Công trình khoan (lỗ khoan, giếng khoan, hố khoan) là công trình dạng hình trụ trong vỏ Trái Đất có tiết diện nhỏ và chiều dài lớn Phần đầu của công trình gọi là miệng. Miệng hố khoan có thể nằm trên mặt đất, trên gương, vách, trụ, tường của lò bằng Mặt bên của công trình gọi là thành, thành lỗ khoan thường có bậc do trong quá trình khoan ta thay đổi đường kính dụng cụ phá đá Phần kết thúc của công trình gọi là đáy, trong quá trình khoan đáy lỗ khoan tiến sâu vào một cách liên tục Đường qa tâm của tiết diện gọi là trục, trục lỗ khoan là đường bất kỳ Các yếu tố đặc trưng công trình khoan Chiều sâu( theo trục) chiều sâu lỗ khoan thay đổi từ 1 vài m đến vài ngàn m tùy theo mục đích Đường kính: thay đổi trong giới hạn rộng, từ vài mm đến vài m Hướng khoan: vị trí không gian của trục lỗ khoan được đặc trưng bằng các thông số: +Góc đỉnh: góc giữa trục lỗ khoan và phương thẳng đứng +Góc nghiêng: góc giữa trục lỗ khoan và phương nằm ngang +Góc phương vị: góc giữa hình chiếu trục lỗ khoan trên mặt phẳng ngang với phương bắc địa từ Các quá trình kỹ thuật cơ bản khi khoan: Quá trình phá hủy đất đá: đây là qt tạo nên lỗ khoan để lỗ khoan tiến sâu vào lòng đất. Qt này đc thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, với việc sử dụng các phương tiện khác nhau Quá trình vận chuyển đất đá bị phá hủy lên bề mặt: qt này làm sạch lỗ khoan để tránh cho mùn khoan cản trở quá trình phá hủy tiếp theo. Thực hiện qt này bằng nhiều pp như cơ học, thủy lực, khí nén Quá trình gia cố thành lỗ khoan: qt này nhằm đảm bảo sự ổn định của của thành trong hoặc sau khi khoan. Gia cố bằng nước rửa, bằng ống chống hoặc vật liệu trám 3 qt trên thg xảy ra đồng thời trong qt xây dựng lỗ khoan Ứng dụng kỹ thuật khoan trong nền kinh tế quốc dân: Tìm kiếm, thăm dò khoáng sản có ích Khảo sát địa chất công trình, thủy văn Khoan khai thác nước, dầu khí Khoan vs những mục đích khác
CÔNG TRÌNH KỸ THUẬT KHOAN 216 Công trình khoan (lỗ khoan, giếng khoan, hố khoan) công trình dạng hình trụ vỏ Trái Đất có tiết diện nhỏ chiều dài lớn -Phần đầu công trình gọi miệng Miệng hố khoan nằm mặt đất, gương, vách, trụ, tường lò -Mặt bên công trình gọi thành, thành lỗ khoan thường có bậc trình khoan ta thay đổi đường kính dụng cụ phá đá -Phần kết thúc công trình gọi đáy, trình khoan đáy lỗ khoan tiến sâu vào cách liên tục -Đường qa tâm tiết diện gọi trục, trục lỗ khoan đường Các yếu tố đặc trưng công trình khoan -Chiều sâu( theo trục) chiều sâu lỗ khoan thay đổi từ vài m đến vài ngàn m tùy theo mục đích -Đường kính: thay đổi giới hạn rộng, từ vài mm đến vài m -Hướng khoan: vị trí không gian trục lỗ khoan đặc trưng thông số: +Góc đỉnh: góc trục lỗ khoan phương thẳng đứng +Góc nghiêng: góc trục lỗ khoan phương nằm ngang +Góc phương vị: góc hình chiếu trục lỗ khoan mặt phẳng ngang với phương bắc địa từ Các trình kỹ thuật khoan: 1 -Quá trình phá hủy đất đá: qt tạo nên lỗ khoan để lỗ khoan tiến sâu vào lòng đất Qt đc thực nhiều phương pháp khác nhau, với việc sử dụng phương tiện khác -Quá trình vận chuyển đất đá bị phá hủy lên bề mặt: qt làm lỗ khoan để tránh cho mùn khoan cản trở trình phá hủy Thực qt nhiều pp học, thủy lực, khí nén -Quá trình gia cố thành lỗ khoan: qt nhằm đảm bảo ổn định của thành sau khoan Gia cố nước rửa, ống chống vật liệu trám qt thg xảy đồng thời qt xây dựng lỗ khoan Ứng dụng kỹ thuật khoan kinh tế quốc dân: -Tìm kiếm, thăm dò khoáng sản có ích -Khảo sát địa chất công trình, thủy văn -Khoan khai thác nước, dầu khí -Khoan vs mục đích khác Khái niệm đất đá: đất đá tập hợp hay nhiều khoáng vật, vật thể nên vỏ đất Tính chất lý chủ yếu đất đá: -Độ bền: khả chống lại phá huỷ có ngoại lực tác dụng, đất đá có độ hạt nhỏ, phân bố độ bền cao Các hạt khoáng vật cứng, liên kết chúng chắc, xi măng gắn kết cứng độ bền đá cao Mật độ lớn bền -Độ cứng: khả đất đá chống lại xuyên vật khác lên mà không để lại độ biến dạng dư Có thể xem độ cứng độ bền học cục bộ, đặc trưng chống đỡ lớp bề mặt đối vs phá hủy tác dụng lực cục bộ, độ cứng đất đá ảnh hưởng đến tốc độ khoan mài mòn dụng cụ phá hủy 2 -Độ mài mòn: khả đất đá làm mòn dụng cụ phá hủy thiết bị khác khoan -Độ đàn hồi: khả đất đá khôi phục lại hình dạng kích thước ban đầu sau ngừng tác dụng lực Đất đá ko phải vật thể đàn hồi hoàn toàn mà bh để lại biến dạng dư -Độ lỗ hổng: nững khoảng trống đất đá không đc lấp đầy vật chất rắn Độ lỗ rỗng ảnh hưởng tới việc chọn pp tống thoát mùn khoan Khái niệm làm lỗ khoan: qt khoan, đất đá đáy bị phá hủy tác động loại mũi khoan, đất đá bị phá hủy tồn đọng cản trở qt làm việc mũi khoan, lượng truyền cho mũi khoan phải tốn thêm ma sát với mùn khoan, làm giảm tốc độ khoan, tăng độ mài mòn chi tiết mũi khoan cần đưa mùn khoan lên mặt đất liên tục theo chu kỳ để đảm bảo qt khoan Những pp tống thoát mùn: -Pp học: vận chuyển mùn lên mặt cách liên tục theo chu kỳ tác dụng lực học dụng cụ, phương tiện đặc biệt -Pp thủy lực: dùng chất lỏng bơm xuống đáy lỗ khoan mang mùn lên mặt +Tuần hoàn thuận: đg nc rửa: bể chứa→máy bơm khoan→đầu tiếp bơm→cột cần khoan→mũi khoan→đáy+mùn→khoảng không cần→mặt đất→hố lắng→làm sạch→bể chứa +Tuần hoàn nghịch: đg nc rửa: bể chứa→máy bơm→khoảng ko cần (qa thiết bị bịt miệng hố khoan)→đáy+mùn→cần khoan→ đầu bơm→hố lắng→tách mùn→bể chứa +Tuần hoàn cục gần đáy: tạo vòng tuần hoàn vùng gần đáy mà k truyền chất lỏng lên mặt Có cách: 