Công tác đo địa vật lý lỗ khoan khai thác nhằm mục đích chính xác cột địa tầng địa chất thuỷ văn tại các lỗ khoan thăm dò TDKT1,TDKT2,TDKT3 và xác định vị trí đặt ống lọc trong lỗ khoan thăm dò khai thác trên.
Phương pháp đo: Trong phương án này tôi tiến hành đo bằng phương pháp Gama tự nhiên và phương pháp độ dẫn điện.
Hình 5.2: Sơ đồ bố trí đo Karota lỗ khoan
Trong đó:
1. Trạm ghi (nguồn)
2. Tời và cuộn cáp có đánh dấu độ sâu 3. Ròng rọc định vị
4. Cáp ( dùng để treo bộ nhạy, truyền tín hiệu) 5. Đầu dò
Tôi dự kiến tiến hành đo Karota ở tất cả các lỗ khoan thăm dò khai thác: TDKT1,TDKT2,TDKT3. Theo tài liệu các lỗ khoan thăm dò khai thác có trong vùng ĐôngAnh , các lỗ khoan đang khai thác trong tầng chứa nước qp1 đã khoan ở
chiều sâu từ 70m tại lk 607 đến 80m tại lk 612 do vậy chúng tôi dự kiến chiều sâu lỗ khoan thăm dò khai thác là 70m. Khối lượng công tác đo Karota như sau (bảng 5.2)
Bảng 5.2:Bảng khối lượng công tác đo Karota
STT Ký hiệu lỗ khoan Chiều sâu đo(m) Nhiệm vụ
1 TDKT1 70 Xác định chính xác địa tầng lỗ khoan và chiều sâu đặt ống lọc 2 TDKT2 70 3 TDKT3 70 Tổng khối lượng 210 2.3 Chỉnh lý tài liệu
Tài liệu đo đạc ngoài thực địa phải được chỉnh lý kịp thời, tính toán, đánh giá sai số của phép đo. Sai số đo kiểm tra phải đạt như sau:
+ Thành phần điện trở suất sai số: ρk 7% + Thành phần cực sai số: ρk 10%
- Xử lý kết quả đo sâu điện: Kết quả đo sâu điện được biểu diễn dưới dạng lát cắt đẳng âm. Do đường cong ρp(z) có độ phân giải cao hơn đường cong ρk(r) chiều sâu lát cắt ρp(z) gần với lát cắt thật của môi trường. Do xây dựng lát cắt đẳng ρp(z) ta tiến hành tính chuyển toàn bộ đường cong đo ρk(r) sang đường cong phân tích ρp(z) theo công thức:
khi ρk(ri + 1) < ρk(r) khi ρk(ri + 1) > ρk(r)
Ở đây i: Thứ tự chiều sâu khảo sát sau khi tính chuyển từ đường cong ρk(r) sang đường cong ρp(z), ta tiến hành xây dựng lát cắt đẳng ôm ρp(z). Từ lát cắt này cho phép ta xác định được các vùng có điện trở cao thấp khác nhau, các vùng có đường đẳng trị, đặc biệt để xác định các đứt gãy, các nứt nẻ…
Đường cong đo sâu của phương pháp được phân tích định tính và định lượng nhằm xác định các lớp địa điện từ trên xuống dưới. Thành lập các dạng tài liệu phục vụ cho phân tích định tính, định lượng và lập được lát cắt địa vật lý qua các lỗ khoan dự kiến. Kết quả nghiên cứu được thể hiện đầy đủ trên lát cắt địa – điện làm cơ sở xác định vị trí lỗ khoan thăm dò và lập thiết đồ dự kiến các lỗ khoan khai thác.
CHƯƠNG 3
CÔNG TÁC KHOAN VÀ KẾT CẤU GIẾNG 3.1 Mục đích và nhiệm vụ.
- Xác định chính xác thành phần thạch học của đất đá, chiều sâu phân bố, bề dày đất đá các tầng chứa nước và cách nước tại thị trấn Đông Anh.
- Sử dụng các LK thăm dò khai thác để hút nước thí nghiệm, xác định các thông số ĐCTV tầng chứa nước qp1.
- Xác định quan hệ thủy lực giữa tầng chứa nước qp1 và nước sông Cà Lồ tại thị trấn Đông Anh
- Sử dụng lỗ khoan để lấy mẫu xác định tính chất vật lý và thành phần hóa học của nước dưới đất tầng chứa nước qp1 tại thị trấn Đông Anh.
- Sử dụng LK để đo địa vật lý phục vụ kết cấu LK thăm dò khai thác.
- Sử dụng LK để quan trắc động thái mực nước và động thái thành phần hóa học nước dưới đất tại thị trấn Đông Anh.
- Sử dụng các LK sau thí nghiệm làm các LK khai thác phục vụ cấp nước cho nhà máy nước thị trấn Đông Anh.
3.2 Khối lượng công tác
3.2.1 Luận chứng khối lượng công tác khoana, Các lỗ khoan thăm dò khai thác a, Các lỗ khoan thăm dò khai thác
Khối lượng công tác khoan phụ thuộc vào mức độ phức tạp về điều kiện địa chất thủy văn và của giai đoạn điều tra nghiên cứu, nhằm đảm bảo về trữ lượng, hợp lý về mặt kinh tế.
Như đã trình bày trong phần đánh giá chất lượng và trữ lượng, tôi dự kiến tiến hành khoan 3 lỗ khoan thăm dò khai thác: TDKT1, TDKT2, TDKT3. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b, Các lỗ khoan quan sát
Tầng chứa nước được lựa chọn đưa vào khai thác qp1 là tầng chứa nước lỗ hổng do vậy để chính xác các thông số ĐCTV của tầng chứa nước này và xác định mối quan hệ của tầng chứa nước qp1 với tầng qp2, tầng neogen và xác định quan hệ tầng chứa nước qp1 với sông Cà Lồ. Chúng tôi dự kiến thiết kế chùm lỗ khoan thí nghiệm:
Chùm lỗ khoan thí nghiệm gồm: 1 LK trung tâm TDKT2 và 2 tia LK quan sát. * Tia song song với sông nhằm xác định thông số địa chất thủy văn tầng qp1
+ Gồm 2 cụm lỗ khoan quan sát, được bố trí dọc theo hành lang của lỗ khoan TDKT02.
Cụm QS1 và QS2 gồm 6 lỗ khoan QS ( xem hình vẽ 6.1 )
- Lỗ khoan QS1a và QS2a: vào TCN qp2, chiều sâu dự kiến 20m, để xác định quan hệ thủy lực TCN qp2 và qp1.
- Lỗ khoan QS1b và QS2b vào TCN qp1, dự kiến chiều sâu là 55m, để xác định thông số ĐCTV TCN qp1 và quan hệ thủy lực vs các tầng qp2 , m - Lỗ khoan QS1c và QS2c: khoan vào TCN Neogen ( m ) để xác định
quan hệ thủy lực với TCN qp1 và TCN m . Chiều sâu LK dự kiến là 80 m LKTT Cụm LK QS1 Cụm LK QS2 r1 = 25,5m r2 = 38,25m 1a 1b 1c 2a 2b 2c LCN1 qp2 LCN2 qp1 m
Hình 6.1 . Tia LK song song với sông trong chùm LK thí nghiệm
* Tia vuông góc với sông nhằm xác định mối quan hệ thủy lực tầng chứa nươc qp1 với sông Cà Lồ
+ Gồm 2 cụm lỗ khoan quan sát ( xem hình vẽ 6.2 ) Cụm QS3:
- LK quan sát QS3b được bố trí vào tầng chứa nước qp1 để xác định quan hệ giữa TCN qp1 và sông Cà Lồ.
Cụm QS4:
TDKT02 Cụm QS3 Cụm QS4 r3 = 25,5m r4 = 38,25m 3b 4b LCN1 qp2 LCN2 qp1 m
Hình 6.2. Tia LK vuông góc với sông trong chùm LK thí nghiệm
c, Tính toán khoảng cách từ LK trung tâm đến các LK quan sát.
Khoảng cách giữa giếng khoan trung tâm và các giếng khoan quan sát được xác định như sau:
r1 = 1 x chiều dày tầng chứa nước (dự kiến) r2 = r1 x αn-1 (đối với TCN có áp chọn α = 1,5) Trong đó:
r1: khoảng cách từ cụm quan sát thứ nhất đến lỗ khoan trung tâm r2: khoảng cách từ cụm quan sát thứ hai đến lỗ khoan trung tâm Như vậy:
r1 =1 x 25,5 = 25,5m r2 = 25,5 x 1,52-1 = 38,25m Vậy:
+ Khoảng cách từ cụm quan sát 1 và cụm quan sát 3 đến lỗ khoan trung tâm là: 25,5m.
+ Khoảng cách từ cụm quan sát 2 và cụm quan sát 4 đến lỗ khoan trung tâm là: 38,55m.
3.2.2 Thiết kế lỗ khoan
a, Địa tầng dự kiến: theo cột địa tầng LK612 khoan thăm dò đến tận tầng T2 cho thấy
Từ 7,0 đến 21,5 m: Cát hạt mịn trung lẫn ít sạn. Từ 21,5 đến 30,9 m: Sét, sét pha, cát pha.
Từ 30,9 đến 65 m: Cuội, sỏi, sạn lẫn cát. Từ 65m đến 86m: Sét kết, sạn kết.
Dựa vào cột địa tầng dự kiến ở trên, tôi thiết kế cấu trúc lỗ khoan thăm dò khai thác và cấu trúc lỗ khoan quan sát như sau:
b, Cấu trúc lỗ khoan thăm dò khai thác.
* Trên cơ sở cột địa tầng dự kiến nêu trên và lưu lượng yêu cầu là 2700m3/ngày tại 1 LK. Chúng tôi dự kiến cấu trúc LK thăm dò khai thác như sau:
* Ống chống: Có đường kính và chiều sâu đủ để đảm bảo máy bơm với Q = 2700m3/ngày hoạt động bình thường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường kính của ống chống đối với máy bơm khai thác nước từ 2000 m3/ngày đến 3000 m3/ngày là: 273, chiều dài ống chống đặt được máy bơm dưới mực nước động từ 2m đến 3m.
Chiều dài ống chống = mực nước tĩnh + S + 3
Theo H3 ta có: ht = 3.11 m. Hạ thấp S lớn nhất tại các LK thăm dò của phương án là: 19.12 m.
Vậy chiều dài ống chống = 16.12 + 3,11 + 3 = 19.23 m Chúng tôi dự kiến chiều dài ống chống 273 là 20m. * Ống lọc
Tầng chứa nước qp1 là tầng chứa nước lỗ hổng, bề dày tầng chứa nước chỉ 25m. Do đó chúng tôi dự kiến chiều dài ống lọc đặt hết chiều dày tầng chứa nước là 25m.
Vậy đường kính ống lọc là: Trong đó:
α: là hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào thành phần đất đá. Vì đất đá chứa nước là cuội, sỏi, lẫn cát nên để đảm bảo yêu cầu ta chọn α = 60.
Q: là lưu lượng dự kiến khai thác (m3/h) : Q = 2700m3/ng = 104m3/h d: đường kính ống lọc dự kiến
l: chiều dài ống lọc dự kiến Thay số liệu vào ta được:
d = = 168 mm
Theo cấu trúc của các lỗ khoan khai thác trong vùng và để đảm bảo lưu lượng yêu cầu chúng tôi chọn đường kính ống lọc là: 168và ống lọc đặt từ 35m
đến 65m.
- Kiểu ống lọc:
Tầng chứa nước nghiên cứu có thành phần thạc học là cuội, sỏi, sạn, lẫn cát và bột sét, nên tôi chọn kiểu ống lọc lưới thép lỗ mắt 3mm x 3mm.
* Ống lắng
Đường kính ống lắng được chọn bằng đường kính ống lọc và chiều dài ống lắng thằng được lấy bằng 10% chiều sâu lỗ khoan. Tuy nhiên căn cứ vào điều kiện thực tế tôi thiết kế ống lắng có chiều dài 5m và được đặt từ 65 đến 70 m.
