3.3.2.1. Thiết kế cấu trúc lỗ khoan
Trên cơ sở các tài liệu thu thập được về đặc điểm địa tầng địa chất, địa chất thủy văn và tài liệu tham khảo về cột địa tầng lỗ khoan của các lỗ khoan thăm dò ĐCTV trong giai đoạn trước là: Q2 đặt trong tầng chứa nước (c-p bs). Vì trong vùng nghiên cứu tôi dự kiến 2 lỗ khoan thăm dò – khai thác nhưng do các lỗ khoan có đặc điểm địa chất – địa chất thủy văn, cấu trúc đất đá tương tự nhau nên tôi chọn 1 lỗ khoan điển hình để thiết kế. Trong giai đoạn này tôi dự kiến cột địa tầng của lỗ khoan thăm dò – khai thác điển hình LK1.
Địa tầng dự kiến tại lỗ khoan như sau:
Bảng 3.1. Địa tầng dự kiến lỗ khoan thăm dò khai thác điển hình LK1
Chiều sâu Thành phần thạch học
0 – 0,5m Đất phủ màu xám đen
0,5 – 16,5 m Bột cát, sét kẹp cuội màu xám sẫm, xám vàng rời rạc, màitròn tốt. Khả năng chứa và lưu thông nước kém 16,5 – 18 m Dăm sạn, cát sét màu xám vàng, dẻo dính, chứa và lưu thôngkém
18 – 77m Đá vôi màu xám sẫm, xám ghi. Đá phân lớp dày đến mỏng, phần trên nứt nẻ. Khả năng chứa và lưu thông nước tốt
-Lỗ khoan thăm dò – khai thác
Sau khi khoan lấy mẫu với cấp đường kính Ф110mm, tôi tiến hành khoan doa Ф168mm từ 0 – 18m, sau đó khoan doa Ф132mm từ 18 – 77m và kết cấu các lỗ khoan LK1, LK2 thành lỗ khoan thăm dò – khai thác. Lỗ khoan thăm dò – khai thác có cấu trúc lỗ khoan dự kiến được thiết kế như sau:
* Ống chống
Cấu trúc của lỗ khoan thăm dò- khai thác phải đảm bảo chiều dài và đường kính ống chống có thể đặt được máy bơm hút nước thí nghiệm, hút nước khai thác thử với yêu cầu đề ra, đồng thời có thể đặt máy bơm để khai thác sau này.
Chiều dài và đường kính ống chống đảm bảo đặt được máy bơm của phương án với lưu lượng 300 m3/ngày. Để phục vụ cho công tác bơm hút nước được thuận lợi, căn cứ vào kích thước các thiết bị hút nước thí nghiệm hiện có ở Việt Nam (máy bơm chìm, bộ thiết bị hút nước Erolip), tôi lựa chọn đường kính ống chống là Ф127mm.
Chiều dài ống chống phải đảm bảo đặt được máy bơm dưới mực nước động từ 2÷5m. Vậy chiều sâu đặt máy bơm là:
H = Ht + Skt + 5 (m). Trong đó:
Ht: chiều sâu mực nước tĩnh (m). Ht = 3,17(m);
Skt: trị số hạ thấp mực nước khai thác (m). Ở đây, tôi chọn Skt là trị số hạ thấp mực nước lớn nhất Skt = 1,5. Smax = 1,5.10,58= 15,87m.
Dự kiến chiều sau đặt máy bơm là: H = Ht + Skt + 2 = 3,17 + 15,87 + 5= 24,04 (m).
Dựa vào chiều sâu đặt máy bơm tính toán ở trên tôi thiết kế chiều sâu đặt máy bơm là 24,04m nên chọn chiều dài ống chống là 30m.
* Ống lọc
- Chiều dài ống lọc
Trong phương án này chiều sâu dự kiến của mỗi lỗ khoan thăm dò khai thác là 77m và ống lọc được đặt trong tầng chứa nước khe nứt hệ tầng Bắc Sơn (c-p bs). Tầng
chứa nước này có chiều dày đới nứt nẻ thay từ 30 m đến 67m, trung bình là 45m. Tuy nhiên, mức độ nứt nẻ của tầng chứa nước là không đều. Trong phương án này tôi dự định thiết kế đường kính ống lọc d = 110mm
Mặt khác ta có tầng chứa nước nghiên cứu là tầng chứa nước khe nứt hệ tầng Bắc Sơn (c-p bs) không đồng nhất về tính thấm, tính chứa nước nên để đảm bảo quá trình khai thác lâu dài và ổn định, đồng thời phù hợp với kết cấu ống chống nên tôi đặt ống lọc hết chiều dày đới dập vỡ, l = 37m.
- Kiểu ống lọc
Do tầng chứa nước khai thác chính trong đá trầm tích nứt nẻ, không ổn định có vật chất lấp nhét nên tôi dự kiến sử dụng ống lọc trần đục lỗ tròn chế tạo sẵn có cấu tạo như sau:
+ Đường kính đục lỗ, d = 18mm.
+ Độ lỗ hổng của ống lọc được lựa chọn là K = 33,8% để đảm bảo lượng nước yêu cầu và ống bền vững.
+ Khoảng cách giữa các lỗ đục theo chiều ngang, a = 29mm. + Số lượng các lỗ đục theo hàng ngang:
lỗ + Số lượng lỗ đục trên 1 mét chiều dài ống:
(lỗ) Trong đó:
F’: Diện tích toàn bộ lỗ đục trên 1 mét chiều dài ống: F’ = π. Dống lọc. K.l1m = 3,14.110.0,338.1000 = 116745 (mm2) f’: Diện tích của mỗi lỗ đục được tính theo công thức:
(mm2) Vậy số lượng lỗ đục trên 1 mét chiều dài ống là:
(lỗ)
+ Số lượng dãy ngang đục lỗ trên 1 mét chiều dài ống lọc: (dãy)
+ Khoảng cách giữa các lỗ khoan theo phương thẳng đứng: (mm)……0
* Ống lắng
Đường kính ống lắng được chọn bằng đường kính ống lọc 110mm và chiều dài ống lắng lấy bằng 10% chiều sâu lỗ khoan. Căn cứ vào kết cấu dự tính của lỗ khoan, tôi thiết kế ống lắng có chiều dài 10m và được đặt từ 67m đến hết chiều sâu lỗ khoan.
Như vậy, trong phương án khoan thăm dò lấy mẫu đường kính 110mm tại tất cả các lỗ khoan thăm dò và thăm dò khai thác. Khoan doa mở rộng đường kính kết cấu
lỗ khoan thăm dò có nước thành lỗ khoan thăm - dò khai thác tại 2 lỗ khoan: LK1, LK2. Tại lỗ khoan điển hình LK1 dự kiến cấu trúc như sau: (bảng 4.2)
- Từ 0,0 đến 77m: Khoan thăm dò lấy mẫu đường kính 110mm; - Từ 0,0 đến 18m: Khoan doa mở rộng đường kính đến 168mm; - Từ 18 đến 77m: Khoan doa mở rộng đường kính đến 132mm; - Từ +0,5 đến 30m: Chống ống 127mm;
- Từ 30 đến 67m: Ống lọc 110mm; - Từ 67 đến 77m: Ống lắng 110mm.
Bảng 3.2. Tổng hợp khối lượng công tác khoan lỗ khoan thăm dò - khai thác
ST
T LK
Khoan lấy
mẫu Khoan doa Khoan doa Kết cấu
m m Chiều sâu (m) m m Chiều sâu (m) m m Chiều sâu (m) Ống chống thép (m) 127 mm Ống lọc thép (m) 110mm Ống lắng thép (m) 110mm T ừ Đến Từ Đến Từ Đến Từ Đến Từ Đến Từ Đến 1 LK1 110 0 77 168 0 18 132 18 77 +0,5 30 30 67 67 77 2 LK 1 110 0 77 168 0 18 132 18 77 +0, 5 30 30 67 67 77
Hình 3.1. Thiết kế giếng khoan thăm dò – khai thác điển hình LK1
3.4. Nội dung tiến hành
3.4.1. Kỹ thuật chung
3.4.1.1. Khoan mở lỗ
Sử dụng bộ ống mẫu có chiều dài không quá 0,7m; áp dụng chế độ, thông số kỹ thuật khoan nhỏ nhất để đảm bảo định tâm lỗ khoan theo thiết kế; chiều sâu khoan mở lỗ từ 3m - 3,5 m.
3.4.1.2. Chống ống định hướng
- Chống ống định hướng phải được thực hiện ngay sau khi kết thúc khoan mở lỗ; ống định hướng phải được gia cố, làm chắc; chân ống được đặt trong tầng đất đá ổn định, vững chắc.
hướng tạm thời, sau đó tiếp tục khoan đến tầng đất đá ổn định, vững chắc mới được dừng lại để tiến hành chống ống định hướng.
3.4.1.3. Khoan phát triển chiều sâu
Trong đất đá mềm, liên kết yếu, độ cứng theo bảng phân cấp khoan từ cấp I đến VII, sử dụng ống mẫu nòng đơn, lưỡi khoan hợp kim.
Trường hợp đất đá khó lấy mẫu phải sử dụng bộ ống mẫu nòng đôi với hiệp khoan ngắn.
Khi không lấy mẫu đất đá, sử dụng choòng khoan có gắn bộ phận định tâm để khoan phá mẫu toàn đáy.
3.4.1.4. Khoan mở rộng đường kính
Khi phải khoan mở rộng đường kính lỗ khoan, sử dụng choòng khoan có gắn bộ phận định tâm hoặc bộ ống mẫu chuyên dụng với chế độ khoan áp dụng như sau: Tốc độ vòng quay số 1 của máy, áp lực đáy giảm xuống hai lần so với khoan bình thường, lưu lượng nước rửa nhỏ nhất của máy bơm.
3.4.1.5. Chống ống và các yêu cầu kỹ thuật chống ống lỗ khoan
a) Dựa vào thiết kế, địa tầng thực tế lỗ khoan để xác định vị trí, chiều dài cột ống chống, ống lọc và phương pháp nối ống bằng ren, hàn hoặc keo dính;
b) Lỗ khoan phải được làm sạch đáy trước khi chống ống, chiều sâu đảm bảo đặt hết được chiều dài cột ống chống, ống lọc theo thiết kế;
c) Trước khi chống ống, phải tiến hành kiểm tra đường kính, độ đồng tâm của lỗ khoan; số lượng, chất lượng ống dự kiến sẽ chống; tình trạng hoạt động của bộ thiết bị khoan, tháp khoan và hệ thống nâng thả;
d) Đánh số thứ tự và sắp xếp các đoạn ống theo trình tự kết cấu;
e) Các đoạn ống chỉ được nối với nhau tại miệng lỗ khoan trong khi chống và đảm bảo độ đồng tâm; các mối nối phải kín khít, chắc chắn;
g) Trong quá trình thả cột ống nếu thấy hiện tượng vướng mắc thì phải kéo cột ống lên để xử lý, tuyệt đối không được dùng ngoại lực để ép cột ống xuống.
3.4.1.6. Bơm rửa làm sạch lỗ khoan
a) Trước và sau khi đặt cột ống chống, ống lọc phải sử dụng máy bơm bùn, máy khoan kết hợp với ống slam để bơm rửa làm sạch mùn khoan trong lỗ khoan;
b) Quá trình bơm rửa chỉ kết thúc khi nước rửa đi ra từ miệng lỗ khoan đã trong, khi dừng bơm thả được bộ dụng cụ khoan xuống sát đáy lỗ khoan.