Bài viết Kết quả áp dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược trong khoan khai thác nước dưới đất ở Nhơn Trạch - Đồng Nai trình bày một số kết quả ban đầu về áp dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược để khoan các giếng khai thác nước trong địa tầng trầm tích ở Nhơn Trạch – Đồng Nai.
Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 54, 4/2016, (Chuyên đề Khoan - Khai thác), tr.62-65 KT QU P DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN TUẦN HỒN NGƯỢC TRONG KHOAN KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ở NHƠN TRẠCH - ĐỒNG NAI NGUYỄN DUY TUẤN, NGUYỄN XUÂN THẢO, Viện Công nghệ khoan Tóm tắt: Một ngun nhân làm suy thối hư hỏng giếng khai thác nước đất khu công nghiệp Nhơn Trạch - Đồng Nai giếng trước thi công phương pháp khoan xoay tuần hồn thuận Đây phương pháp có nhiều nhược điểm khoan giếng khai thác nước địa tầng trầm tích Pliocen Nhơn Trạch Trong phạm vi báo, tác giả trình bày số kết ban đầu áp dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược để khoan giếng khai thác nước địa tầng trầm tích Nhơn Trạch – Đồng Nai Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén có ưu điểm thành phần đẩy lên từ giếng khoan gồm khí, nước mùn khoan (dòng ba pha) khơng tác động trực tiếp đến thành giếng khoan không ảnh hưởng đến đặc tính tầng chứa nước Điều nhiều có tác động tích cực tới tuổi thọ giếng nâng cao hiệu thi công Mở đầu Thành phần đất đá trầm tích Pliocen Trong năm gần đây, nhu cầu nước gồm cát, cát sét, sét cát, đơi nơi có lẫn sạn, sỏi cho sinh hoạt khu cơng nghiệp Nhơn Trạch ngày thạch anh màu trắng Phần bị phong hóa gia tăng; lưu lượng giếng mạnh, màu loang lổ chứa nhiều sạn sỏi Laterit khai thác ngày suy giảm.Nước ngầm dùng màu nâu gụ Tiếp theo lớp sét bột tồn cho sinh hoạt khu công nghiệp Nhơn Trạch – tồn diện tích tầng chứa nước; Đồng Nai chủ yếu khai thác tầng trầm tầng cách nước làm giảm yếu tố gây nhiễm tích Pliocen Đây tầng có nguồn nước dồi dào, bẩn tầng chứa nước Dưới lớp sét bột bị nhiễm bẫn, cấu trúc địa tầng tầng chứa nước, thành phần đất gồm cát lẫn sạn phức tạp bao gồm: cát, cát sét, sét cát có lẫn sỏi dày từ 36m đến 60m sạn sỏi thạch anh Kết quan trắc 38 giếng khoan cho Một nguyên nhân gây suy giảm thấy, lưu lượng trung bình đạt từ 3l/s đến 19l/s lưu lượng giếng giếng khai thác trước thi công phương pháp khoan xoay Hệ số dẫn 2nước (Km) tầng chứa nước từ 300 tuần hoàn thuận truyền thống Đây phương đến 720m /ngày Mực nước tĩnh từ 5m đến pháp có nhiều nhược điểm khoan khai thác 20m, dao động năm thường từ 17m đến nước đất địa tầng trầm tích bở rời 19m trầm tích Pliocen Nhơn Trạch - Đồng Nai Kết tính tốn cho thấy trữ lượng nước Để đảm bảo yêu cầu thiết kế, chất lượng tầng chứa đạt tới 110.000m3/ngày giếng khai thác cơng suất khai thác, tác Kết thí nghiệm, phân tích mẫu nước giả lựa chọn phương pháp khoan tuần hồn ngược để thi cơng giếng khoan khai thác cho thấy nước tầng chứa có tổng độ khống nước địa tầng trầm tích Pliocen khu hóa từ 0,03mg/l đến 0,12mg/1; độ pH = 6,8; hàm lượng Cl từ 3,55mg/l đến 14mg/l; hàm công nghiệp Nhơn Trạch - Đồng Nai Đặc điểm tầng chứa nước trầm tích lượng SiO2 từ 12,2mg/l đến 19mg/l; CO2 tự từ 8mg/l đến 10,2mg/l; nước không màu, Pliocen (N2) Tầng chứa nước phân bố rộng rãi không mùi, không vị không bị ô nhiễm phần trung tâm, phía Đơng Đơng Bắc chất thải bề mặt Như vậy, chất lượng nguồn nước tốt nằm tầng Pleistocen 62 Lựa chọn cơng nghệ khoan tuần hồn ngược trầm tích Pliocen Nhơn Trạch - Đồng Nai Trong cơng nghệ khoan tuần hồn ngược có nhiều phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược hệ tuần hồn giếng khoan như: phương pháp bơm ép; phương pháp dùng máy bơm ly tâm, máy bơm chân không, máy bơm phun phương pháp dùng máy nén khí Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm phạm vi