Như vậy các lỗ khoan thăm dò khai thác dự kiến có cấu trúc như sau: + Khoang xoay lấy mẫu đường kính Φ110 (0m ÷ 70m)
+ Khoan doa mở rộng đường kính: Φ305 (0m ÷ 30m) + Đường kính ống chống: Φ273 (20m ÷ 35m)
+ Đường kính ống lọc: Φ168 (35m ÷ 65m) + Đường kính ống lắng: Φ168 (65m ÷ 75m) + Lưu lượng lỗ khoan thiết kế: Q = 2700m3/ngày
Bảng 6.1: Bảng khối lượng công tác khoan và kết cấu lỗ khoan khai thác TCN qp1 ST T LK Khoan lấy mẫu Khoan phá mẫu Kết cấu Φ (mm ) Chiều sâu (m) Φ (mm ) Chiều sâu (m) Ống chống thép Φ273 (m) Ống lọc lưới thép Φ168 (m) Ống lắng Φ168 (m) T ừ Đế n T ừ Đế n T ừ Đế n T ừ Đế n T ừ Đế n 1 TDKT 1 Φ11 0 0 70 30 5 0 30 20 35 35 65 65 75 2 TDKT 2 Φ11 0 0 70 30 5 0 30 20 35 35 65 65 75 3 TDKT 3 Φ11 0 0 70 30 5 0 30 20 35 35 65 65 75 Tổng cộng 210 90 45 90 30
Cột địa tầng và cấu trúc lỗ khoan dự kiến được trình bày trong hình 6.3
c, Cấu trúc lỗ khoan quan sát
Các lỗ khoan quan sát được bố trí vào các tầng chứa nước nhằm xác định mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước với nhau và các tầng chứa nước với sông Cà Lồ.
+ Các lỗ khoan QS1a, Qs2a, Qs3a được bố trí vào TCN qp2, chiều sâu khoan dự kiến là 20m. Trên cơ sở cột địa tầng dự kiến ở trên, tôi dự kiến cấu trúc lỗ khoan quan sát như sau:
- Đường kính lỗ khoan 110mm, ống chống là ống nhựa PVC Ф76mm - Đường kính ống lọc 76mm, từ độ sâu 9m đến 15m.
- Đường kính ống lắng 76mm, từ độ sâu 15m đến 18m.
+ Các lỗ khoan QS1b, QS2b, QS3b được bố trí vào TCN qp1, chiều sâu khoan dự kiến là 55m. Trên cơ sở cột địa tầng dự kiến ở trên, tôi dự kiến cấu trúc lỗ khoan quan sát như sau:
- Đường kính lỗ khoan 110mm, ống chống là ống nhựa PVC Ф76mm - Đường kính ống lọc 76mm, từ độ sâu 37m đến 43m.
- Đường kính ống lắng 76mm, từ độ sâu 43m đến 46m + Lỗ khoan QS1c và QS2c: khoan vào TCN Neogen ( m )
- Đường kính lỗ khoan 110mm, ống chống là ống nhựa PVC Ф76mm - Đường kính ống lọc 76mm, từ độ sâu 65m đến 68m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đường kính ống lắng 76mm, từ độ sâu 68m đến 70m
3.3 Phương pháp khoan và thiết bị khoan.
3.3.1 Phương pháp khoan.
Căn cứ vào nhiệm vụ đặt ra của các lỗ khoan tôi sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp khoan xoay có sử dụng nước rửa kết hợp lấy mẫu mô tả địa tầng lỗ khoan thăm dò – khai thác.
- Phương pháp khoan xoay phá mẫu khi doa mở lỗ các lỗ khoan thăm dò – khai thác.
3.3.2 Thiết bị khoan
a, Chọn máy khoan.
Dựa vào đặc điểm địa tầng địa chất, các cấp đất đá sẽ khoan qua và cấu trúc lỗ khoan thăm dò khai thác cũng như các lỗ khoan quan sát của khu vực xã Nguyên Khê, tôi sử dụng
máy khoan: YPБ- 3AM. Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật máy khoan.
