Khoan giếng quay: tổng quan về công nghệ khoan và các thiết bị cần thiết

Nếu một ngôi nhà ở nông thôn không thể kết nối với nguồn cấp nước trung tâm, bạn cần tổ chức một hệ thống tự trị.Hầu hết các chủ sở hữu thích xây dựng nó trên cơ sở một cái giếng, việc phát triển nó sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Chúng ta sẽ xem xét việc khoan giếng quay - một phương án rất hứa hẹn nhưng cho đến nay vẫn ít được biết đến.

Bài viết chúng tôi đề xuất mô tả chi tiết sự phức tạp của công nghệ quay và các công cụ được sử dụng. Những ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật này được phân tích và trình bày cách triển khai nó trong thực tế. Lời khuyên của chúng tôi sẽ hữu ích cho những chủ sở hữu thận trọng của các lô đất tư nhân muốn giám sát công việc của những người thợ khoan.

Định nghĩa khoan quay

Đầu tiên, chúng ta hãy xem khoan giếng quay thực sự là gì và các lựa chọn thay thế của nó là gì? Khoan Auger vẫn được công nhận là một trong những phương pháp phổ biến nhất để xây dựng một cửa hút nước.

Tuy nhiên công nghệ vít không cho phép nền đá đi qua. Mũi khoan vít dùng trong khoan khoan không có khả năng phá hủy đá vôi. Nhưng điều thường xảy ra là bạn cần phải đi sâu vào nó, bởi vì... các lớp phủ bên trên không có lưu lượng ổn định và đủ để khai thác.

Công nghệ khoan lõi và khoan không tạo cơ hội xuyên qua các thành tạo đá. Trong trường hợp xây giếng trên đá vôi, sử dụng phương pháp khoan quay sẽ hiệu quả và tiết kiệm hơn.

Do đó, công nghệ quay, trước đây chỉ được sử dụng trong ngành khai thác mỏ, bắt đầu được đưa vào xây dựng các công trình lấy nước tư nhân. Phần tử làm việc của nó nằm ở phần đáy của giếng. Bằng cách sử dụng một cái đục, đất dính và không dính sẽ bị phá hủy và đá gốc bị nghiền nát.

Việc khai quật đá bị phá hủy được thực hiện bằng cách sử dụng chất lỏng được cung cấp cho đáy thông qua cột làm việc hoặc hình khuyên không gian. Đây là 2 phương pháp khoan khác nhau, mỗi phương pháp sẽ được thảo luận chi tiết dưới đây.

Đường kính của mũi khoan vượt quá đường kính của dây làm việc, cho phép:

• giảm mức tiêu thụ năng lượng cho toàn bộ quá trình khoan (điện năng chỉ được tiêu tốn trực tiếp vào việc xoay mũi khoan bằng lực ở lỗ đáy và giảm thiểu tổn thất do ma sát của dây làm việc với thành giếng);
• bảo vệ hầu hết các thành phần của dây làm việc khỏi bị hư hại, cũng như các bức tường của giếng khoan khỏi bị phá hủy;
• tạo ra các giếng có đường kính ấn tượng (ví dụ lên tới 70 cm) ở độ sâu cực kỳ ấn tượng.

Bằng cách này bạn có thể tạo thành giếng chứa nước, độ sâu từ 300 mét trở lên, tức là khoan các công trình lấy nước để cung cấp nước cho các khu vực nông thôn và làng mạc.

Như vậy, định nghĩa: khoan sử dụng nguyên lý quay là phương pháp phát triển giếng trong đó lực tác dụng lên mũi khoan ở lỗ đáy được truyền từ trục quay máy quay qua cột công việc. Nó được lắp ráp từ các thanh - ống thép hẹp được nối tuần tự với nhau dọc theo một hốc vào lòng đất.

Nhưng khi làm sạch hầm mỏ và bề mặt bùn, nước được cung cấp dưới áp suất sẽ được sử dụng.Nhờ giải pháp này, không cần phải liên tục tháo rời và lắp lại dây khoan để lấy lõi như khi khoan lõi.

Chất lỏng được bơm vào hố đào ngay lập tức giải quyết được hai vấn đề quan trọng: nó dọn đường cho giàn khoan thực hiện công việc tiếp theo và tạo ra làm sạch giếngcần thiết để chuẩn bị lượng nước cho hoạt động.

Ưu điểm của công nghệ quay

Ưu điểm của khoan quay so với các lựa chọn thay thế có thể là gì? Có một số trong số họ.

Trước hếtSử dụng mũi quay, bạn có thể tạo ra những giếng có đường kính lớn, có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu nước của nhiều hộ gia đình cùng một lúc.

Không có gì bí mật khi khoan không phải là một quy trình rẻ tiền: nó đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và những người thợ khoan có kinh nghiệm phải theo dõi và quản lý quy trình. Xét cho cùng, hoạt động liên quan đến việc khoan giếng là được cấp phép. Do đó giá của nó cao.

Do hình dạng và thiết kế của nó, mũi khoan trong quá trình khoan quay có thể tạo thành các giếng có đường kính lớn hơn nhiều so với mũi khoan và ống lõi

Việc hợp nhất một số hộ gia đình cùng một lúc để tài trợ cho một giếng chung cho các lô đất liền kề là một hoạt động kinh doanh có lợi nhuận. Nhưng điều này đòi hỏi một khoản ghi nợ đáng kể. Trong hầu hết các trường hợp, tầng chứa nước của trầm tích Đệ tứ (cát) không thể cung cấp chúng.

Đương nhiên, để vận hành tập thể, tốt hơn là lắp đặt ống dẫn nước trên đá vôi. Nước ngầm được khai thác từ nó được đặc trưng bởi lượng nước dồi dào và độ tinh khiết cao hơn. Lượng mưa không có ảnh hưởng nhỏ nhất đến tốc độ dòng chảy của giếng trên đá vôi. Điều tương tự không thể nói về giếng cát.

Thứ hai, thuyết phục bởi chi phí năng lượng tương đối thấp. Bộ phận làm việc trong khoan quay là mũi khoan. Nhưng không giống như vít và khoan lõi, dụng cụ khoan không tương tác với thành lỗ khoan

Nghĩa là, chỉ có mũi khoan tiếp xúc trực tiếp với mặt đất, chiều cao của mũi khoan này không đáng kể so với chiều cao của toàn bộ dây khoan. Do đó, phương pháp hình thành giếng này là nhanh nhất - lên tới 1000 mét tuyến tính mỗi tháng!

Ngày thứ ba, tập thể khách hàng bị thu hút bởi độ sâu khoan. Chỉ bằng phương pháp quay, giếng mới có thể được khoan sâu vào đá biến chất và đá lửa, từ những vết nứt mà nước có thể được bơm ra, thành phần của nó phù hợp nhất cho mục đích uống nước.

Thông thường, chỉ có nước xử lý được lấy ra từ các công trình lấy nước có độ sâu dưới 30 m. Thành phần của nó bị ảnh hưởng bởi các hồ chứa gần đó, những dòng sông đầy rác, lượng mưa và đơn giản là chất lỏng kỹ thuật đổ trên mặt đất. Một mũi khoan và một ống lõi sẽ chỉ giúp lấy được lượng nước như vậy.

Toàn bộ bộ thiết bị khoan có thể dễ dàng được gắn trên một bệ xe hạng trung. Điều này làm cho quá trình khoan quay trở nên tiên tiến hơn về mặt công nghệ và do đó rẻ hơn.

Ngoài ra, khoan quay cho phép bạn thực hiện các công việc ở độ sâu tối đa mà không cần chuyển sang phương pháp khoan khác. Ví dụ, khi phát triển giếng bằng máy khoan, nếu cần khoan xuyên qua tảng đá, họ sẽ chuyển sang phương pháp gõ dây.

Để làm điều này, hãy tháo mũi khoan ra khỏi thùng và ném cái đục vào mặt cho đến khi tảng đá bị vỡ. Sau đó giết mổ được giải tỏa với người bảo lãnh. Nó cũng được sử dụng nếu cần nâng cát bão hòa nước lên bề mặt, loại cát không thể giữ lại trong ống lõi.

Thực tiễn cho thấy giếng được khoan bằng phương pháp quay có tuổi thọ cao hơn. Về mặt công nghệ, điều này được giải thích là do sau khi lắp đặt lớp vỏ tạo thành thành giếng, vòng khuyên được gia cố thêm.

Thiết bị thi công giếng

Đầu tiên, một bảng điều khiển dọc được lắp đặt trên bề mặt phía trên giếng để cố định thêm các liên kết dọc của chuỗi công việc. Liên kết đầu tiên của trục khoan này được trang bị một bộ phận làm việc - một mũi khoan, có thể có các dạng khác nhau, tùy thuộc vào loại khả năng khoan của đá.

Tất nhiên, thiết bị nhỏ gọn hơn được sử dụng để khoan giếng chứa nước và theo quy định, không cần phải hình thành một tháp được chỉ định

Bộ dụng cụ khoan

Khi liên kết đầu tiên, ngọn nến, được làm sâu hơn, liên kết tiếp theo, được gọi là thanh, được đặt trên đó, v.v. Chiều dài của mỗi khối ống như vậy có thể thay đổi từ 20 đến 50 m, để đơn giản hóa việc hình thành cột làm việc, mỗi thanh được trang bị một ren hình nón có khóa.

Kết quả là một công cụ khoan được hình thành, bao gồm:

• bit làm việc;
• thanh truyền động;
• cột gồm các thanh thông thường được nối với nhau bằng khớp nối.

Dây làm việc được giữ bằng một khớp xoay được quay bằng rôto. Tùy thuộc vào độ sâu dự định khoan, cũng như các tính chất vật lý và cơ học của đất, các thanh tiêu chuẩn hoặc có trọng lượng được sử dụng để tạo thành liên kết dẫn hướng.

Thanh truyền động thường là một ống có trọng lượng vì nó có nhiệm vụ công nghệ quan trọng. Qua đó, dung dịch rửa chảy vào mặt mũi khoan, nhiệm vụ của dung dịch này là rửa trôi đá đã nghiền nát. Và điều này lại đặt ra các yêu cầu đối với các kết nối ghép nối, nhiệm vụ của nó là bịt kín các kết nối giữa các liên kết.

Đừng quên rằng áp suất chất lỏng phụ thuộc trực tiếp vào chiều cao của cột được hình thành (và không phụ thuộc vào mặt cắt ngang của đường ống). Hơn nữa, ngay cả khi dùng nước làm dung dịch xả thì cứ 10 mét áp suất sẽ tăng thêm 1 atm.

Để so sánh, đáng để đưa ra một ví dụ. Áp suất làm việc trong mạng lưới đường ống hộ gia đình trong nhà là 10 atm, và những đường ống mạnh nhất được thiết kế cho áp suất 20 atm.

Chỉ khi các hệ thống trong nước đứng yên và không di chuyển thì một áp suất bằng trọng lượng của dây khoan mới được tác dụng lên thanh truyền động. Nhưng nó vẫn phải truyền xung và lực quay tới bit.

Khớp nối là bộ phận quan trọng nhất của thanh truyền vì chúng chịu trọng lượng của toàn bộ phần dưới của thanh liền kề, cũng như tải trọng từ các dao động động và chuyển động quay do động cơ truyền vào.

Các yêu cầu sau đây được áp dụng đối với các khớp nối dưới dạng thành phần cấu trúc của dây khoan:

• phải đảm bảo độ kín của kết nối thanh và chịu được áp suất chất lỏng lên tới 100 atm (để làm sạch đáy bằng tia áp suất);
• phải có khả năng chống mài mòn để không trở nên không sử dụng được do ma sát với thành giếng;
• phải có khả năng truyền mô-men xoắn từ đỉnh dây công tác xuống đáy và cuối cùng đến mũi khoan.

Điều cực kỳ quan trọng là các khớp nối có chất lượng phù hợp. Nếu ít nhất một trong số chúng không chịu được tải trọng và dây làm việc bị rách thì việc gắn phần dưới của nó lại với nhau bằng bit là vô cùng khó khăn. Về mặt chi phí vốn, việc khoan một giếng mới gần đó đôi khi dễ dàng hơn là tháo một thanh truyền động rời ra.

Sử dụng nước trong quá trình khoan

Chất lỏng được cung cấp cho mặt thường là nước thông thường. Đôi khi, để ổn định giếng khoan đi qua các loại đá rời rạc, rời rạc (cát, đá dăm, sỏi và sỏi), dung dịch có phụ gia khoan được đưa vào giếng. Điều này là cần thiết vì ống vách không được lắp đặt ở giai đoạn đào đầu tiên.

Nước đi vào hố đào dưới áp suất bên trong thanh truyền động (và sau đó việc bơm xảy ra thông qua hình khuyên không gian), hoặc bằng trọng lực xuyên qua hình khuyên không gian và quá trình loại bỏ đã diễn ra thông qua cột làm việc bằng bơm bơm.

Đây là 2 công nghệ khoan quay khác nhau, các tính năng của chúng sẽ được thảo luận dưới đây.

Khoan quay được đặc trưng bởi tốc độ phát triển cao nhất của giếng nước. Đồng thời với việc khoan, trục được rửa sạch và chuẩn bị cho hoạt động trong tương lai.

Tuy nhiên, cho dù sử dụng phương pháp nào thì chất lỏng được sử dụng để khoan ở mọi nơi đều cần phải được tinh chế (để sử dụng tiếp).

Đối với điều này, bộ thiết bị sau đây được sử dụng:

• Khoan kho chứa bùn. (Nếu bạn dự định khoan một cái giếng nông, trong vòng vài chục giếng bạn có thể xây trực tiếp trong lòng đất và nước thông thường được sử dụng làm chất tẩy rửa). Chuồng hoạt động như một cục pin cho chất lỏng xả.
• Sàng rung. Dung dịch xả từ giếng mang theo các hạt đá dăm cần được loại bỏ. Phương pháp hiệu quả nhất là cơ học, sử dụng sàng rung.
• Bể chứa. Sau khi loại bỏ các hạt đá lớn, chất lỏng đi vào bể lắng để loại bỏ các hạt lơ lửng kết tủa. Khi sử dụng nước làm chất lỏng xả, bể chứa nước thải đôi khi cũng được xây dựng trực tiếp trong lòng đất. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để tách các chất lỏng và tách trầm tích. hydrocyclon.
• Bơm bùn. Chính điều này đảm bảo sự tuần hoàn của dung dịch rửa.
• Hệ thống máng xối. Chúng cần thiết cho sự di chuyển của nước từ điểm hình thành hố đào đến nơi làm sạch.

Tổng cộng, để phát triển giếng sử dụng công nghệ quay, cần có các cơ chế và thiết bị sau:

1. Tháp hoặc bảng điều khiển để lắp ráp dây khoan từ các thanh và tháo rời nó sau khi hoàn thành quá trình khoan, cũng như hệ thống di chuyển.
2. Động cơ, đảm bảo cho rôto quay.
3. Thiết bị lỏng. Cơ cấu và thiết bị đảm bảo sự tuần hoàn của chất lỏng rửa và làm sạch nó (bơm, sàng rung, bể lắng và/hoặc hydrocyclon; kho chứa nước rửa; hệ thống đường ống và máng xối).

Để khoan quay các giếng nông, toàn bộ bộ thiết bị được liệt kê rất nhỏ gọn (ví dụ: cần điều khiển có thể gập lại được). Điều này đảm bảo dễ dàng bố trí thiết bị khoan ở bất kỳ nơi nào thuận tiện cho hoạt động khoan và các hoạt động tiếp theo.

Hai tùy chọn khoan quay

Tùy theo phương pháp cung cấp dung dịch khoan xuống đáy mà có 2 loại công nghệ khoan quay:

1. với nguồn cấp dữ liệu trực tiếp;
2. với nguồn cấp dữ liệu ngược.

Cần lưu ý rằng chất lỏng cung cấp cho mặt không chỉ nhằm mục đích rửa và loại bỏ đá dăm. Nó cũng làm mát mũi khoan, khiến mũi khoan trở nên rất nóng do ma sát. Trong trường hợp cung cấp chất lỏng trực tiếp, máy bơm sẽ tạo ra áp suất dư thừa.

Nước đi vào lỗ đáy thông qua các lỗ công nghệ trên mũi khoan, “nhặt” đá dăm rồi chảy theo trọng lực qua giếng (tức là xuyên qua hình khuyên không gian so với thanh dẫn hướng) đi vào bề mặt, tại đây nó đi vào tổ hợp làm sạch (sàng rung, hydrocyclon).

Việc xả có thể trực tiếp hoặc ngược lại, điều này sẽ xác định đặc tính chất lượng của thiết bị được sử dụng, nhưng sơ đồ nguyên lý có giá trị cho cả hai loại công nghệ

Công nghệ nạp ngược ngụ ý rằng chất lỏng xả chảy xuống đáy nhờ trọng lực, đi xuống qua giếng, nhưng dung dịch với vật liệu nghiền sẽ chảy ngược lên bề mặt qua ống dẫn động. Trong trường hợp này, máy bơm bùn tạo ra áp suất âm trong đó.

Bất chấp sự đơn giản rõ ràng của cả hai công nghệ, ở đây có nhiều sắc thái hơn so với cái nhìn đầu tiên. Do đó, có vẻ thích hợp để nghiên cứu chi tiết hơn về từng công nghệ khoan này.

Khoan với nguồn cung cấp trực tiếp chất lỏng xả

Công nghệ này đôi khi còn được gọi là “dòng nước trực tiếp”. Nên sử dụng trên đất cát, sỏi, đá dăm. Nó cũng được sử dụng nếu độ sâu của tầng chứa nước không vượt quá 30 m, ở đây các chất phụ gia được thêm vào chất lỏng, làm tăng mật độ và độ ổn định của thân cây.

Khoan quay được đặc trưng bởi sự giảm dần đường kính của giếng được khoan. Nói cách khác, giếng có đường kính lớn nhất được khoan trước, sau đó mới khoan lắng xuống ống, khoảng không gian hình khuyên giữa mặt ngoài của ống và thành giếng được lấp đầy bằng vữa xi măng thông qua các lỗ công nghệ.

Sau đó tiếp tục khoan với một bit nhỏ hơn. Sau đó đóng vỏ lại và phần mới có đường kính thậm chí còn nhỏ hơn, v.v. Bạn càng ít bị “phân tâm” khi trát xi măng giếng thì năng suất khoan càng cao, điều này cuối cùng chuyển thành tổng chi phí của quá trình và toàn bộ giếng.

Ngoài ra, việc bọc quá thường xuyên cuối cùng dẫn đến đường kính hiệu dụng của giếng (đường kính mở tầng chứa nước) bị giảm đi rất nhiều. Vì vậy, "dòng nước trực tiếp" được đặc trưng bởi thực tế là giếng với phương pháp hình thành này không thể được trồng ở độ sâu 100 mét.

Áp suất chính của chất lỏng xả được tạo ra bởi máy bơm bên trong thanh truyền động và hình khuyên Chất lỏng với các thành phần đá nghiền lấp đầy không gian bằng trọng lực mà không phá hủy thành giếng với áp suất dư thừa.

Sơ đồ khoan với nguồn cung cấp trực tiếp chất lỏng xả. Nó được đưa vào mặt thông qua ống dẫn hướng và nổi lên bề mặt nhờ trọng lực

Tuy nhiên, phương pháp khoan này cũng có nhược điểm. Đặc biệt, quá dài không có vỏ Khu vực này dẫn đến việc đưa các hạt đất sét mịn vào tầng chứa nước, điều này có thể làm giảm và làm chậm đáng kể dòng nước chảy vào hoạt động từ tầng chứa nước.

Những hạt này ở đây đóng vai trò là nút đặc biệt của các lỗ chân lông và vi kênh trong đá mà nước thấm qua.Do đó, quy trình ống vách được thực hiện trong quá trình khoan là cần thiết để duy trì năng suất cao hơn của toàn bộ giếng.

Khoan với dòng chất lỏng xả ngược

Với phương pháp kiểm soát chất lỏng này, thùng và đáy được làm sạch tốt nhất. Máy bơm ở đây không ép chất lỏng xuống đáy mà ngược lại, hút chất lỏng trở lại, và điều này dẫn đến tốc độ hình thành giếng tăng lên một chút theo độ lớn và thậm chí gấp nhiều lần. so với xả trực tiếp.

Bản thân giếng không bị ô nhiễm bởi các tạp chất đất sét với dòng chảy của chất lỏng xả được cung cấp. Rốt cuộc, máy bơm hút mọi thứ có thể chứa trong đó. Nhân tiện, việc bổ sung các chất phụ gia ở đây không có ý nghĩa thực tế, vì vậy nước sạch được sử dụng làm chất lỏng xả tương tự.

Sơ đồ xả ngược trong quá trình khoan quay. Nguồn cấp dữ liệu chảy theo trọng lực qua hình khuyên và bùn được kéo trở lại bằng máy bơm qua ống dẫn hướng

Vì vậy, hãy tóm tắt những ưu điểm của việc khoan dòng chảy ngược:

• tốc độ khoan tăng (so với nguồn nước trực tiếp) lên tới 15 lần;
• tầng chứa nước không bị tắc nghẽn bởi các hạt đất sét và các hạt cát bùn từ phía dưới, tuy nhiên kết thúc mở mức giếng;
• nhờ khả năng mở tầng chứa nước chất lượng cao, giếng không cần phải chuẩn bị thêm để vận hành, bạn có thể lắp ngay vỏ bên trong bằng bộ lọc và bắt đầu bơm;
• Nước đơn giản (và do đó rẻ) được sử dụng làm chất lỏng làm việc.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một nhược điểm đáng kể.Nó đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị đắt tiền, điều này cuối cùng dẫn đến sự gia tăng đáng kể chi phí của toàn bộ quá trình khoan.

Vì vậy, việc khoan “dòng nước ngược” chỉ được thực hiện trong trường hợp giếng được thiết kế để nhiều hộ gia đình vận hành cùng một lúc. Nhưng nếu giếng được thiết kế để sử dụng cá nhân thì sử dụng công nghệ khoan quay với dòng nước trực tiếp sẽ hợp lý hơn nhiều.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video số 1. Trình diễn trực quan từng bước của quy trình khoan quay:

Video số 2. Phân tích công nghệ quay và nguyên lý thi công giếng:

Video số 3. Tuần hoàn nước trong quá trình khoan quay:

Tình hình về sự hiện diện và độ sâu của tầng ngậm nước có thể khác nhau rất nhiều ở mỗi nơi (và ở một số nơi thì không có tầng ngậm nước nào, chẳng hạn như trên đảo Madeira).

Khi thiết kế giếng và lựa chọn phương pháp khoan quay tối ưu nên sử dụng bản đồ tầng chứa nước đã thăm dò hiện có. Điều này sẽ giúp bạn tiết kiệm đáng kể tiền bạc và thời gian.

Hãy cho chúng tôi biết về kinh nghiệm của bạn trong việc phát triển giếng bằng công nghệ quay. Chia sẻ các sắc thái công nghệ sẽ hữu ích cho khách truy cập trang web. Vui lòng để lại bình luận ở dạng khối bên dưới, đăng ảnh và đặt câu hỏi về chủ đề của bài viết.