Phân loại các loại giếng khoan

Khoan lỗ khoan (hay còn gọi giếng khoan, hố khoan) là tổ hợp các công tác thi công các công trình có tiết diện hình tròn trong đất đá. Những công việc này được thực hiện nhờ các phương tiện kỹ thuật chuyên dụng (thiết bị và dụng cụ khoan) mà con người không thể hoạt động bên trong các công trình đó đang thi công.

1. Khái niệm về khoan

Khoan lỗ khoan (hay còn gọi giếng khoan, hố khoan) là tổ hợp các công tác thi công các công trình có tiết diện hình tròn trong đất đá. Những công việc này được thực hiện nhờ các phương tiện kỹ thuật chuyên dụng (thiết bị và dụng cụ khoan) mà con người không thể hoạt động bên trong các công trình đó đang thi công.

Khoan là một ngành kiến thức gồm có kỹ thuật và công nghệ khoan.

Kỹ thuật khoan là ngành các kiến thức về các phương tiện kỹ thuật để khoan giếng. Công nghệ khoan – ngành các kiến thức về quá trình công nghệ, nhờ đó tạo thành giếng khoan.

Giếng khoan là công trình mỏ hình trụ, có đường kính bé hơn nhiều lần so với chiều sâu.

Đường kính của giếng khoan biến đổi trong khoảng 16 – 1500 mm. Trong một số trường hợp nhờ khoan có thể thi công các giếng mỏ từ 1,5 đến 8 m hoặc đường hầm đường kính đến 12 m hoặc hơn.

Chiều sâu của giếng khoan thay đổi trong phạm vi rông: từ vài mét đến hàng nghìn mét. Các giếng dầu mỏ và khí thiên nhiên đã đạt đến chiều sâu 9550 m. Để nghiên cứu các tầng sâu vỏ quả đất dự kiến khoan chiều sâu đến 15 km hoặc hơn. Giếng khoan để nghiên cứu vỏ quả đất trên bán đảo Konxki (Liên xô) đạt đến chiều sâu 12 260 m.

Khoan giếng có thể thực hiện từ trên mặt đất, trong hầm lò, trên mặt nước (sông hô, biển và dại dương), trên mặt Trăng và trong tương lai trên các hành tinh khác.

2. Phân loại giếng khoan theo công dụng và mục đích

Theo công dụng và mục đích có thể chia ra: khoan các lỗ khoan vẽ bản đồ, tìm kiếm, thăm dò, thông số, khai thác, kỹ thuật và địa công nghệ.

Theo dạng khoáng sản: khoan lỗ khoan khoáng sản rắn, khoáng sản dạng lỏng và khí, khoan các lỗ khoan địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và vv…

Theo chiều sâu lỗ khoan : khoan các lỗ khoan nông, sâu hoặc cực sâu. Dấu hiệu này chỉ là quy ước. Đối với công tác thăm dò địa chất (khoáng sản rắn) các lỗ khoan nông đặc trưng chiều sâu từ vài chục mét đến 100 – 150 m, các lỗ khoan sâu đên 2000 m, còn lỗ khoan cực sâu – trên 2000 m. Khi khoan các lỗ khoan dầu và khí các trị số trên thay đổi lớn.

Theo phương pháp tống thoát sản phẩm phá huỷ: khoan lỗ khoan có bơm rửa, thổi khí, tống thoát bằng cơ học các vụn đá bị phá huỷ (guồng xoắn) và các phương pháp hỗn hợp.

Theo hình dạng đáy lỗ khoan, người ta chia ra khoan lỗ khoan có đáy dạng hình xuyến (khoan lẫy mẫu) hoặc khoan phá toàn đáy (khoan không lẫy mẫu lõi).

Theo dạng dụng cụ phá huỷ đất đá: thường đặc trưng chỉ cho các phương pháp cơ học: khoan bằng hợp kim cứng, khoan bằng kim cương hoặc bằng choòng chóp xoay.

Theo cấu tạo của cơ cấu khoan hoặc dạng năng lượng sử dụng: khoan với cơ cấu trên mặt đất hoặc trên đáy (rôto, spinđen hoặc tuabin khoan, khoan điện, búa đập thuỷ lực, búa đập
khí nén, từ, rung động, vv.

Theo phương pháp hoặc công cụ truyền năng lượng dùng để phá huỷ đất đá: khoan có ống khoan, cáp điện hoặc bởi nguồn năng lượng cục bộ.