áp dụng riêng Tuy nhiên, thực tế, phương pháp dùng máy bơm ly tâm phương pháp sử dụng máy nén khí để trì nước rửa tuần hồn ngược giếng khoan phổ biến Hình Tiến độ khoan phụ thuộc vào phương pháp trì nước rửa tuần hoàn ngược giếng khoan 1- Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén; 2- Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược máy bơm ly tâm Phương pháp sử dụng máy bơm ly tâm đơn giản, hiệu suất không cao giới hạn hút máy bơm ly tâm, đặc biệt giếng khoan đường kính lớn sâu Đối với điều kiện địa tầng chứa nước trầm tích Pliocen, tác giả lựa chọn phương pháp khoan xoay kết hợp với trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén Đây phương pháp dựa nguyên lý bơm airlift So với phương pháp sử dụng máy bơm ly tâm, phương pháp đạt hiệu suất cao, đặc biệt giếng khoan đường kính lớn sâu Hình tác giả trình bày phụ thuộc hiệu suất khoan vào phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược Phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén có ưu điểm thành phần đẩy lên từ giếng khoan gồm khí, nước mùn khoan (dòng ba pha) không tác động trực tiếp đến thành giếng khoan khơng ảnh hưởng đến đặc tính tầng chứa nước Hình Sơ đồ trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén h0- chiều cao đẩy cột nước tính từ mực nước thủy tĩnh, m; hE- chiều sâu ngập buồng phối khí tính từ mực nước thủy tĩnh,m; hU- chiều dài lại lỗ khoan Từ hình ta thấy, khí nén từ máy nén khí theo ống dẫn khí 10 hàn gắn kết với cần khoan xuống buồng phối khí Khi khí nén vào buồng tạo lên chênh lệch áp suất tác dụng áp suất khí nén, nước rửa mùn khoan vận chuyển lên phía Điểm quan trọng phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược giếng khoan khí nén lưu lượng khí nén để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất hệ số ngập buồng phối khí giếng khoan Hệ số ngập buồng phối khí xác định công thức sau [2, 3] : 63 hE h (1) E 0,5 hE h0 H đó: h0; hE- xem thích hình 3; H= h0 +hE - tổng chiều cao đẩy cột nước tính từ chiều sâu đặt buồng phối khí, m; Thực tế theo số liệu thống kê quan trắc [1] cho thấy tỷ lệ chiều cao đẩy cột nước tính từ chiều sâu đặt buồng phối khí H với chiều sâu lỗ khoan (h0 + hE + hU) nằm khoảng từ 0,25-0,1 hợp lý Lưu lượng khí cần thiết để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất xác định theo công thức: P Q P (2) Q K dd lk ln dd P0 P0 đó: QK - lưu lượng khí cần thiết để vận chuyển mùn khoan dòng nước rửa lên mặt đất, m3/s; Qdd - lưu lượng dòng nước rửa vận chuyển lên mặt đất, m3/s; Plk - áp suất giếng khoan chiều sâu đặt buồng phối khí, MPa; P0 - áp suất khí (áp suất khơng khí miệng giếng khoan), MPa; = 0,3 - hiệu suất vận chuyển Từ kết thực nghiệm cho thấy thay đổi phụ thuộc vào tốc độ dòng khí nén; giá trị nhỏ khí tốc độ dòng khí 1m/s Kết áp dụng cơng nghệ khoan tuần hoàn ngược khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai Để khoan 16 giếng khai thác nước đất cơng nghệ tuần hồn ngược, tác giả lựa chọn thiết bị dụng cụ khoan sau: Máy khoan УРБ-ЗАМ-500 cải tiến dùng để khoan khai thác nước đất công nghệ khoan rửa ngược Dụng cụ khoan gồm: cần khoan đường kính ngồi 127mm, dày 9mm, dài 3m có hàn ống dẫn khí nén CS 33x27mm; Chng khoan ba cánh đường kính 650mm; 550mm; Máy nén khí PDS -750 Các giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai khoan thăm dò đường kính 120mm, từ 0,0m - 80,0 m Sau theo yêu cầu thiết kế giếng khai thác nước; giếng khoan khoan đường kính 550mm đến a 64 chiều sâu 78m cơng nghệ khoan xoay tuần hoàn ngược, (cấu trúc giếng xem hình 3) Chế độ khoan sau: - Tải trọng chiều trục lên choòng khoan: 2500N- 3000N; - Tốc độ vòng quay: 25 - 30v/ph - Áp suất khí nén: 0,5 - 0,6Mpa; Hình Cấu trúc giếng khoan khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai Trong q trình khoan sử dụng dung dịch sét để ngăn ngừa sập lở thành giếng khoan Các thông số dung dịch sau: Trọng lượng riêng 1,05 - 1,1 G/cm3; độ nhớt biểu kiến 22 - 24s; độ thải nước - 10cm3/30 ph Sau khoan đến chiều sâu thiết kế, giếng khoan thực công đoạn xây dựng, lắp đặt giếng khai thác nước khoan công nghệ tuần hoàn thuận Từ kết thực tế cho thấy tiêu kinh tế - kỹ thuật khoan giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai cơng nghệ khoan tuần hồn ngược đạt giá trị cao so với công nghệ khoan tuần hoàn thuận điều kiện (điều kiện địa tầng, yêu cầu thiết kế giếng, chiều sâu công suất khai thác) Nhơn Trạch - Đồng Nai (bảng 1) Bảng So sánh kết khoan giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch cơng nghệ tuần hồn ngược thuận Các tiêu - Thời gian trung bình khoan, h/giếng -Tiến độ khoan trung bình, m/h - Lưu lượng bình quân giếng, m3/h Cơng nghệ khoan tuần hồn thuận 67,8 1,12 63 Kết luận Từ kết nghiên cứu [1] kết thực tế khoan khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai cơng nghệ khoan tuần hồn ngược cho thấy điều kiện địa tầng Nhơn Trạch, áp dụng phương pháp khoan xoay kết hợp với trì nước rửa tuần hồn ngược khí nén cho hiệu cao khoan phương pháp khoan xoay tuần hoàn thuận Trên sở kết nghiên cứu thực tiễn, ta lựa chọn phương pháp khoan xoay tuần hoàn ngược để khoancác giếng khai thác nước đất phù hợp với điều kiện địa chất thủy văn, điều kiện tầng chứa nước, đảm bảo công suất thiết kế chất lượng giếng khai thác Công nghệ Tỷ lệ tăng giảm so khoan tuần với tuần hoàn thuận hoàn ngược 55, Giảm 18% 1,45 Tăng 23% 82 Tăng 22% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Kim Đồng nnk, 2006 Thiết kế chuyển đổi cơng nghệ khoan tuần hồn thuận sang cơng nghệ khoan tuần hoàn ngược khoan khai thác nước đất điều kiện Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Tài Nguyên Môi Trường [2] Xu Liu Wan, 2004 Air lift reverse circulation Drilling Technique in water well construction Institute of Exploration Technique China Academy of Geosciences Beijing [3] Wirth, 1981 Drilling Technique manual Germany [4] Башкатов Д Н; Драхлис С Л и др 1988 Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду Москва “Недра” ABSTRACT The applied results of reverse circulation drilling technology to carry out productivity underground water bore holes in Nhon Trach - Dong Nai Nguyen Duy Tuan, Nguyen Xuan Thao, Institute of Drilling Technology One of the reasons for the degradation and damage to water production wells in Nhon Trach - Dong Nai Industrial Zoneis due to the conventional circulation method used for the wells This method has several disadvantages in drilling water wells in sedimentary strata of Pliocene in Nhon Trach Within the scope of the article, the authors exhibit some preliminary results of the application of reverse circulation technology to drill water wells in sedimentary strata in Nhon Trach - Dong Nai The advantage of maintaining pneumatic reverse circulation is that cuttings circulated out from boreholes, include gas, water and drilling mud (a three-phase flow), impact indirectly to the wellbores and water-bearing strata This had a positive impact on the life expectancy of wells as well as improved the efficiency of the operation 65 ... 1m/s Kết áp dụng cơng nghệ khoan tuần hồn ngược khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai Để khoan 16 giếng khai thác nước đất công nghệ tuần hoàn ngược, tác giả lựa chọn thiết bị dụng cụ khoan. .. thực công đoạn xây dựng, lắp đặt giếng khai thác nước khoan công nghệ tuần hoàn thuận Từ kết thực tế cho thấy tiêu kinh tế - kỹ thuật khoan giếng khai thác nước đất Nhơn Trạch - Đồng Nai công nghệ. .. chọn cơng nghệ khoan tuần hồn ngược trầm tích Pliocen Nhơn Trạch - Đồng Nai Trong cơng nghệ khoan tuần hồn ngược có nhiều phương pháp trì nước rửa tuần hồn ngược hệ tuần hoàn giếng khoan như: