Phương pháp khoan giếng: nguyên lý công nghệ và đặc điểm của các phương pháp chính

Việc xây dựng giếng lấy nước liên quan đến việc sử dụng nhiều phương pháp khoan khác nhau. Đất xốp và bão hòa nước được loại bỏ bằng cách sử dụng máy đầm. Để khoan xuyên qua các thành hệ đất sét và đá, người ta sử dụng phương pháp khoan giếng dựa trên nguyên lý quay và rung.

Công việc này liên quan đến các cơ chế cho phép phát triển các loại đất khác nhau và ở các độ sâu khác nhau. Chúng tôi sẽ cho bạn biết cách chọn công nghệ khoan tối ưu cho phép bạn hoàn thành việc đào thiết bị lấy nước một cách nhanh chóng và hoàn hảo.

Để trình bày trực quan thông tin chúng tôi cung cấp, văn bản được bổ sung các sơ đồ, bộ sưu tập ảnh và video hướng dẫn hữu ích.

Các loại phương pháp khoan

Trước đây, việc khoan giếng chứa nước phục vụ cá nhân chủ yếu được thực hiện bằng tay. Đây là một quá trình tốn nhiều công sức và kéo dài, vì vậy không phải chủ sở hữu một mảnh đất hoặc ngôi nhà nhỏ nào cũng có thể tự hào về việc có nguồn cung cấp nước riêng.

Dần dần, việc khoan cơ giới hóa đã thay thế các phương pháp thủ công do quá trình này được tạo điều kiện thuận lợi và tăng tốc đáng kể.

Ngày nay, hầu hết tất cả các giếng chứa nước đều được khoan bằng phương pháp cơ giới hóa, dựa trên sự phá hủy đất, đưa nó lên bề mặt theo một trong hai cách: khô, khi đất thải được loại bỏ khỏi giếng bằng cơ chế sử dụng và thủy lực, khi nó được rửa sạch bằng nước được cung cấp dưới áp suất hoặc trọng lực.

Có ba phương pháp khoan cơ học chính:

• Luân phiên (đất được phát triển bằng cách luân chuyển).
• Sốc (đạn khoan phá hủy đất bằng các tác động).
• rung (đất được hình thành do rung động tần số cao).

Phương pháp quay được coi là có năng suất cao nhất, hiệu quả gấp 3-5 lần so với phương pháp sốc và hiệu quả gấp 5-10 lần so với phương pháp rung. Ngoài ra, phương pháp quay là phương pháp rẻ tiền và dễ tiếp cận nhất, nó thường được sử dụng làm phương pháp khoan thủ công chính.

Phương pháp quay giếng khoan cơ học đã thay thế phương pháp thủ công kém hiệu quả

Đổi lại, phương pháp khoan quay, được sử dụng rộng rãi để xây dựng giếng nước, được chia thành bốn loại khoan chính:

• cốt lõi;
• Đinh ốc;
• dây sốc;
• quay.

Mỗi loại khoan quay có những đặc điểm riêng và được thực hiện với thiết bị được thiết kế đặc biệt cho mục đích này. Chúng ta hãy xem xét các loại khoan này chi tiết hơn, xác định sự khác biệt của chúng là gì và phương pháp nào cần được sử dụng trong từng trường hợp cụ thể.

Đặc điểm kỹ thuật khoan lõi

Khoan lõi là một phương pháp quay cơ học trong đó đất sét hoặc đất cát dày đặc được khai thác dưới dạng lõi hình trụ. Máy khoan lõi là một ống kim loại có thành dày.

Phía trên đầu mũi khoan có thiết bị gắn các thanh cần thiết cho việc kéo dài dây khoan. Dưới đây là vương miện, loại vương miện được chọn tùy thuộc vào loại đất cần khoan.

Khi đóng cọc bằng phương pháp lõi, đất bị phá hủy bởi vương miện hình vòng. Phần bên trong của lõi được bảo quản ở dạng không bị hư hại. Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khoan trên đất mùn, đất sét và đá cứng và bán rắn, dung dịch khoan được cung cấp cho lỗ dưới cùng.

Trong quá trình khoan lõi, đất không bị phá hủy mà được “khoan ra” bằng vương miện và bị ống lõi giữ lại. Đá khoan được đưa lên bề mặt dưới dạng lõi - cột đá hình trụ nguyên khối

Bùn từ bề mặt đôi khi được loại bỏ bằng cách xả - bằng cách bơm một lượng lớn nước vào hầm mỏ. Thông thường, việc xả nước được thay thế bằng cách thổi bằng khí nén được cung cấp bởi máy nén bên trong đường ống.Kiểu khoan này cho phép bạn khoan giếng có độ sâu lên tới 1000 mét và đường kính từ 8 đến 20 cm.

Khoan lõi cơ khí được thực hiện bằng các giàn khoan ZIF, UGB, UKB, gắn trên các phương tiện như KAMAZ, KrAZ, xe trượt tuyết… Trong phiên bản dành cho khoan thủ công Ống lõi được rút ngắn và gọi là chuông hoặc kính. Ống lõi có cấu trúc tương tự như vật dụng gia đình lộn ngược cuối cùng.

Khoan lõi được sử dụng trong các trường hợp sau:

• thăm dò địa chất tài nguyên khoáng sản;
• khoan giếng thăm dò;
• xây dựng các giếng chứa nước ở mọi độ sâu, kể cả giếng không lọc trong đá.

Dành cho thiết bị giếng nước riêng trong một số trường hợp, phương pháp lõi được sử dụng trước khi bắt đầu khoan hoặc khoan quay, đồng thời thực hiện vai trò thăm dò và chuẩn bị.

Trong xây dựng giếng tư nhân, khoan lõi được sử dụng kết hợp với khoan đập dây. Các lớp đất sét được dẫn qua một ống lõi. Cát rời, sỏi và sỏi có chất độn cát không còn sót lại trong ống lõi sẽ được loại bỏ khỏi trục bằng quá trình zhelon hóa.

Xét về hiệu quả, phương pháp lõi có phần thua kém so với phương pháp khoan giếng lấy nước bằng mũi khoan. Máy khoan khoan nhanh hơn, nhưng nó không cho phép trục được giải phóng hoàn toàn khỏi đá đã khoan. Chúng hiếm khi được sử dụng theo cặp. Và nếu điều này xảy ra, thì vài mét đầu tiên sẽ được bao phủ bởi một mũi khoan.

Các tán không phá hủy đất mà cẩn thận cắt xung quanh chu vi, tạo thành các “cột” - lõi, bằng cách nghiên cứu bạn có thể tạo ra một mặt cắt thủy văn của khu vực

Thiết bị và dụng cụ được sử dụng

Các công cụ sau đây được sử dụng để khoan lõi:

• mũi khoan làm bằng kim cương hoặc vật liệu cacbua khác (thép, vonfram, pobedit);
• ống lõi;
• ống xả bùn;
• thanh cần thiết để kéo dài chuỗi khoan;
• kết nối khớp nối, bộ chuyển đổi giữa các đường ống, miếng đệm xả.

Khi khoan vào các khối đá, mũi khoan sẽ nhanh chóng bị mòn và phải được thay thế. Vật liệu vương miện đắt tiền và có thể chịu được tải trọng lớn, các lựa chọn khoan kim cương là phổ biến nhất.

Tất cả các công cụ được sử dụng trong quá trình khoan phải được căn chỉnh, tức là được đặt chính xác so với trục khoan.

Công nghệ khoan lõi

Đặc điểm chính của khoan lõi là di chuyển đá được bảo toàn hoàn toàn trong ống lõi. Những thứ kia. Khi thiết bị khoan hoạt động, vương miện sẽ phá hủy đất thành một vòng, khi đi sâu hơn, đất sẽ bị đẩy vào ống lõi và được giữ trong đó do mật độ riêng của nó.

Khi tháo đường ống đã đầy ra khỏi trục mỏ, nó sẽ được giải phóng khỏi lõi bằng cách dùng búa tạ gõ vào nó.

Quy trình khoan lõi từng bước như sau:

• mũi khoan được nối với ống lõi;
• ống lõi được nối với các thanh, thanh này tăng lên khi chúng đi sâu hơn;
• thanh trên được cố định vào giàn khoan;
• máy khoan quay dây khoan và dần dần “vặn” nó vào đất;
• ống lõi dần dần được lấp đầy lõi - đất bị kẹt trong khoang của nó;
• sau khi khoan được 50 - 70 cm, dây khoan được đưa lên mặt nước, ngắt từng thanh một cho đến khi tháo được ống lõi;
• đường ống được giải phóng khỏi đá khoan;
• viên đạn đã hết một lần nữa được hạ xuống đáy, kéo dài dây khoan bằng các thanh.

Các hành động được thực hiện theo thứ tự được mô tả cho đến khi giếng xuyên qua tầng ngậm nước và xuyên sâu 50 cm vào lớp đá chống thấm bên dưới.

Nếu việc cố định tầng chứa nước phía trên không phải là mục đích của việc đào thì các lớp phía trên có thể được khoan với xả nước. Trong trường hợp này, máy bơm bán dung dịch xả qua vòi vào đường ống. Dung dịch sau đó sẽ đưa đất đã khai thác lên bề mặt.

Nếu mục đích của việc xây dựng giếng không phải là tầng chứa nước trong trầm tích cát, việc khoan cho đến khi chạm tới đá có thể được thực hiện bằng cách xả nước

Ưu điểm và nhược điểm mạnh

So với các phương pháp khoan cơ học bằng dây gõ và quay, khoan lõi được thực hiện khá nhanh chóng, giảm đáng kể thời gian làm việc. Nhược điểm chính của nó là không có khả năng nâng đất rời và sỏi bão hòa nước. Nó di chuyển chậm qua đá, cần một cái đục để xuyên qua những tảng đá.

Ưu điểm của khoan lõi bao gồm:

• năng suất cao và khả năng khoan giếng sâu trên 100 m;
• giảm tải cho thiết bị khoan do đá sét bị phá hủy, có thể so sánh với việc cắt bỏ nó;
• khả năng sử dụng giàn khoan di động có kích thước nhỏ gọn.

Khoan lõi là một trong những phương pháp nhanh nhất để phát triển công trình lấy nước. Một giếng cát có thể được khoan bằng cách sử dụng nó trong một ngày làm việc. Đang trong quá trình phát triển lấy nước bằng tay sẽ mất nhiều thời gian hơn.

Đặc điểm của khoan khoan

Loại khoan này ngày nay thường được sử dụng nhiều nhất khi xây dựng giếng chứa nước ở các hộ gia đình tư nhân. Điểm đặc biệt của khoan khoan là đá đang khai thác được lấy ra hoàn toàn khỏi vị trí giếng mà không cần sử dụng thêm thiết bị. Phương pháp này giống như vặn vít và cho phép bạn khoan sâu và đồng thời loại bỏ đất không cần thiết.

Dụng cụ dùng để khoan được gọi là máy khoan. Nó là một thanh kim loại có lưỡi dao. Vít vào mặt đất, mũi khoan phá hủy tảng đá còn sót lại trên lưỡi kiếm của nó. Do thiết kế đặc biệt của máy khoan nên không thể giải phóng hoàn toàn mặt khỏi bãi chứa. Vì vậy, nó chủ yếu được sử dụng để thâm nhập các lớp trên.

Khoan bằng máy khoan là phương pháp nhanh và rẻ tiền, không cần tổ chức bể chứa chất lỏng xả

Khoan bằng máy khoan không đòi hỏi nhiều công sức và chi phí tài chính nên phạm vi áp dụng của phương pháp này khá rộng: giếng thăm dò địa chất, đặt thông tin liên lạc, thi công giếng khoan và một phần khoan nước.

Hiện nay, nó được sử dụng tích cực để xây dựng các giếng Abyssinian, để không đẩy giếng kim hoàn toàn vào đất dày đặc mà tạo điều kiện thuận lợi một chút cho quá trình nhúng trục vào đá đã bị phá hủy trước đó.

Phương pháp này phù hợp để phát triển các giếng chứa nước có độ sâu tới 30 m trên đất mềm và tơi xốp và lên đến 20 m trên đất có mật độ trung bình. Sau khi khoan bằng máy khoan và lắp ống chống, giếng phải được làm sạch đá chưa khai thác bằng máy đóng cọc.

Máy khoan hoàn toàn không thích hợp để làm việc ở vùng có nhiều đá! Nó được sử dụng để khoan một phần giếng lên đến 120 m, trong khi phương pháp này được kết hợp với các phương pháp khác: quay, dây sốc, lõi.

Thiết bị và dụng cụ liên quan

Việc khoan bằng máy khoan được thực hiện bằng cách sử dụng giàn khoan, bộ phận chính của nó là dụng cụ khoan kiểu trục vít làm bằng kim loại có độ bền cao. Dây khoan được mở rộng bằng các mũi khoan có kích thước bằng nhau khi nó đi sâu hơn.

Bộ dụng cụ đôi khi bao gồm các mũi khoan lưỡi, cần thiết cho việc di chuyển các tảng đá rời, cũng như các mũi khoan có đầu tròn hoặc hình nón, được sử dụng để khai thác đá cứng.

Giàn khoan dựa trên phương tiện được trang bị động cơ mạnh mẽ là lựa chọn tốt nhất để khoan ở những nơi khó tiếp cận và xa xôi

Hầu hết các giàn khoan hiện đại đều được trang bị các cụm rỗng được trang bị khóa đảo ngược giúp ngăn dụng cụ di chuyển theo hướng ngược lại.

Trong quá trình khoan, các bộ phận cắt của máy khoan được làm mát bằng đất đã phát triển và đá đã phát triển sẽ nổi lên theo hình xoắn ốc. Điều này cho phép việc khoan được thực hiện mà không cần dừng lại, giảm đáng kể chi phí về thời gian và năng lượng để tạo ra một giếng chứa nước.

Công nghệ khoan Auger

Sau khi hoàn thành việc khoan ở độ sâu 1,5 - 2,0 m, mũi khoan được tháo ra và vỏ bọc. Đường kính giếng lấy nước được khoan bằng mũi khoan là 50 - 200 mm và phụ thuộc vào kích thước của dụng cụ được sử dụng.

Sự sụp đổ của thành giếng được ngăn chặn bằng các ống bọc. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại đất tơi xốp, không dính nên người thợ khoan có một quy tắc: khi khoan các loại đất thịt pha cát và thịt mùn phải sử dụng mũi khoan có lưỡi khoan đặt nghiêng một góc 30 - 60°, và khi khoan cát đặc, dụng cụ có lưỡi khoan nghiêng một góc. là 90°.

Với độ nghiêng nhỏ hơn của các vòng xoắn ốc của mũi khoan, phần lớn chất thải bị ngắt kết nối sẽ được mũi khoan đưa lên bề mặt.

Khoan bằng máy khoan không yêu cầu sử dụng dung dịch khoan; đá được tạo ra bằng cách sử dụng mũi khoan được đưa lên bề mặt trên các lưỡi dao của dụng cụ

Ưu và nhược điểm của việc sử dụng máy khoan

Phương pháp khoan bằng mũi khoan cho phép bạn xây dựng giếng nhanh nhất có thể, với điều kiện là kích thước của mũi khoan và góc nghiêng của mũi khoan phải được chọn chính xác.

Ưu điểm của khoan khoan bao gồm:

• đất nổi lên bề mặt ngay lập tức trong quá trình khoan;
• tốc độ đi sâu vào lòng đất cao mà không cần dừng công nghệ;
• không cần phải xả giếng;
• có thể sử dụng máy khoan nhỏ gọn hoặc máy khoan thủ công để khoan bên trong nhà (dưới tầng hầm);
• không cần phải nhấc liên kết đầu tiên lên bề mặt và tháo/lắp ráp dây khoan như với phương pháp lõi.

Nhược điểm chính của khoan khoan có thể được coi là không có khả năng làm việc trên đất rời và rất cứng, nhưng đồng thời, máy khoan là một công cụ lý tưởng để khoan trên đất mùn, hỗn hợp (đất sét và thịt pha cát) và đất sét mềm.

Một nhược điểm khác làm hạn chế việc sử dụng máy khoan để xây giếng chứa nước là phải sử dụng phương pháp dây sốc để làm sạch trục của đá đổ.

Sự tương đồng mũi khoan - cuộn dây Được sử dụng rộng rãi trong khoan thủ công. Nó phá hủy tảng đá theo cách tương tự và dùng lưỡi của nó tóm lấy nó để đưa nó lên trên.

Đặc điểm của khoan quay

Khoan quay là phương pháp khoan rung quay, trong đó việc phá hủy đất được thực hiện bằng cách sử dụng mũi khoan dẫn động ở đáy giếng bằng rôto của giàn khoan. Rôto quay từ động cơ ô tô hoặc động cơ điện được lắp đặt riêng thông qua trục truyền động.

Đất phát triển được rửa sạch khỏi trục giếng bằng cách xả trực tiếp hoặc đảo ngược. Dung dịch rửa có thể được cung cấp bằng trọng lực hoặc bằng trạm bơm.

Hầu hết các giếng phun đều được khoan bằng phương pháp khoan quay: dùng mũi khoan quay bằng rôto, sau đó xả nước giếng và gắn ống chống.

Khoan quay được sử dụng để phát triển đất đá và đất bán đá khi xây dựng giếng sâu tới 150 m. Giàn khoan quay với mũi khoan được lựa chọn phù hợp và ống khoan có trọng lượng sẽ đối phó tốt với các thành tạo đá.

Các chuyên gia khoan khuyên bạn nên sử dụng phương pháp khoan này với các điều kiện sau:

1. Mặt cắt địa chất thủy văn của khu vực đã được nghiên cứu khá kỹ. Được biết, đá sẽ phải được khoan. Mức độ xuất hiện của tầng chứa nước trong đá gốc đã được biết.
2. Nước ngầm có đặc tính áp suất của giếng phun
3. Có khả năng cung cấp nước kỹ thuật không bị gián đoạn để xả giếng.

Ở các khu vực phía Nam, việc khoan quay có thể được thực hiện quanh năm, nhưng ở vùng khí hậu phía Bắc, việc sử dụng phương pháp này bị hạn chế do khả năng đóng băng của dung dịch khoan.

Thiết bị và dụng cụ được sử dụng

Việc khoan quay các giếng chứa nước được thực hiện bằng cách sử dụng khung hoặc tháp lưới, trên đó đặt thiết bị nâng và các bộ phận khác của giàn khoan. Cần trục giúp nâng và hạ dây khoan vào giếng.

Máy khoan kiểu quay bao gồm:

• tháp khung hoặc lưới;
• lái xe máy;
• rôto và dây khoan;
• thiết bị bơm và hệ thống lọc chất lỏng xả;
• thiết bị nâng hạ, đường dây áp lực, khớp xoay, vòng đệm, v.v.

Giàn khoan tự hành sử dụng động cơ đốt trong của ô tô làm động cơ, trên cơ sở đó đặt tổ hợp khoan. Trong trường hợp này, công suất động cơ sẽ điều chỉnh tốc độ của dụng cụ khoan.

Nguồn năng lượng cho giàn khoan quay có thể là động cơ điện cố định hoặc di động, động cơ đốt trong của ô tô hoặc máy phát điện.

Rôto, sử dụng một thiết bị bánh răng, truyền chuyển động quay đến ống truyền động, từ đó truyền chuyển động quay đến dụng cụ khoan chính - mũi khoan.Chiếc đục có thể có nhiều hình dạng khác nhau và được làm bằng vật liệu có độ bền cao: composite, thép phủ kim cương, v.v.

Đối với mỗi loại đất, kích thước và hình dạng mũi khoan đặc biệt được chọn, từ đó đảm bảo hiệu quả và tốc độ xuyên thấu cao.

Sự độc đáo của công nghệ rôto

Khoan giếng nước quay được thực hiện theo ba giai đoạn:

1. Phá hủy đá bằng đục.
2. Việc loại bỏ đá bị phá hủy lên bề mặt bằng dòng nước được bơm vào.
3. Gia cố thành giếng bằng ống vỏ.

Việc loại bỏ đất bị phá hủy được thực hiện bằng cách rửa ngược hoặc rửa trực tiếp. Việc lựa chọn phương pháp xả phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể: độ sâu giếng, loại đất, lượng nước xả cần thiết.

Theo quy định, các trang trại tư nhân sử dụng công nghệ khoan tuần hoàn trực tiếp, bao gồm các bước sau:

• lái một mũi khoan có đường kính lớn xuống đất;
• quay của bit dưới tác động của rôto;
• lắp đặt ống khoan và lắp đặt ống có trọng lượng giữa chúng và mũi khoan;
• loại bỏ đất thải bằng áp suất chất lỏng bằng máy bơm;
• lắp đặt ống vách ngăn đất rơi vào giếng;
• khoan với đường kính nhỏ hơn một chút và lặp lại toàn bộ chu trình.

Trong quá trình xả ngược, đất được loại bỏ khỏi giếng thông qua các đường ống của dây khoan và chất lỏng xả được đổ vào giữa thành giếng và đường ống.

Nước chảy theo trọng lực vào một bể chứa đã được chuẩn bị trước, tại đây nước được làm sạch khỏi đất và bùn và quay trở lại dây khoan để lấy phần đá thải mới.

Trong một số trường hợp, khi thực hiện khoan quay, không sử dụng xả trực tiếp hoặc đảo ngược mà thổi bằng không khí dưới áp suất được tạo ra bằng máy nén.

Ưu điểm và nhược điểm của khoan quay

Ưu điểm chính của phương pháp quay là khả năng khoan giếng sâu có lượng nước lấy vào trong đá vôi nứt nẻ.

Ngoài ra, phương pháp khoan này còn có những ưu điểm sau:

• chất lượng mở tầng chứa nước trong đá gốc cao;
• khả năng xây dựng giếng có đường kính lớn lên tới 200 cm;
• tốc độ khoan cao, tiêu thụ năng lượng thấp.

Một nhược điểm đáng kể của khoan quay là cần phải tổ chức xả giếng.

Nên chọn phương pháp khoan nào?

Tất cả các phương pháp khoan cơ học được xem xét đều được sử dụng rộng rãi để xây dựng các giếng chứa nước.

Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng:

1. Nên sử dụng khoan lõi để xuyên qua đất sét dẻo.Phương pháp lõi phù hợp để thi công hầu hết các công trình lấy nước, nếu cần thiết có thể sử dụng kết hợp với phương pháp dây giật.
2. Khoan Auger có phạm vi tương tự như phương pháp cốt lõi. Nó khác với nó ở chất lượng làm sạch lỗ khoan kém và yêu cầu bắt buộc phải sử dụng máy bảo vệ hoặc xả giếng lâu dài trước khi vận hành.
3. Khoan quay là lựa chọn tốt nhất để khoan giếng trên đất đá.

Chi phí phát triển một giếng sử dụng một phương pháp khoan cụ thể phần lớn phụ thuộc vào thiết bị được sử dụng, cũng như khả năng khoan của đá được khoan.

Phương pháp khoan giếng được lựa chọn chính xác không chỉ giúp giảm thời gian khoan mà còn cho phép bạn vận hành nguồn nước mà không gặp vấn đề gì trong tương lai

Bạn có thể đọc về cách chế tạo một giàn khoan bằng tay của chính mình ở một nơi khác bài viết phổ biến trang web của chúng tôi.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video số 1. Trình diễn nguyên lý khoan lõi cổ điển có rút lõi bằng áp lực nước:

Video số 2. Đặc điểm của việc khoan giếng bằng máy khoan:

Video số 3. Khoan lõi giếng bằng cách xả đáy và lắp đặt vỏ kép, phần bên ngoài được làm bằng ống thép, phần bên trong được làm bằng polymer:

Khoan giếng chứa nước là một quá trình tốn nhiều công sức. Không chỉ tốc độ thiết lập nguồn nước tự trị mà chi phí tài chính cũng phụ thuộc vào tính đúng đắn của phương pháp khoan đã chọn.

Điều đầu tiên bạn nên chú ý khi chọn phương pháp khoan là loại đất và độ sâu của tầng chứa nước. Dựa trên các thông số này, bạn có thể chọn tùy chọn tốt nhất cho phép bạn khoan giếng nhanh chóng và không tốn kém.

Bạn có muốn chia sẻ lịch sử khoan giếng trên trang web của riêng bạn hoặc thông tin hữu ích về chủ đề của bài viết không? Vui lòng để lại ý kiến ​​​​trong khối bên dưới. Tại đây bạn có thể đặt câu hỏi hoặc chỉ ra những điểm gây tranh cãi trong văn bản.