3. Phân loại theo phương pháp tác động lên đất đá

Việc phân loại các phương pháp khoan dựa cơ chế tác động lên đất đá là chủ yếu, các dấu hiệu còn lại dùng để chi tiết hóa hoặc tăng cường một số đặc điểm và xác định phạm vi sử dụng chúng. Phạm vi sử dụng cùng một phương pháp, có thể khoan các lỗ khoan có công dụng khác nhau, và ngược lại, lỗ khoan một công dụng có thể khoan bằng các phương pháp khác nhau.

Từ đó, tên gọi của một phương pháp khoan nào đó có thể xác định như sau.

1. Khoan xoay các lỗ khoan thăm dò địa chất sâu (hoặc nông) các khoáng sản rắn (hoặc chất lỏng) bằng các máy khoan kiểu đầu quay spinden (hoặc rôto). Trong trường hợp này chủ yếu có thể chia ra khoan có lấy mẫu (khoan lẫy mẫu, hoặc khoan không lấy mẫu); việc tống thoát các sản phẩm phá huỷ đá bằng các phương pháp thông dụng; sự truyền động dụng cụ từ trên mặt đất, truyền chuyển động cho dụng cụ phá huỷ đất đá nhờ trực tiếp quay cột cần khoan, và vv.

2. Khoan xoay các lỗ khoan nông với việc tống thoát bằng guồng xoắn.

3. Khoan đập – xoay các lỗ khoan thăm dò khoáng sẳn rắn (có dùng búa đập thuỷ lực hoặc búa đập khí nén).

4. Khoan rung các lỗ khoan địa chất – công trình nông.

5. Khoan đập bằng các thiết bị cơ khí các lỗ khoan thăm dò – khai thác nước

6. Khoan đập thủ công các lỗ khoan nông kỹ thuật (nổ).

Nguyên tắc này cho phép xác định bất kỳ phương pháp khoan lỗ khoan nào, sử dụng như là các hợp phần hoặc dấu hiệu bổ sung

4. Theo mục đích sử dụng các giếng khoan

Có thể chia thành ba nhóm chính: giếng khoan thăm dò địa chất, giếng khai thác và giếng kỹ thuật.

a) Nhóm thứ nhất

Các giếng khoan thăm dò để nghiên cứu các mỏ khoáng sản hoặc nghiên cứu cấu tạo địa chất của một vùng nhất định. Các giếng khoan thăm dò theo mục đích sử dụng chia thành các dạng giếng khoan sau đây.

1. Lỗ khoan vẽ bản đồ để đo vẽ và phát hiện đá gốc trong những khu vực bên trên mặt bị các lớp đất phủ.

2. Lỗ khoan tìm kiếm để xác định khả năng tồn tại dạng khoáng sản trong khu vực.

3. Lỗ khoan thăm dò để khoanh vùng và xác định trữ lượng khoáng sản trong vùng mỏ nhất định.

4. Lỗ khoan địa chất thủy văn để nghiên cứu nước dưới đất, điều kiện thế nằm của chúng, lưu lượng và thành phần hóa học.

5. Lỗ khoan actesi là một dạng của lỗ khoan địa chất thủy văn trong nước vỉa có áp.

Lỗ khoan actêsi từ tên cổ Actêsi –địa danh một vùng ở nước Pháp, hiện nay là tỉnh Artour. Năm 1126 trong tỉnh này đã khoan một giếng nước tự phun đầu tiên ở châu Âu. Ngoài ra những giếng khoan tương tự cũng đã phát hiện từ thời cổ đại ở Trung quốc và Ai cập.

6. Lỗ khoan địa chất-công trình để phát hiện và lập mặt cắt địa chất tầng trên của vỏ quả đất, thí nghiệm các tính chất cơ-lý của đất nền trong lỗ khoan và lấy mẫu đất nền nguyên dạng để xác định các tính chất trong điều kiện phòng thí nghiệm phục vụ cho yêu cầu xây dựng công nghiệp và dân dụng.

7. Các lỗ khoan địa chấn phục vụ cho công tác thăm dò địa chấn gây nổ dưới đất và sử dụng địa chấn kế xác định chiều sâu và góc nghiêng của vỉa.

8. Các lỗ khoan thông số để đo các thông số tính chất địa vật lý của đá và nhiệt độ trong các điều kiện thế nằm tự nhiên và nghiên cứu cấu trúc sâu vùng có thể tích tụ dầu khí.

9. Lỗ khoan cấu tạo để nghiên cứu cấu tạo địa chất và các thành phần thế nằm (chiều dày,
góc dốc và phương vị) của tầng đá, để kiểm tra và chính xác hóa các số liệu đo địa chất và địa vật lý.

10. Lỗ khoan chuẩn được khoan trong khu vực mà cấu trúc địa chất của nó không phát hiện khi khoan vẽ bản đồ, tìm kiếm; để nghiên cứu cấu tạo khu vực địa chất sâu; nghiên cứu tích tụ quặng hoặc độ tích tụ dầu khí của các tầng sâu.

b) Nhóm thứ hai – các giếng khai thác để lấy chất lỏng trong lòng đất (nước uống, nước khoáng, dầu) và các dạng khí mỏ. Trong đó bao gồm các dạng sau đây.

1. Giếng khoan khai thác nước để cung cấp nước cho thành phố, khu công nghiệp, khu nghỉ dưỡng, nông nghiệp, vận chuyển đường sắt.

2. Giếng dầu và khí để khai thác dầu và khí.

3. Giếng khoan khí hóa ngầm để thu hồi khí cháy bằng cách đốt cháy hoàn toàn trực tiếp trong khối mỏ than; khí thu được được sử dụng không chi là nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất.

4. Giếng khoan khai thác muối nằm trong các tầng chứa vỏ quả đất và để làm hòa tan trong muối các nguyên tố như: brom, iot và vv.

5. Giếng khoan địa công nghệ để phá hủy thủy địa động lực đất đá chứa khoáng sản, hoặc để bơm ép vào giếng khoan dung dịch axit, hòa tan các khoáng sản và sau đó thu hồi ra
ngoài.

c) Nhóm thứ ba – các giếng kỹ thuật phục vụ cho các mục đích khác nhau, như:

1. Giếng khoan nổ mìn dùng để đặt các chất nổ khai thác khoáng sản hoặc phá đá trên tầng mỏ lộ thiên hoặc trong hầm lò. Lỗ mìn là lỗ khoan nổ đường kính bé: đường kính từ 30 đến 60 mm và chiều sâu đến 6 m.

2. Giếng mỏ và đường lò thi công bằng phương pháp khoan.

3. Giếng khoan để đóng băng đất được khoan vòng xung quanh thân giếng mỏ trước để đóng băng đất đá chứa nước trước khi tiến hành khoan thân giếng mỏ hoặc ngăn ngừa hiện tượng ngập nước trong thời gian khoan và gia cố tầng nước có áp. Đóng băng đá
chứa nước thực hiện bằng cách thả cột ống vào trong giếng đã khoan và cho tuần hoàn trong giếng đó dung dịch làm lạnh.

4. Lỗ khoan để gia cố đất nền khi xây dựng bằng cách bơm vữa xi măng vào đá nứt nẻ, các loại keo khác nhhau hoặc nước kính.

5. Lỗ khoan hạ thấp mực nước hoặc thoát nước dùng để tháo khô các mỏ hầm lò và giảm mực nước ngầm.

6. Giếng khoan thông tầng để tháo nước từ tầng dưới đất này sang tầng khác khi tháo khô mỏ.

7. Giếng bơm ép dùng để bơm ép nước, khí hoặc khí dầu vào tầng chứa dầu để duy trì áp
lực lên vỉa dầu nhằm nâng cao sản lượng và tăng hệ số thu hồi dầu.

8. Giếng quan trắc để kiểm tra sự biến đổi mực nước trong giếng hoặc thay đổi áp lực chất lỏng hoặc khí trong quá trình khai thác các tầng chứa dầu.

9. Giếng khoan tháo khí được khoan trong lò để tháo khí khi khai thác than trong vùng nhiều khí mêtan.

10. Giếng phụ trợ phục vụ cho việc thông gió trong hầm lò, đặt ống dẫn khí nén từ trên mặt đất đến các búa khí nén trong lò, để thả vật liệu chen chống, để dập cháy trong lò.

11. Khoan cọc khoan nhồi một lĩnh vực áp dụng mới để thi công công trình giao thông, thủy lợi và đặc biệt là nhà cao tầng và công nghiệp. Giải pháp cọc khoan nhồi có thể cho móng bè, móng hộp, móng khối, móng trụ và cả móng cọc đúc sẵn.

12. Khoan ngoài biển để thi công các công trình cầu cảng, đê chắn sóng ngoài biển, thi công móng cọc chân đế giàn khoan-khai thác dầu khí cố đinh ngoài đại dương, các công trình quân sự ngoài biển…

13. Giếng chuyên dụng phục vụ cho việc thử nghiệm nổ hạt nhân ngầm trong lòng đất

14. Giếng sử dụng địa nhiệt phục vụ cho việc xây dựng nhà máy điện.