thỡ ống lọc cũng dễ bị tắc vỡ bựn tớch ủọng ở bề mặt ống lọc, hoặc bị oxit bỏm trờn bề mặt, che lấp cỏc

lỗ hổng của lưới Trong nhiều trường hợp, khi thả ống lọc vào lỗ khoan, ống lọc

Hỡnh 4 ống lọc quấn dõy (b)

và ống lọc quấn mạng lưới (a) Hỡnh 5 cỏc loại mạng lưới và cỏch ghộp mối

Hình 6 ống lọc cuội sỏi ñược chế tạo trực tiếp trong lỗ khoan (a,b)

và chế tạo sẵn trên mặt ñất (c)

Theo số lượng cuội sỏi, có ống lọc cuội sỏi một lớp, hai lớp hay nhiều lớp Theo phương pháp chế tạo, có loại ống lọc chế tạo sẵn trên mặt ñất

và ống lọc cuội sỏi ñược chế tạo ngay trong lỗ khoan

ống lọc cuội sỏi chế tạo trên mặt ñất ñược làm từ một khung trong là ống lọc trần hoặc các loại ống lọc khác, bên ngoài là chiếc giỏ bằng lưới kim loại hoặc chất dẻo, phần giữa ñược

lấp ñầy bằng cuội sỏi ðường kính ngoài của ống lọc này tùy thuộc vào ñường kính lỗ khoan và khả năng kỹ thuật cho phép

Ống lọc cuội sỏi ñược chế tạo trực tiếp ngay trong lỗ khoan thường ñược sử dụng Sau khi khoan với ñường kính phù hợp và kết cấu ống chống, ống lọc vào

lỗ khoan, tiến hành ñỗ cuội sỏi vào lỗ khoan Khối lượng sỏi cần ñược tính toán

cụ thể ñể bao bọc hết phần làm việc của lỗ khoan Việc chọn kích thước sỏi bọc rất quan trọng và phải căn cứ vào kích thước và thành phần ñộ hạt của ñất ñá tầng chứa nước

e Ống lọc inox

Về bản chất, ống lọc inox là loại ống lọc ñược làm từ các thanh inox hàn thành khung, bên ngoài ñược cuốn một lớp dây inox với khe hở từ 0,3 - 3mm Loại ống lọc này rất thích hợp với các giếng khoan khai thác nước công nghiệp, có thời hạn sử dụng lâu dài (hình 7) Dây inox cuốn thường có tiết diện hình tam giác hoặc hình thang Các loại ống lọc inox ñược sử dụng rộng rãi hiện nay là ống lọc kiểu Jonhson do các Hãng nổi tiếng thế giới chế tạo

Hình 7 ống lọc inox của Hãng Jonhson

f Ống lọc tự nhiên (lỗ khoan không ống lọc)

Trong trường hợp, khi tầng chứa nước là ñất ñá nứt nẻ ổn ñịnh, thành lỗ khoan sẽ không bị trương nở hay sập lơ’sau khi khoan, vì vậy phần thu nước của lỗ khoan

sẽ không cần trang bị ống lọc Trong trường hợp này, sau khi khoan xong và rửa sạh lỗ khoan, có thể sử dụng luôn thành lỗ khoan làm ống lọc tự nhiên ðường kính phần thu nước của lỗ khoan lúc ñó sẽ là ñường kính khoan, chiều dài ống lọc là chiều dài phần khoan vào tầng chứa nước (hình 8)

Tỷ lưu lượng của những lỗ khoan tự lưu không có ống lọc trung bình lớn hơn 2 lần so với lỗ khoan có ống lọc lưới Những lỗ khoan không có ống lọc tồn tại lâu

dài vì trong trường hợp ñó thời hạn làm việc của chúng ñược quyết ñịnh bởi sự

hư hỏng của ống chống

2.2 Tính toán các thông số cơ bản của ống lọc

Các kiểu, cấu trúc của ống lọc, loại vật liệu, kích thước lỗ lọc và loại lưới quấn ñược quyết ñịnh tùy theo tính chất của ñất ñá cấu thành các tầng chứa nước và tính ăn mòn của nước Ngoài ra, chiều dài và ñường kính ống lọc là hai thông số

cơ bản có quan hệ mật thiết với nhau và quyết ñịnh khả năng thu nước của lỗ khoan

Quan hệ giữa chiều dài và ñường kính ống lọc ñược thể hiện bằng công thức của Abramov:

l = α Q/d (1)

Trong ñó:

l: chiều dài ống lọc, m Q: lưu lượng lỗ khoan thiết kế, m3/h d: ñường kính ống lọc, mm

α: hệ số phụ thuộc vào thành phần ñất ñá, lấy theo bảng 2.3

Bảng 3 Giá trị của α theo thành phần ñất ñá

ðể xác ñịnh chiều dài cũng như ñường kính ống lọc, chúng ta cần xem xét các trường hợp sau:

- Khi tầng chứa nước có chiều dày không lớn (khoảng dưới 20m), ñể tính toán dễ dàng, chính xác các thông số thấm và bảo ñảm khai thác tầng chứa nước,

lỗ khoan thường ñược kết cấu hoàn chỉnh, nghĩa là ống lọc sẽ ñược ñặt hết tầng chứa nước Khi ñó công thức (1) sẽ trở thành l = m (chiều dày tầng chứa nước),

từ ñó có thể tính ñược ñường kính tối thiểu phần thu nước của lỗ khoan

- Khi tầng chứa nước có chiều dày lớn, vô hạn thì cần phải xác ñịnh ñường kính tối thiểu của phần thu nước lỗ khoan Căn cứ vào ñường kính của máy bơm hay kích thước thiết bị hút nước dự kiến ñể chọn ñường kính ống lọc,

từ ñó tính ñược chiều dài cần thiết của ống lọc

V Thiết kế giếng khoan khai thác nước

1 Thiết kế ống khai thác

Ống khai thác là một thành phần cơ bản của giếng khai thác Trong các giếng chỉ

có một cấp ñường kính khoan và một cột ống có cùng ñường kính thì cột ống khai thác là ñoạn ống tính từ ñầu ống lọc lên ñến mặt ñất Trong các giếng có các cấp ñường kính ống khác nhau, cột ống khai thác là ñoạn ống mà trong ñó có lắp ñặt thiết bị bơm nước

1.1 Lựa chọn vật liệu và kiểu ống chống

Lựa chọn vật liệu của ống giếng phụ thuộc vào chất lượng nước, ñộ sâu và ñường kính giếng cũng như giá thị trường Các loại ống chủ yếu ñược dùng trong các giếng khai thác nước gồm ống thép, ống nhựa PVC và ống thép không rỉ

Bảng 5 Tiêu chuẩn kỹ thuật của một số loại ống chống thép và mufta

ðường kính danh nghĩa

ðường kính ngoài, D

Bề dày ống, S

ðường kính trong, d

ðường kính ngoài, D

Chiều dài, L Kích thước, mm

Trọng lượng lý thuyết, kg/m Kích thước, mm

Trọng lượng,

36,6 41,6 46,6 51,5 61,3

41,1 46,5 52,4 58,0 69,0

45,9 52,3 58,6 64,9 77,2

57,4 64,4 71,3 78,1 84,9

70,1 77,6 85,1 92,6

73,2

82

89 96,6

75,9 84,1 92,2 100,3

81,7 90,5 99,3 108,0

402 229 31,0

88,0 97,5 107,0 117,5

102,7 112,6 122,5

451 229 37,5

Do các loại ống thép nêu trên là loại chuyên dùng cho khoan khai thác nước, khoan dầu khí và thăm dò ñịa chất, vì vậy các loại ống thép này có thể sử dụng cho tất cả các loại giếng khoan

b Ống nhựa PVC Trong ñiều kiện giếng khoan nông (chiều sâu giếng không quá 300m), ñể giảm giá thành (giá ống, chi phí trám bảo vệ cột ống…) có thể sử dụng các loại ống PVC ñược sản xuất ñặc biệt ñể dùng cho các giếng khai thác nước của các hãng như Bình Minh, ðệ Nhất, Tiền Phong Ngoài ra ống nhựa còn có một số ưu ñiểm khác như chống ñược sự ăn mòn, ñóng cặn và dễ dàng trong việc thi công Bảng

6 trình bày một số ñặc tính của các loại ống nhựa PVC khác nhau

Bảng 6 Sản phẩm của Công ty Cổ phần nhựa Tiền Phong

ðường kính ngoài,

mm

Chiều dày, mm

Áp suất, bar

Chiều dày, mm

Áp suất, bar

Chiều dày, mm

Áp suất, bar

giếng trong những môi trường có tính ăn mòn cao Tuy nhiên, giá thành của ống thép không rỉ là rất cao so với các loại ống khác

1.2 Lựa chọn ñường kính ống khai thác

Lựa chọn ñường kính ống khai thác là yếu tố quan trọng vì nó ảnh hưởng tới quá trình kết cấu giếng do phụ thuộc vào thiết bị thi công cũng như giá thành công trình ðường kính ñoạn ống khai thác ñược lựa chọn phụ thuộc vào lưu lượng thiết kế của giếng, qua ñó là kích thước của thiết bị bơm nước sẽ sử dụng

Kích thước của máy bơm phù hợp với lưu lượng thiết kế là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn ñường kính của ñoạn ống khai thác Nói chung, ñường kính ống khai thác thường lớn hơn ñường kính bơm 2 cấp, tuy nhiên, sự chênh lệch giữa ñường kính ống khai thác và ñường kính guồng bơm tối thiểu là 1 cấp

Bảng 7 ðường kính ống và lưu lượng bơm Lưu lượng thiết

kế, m3/ngày

ðường kính trung bình của guồng bơm, mm

ðường kính tối

ưu của ống khai thác, mm

ðường kính nhỏ nhất của ống khai thác, mm

1.3 Tính toán chiều sâu (chiều dài) của ñoạn ống khai thác

Chiều sâu ñặt máy bơm, mà từ ñó xác ñịnh chiều sâu của ñoạn ống khai thác, ñược tính toán từ kết quả ñánh giá mực nước bơm khai thác thử và liên quan ñến các yếu tố sau:

• Chiều sâu mực nước tĩnh hiện tại

• Mực nước tĩnh nhỏ nhất thu thập ñược trong vùng

• Xu hướng thay ñổi mực nước trong vùng trong thời gian dài

• Mực hạ thấp dự kiến ứng với lưu lượng thiết kế

• Khả năng ảnh hưởng của các giếng khai thác khác hoặc các điều kiện biên

• ðộ ngập bơm cần thiết Khi tính tốn chọn chiều dài đoạn ống khai thác, cần lưu ý rằng tuổi thọ của giếng khai thác cần lấy tối thiểu là 25 năm

Dự đốn mực nước hạ thấp trong tương lai thường rất khĩ khăn và thiếu chính xác do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau Tuy nhiên, khi thiết kế, ta cĩ thể

áp dụng cơng thức sau để xác định mực độ hạ thấp tương đối của giếng ở khu vực đồng bằng Nam Bộ sau một thời gian khai thác:

2

2, 25 ln 4

2 Thiết kế ống lọc

Ống lọc giếng là thiết bị lọc nước họat động như là bộ phận thu nước của giếng được đặt trong các tầng chứa nước bở rời Ống lọc cho phép nước thâm nhập vào trong giếng từ các tầng chứa nước bão hịa, đồng thời ngăn ngừa các hạt mịn trầm tích Ngịai ra ống lọc cịn làm ổn định và giữ vững thành vách lỗ khoan trong các tầng chứa nước bở rời Các tiêu chuẩn và chức năng quan trọng của ống lọc gồm:

• Sự tiêu hao năng lượng nhỏ khi nước chảy qua

• Khống chế được cát đối với mọi lọai tầng chứa nước khi bơm

2.1 Thiết kế ống lọc

a Lựa chọn loại ống lọc, vật liệu ống lọc

Dùng cho các giếng khai thác nước, các loại ống lọc hiện có trên thị trường có thể chia thành hai loại chính Loại thứ nhất ñược làm từ các loại ống thép, nhựa

và trên bề mặt ống có xẻ rãnh hoặc dập cửa sổ Hình 9 cho thấy một vài ví dụ của các ống lọc loại này

Hình 9 Các loại ống lọc xẻ rãnh và dập cửa sổ Loại ống lọc thứ hai gọi là ống lọc khe hở liên tục (Hình 10), ñược làm bằng cách quấn các sợi dây có dạng hình tam giác hoặc hình thang xung quanh các thanh thép hình tròn ñược gắn với nhau thành hình ống Thông thường ống lọc loại này ñược làm bằng thép không rỉ

Hình 10 Ống lọc loại khe hở liên tục Hình dạng của khe hở là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng ñến khả năng súc rửa giếng Khe hở cần phải có phần rộng hơn hướng vào trong, vì vậy các hạt mịn khi ñi quan khe hở hẹp ở mặt ngoài sẽ dễ dàng rơi vào trong ống lọc, không làm bịt các khe hở

Hình 11 Hình dạng của các loại khe hở ống lọc kiểu liên tục Các tính chất vật lý tự nhiên của tầng chứa nước và ñặc tính hóa học của nước thay ñổi rất rõ rệt, vì vậy thiết kế ống lọc cần ñáp ứng các tính chất vật lý, hóa học khác nhau ñó Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng ống lọc với các tính chất sau ñây có khả năng làm việc tốt nhất trong phần lớn các ñiều kiện ñịa chất và ñáp ứng ñược các tiêu chuẩn trên

- Khe hở của ống lọc phải cần phải là dạng liên tục trên chu vi của ống, ñảm bảo khả năng tiếp xúc với tầng chứa nước một cách tốt nhất Vì vậy, khả năng súc rửa giếng rất hiệu quả

- Khe hở cần phải ñủ lớn ñể tạo ra diện tích làm việc lớn nhất mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ bền của ống lọc nhằm ñạt ñược tính dẫn thủy lực tốt nhất của tầng chứa nước

- Hình dạng của khe hở nên có hình chữ V với bề rộng hướng vào phía trong nhằm làm giảm sự tắc nghẽn khe hở và kích thước ñể khống chế cát thâm nhập vào giếng

Vật liệu làm ống lọc: trong ñiều kiện hiện nay của Việt Nam, các loại ống lọc dùng cho giếng khoan khai thác nước chủ yếu ñược làm từ thép không rỉ và nhựa PVC

b Tính toán diện tích làm việc của ống lọc

Công thức sau cũng có thể dùng ñể tính toán chiều dài hoặc ñường kính của ống lọc

l

Q L dv

vl- vận tốc chảy qua khe ống lọc, m/ngày Giá trị này có thể xác ñịnh theo

ñồ thị hoặc theo công thức sau:

Sau khi tính toán lựa chọn chiều dài, ñường kính và khe hở của ống lọc, cần kiểm tra lại các thông số nói trên bằng cách tính vận tốc trung bình của dòng nước chảy qua khe hở của ống lọc theo công thức:

Q v A

ñộ ăn mòn cũng như ñóng cặn là nhỏ nhất

3 Thiết kế lớp sỏi lọc

ðối với giếng ñược thiết kế bọc sỏi, khoảng không gian ở ngay xung quanh ống lọc ñược lấp ñầy các hạt cát hoặc sỏi có tính thấm cao gọi là lớp sỏi lọc Các chức năng cơ bản của lớp sỏi lọc là:

- Làm ổn ñịnh tầng chứa nước và ngăn chặn các loại vật liệu có kích thước nhỏ từ tầng chứa nước xâm nhập vào giếng qua ống lọc, qua ñó làm giảm khả năng bơm có cát trong giếng

ñổ xuống lỗ khoan, sỏi cần phải ñược rửa sạch ñể ñảm bảo không còn các phiến sét, mica, ñất và các tạp chất dơ bẩn khác

b Tính toán, xác ñịnh kích thước sỏi phù hợp