Bảng 6.2: Bảng thông số kỹ thuật máy khoan
ST
T Thông số kĩ thuật Đơnvị YPБ - 3AM
1 Chiều sâu khoan tối đa M 500
2 Đường kính mở lỗ - kết thúc mm 500 - 91
3 Đường kính cần khoan mm 60,3
4 Dạng cần quay Roto
5 Tốc độ quay của cần quay vòng/phút 110 - 190 - 314
6 Đường kính roto mm 250
7 Đường kính cáp mm 15,5
8 Máy phát lực Diezen
9 Mã hiệu công suất sức ngựa D54
10 Máy bơm dung dịch 11TPU
b, Chọn lưỡi khoan
Trong phạm vi vùng nghiên cứu, phần trên là cát cát hạt mịn xám vàng, xám xanh, lẫn mùn thực vật xen kẹp các lớp sét phía dưới là cuội, sỏi. Như vậy lưỡi khoan được chọn phù hợp với việc khoan qua các lớp đất đá có độ cứng từ cấp1 tới cấp 6, đồng thời căn cứ vào các thông số kỹ thuật của các lưỡi khoan mà tôi dự kiến sử dụng lưỡi khoan hợp kim cứng để khoan lấy mẫu và cả khoan phá mẫu.
Bảng 6.3: Thông số kỹ thuật của lưỡi khoan
Các thông số Lưỡi khoan
M5 Chòng 3 chóp T
Đường kính khoan (mm) 130 273
Số răng chính 9 – 12
Áp lực trên một răng lưỡi khoan, P0(Kg) 30 – 60 Áp lực cho 1cm lưỡi khoan, q0(l/phút) 10 - 15 Áp lực cần thiết lên 1 đơn vị đường kính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(Kg) 150 - 200
Vận tốc đi lên của dung dịch V(m/s) 0,03 - 0,05 0,03 - 0,02 Vận tốc cắt gọt của lưỡi khoan v (m/s) 0,6 - 1,5 0,6 - 1,2
c, Dung dịch khoan
Dựa vào thành phần thạch học của khu vực bãi giếng dự kiến khai thác, để phát huy tối đa hiệu quả của lỗ khoan chúng tôi sử dụng dung dịch sét Bentonit cho lỗ khoan đảm bảo các tính năng kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế.
Đặc tính kỹ thuật của dung dịch sét: - Tỷ trọng: 1.15 – 1.3g/cm3 - Độ nhớt: 20 – 22s - Độ thải nước: 35 - 25ml. - Độ dày vỏ sét: K 3mm. - Độ lắng ngày đêm ≤ 40%. - Hàm lượng cát ≤ 4%. - Độ ổn định ≤ 0,02%.
- Lưu lượng dung dịch khoan:
D q
Q 0 (l/phút) Trong đó:
D - Đường kính lưỡi khoan.
q0 - Lưu lượng cần thiết cho 1cm đường kính của lưỡi. Khi lỗ khoan sâu cần tăng q0 để làm sạch đáy lỗ khoan.
d, Các thông số chế độ khoan
Khi sử dụng lưỡi khoan hợp kim, các thông số chế độ khoan được xác định bởi công thức sau:
- Áp lực lên đáy lỗ khoan
+ Đối với lưỡi khoan lấy mẫu, áp lực đáy được xác định theo công thức: P = P0m (kg)
Trong đó: P0: Áp lực lên một răng để phá huỷ đất đá, P0= 3060 kg. m: Số răng hợp kim chính trên vành lưỡi khoan, m = 912 răng. Vậy P = 270720 (kg)
+ Đối với choòng khoan doa mở rộng đường kính, áp lực đáy được xác định theo công thức:
C = P0’.D
D: đường kính của choòng khoan (cm)
P0’: áp lực cần thiết lên một đơn vị đường kính choòng, kg Như vậy khi khoan đường kính 273mm
C =(150 200 ).27,3 = 40955460 (kg)
- Tốc độ khoan: tốc độ khoan của bộ dụng cụ được tính theo công thức: