Thế giới mở rộng của khoan tuần hoàn ngược

 

 

 

Thế giới mở rộng của khoan tuần hoàn ngược

 

 

Quy trình thân thiện với môi trường lý tưởng cho các giếng có đường kính lớn ở nhiều dạng khác nhau.

 

 

 

Khoan tuần hoàn ngược là một kỹ thuật khoan tiếp tục phát triển và mang lại lợi ích thực sự cho ngành tài nguyên nước và hơn thế nữa.

 

Một sự kết hợp giữa khoan tuần hoàn ngược ống kép là ống kép ngập ngược, thường được gọi là DTFR. Đây là một quy trình khoan không xâm lấn, thân thiện với môi trường, bảo tồn hệ sinh thái nhạy cảm cả trên mặt đất và dưới bề mặt.

 

DTFR sử dụng sự kết hợp của nước hình thành tự nhiên, nước sạch bổ sung và khí nén để huy động các mũi khoan nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc khoan đường kính lớn trong các hệ tầng từ địa chất không cố kết đến đá cứng vừa và nứt nẻ.

Thanh khoan ống kép có kích thước 85/8 inch. Các kết nối ống bên trong và ống bên ngoài được thực hiện đồng thời.

 

 

Điều này đạt được nhờ khả năng độc đáo của DTFR trong việc tạo ra hiệu ứng ổn định trên lỗ khoan thông qua cột chất lỏng của nó bằng cách tác động nhẹ nhàng áp suất thủy lực lên thành lỗ khoan.

 

DTFR sử dụng bit tricon được trang bị ống bọc bộ chuyển đổi được thiết kế để tiếp nhận các phần cắt di chuyển từ mặt bit qua phần bên trong của bit tricon và được dẫn vào ống bên trong của thanh khoan RC.

 

Kỹ thuật kết hợp này đã trở nên phổ biến trong các cộng đồng khoan trên khắp đất nước từ các nhà thầu ở Bờ Tây, ở các sa mạc phía Tây Nam, vùng đồng bằng Trung Tây, vùng phía nam Florida và trên các đảo Hawaii. Nó cũng đã đạt được sức hút quốc tế ở Canada, Úc và Mỹ Latinh.

 

 

Các ứng dụng DTFR thường được mô tả là các dự án đòi hỏi các giếng tài nguyên nước có đường kính lớn trong địa chất trầm tích và/hoặc biến chất với độ sâu thường từ 500 feet đến 3000 feet trong đó việc quản lý môi trường có tầm quan trọng.

 

 

 

 

Sơ đồ A. Hình ảnh bề mặt của thiết lập hệ thống đảo ngược ngập nước ống kép.

 

 

 

Ứng dụng

 

DTFR cũng đã được sử dụng trong các ứng dụng trong ngành khai thác mỏ như giếng khử nước, xây dựng trục thông hơi, lỗ dán, giếng phun và xử lý. Trong ngành xây dựng dân dụng, nó đã nổi tiếng nhờ khả năng khoan nền đường kính lớn ở các khu đô thị nhạy cảm với môi trường.

 

Nó đã được sử dụng nhiều lần trong các dự án ven sông nơi việc kiểm soát ô nhiễm là mối quan tâm hàng đầu. Tuần hoàn ngược đường kính lớn cũng đã có được chỗ đứng trong khả năng đặt vỏ dây dẫn cho các giếng dầu/khí và địa nhiệt đồng thời bảo vệ các tầng ngậm nước uống được lân cận.

 

Sự xuất hiện gần đây của DTFR trong các dự án tài nguyên nước có đường kính lớn là kết quả của những người tiên phong trong ngành và sự thành công của họ trong việc áp dụng công nghệ này. Những lợi ích độc đáo của nó đang dần được phổ biến và ngày càng được đưa vào sử dụng trong cộng đồng khoan và được cung cấp dưới dạng lựa chọn cho khách hàng của họ.

 

 

 

 

 

 

Sơ đồ B. Chuyển động của không khí, phần cắt và chất lỏng trong khoan ngược ngập ống kép.

 

 

 

 

Nó hoạt động như thế nào

Xem Sơ đồ A, B và C. Lỗ khoan được đổ đầy dung dịch khoan liên tục và một cột chất lỏng được tạo ra và duy trì giữa thành lỗ khoan và bên ngoài cần khoan ống kép.

 

Sau đó, khí nén được đưa vào chảy xuống lỗ thông qua vòng của thanh khoan ống kép RC (không khí chảy xuống lỗ giữa bên trong ống ngoài và bên ngoài ống trong).

 

Luồng không khí khi đến gần đáy của dây khoan được chuyển hướng lên lỗ và bên trong ống bên trong. Bộ phận dây khoan chịu trách nhiệm chuyển hướng luồng không khí vào lỗ trên của ống bên trong được gọi là “bộ phận phun khí phụ”. Nhiệm vụ của nó là giải phóng khí nén vào ống bên trong, nơi nó nở ra và từ đó tạo ra một dòng chảy động đi lên—theo con đường có ít lực cản nhất—sau đó mang bùn bao gồm không khí, dung dịch khoan và các mảnh vụn từ lỗ khoan lên bề mặt.

 

Đôi khi, máy bơm hút cũng được sử dụng để hỗ trợ thêm cho dòng dung dịch khoan đi lên.

 

 

Khi chạm tới bề mặt, bùn đi vào lốc xoáy nơi chất lỏng và phần cắt được tách ra bằng trọng lượng riêng của phần cắt kết hợp với lực ly tâm để tạo ra sự phân tách. Sau khi tách ra, các phần cắt có thể được xem và tiếp cận. Tiếp theo, dung dịch khoan đầu ra từ lốc xoáy đi đến máy lắc đá phiến nơi nó được làm sạch bằng cách loại bỏ các chất rắn còn lại.

 

Máy lắc đá phiến hoàn thành việc loại bỏ chất rắn và làm sạch dung dịch khoan bằng cách sử dụng bệ rung sử dụng sự kết hợp của màn chắn, trọng lực và năng lượng rung. Việc làm sạch dung dịch khoan là một bước quan trọng trong hoạt động DTFR vì quá nhiều chất rắn mang trong dung dịch khoan cuối cùng có thể cản trở việc làm sạch mũi khoan và lỗ thích hợp và cuối cùng làm dính dây khoan.

 

Sau khi được làm sạch, dung dịch khoan sẽ được đưa trở lại bể chứa chất lỏng và cuối cùng quay trở lại đỉnh lỗ khoan khi cần thiết. Quá trình tuần hoàn và làm sạch dung dịch khoan này là một chu trình liên tục và tiếp tục trong suốt quá trình khoan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sơ đồ C. Cụm lỗ đáy được sử dụng trong khoan ngược ngập ống kép. Xem hình ảnh dụng cụ mở lỗ ở trang sau.

 

 

 

Lợi ích của DTFR

 

DTFR phù hợp tích cực với các yêu cầu cơ bản cần thiết để xây dựng các giếng thương mại và đô thị có đường kính lớn ở nhiều vùng trên cả nước. DTFR cũng thân thiện với môi trường, cho phép kiểm soát cả việc cắt và xả dung dịch khoan, do đó giảm thiểu nước chảy tràn và ô nhiễm tại khu vực.

 

Các cấu trúc có thể cản trở việc sử dụng khoan quay bằng không khí hoặc bùn với sự mất mát tuần hoàn có thể được khoan hiệu quả bằng DTFR. Chất lỏng lỗ khoan liên quan đến DTFR di chuyển chậm nên nó không làm xói mòn thành lỗ khoan mà thay vào đó nó bảo vệ và bảo tồn lỗ khoan bằng cách tạo một áp suất thủy lực nhẹ và đều lên thành lỗ khoan.

 

Điều này mang lại sự ổn định và cho phép phát triển các giếng có đường kính lớn trong các hệ tầng không hợp nhất và/hoặc trầm tích mà các kỹ thuật khoan thông thường sẽ gặp khó khăn.

 

DTFR trong hầu hết các trường hợp không yêu cầu sử dụng bùn hoặc chất phụ gia và là kỹ thuật khoan không xâm lấn sử dụng cả không khí psi thấp và dung dịch khoan lưu lượng thấp.

 

Hệ tầng vẫn mở, không bị bịt kín hoặc đóng gói bằng các chất phụ gia dung dịch khoan, điều này rất quan trọng vì nó cho phép phát triển giếng nhanh hơn và nhiều lần giúp nâng cao chất lượng của giếng và sản lượng của giếng.

 

Các mẫu DTFR có thể được coi là chính xác hơn các mẫu quay không khí hoặc bùn vì chúng không tiếp xúc với thành lỗ khoan có thể làm ô nhiễm mẫu. Mẫu DTFR di chuyển trực tiếp từ lỗ trên mặt bit được chứa an toàn trong ống bên trong đến khu vực thu thập.

 

Mẫu cũng sạch mà không có lớp phủ bentonite. Việc cắt ngay lập tức tiết lộ sự hình thành hiện tại đang được khoan. Mẫu sạch cho phép dễ dàng xác định và mô tả đặc tính của thạch học, hỗ trợ vị trí tối ưu của màn chắn giếng.

 

Chỉ cần không khí áp suất thấp; do đó, không có máy nén khí và máy khoan hú hết ga. Thay vào đó, địa điểm này tương đối yên tĩnh, do đó giảm thiểu sự xáo trộn ở các khu vực đông dân cư và động vật hoang dã.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dụng cụ mở lỗ thường được sử dụng như một thành phần của BHA để tăng đường kính lỗ khoan. Dụng cụ mở lỗ có thể đi theo lỗ khoan thí điểm có đường kính nhỏ hơn đã được khoan trước đó, một phương pháp được sử dụng để đảm bảo lỗ khoan thẳng đứng trước khi lỗ khoan có đường kính lớn hơn cuối cùng được hoàn thành. Ngoài ra, với điều kiện địa chất phù hợp, dụng cụ mở lỗ có thể được triển khai gần bề mặt và đạt được đường kính lỗ khoan mong muốn chỉ bằng một phương pháp tiếp cận một lần.

 

 

 

 

 

Hạn chế DTFR

 

Việc trang bị công cụ cho DTFR đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể để bắt đầu: một giàn khoan phù hợp, các công cụ trong lỗ, máy lắc đá phiến và máy nén. Và tính kinh tế liên quan đến kỹ thuật DTFR chỉ bắt đầu thực sự có hiệu quả khi kích thước lỗ khoan có đường kính từ 20 inch trở lên. Các lỗ khoan nông có đường kính nhỏ hơn có nhiều khả năng được khoan bằng kỹ thuật quay không khí và bùn thông thường, công cụ cáp hoặc máy khoan. Hầu hết các dự án DTFR đều có độ sâu lỗ ít nhất là trung bình và thường dao động từ 500 đến 3000 feet.

 

 

Dụng cụ ống kép tương đối nặng; do đó, giàn phải có đủ khả năng chịu tải móc (khả năng nâng hạ). Có thể có những hạn chế về độ sâu, nhưng nếu bạn có giàn khoan đủ lớn, DTFR đã được sử dụng thành công ở độ sâu hơn 10.000 feet.

 

Mặc dù địa điểm khoan có thể tương đối nhỏ nhưng vẫn có diện tích tối thiểu khoảng 125 feet vuông, lớn hơn so với yêu cầu của một số kỹ thuật khoan khác. DTFR cũng yêu cầu một nguồn nước sạch lớn ở gần.

 

DTFR kém hiệu quả hơn trong các thành tạo lửa siêu cứng đồng nhất; tỷ lệ thâm nhập tốt nhất ở dạng hạt. Những viên sỏi cực lớn có thể là một vấn đề nếu chúng lớn đến mức không thể đi qua ống bên trong RC. DTFR cũng không phù hợp để khoan trên diện rộng đất sét dính, bùn và các dạng hạt siêu mịn khác.

 

Cuối cùng, nó đòi hỏi một người vận hành có kinh nghiệm và có chuyên môn sử dụng kỹ thuật khoan này.

 

 

 

Tiếng nói từ cánh đồng

Sau đây là những nhận xét của các nhà thầu khoan DTFR giàu kinh nghiệm trên khắp cả nước.

 

Công ty TNHH Dịch vụ Bơm và Giếng Gingerich ở Kalona, ​​Iowa

 

Klint Gingerich và anh trai của ông, Korwin, là đồng sở hữu của Gingerich Well and Pump Service, một doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành được thành lập vào năm 1956. Gingerich bắt đầu tham gia vào lĩnh vực khoan quay kép vào năm 2007 khi Klint đưa ra quyết định sử dụng kỹ thuật này dựa trên khả năng ngăn chặn dung dịch khoan và làm sạch hiệu quả các lỗ khoan có đường kính lớn. Các ứng dụng chính của Gingerich cho DTFR là vào các dự án liên quan đến việc xây dựng các giếng thương mại và đô thị.