3 Dùng cấu van bi chiều lắp dụng cụ đáy, trình khoan lên xuống dụng cụ cách có chu kỳ Dùng máy bơm chìm đặt lên gần đáy tạo nên vòng tuần hoàn +Tuần hoàn hỗn hợp: tạo nên vòng tuần hoàn cục vùng gần đáy dụng cụ đặc biệt, đg nước rửa: bể chứa→máy bơm→cột cần khoan→đầu nối chuyển tiếp đặc biệt→ra khoảng không vành xuyến (bên dụng cụ đáy(bên dụng cụ đáy)+mùn khoan→trong ống mẫu→qua lỗ thoát cần lên mặt đất +Pp thổi khí nén: sd máy nén khí bơm khí nén xuống lỗ khoan theo sơ đồ thuận Khí nén thổi đáy, đưa mùn lên mặt đất Yêu cầu chất rửa -Đưa hết mùn khoan lên mặt cách nhanh chóng -Làm mát tốt dụng cụ khoan -Có khả ổn định, gia cố thành lỗ khoan -Có khả giữ hạt mùn lơ lửng ngừng tuần hoàn, đồng thời dễ tách mùn lên mặt -Bôi trơn tốt dụng cụ khoan, ko làm mòn chi tiết dcụ khoan máy bơm -Ko hòa tan đất đá khoan qa -Ko thay đổi tính chất ảnh hưởng nhiệt độ, nc khoáng, mùn khoan hay vi khuẩn, phục hồi tính chất dễ dàng, nhanh chóng -Dễ bơm, tốn công suất bơm -Nguyên liệu dễ kiếm rẻ Trên thực tế k có lại chất rửa thỏa mãn tất yếu tố 4 Các loại chất rửa -Nước lã: chất rửa ứng dụng khoan Có thể nước nc khoáng, sd khoan đất đá ổn định -Hệ thống sét nước: hệ thống phân tán, môi trg phân tán nước, pha phân tán sét, dd sét loại nước rửa phổ biến, sd điều kiện địa chất phức tạp, thành lỗ khoan k ổn định -Chất lỏng nhũ tương: hệ thống phân tán pha: dầu nước nước dầu, đc sd chủ yếu khoan kim cương cao tốc -Chất rửa dạng khí: Khí nén: thổi lỗ khoan khí nén sd máy nén khí bơm xuống lỗ khoan theo sơ đồ thuận, sd vùng nước ngầm, nc mặt, vùng đất đá bị sập lở nc nghiêm trọng Hỗn hợp khí lỏng: hỗn hợp nước dd sét vs khí, trọng lượng riêng nhỏ nên sd đk đất đá nứt nẻ mạnh, dễ sập lở thành, dễ nc Khái niệm dd sét: dd sét hệ thống phân tán mà pha phân tán sét, môi trg phân tán nước, sét điều chế dd tốt loại sét bentoit, chứa nhiều khoáng vật montmorillon Khoan đập tời ma sát: PVSD: lỗ khoan sâu: 80-100m φ lỗ khoan:150-350mm Hnay sd cỡ thiết bị: loại nặng:khoan sâu 80-100m, 400 φ loại nhẹ: khoan sâu 15-30m, 600 5 φ Dcụ khoan: Choòng khoan: khâu cuối trực tiếp phá hủy đất đá Đầu nối cỗ thân có rãnh lưỡi cắt dọc ( thân bảng mỏng) Cần đập:là khâu nối choòng, dùng để tăng trọng lượng cho dcụ khoan, tăng lực đập để tăng hiệu qả phá đá Đầu nối ren với đầu nối khâu Thân hình trụ Rãnh lắp cle Ren nối vs choòng Đầu nối cáp: khâu nối cần đập dây cáp, làm cho dụng cụ tự xoay góc sau nhát đập để phá đáy hình tròn Thân Bạc lót xoay thân Dây cáp có đầu gắn ống bạc Cổ Ren nối với cần đập Ống múc: dùng để vét mùn, thg sd ống múc van phẳng Ren nối vs đầu cáp Cổ có rãnh lắp clê Thân Móng sắc Van Quy trình khoan: Dọn khoan Lắp đặt thiết bị