Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về nguyên nhân gây suy thoái do nội tại bản thân các giếng khoan vùng địa chất có thành tạo bở rời của ĐBSCL và đưa ra các giải pháp khoa học và công nghệ (KHCN) phù hợp để xử lý nhằm nâng cao hiệu suất khai thác các giếng khoan này.
Khoa học Tự nhiên Nguyên nhân suy thoái giếng khoan khu vực có thành tạo bở rời vùng ĐBSCL giải pháp phục hồi nâng cao hiệu suất giếng khoan Lương Văn Thanh*, Phạm Văn Tùng Viện Kỹ thuật biển, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam Ngày nhận 26/1/2018; ngày chuyển phản biện 1/2/2018; ngày nhận phản biện 11/4/2018; ngày chấp nhận đăng 17/4/2018 Tóm tắt: Vùng Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) có mật độ sơng, rạch dày đặc, vào thời điểm mùa khô nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt lại khan ảnh hưởng xâm nhập mặn (từ biển) ô nhiễm từ nước phèn nội Do nhu cầu cần sử dụng nước quanh năm nên địa bàn ĐBSCL có hàng nghìn giếng khoan cơng suất lớn hoạt động Số lượng giếng khoan ngày gia tăng hàng năm theo nhu cầu sử dụng nước Tuy nhiên, tác động yếu tố ảnh hưởng mặn, phèn, phiến sét… chất hóa học tồn nước ngầm, nhiều giếng khoan sau thời gian đưa vào sử dụng bị suy thoái, làm ảnh hưởng lớn đến khả khai thác Bài báo trình bày số kết nghiên cứu nguyên nhân gây suy thoái nội thân giếng khoan vùng địa chất có thành tạo bở rời ĐBSCL đưa giải pháp khoa học công nghệ (KH&CN) phù hợp để xử lý nhằm nâng cao hiệu suất khai thác giếng khoan Từ khóa: cải tạo giếng khoan, hiệu suất khai thác, ô nhiễm nước ngầm, suy thoái giếng khoan, thành tạo bở rời Chỉ số phân loại: 1.7 Mở đầu Theo thống kê chưa đầy đủ từ nguồn tài liệu cấp phép khai thác Cục Quản lý Tài nguyên nước, Sở Tài nguyên Mơi trường, tài liệu khảo sát Liên đồn Điều tra quy hoạch tài nguyên nước miền Nam, Đồng Nam Bộ [1] có khoảng 2.420 lỗ khoan khai thác nước đất tầng chứa nước đất đá bở rời, 116 giếng khai thác tầng chứa nước bazan đá cứng có đường kính độ sâu khác Số lỗ khoan khai thác tầng, phức hệ chứa nước thống kê sau: tầng chứa nước Pleistocen (qp1 qp2-3) có 432 lỗ khoan; tầng chứa nước Pliocen (n2) có 1.840 lỗ khoan; tầng chứa nước Miocen thượng (n13) 148 lỗ khoan; phức hệ chứa nước thành tạo bazan 66 lỗ khoan; phức hệ chứa nước thành tạo Jura 50 lỗ khoan Trong thực tế, số lượng lỗ khoan khai thác cao nhiều lần chưa tiến hành công tác kiểm kê tài nguyên nước đất Sau thời gian đưa vào sử dụng, nhiều giếng khoan có tốc độ suy thối nhanh, làm cho nguồn nước khai thác bị suy giảm Hầu hết giếng hư hỏng hay bị suy thoái nặng bị hủy bỏ đơn vị quản lý thường khoan giếng để thay thế, làm tốn thêm chi phí Ngồi ra, giếng bị suy thối khơng sử dụng tiềm ẩn ngun nhân gây ô nhiễm nguồn nước ngầm tầng sâu có khả dẫn nguồn ô nhiễm từ mặt đất xuống Hiện chưa có tiêu chuẩn, quy trình cụ thể nhằm phân tích ngun nhân suy thối loại giếng khoan giải pháp xử lý thích hợp Các giải pháp dừng mức dùng máy nén khí súc rửa lại giếng khoan sử dụng số loại hóa chất để làm tan mảng bám giếng khoan suy giảm hiệu suất khai thác cn hành, đặc biệt điểm nối làm vỡ ống; iii) Máy bơm chìm hoạt động tải tạo nhiệt độ cao xung quanh bơm nước không kịp làm mát gây