 

 

Giếng và Máy bơm Gingerich sử dụng DTFR trong các thành tạo trầm tích và đá vôi cứng ở Iowa và các bang lân cận. Klint nói rằng đường kính móc lỗ từ 20 inch trở lên là phù hợp với DTFR. Đội của anh ấy sử dụng dây khoan RC tùy chỉnh có kích thước 8⅝ inch OD × 5 inch ID. Klint đã chọn kích thước dụng cụ này vì ID 5 inch của ống bên trong khớp với lỗ xuyên 5 inch ở đầu trên của giàn khoan. Do đó, với các kích thước chung, anh ấy tối đa hóa dòng chất lỏng mà anh ấy có thể đạt được bằng thiết bị của mình.

 

Dòng chất lỏng là yếu tố then chốt trong khoan đường kính lớn vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc làm sạch lỗ khoan, mũi khoan và năng suất tổng thể trong việc nâng cao lỗ khoan. Có một khối lượng cực lớn các cành giâm được tạo ra từ việc khoan lỗ khoan 20 inch đến 40 inch, và lưu lượng dòng chảy có thể đạt được càng lớn thì việc loại bỏ các cành giâm ra khỏi lỗ khoan càng hiệu quả hơn.

 

Klint đề cập đến những hạn chế đối với DTFR. Ông cho biết chi phí chuẩn bị cho việc khoan đường kính lớn đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể như giàn khoan thích hợp, dụng cụ khoan lỗ và thiết bị liên quan.

 

 

 

 

 

 

Dillon và Klint Gingerich của Gingerich Well and Pump Service LLC hợp tác để hoàn thành dự án giếng đô thị sử dụng DTFR với Schramm TX 130.

 

 

 

 

Công ty cá hồi ở Waite Park, Minnesota

 

David Traut, MGWC, CVCLD, là phó chủ tịch của Traut Companies và nhận xét rằng ngập ngược là một kỹ thuật tốt để khoan các giếng nước có đường kính lớn trong các hệ tầng đá vôi nứt nẻ phổ biến ở trung tâm Minnesota.

 

Lần đầu tiên ông sử dụng phương pháp đảo ngược ngập vào năm 1999, và qua kinh nghiệm đã biến nó thành một phương pháp mà ông tin cậy cho các giếng của thành phố. Các vùng lưu thông bị mất gây ra vấn đề với các phương pháp khoan khác không còn là vấn đề đối với anh ta với DTFR.

 

Traut có thể vận hành DTFR trong một diện tích tương đối nhỏ (kích thước khu đất 125 foot vuông), kết hợp với giàn khoan và thiết bị phụ trợ bao gồm bình chứa dung dịch khoan 5000 gallon, máy nén khí và thiết bị loại bỏ chất rắn.

 

 

 

 

 

 

Máy lắc đá phiến loại bỏ chất rắn khỏi dung dịch khoan.

 

 

 

Traut lưu ý rằng lượng không khí cần thiết cho lỗ khoan DTFR tương đối thấp so với quay không khí. Ông cho biết không khí gần đúng là 500 đến 600 cfm ở áp suất 150 đến 350 psi với psi phụ thuộc nhiều hơn vào độ sâu của lỗ.

 

Mặc dù không được sử dụng thường xuyên như mũi tricon khi gặp đá cứng hơn, Traut sử dụng búa hạ lỗ có bộ chuyển hướng/đóng gói được đặt phía trên nút giao (chéo). Bộ chuyển hướng/đóng gói là một bánh rán cao su lớn bao quanh thanh khoan RC và bịt một phần vào thành lỗ khoan. Nó hạn chế dòng nước chảy vào búa. Một cột nước vẫn được duy trì phía trên bộ chuyển hướng/đóng gói để ổn định lỗ.

 

 

Việc sử dụng búa cho Traut là trong đá dolomit và đá granit. Chế độ búa hạ cấp yêu cầu lượng không khí lớn hơn nhiều ở áp suất cao hơn. Đội của Traut thường sử dụng khoảng 3000 cfm ở áp suất 325 psi trở lên, một lần nữa với psi có chức năng liên quan đến độ sâu lỗ.

 

 

 

 

 

 

Các mẫu rất chính xác với khoan ngược ngập ống kép. Hình ảnh lịch sự của Công ty Traut.

 

 

 

Traut cho biết thêm dây khoan ống kép cũng được sử dụng như dây khoan thông thường. Khi bắt đầu khoan lỗ khoan, 50 feet đến 80 feet đầu tiên phải được khoan thông thường vì quy trình DTFR yêu cầu nhấn chìm khi tạo ra đủ áp suất chênh lệch đầu để bắt đầu lực hút động cần thiết để duy trì dòng chảy mạnh lên trên. Nhiều thợ khoan đã thiết lập các mũi khoan của họ để có thể chuyển đổi từ khoan thông thường sang DTFR. Ví dụ, nếu gặp lớp đất sét dính dày, người khoan có thể chọn cách khoan thông thường như

nó có thể là một phương pháp nhanh hơn để vượt qua sân đất nện trước khi quay trở lại DTFR.

 

 

Giếng và máy bơm thành phố ở Waupun, Wisconsin

Mason Rens là thợ khoan chính tại Máy bơm và Giếng Thành phố, nơi vận hành hai máy khoan quay kép Foremost. Rens cho biết qua nhiều năm kinh nghiệm khoan giếng nước có đường kính lớn, công ty của ông đã kết luận DTFR là phương pháp xây dựng giếng được ưa chuộng dựa trên nhiều yếu tố khác nhau.

 

Đầu tiên, DTFR cho phép kiểm soát hoàn toàn việc xả chất lỏng cắt tại chỗ, do đó giảm thiểu ô nhiễm. DTFR cũng là một phương pháp khoan không xâm lấn. Theo quan điểm của Rens, nó không làm xói mòn lỗ khoan như khoan quay không khí và duy trì sự ổn định của lỗ khoan ngay cả ở các thành tạo không cố kết.

 

Bentonite và các chất phụ gia dung dịch khoan không cần thiết cho DTFR, do đó sự hình thành không bị đóng gói hoặc bịt kín không tự nhiên. Do đó, việc phát triển giếng có thể nhanh hơn và hoàn thiện hơn trong khi chất lượng và sản lượng của giếng có thể tốt hơn nhiều lần so với các giếng sử dụng chất phụ gia chất lỏng.

 

Hơn nữa, Rens cho biết độ chính xác của mẫu với DTFR là vượt trội vì các phần cắt di chuyển nhanh chóng và trực tiếp từ mũi khoan hướng lên ống bên trong tới bề mặt mà không tiếp xúc với thành lỗ khoan.

 

DTFR vừa chứa vừa bảo vệ mẫu cắt bên trong ống bên trong và nhanh chóng đưa mẫu trực tiếp lên bề mặt để xem xét kỹ lưỡng, cho phép xác định nhanh chóng và chính xác các thay đổi về hình thành—điều mà Rens đề cập là chìa khóa để đặt màn hình tối ưu.

 

Một khía cạnh khác mà Rens đề cập đến là giảm tiếng ồn trên trang web. Cả giàn khoan và máy nén đều hoạt động ở mức độ hoạt động giảm so với giàn quay không khí, ngoài tính năng an toàn còn có nghĩa là tiêu thụ ít nhiên liệu hơn.

 

Với DTFR, một máy nén 350 psi duy nhất là đủ cho các lỗ khoan có đường kính lớn. Máy nén dự phòng và máy tăng áp là không cần thiết.

 

Rens nhấn mạnh việc sản xuất sử dụng DTFR đặc biệt tốt ở các thành tạo trầm tích, phổ biến ở Wisconsin và Illinois. Ông cho biết thêm điều này đặc biệt đúng đối với các thành tạo dạng hạt như đá sa thạch, cát và sỏi.

 

 

Bản tóm tắt

DTFR chủ yếu nổi bật ở các thành tạo không cố kết, trầm tích hoặc biến chất/đứt gãy. Nó đã tạo được danh tiếng vững chắc như một kỹ thuật khoan tiêu tốn ít năng lượng, cho phép phát triển các lỗ khoan có đường kính lớn trong địa chất không cố kết, đồng thời mang lại những lợi ích quan trọng trong việc ngăn chặn môi trường.

 

 

Khi thế giới khoan ngày càng quen thuộc hơn với DTFR, chúng ta có thể sẽ thấy những đổi mới liên tục trong ứng dụng của nó trong ngành tài nguyên nước và các lĩnh vực khác.