Khoan mở lỗ Khoan đập cáp khí: 6 PVSD: -Thăm dò khai thác nước -Thăm dò mỏ khoáng -Nghiên cứu địa chất công trình, thủy văn -Khoan nổ mìn mỏ lộ thiên -Khoan lỗ khoan kỹ thuật: tháo khô, đóng cọc, bê tông, đặt dây dẫn điện, đặt ống nc, khí Ưu nhc điểm -Ưu điểm: +Tốc độ nâng thả dcụ nhanh +Thiết bị gọn, nhẹ φ +Khoan đc lỗ khoan có lớn +Tổ chức khoan đơn giản nghiên cứu thủy văn thuân lợi -Nhc điểm: +Điều khiển dcụ lỗ khoan khó truyền động = dây cáp +Phá đáy k đặn, thành lỗ khoan k nhẵn, thiết diện thg k tròn thả ống khó khăn, đá cứng +Do k sd nc rửa nên thg phải chống ống nhiều, cấu trúc lỗ khoan phức tạp, tốn +K lấy mẫu nguyên dạng đc nên tài liệu địa chất công trình xác +Năng suất khoan k cao thời gian khoan túy nhỏ, quy trình kỹ thuật tiến hành riêng rẽ Công tác chuẩn bị: -Công tác thiết kế: +Lập cấu trúc lỗ khoan: yc đơn giản, lỗ khoan bậc, số cột ống chống thuận lợi cho qt khoan +Chọn thiết bị dcụ: vào đặc tính đất đá, đặc tính thiết bị dcụ, đảm bảo hợp lý, tăng suất kinh tế +Thiết kế chế độ khoan -Cbị khoan trườg: 7 +Dọn bãi khoan, san nền: yc khoan phải đất đá ổn định tránh bị lún qt làm việc +Vận chuyển máy móc thiết bị tới vị trí +Lắp ráp thiết bị máy móc, cố định máy, kê kích chắn +Dựng tháp: yc thẳng đứng, ròng rọc đỉnh tháp trùng vs tâm lỗ khoan +Lắp sàn làm việc, đặt đg dẫn điện +Ktra làm việc toàn hệ thống cách chạy k tải Khoan lấy mẫu PVSD: -Thăm dò mỏ KS có ích rắn tới độ sâu 3000m -Khoan lỗ khoan tìm kiếm vẽ đồ khoan dầu khí, tìm kiếm cấu trúc -Khoan lỗ khoan nghiên cứu địa chất công trình, thủy văn -Khoan lỗ khoan kỹ thuật vs mđ khác Ưu điểm: -Do lấy mẫu suốt chiều sâu lỗ khoan nên phán đoán xác cấu tạo địa chất, đặc tính vỉa KS, vào phân tích mẫu trữ lượng -Khoan đc góc nghiêng loại đất đá có độ cứng độ ổn định -Có thể khoan đc lỗ khoan có đg kính nhỏ chiều sâu lớn, sd thiết bị gọn nhẹ Ống chống phụ tùng ống chống: cấu trúc ống chống φ tương tự ống mẫu Các ống đơn có chiều dài từ 1,5-6m, 73,89,108,127,146,168, chiều dày từ 3.5-4,5mm ống đơn nối vs thành cột đầu nối ren Vật liệu chế tạo ống : thép hợp kim tính cao 8 Quy trình kỹ thuật khoan Bao gồm: -Công tác chuẩn bị khoan -Quá trình khoan lấy mẫu -Gia cố thành lỗ khoan đất đá yếu -Đo địa vật lý, đo độ cong -Nhổ ống chống, lấp lỗ khoan -Tháo dỡ, di chuyển đến vị trí Công tác thiết kế: -Thiết kế cấu trúc lỗ khoan”: +Cấu trúc lỗ khoan phụ thuộc yếu tố: Tính chất đất đá khoan qa: đất đá ổn định cấu trúc phức tạp Chiều sâu khoan:chiều sâu lớn cấu trúc phức tạp φ φ kết thúc lỗ khoan:phụ thuộc vào loại dcụ phá hủy, dcụ, tỷ lệ mẫu yc, pp khoan, chiều sâu khoan +Khi thiết kế cấu trúc cần yếu tố : φ φ φ cc, trung gian, mở lỗ φ Số lần thay đổi độ sâu thay đổi φ φ Số lượng, chiều sâu ống chống +Cấu trúc lỗ khoan phải đảm bảo yc đơn giản, bậc mức độ để đảm bảo thuận lợi cho qt khoan -Chọn dụng cụ thiết bị -Thiết kế chế độ khoan Khoan rung: dựa nguyên tắc sd dao động có tần số thấp thiết bị(1200-2500l/f) rung động đc truyền xg dcụ khoan, tác động lến đất đá, phá vỡ liên kết chúng dcụ khoan ngập chìm vào đất đá trọng lượng thân 9 Quy trình khoan rung: Khoan hết chiều sâu lỗ khoan hiệp: áp dụng L lk ≤5-6m nhỏ chiều cao tháp, đất đá mềm, bở, dễ chiu vào ống, k bị tắc lk Khoan nhiều hiệp không dùng ống chống: sd L lớn hơn, đất đá chặt sít, ổn định Chiều dài hiệp 0,30,5m Khoan đồng thời vs ống chống: đất đá mềm, bở, k ổn định cát chảy Đóng ống chống xg xong khoan bên ống Khoan quay chậm guồng xoắn Đđ PVSD: đất đá bị phá hủy qt khoan đc vận chuyển lên mặt cách đồng thời nhờ guồng xoắn quay Khi cục đất đá lớn đc đưa lên mà không cần nghiền nhỏ Khi mùn khoan chuyển động lên, phần bị miết vào thành lỗ khoan thành lỗ khoan đc gia cố Khoan quay chậm guồng xoắn sd đất đá có độ khoan tới cấp IV,V độ sâu vài chục m Quy trình khoan:chế độ khoan gồm thông số: tải trọng lên dụng cụ, tốc độ quay dụng cụ Khi khoan không lấy mẫu, tốc độ quay dụng cụ n=120-200v/f n nhỏ mùn khoan khó lên mặt đất Tải trọng đáy P=400-500kg với đất đá mềm, đất đá cứng tăng P tới 2000kg, khoan đoạn 1,5-2m lại dừng lại nâng dcụ lên chút r rót nc vào để qt khoan thuận lợi Khi khoan cát chảy phải chống ống, n giảm xuống 40-60v/f 10 10 Đặc điểm khoan kim cương: -Tốc độ khoan cao đất đá rắn -Tiến độ lưỡi khoan tăng độ cứng độ chống mòn kim cương cao -Tiến độ hiệp khoan tăng φ - lỗ khoan giảm tốn công suất, thiết bị khoan thg gọn nhẹ, độ sâu khoan tăng, giảm giá thành m khoan -Khe hở nhỏ -Qt khoan cần tuân thủ nghiêm ngặt quy trình công nghệ tránh hư hỏng lưỡi khoan Khoan thăm dò khai thác nước Đặc điểm: -Đg kính giếng thăm dò khai thác nước thường lớn hơn, cấu trúc phức tạp hơn, có nhiều cột ống chống, có đặt thiết bị bơm hút nước -Thời gian sử dụng lâu hơn, tới 50 năm -Trong qt khoan nước rửa k đc làm ảnh hưởng tới tính chất nước ngầm k cản trở nước từ vỉa vào giếng khoan(tốt dùng nc lã) -Qt khoan thg bị gián đoạn phải tiến hành công tác chuyên môn địa chất thủy văn 11 11 Phân loại công trình khoan nc: -Lỗ khoan tìm kiếm vẽ đồ: +Mục địch: lập đồ địa chất thủy văn tỷ lệ nhỏ, nghiên cứu địa chất địa chất thủy văn +Đặc điểm: thg có lấy mẫu -Giếng khoan thăm dò: +Mục đích: Thăm dò sơ nc đất Nghiên cứu địa chất địa chất thủy văn Bơm hút nước thí nghiệm đánh giá chất, trữ lượng φ +Đặc điểm: k lớn Có thiết bị lọc hút nước tạm thời Cấu trúc giếng đơn giản, dễ rút ống -Giếng khoan thăm dò khai thác: +Mục đích: thăm dò chi tiết để nghiên cứu tiếp địa chất địa chất thủy văn +Đặc điểm: Bơm khai thác thử với lưu lượng yc Có lắp đặt thiết bị lọc, hút nước Có thể chuyển sang khai thác -Giếng khoan khai thác: +Mục đích: khai thác nước phục vụ cho nhu cầu đời sống kinh tế φ +Đặc điểm: Thường có lớn Cấu trúc phức tạp có trang thiết bị lọc hút nước Thời gian sd lâu -Lỗ khoan kỹ thuật: +Lỗ khoan tháo khô: nhằm tháo khô mỏ công trình xd ĐĐ: đặt thiết bị lọc hút nc để thg xuyên hạ thấp mực nc ngầm +Lỗ khoan quan trắc: thăm dò quan trắc chế độ nc ngầm nhiều năm Yêu cầu đối vs giếng khai thác: 12 12 -Lưu lượng: lưu lượng yc xuất phát từ nhu cầu nước φ đtg sd, sở lưu lượng yc mà thiết kế giếng cho giếng tâng khai thác đủ lớn để giải phóng lượng nc cần khai thác -Chất lượng nước: nước khai thác lên phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh hóa học tùy thuộc mục đích cung cấp nước Khoan dầu khí Đặc điểm: Độ sâu lớn, cấu trúc phức tạp, giếng khai thác có đặt thiết bị kthác Thời gian sd thông thg lớn, phụ thuộc trữ lượng mỏ ρ ρn Quy trình khoan phức tạp nhiệt độ, vỉa, ↑ L↑, tính chất đất đá thay đổi theo độ sâu 13 13 Phân loại: -Các lỗ khoan nghiên cứu cấu trúc: nhằm nghiên cứu địa chất vùng lớn, khả tạo mỏ dầu khí Có lấy mẫu -Các lỗ khoan thông số: nghiên cứu địa chất sâu, đánh giá triển vọng dầu khí, trữ lượng C , lấy mẫu ước lệ -Các lỗ khoan tìm kiếm cấu trúc: tiến hành nghiên cứu thiết lập có mặt hay k vỉa dầu khí Lấy mẫu tầng sp, tiến hành nghiên cứu địa vật lý, thử vỉa tầng sp -Các lỗ khoan thăm dò: đánh giá giá trị công nghiệp vỉa dầu khí sáng tỏ(sơ bộ) đánh giá trữ lượng cấp công nghiệp(chi tiết) lấy mẫu tầng sp, tiến hành đồng nghiên cứu địa vật lý mỏ, thứ vỉa Chuyển lỗ khoan vào kthác -Các giếng kthác: lấy dầu khí từ vỉa nghiên cứu, tác động vào vỉa nhờ tác nhân làm việc, qsát, đánh giá qt công nghệ khai thác mỏ -Ngoài ra: Lỗ khoan vẽ đồ(nổ mìn) phục vụ công tác địa chấn Lỗ khoan bơm ép: bơm nc kéo dài thời gian kthác tự phun Lỗ khoan đập cháy Lỗ khoan đập giếng bị phun 14 14 ... montmorillon Khoan đập tời ma sát: PVSD: lỗ khoan sâu: 80-100m φ lỗ khoan: 150-350mm Hnay sd cỡ thiết bị: loại nặng :khoan sâu 80-100m, 400 φ loại nhẹ: khoan sâu 15-30m, 600 5 φ Dcụ khoan: Choòng khoan: ... mùn khoan chuyển động lên, phần bị miết vào thành lỗ khoan thành lỗ khoan đc gia cố Khoan quay chậm guồng xoắn sd đất đá có độ khoan tới cấp IV,V độ sâu vài chục m Quy trình khoan: chế độ khoan. .. trình khoan: Dọn khoan Lắp đặt thiết bị Khoan mở lỗ Khoan đập cáp khí: 6 PVSD: -Thăm dò khai thác nước -Thăm dò mỏ khoáng -Nghiên cứu địa chất công trình, thủy văn -Khoan nổ mìn mỏ lộ thiên -Khoan