biến dạng ống chống thành giếng Đề xuất giải pháp xử lý suy thoái nâng cao hiệu suất giếng khoan Các bước xử lý suy thoái Sau xác định nguyên nhân gây suy thoái giếng khoan đưa giải pháp xử lý suy thoái phù hợp với trường hợp Mỗi giải pháp xử lý nâng cao hiệu suất giếng khoan cần trải qua quy trình xử lý theo bước sau: Bước 1: xác định thông số thiết kế khảo sát trạng đặc trưng giếng (đường kính ống chống, ống lọc; độ sâu giếng; kết cấu giếng, vật liệu kết cấu, lưu lượng, chất lượng nước, mực nước tĩnh - động…) Bước 2: tháo dỡ thiết bị khai thác bên giếng, 60(8) 8.2018 Bước 3: bơm vét nước ô nhiễm, vật liệu lắng cặn, tạp chất khỏi giếng khoan Vận hành bơm giếng để đảm bảo làm vật liệu lơ lửng có nước giếng Có thể khử trùng biết nước bị nhiễm khuẩn Bước 4: khơi phục sửa chữa hư hại lòng giếng Bước 6: tái trám lấp miệng giếng, sử dụng sét xây lắp hệ thoát nước xung quanh giếng Xử lý lớp sỏi cát quanh giếng bị đóng cặn, lèn chặt Mục đích phương pháp dùng tác động vật lý để lấy chất cặn bám ống giếng, ống lọc, lớp sỏi lọc ngược khe rỗng lớp cát, sạn quanh giếng để phục hồi lại khả dẫn nước ban đầu giếng Phương pháp phương pháp học Trước tiên, dùng chổi quét để làm cặn bám phía ống lọc có hạt cát mắc vào khe hở ống lọc sỏi chèn lấp bên khe ống lọc Sau dùng chổi quét làm thông mạch rỗng lớp cát, sét dùng piston để tạo xung, phương pháp đưa từ miệng giếng xuống nhằm gây xáo động làm co giãn lớp sỏi cát quanh ống lọc Sau đó, bơm rút nước tăng cường qua ống lọc để kéo cặn bám lớp sỏi cát vào ống lọc Gắn mặt bích, phía phía khoảng bơm hút vận tốc nước qua khe ống lọc tăng gấp lần bơm bình thường Khoảng cách hai mặt bích Lb lưu lượng bơm lên Qb tính theo cơng thức: Trong đó: Lb chiều dài đoạn rửa (m); Lống lọc chiều dài toàn ống lọc (m); Qkt lưu lượng giếng khai thác ổn định (m3/h); Qb lưu lượng bơm chìm dùng để làm giếng (m3/h) Cuối bơm nước vào rút nước đoạn ống lọc Nước dung dịch hóa học bơm vào buồng dưới, vào tầng sạn rút buồng Để thực q trình rửa cần có bơm (bơm đưa nước vào buồng bơm rút nước bẩn từ buồng ra) Nước bơm vào buồng lấy nước giếng nước giếng bên cạnh, nước bẩn bơm lên đo độ đục để đánh giá kết làm Thời gian bơm kéo dài đến lúc nước rút có độ đục độ đục nước bơm bình thường chuyển sang đoạn khác Cơng suất bơm đẩy bơm hút tính theo cơng thức: 40 Khoa học Tự nhiên dính bám lại Trong đó: Qb công suất bơm cần chọn (m3/h); Qkt công suất khai thác đoạn ống lọc (m3/h); d1 đường kính ngồi ống lọc (m); d2 đường kính hình trụ tạo lớp sỏi cát bao quanh ống lọc cần phải rửa (m) Với Q0 lưu lượng giếng khai thác (m /h); Lđoạn chiều dài đoạn ống rửa (m); Lống lọc chiều dài toàn ống lọc (m) Bơm cấp nước hóa chất xuống nên dùng bơm piston áp lực đẩy thường khơng dự đốn trước Xử lý suy thối tác động hóa học sinh học Để xử lý nâng cao hiệu suất giếng khoan bị suy thoái tác động hóa học sinh học, giải pháp truyền thống sử dụng phương pháp hóa chất để tẩy rửa Ngồi sử dụng phương pháp tác dụng nhiệt CO2 Phương pháp sử dụng hóa chất: loại axit mạnh thường sử dụng nhiều so với hợp chất hóa học khác tính chất khử mạnh Biện pháp phù hợp cho giếng bị suy giảm hiệu suất nguyên nhân mảng bám rỉ sắt, đóng cặn phận giếng khoan Việc sử dụng axit cần phải xem xét đến khía cạnh khác mức độ an tồn sử dụng, hướng dẫn sử dụng, quy trình sử dụng sản phẩm cho đảm bảo yêu cầu đặt Việc không tuân thủ quy định đặt sử dụng sản phẩm gây nguy hiểm cho người sử dụng chất hóa học đó, cho người sử dụng nước giếng khoan vào sinh hoạt cho môi trường nước đất Đã có nhiều tài liệu ngồi nước nghiên cứu tác dụng loại hóa chất khác đến q trình hòa tan, phân tán loại cặn bẩn giếng Các chất hóa học sử dụng khác cho loại mảng bám, với nồng độ cách thức sử dụng quy định an toàn phù hợp với hóa chất Một số loại hóa chất sử dụng nước giới Anh, Pháp, Đức, Mỹ phù hợp với điều kiện sử dụng Việt Nam sau: - Cặn lắng dính bám phù sa, nhôm kết tủa với lẫn cặn sinh vật: dùng hợp chất muối axit photphoric (H3PO4) Na2H2P2O4 Na4P2O7, nồng độ dung dịch 15%, thời gian tiếp xúc 6-12 - Cặn dính bám sắt, mangan cặn sinh học: dùng axit HCl nồng độ 0,1M, pH ≤ 1, thời gian tiếp xúc 4-6 giờ, sau phải bơm rửa ngay, để pH ≥ có khả gây 60(8) 8.2018 - Cặn lắng dính bám có nguồn gốc từ sunphat kim loại, sản phẩm H2S: dùng loại axit H2SO4 HCl - Trong nước có chứa sắt, mangan: sử dụng ba hợp chất polyphosphat pyrophosphat, tripolyphosphat metaphosphat natri Trong hợp chất này, tripolyphosphat tốt có hiệu cao cần dùng với liều lượng so với loại lại - Cặn lắng dính bám có nguồn gốc từ CaCO3, CaSO4 nước cứng sinh dùng axit HCl, tầng ngậm nước đá vôi phải dùng axit hữu photphoric citric (C6H8O7), sunphamic (NH2SO3H) axit H2SO4 HCl có khả hòa tan đá vôi - Trong tầng chứa nước cuội sỏi đá nứt nẻ, khơng có sắt, mangan, có chất hữu hòa tan, thường cặn dính bám làm bít tắc ống lọc loại cặn vi sinh: dùng chất tẩy rửa nước zaven NaClO với nồng độ gam clo hoạt tính cho lít dung dịch Thời gian tác dụng tiếp xúc 4-6 giờ, sau phải bơm rửa với lưu lượng gấp 1,5 lần lưu lượng khai thác Phương pháp sử dụng tác dụng nhiệt: phương pháp sử dụng Mỹ (đã cấp sáng chế Mỹ, hay gọi phương pháp OH) Tác dụng nhiệt sử dụng để làm tăng hiệu phương pháp xử lý hợp chất hóa học Nước giếng bơm lên, gia nhiệt, sau đưa trở lại giếng để làm tăng khả hoạt động hợp chất hóa học Nó dùng phần phương pháp hỗn hợp bao gồm nhiều giai đoạn việc khôi phục hiệu suất giếng khoan Tác dụng nhiệt sử dụng hiệu việc loại bỏ màng bám sinh học mà giải pháp hóa học sử dụng nguyên nhân môi trường Tuy nhiên, nhiệt dồn kết cấu giếng truyền vào (theo nguyên lý truyền nhiệt giống truyền lạnh) tác dụng phạm vi bị sốc nhiệt Phương pháp sử dụng khí CO2: chất phương pháp dùng khí CO2 lạnh để làm mở rộng mạch ngầm chứa nước loại bỏ mảng bám, chất đóng cặn giếng khoan khai thác nước ngầm Nó biết đến với tên “phương pháp đóng băng” Q trình sử dụng đá khơ (CO2 dạng rắn) để xử lý giếng khoan có từ lâu nước Bắc Mỹ, việc kiểm soát liều lượng cách thức áp dụng vấn đề cần giải Phương pháp Aqua-Freed (được mô tả Hội nghị Mansuy năm 1999) phát triển phương pháp việc sử dụng hiệu hỗn hợp khí CO2 lạnh theo cách kiểm sốt 41 Khoa học Tự nhiên Về tổng thể, phương pháp bao gồm bước sau: i) Phun hỗn hợp khí CO2 để tạo thành axit cacbonic; ii) Tiếp tục phun hỗn hợp CO2 dạng lỏng đông lạnh vào giếng, bắt đầu trình khuấy động làm đóng băng; iii) Để hỗn hợp xâm nhập lan truyền vào nước giếng theo thời gian bắt đầu phản ứng; iv) Sau khoảng thời gian cần thiết, phản ứng hoàn tất, tiến hành loại bỏ phần đóng băng làm tan chảy, làm thơng thống giảm áp suất giếng Cuối áp dụng thêm biện pháp học để làm tăng khả cải tạo giếng Kết luận Có nhiều ngun nhân gây suy thối giếng khoan khu vực địa chất có thành tạo bở rời vùng ĐBSCL Các nguyên nhân điển hình suy thối kể đến như: i) Suy thối tác động vi sinh vật tạo mảng bám rỉ sắt, sản phẩm hỗn hợp gắn kết hạt bùn bẩn vô hữu cơ; ii) Suy thối tác động hóa học, làm ống chống thép bị thủng; iii) Suy thoái tác động học gây vỡ ống, hỏng thiết bị… Nghiên cứu sâu nguyên nhân suy thoái dựa kỹ thuật ứng dụng tại, để xử lý nâng cao hiệu suất giếng khoan khu vực có tầng nước ngầm nằm sâu đới thành tạo bở rời sử dụng biện pháp như: xử lý lớp sỏi cát quanh giếng bị rỉ sét, đóng cặn, lèn chặt chổi quét; piston tạo xung động mạnh nước; bơm hút nước tăng cường; hóa chất; gia nhiệt; khí CO2 Một số giếng bị hư hỏng nặng khó xử lý xử lý tốn kinh phí khai thác khơng bền vững 60(8) 8.2018 nên chọn giải pháp hủy - trám lấp giếng khoan giếng thay Với kết nghiên cứu khảo sát bước đầu giếng khoan khu vực địa chất có thành tạo bở rời vùng ĐBSCL, tác giả xác định nguyên nhân gây suy thái giếng khoan đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm cải thiện lưu lượng phục vụ cấp nước sinh hoạt cho vùng khó khăn nguồn nước ĐBSCL Kết báo sở tham khảo cho quan quản lý đơn vị cấp nước tập trung công tác tu, bảo dưỡng khai thác nguồn nước ngầm vùng ĐBSCL cho cấp nước sinh hoạt góp phần thực tốt tiêu chí Chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nơng thơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đồn Văn Cánh cs (2015), Nghiên cứu đề xuất tiêu chí phân vùng khai thác bền vững, bảo vệ tài nguyên nước đất vùng Đồng Bắc Bộ Đồng Nam Bộ, Số đăng ký: 11955/ KQNC, ngày 1/2/2016 [2] Lương Văn Thanh cs (2015-2018), Nghiên cứu công nghệ giải pháp kỹ thuật để xử lý giếng khoan có hiệu suất thấp mực nước động nằm sâu phục vụ cấp nước bền vững cho vùng khan nước khu vực Nam Bộ, Đề tài KH&CN cấp nhà nước mã số ĐTĐL.CN-66/15 [3] Trịnh Xuân Lai (2012), Quản lý vận hành thiết kế nâng cấp Nhà máy nước, Nhà xuất Xây dựng [4] Environmental Security and Technology Certification Program (ESTCP) Project ER-0429 (2005), A review of biofouling controls for enhanced in situ bioremediation of groundwater [5] Đặng Ngọc Quý (2017), “Đặc trưng giếng khoan thân nhỏ yếu tố ảnh hưởng đến thời gian, chi phí khoan hồn thiện giếng”, Tạp chí Dầu khí, 4, tr.14-17 42 ... áp suất giếng Cuối áp dụng thêm biện pháp học để làm tăng khả cải tạo giếng Kết luận Có nhiều ngun nhân gây suy thối giếng khoan khu vực địa chất có thành tạo bở rời vùng ĐBSCL Các nguyên nhân. .. đầu giếng khoan khu vực địa chất có thành tạo bở rời vùng ĐBSCL, tác giả xác định nguyên nhân gây suy thái giếng khoan đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm cải thiện lưu lượng phục vụ cấp nước... Suy thoái tác động học gây vỡ ống, hỏng thiết bị… Nghiên cứu sâu nguyên nhân suy thoái dựa kỹ thuật ứng dụng tại, để xử lý nâng cao hiệu suất giếng khoan khu vực có tầng nước ngầm nằm sâu đới thành