Thiết bị có giá trị độ sâu khoan càng lớn thì giá thành, trọng lượng vận chuyển, diện tích chiếm dụng và thời gian vào công trường cũng tăng theo. Vì vậy, khó khăn thực sự của câu hỏi "nên dùng cấp nào" không nằm ở việc có thể khoan tới một độ sâu nhất định hay không, mà ở chỗ trước tiên phải xác định độ sâu giếng mục tiêu có thực sự cần cấp thiết bị đó đảm nhiệm hay không. Các dòng máy cấp 1000 m trở lên đã công bố trên trang có độ sâu khoan lần lượt là 1000 m, 1200 m và 1500 m, nhưng khác biệt giữa ba dòng không chỉ nằm ở ba con số này. Dưới đây triển khai theo một trình tự đánh giá có thể thực hiện, mỗi bước chỉ sử dụng các giá trị và mô tả đã xuất hiện trong tài liệu.
Bước 1: Tách độ sâu giếng mục tiêu thành "bắt buộc phải khoan tới" và "có thể khoan tới"
"Độ sâu khoan tối đa" của một thiết bị là giới hạn năng lực, còn độ sâu thiết kế của giếng cụ thể do tài liệu địa chất thủy văn, độ sâu chôn vùi của tầng chứa nước mục tiêu và kết cấu hoàn thiện giếng quyết định. Hai khái niệm này không giống nhau. Lấy WR1000S làm ví dụ, tài liệu ghi độ sâu khoan tối đa 1000 m, đường kính lỗ khoan 105–800 mm, đồng thời nêu rõ "độ sâu giếng thực tế vẫn cần xác định dựa trên tài liệu địa chất thủy văn, cấu trúc địa tầng và tầng chứa nước mục tiêu". Đọc ngược lại câu này có nghĩa là: nếu tầng chứa nước mục tiêu ở một khu vực thường nằm trong khoảng 700–800 m, thì lý do chọn thiết bị cấp 1000 m không phải là "dù sao cũng phải khoan tới 1000 m", mà là để độ sâu khoan, năng lực xử lý cột cần khoan và kết cấu hoàn thiện giếng đều có dự phòng trong khoảng này.
Do đó, việc đầu tiên cần xác lập là chia độ sâu giếng trong dự án thành hai cột: độ sâu mà phần lớn giếng thực tế cần khoan tới, và giá trị sâu nhất mà một số giếng có thể đạt tới. Cột trước quyết định vùng làm việc thông thường của thiết bị, cột sau quyết định giới hạn năng lực cần dự phòng bao nhiêu. Tài liệu không đưa ra tiêu chuẩn định lượng "dự phòng bao nhiêu là phù hợp", cột này cần xác nhận riêng kết hợp với thực tế dự án.
Bước 2: Đường kính lỗ khoan và kết cấu hoàn thiện giếng sẽ thay đổi ngược lại đánh giá độ sâu giếng
Cùng một cấp thiết bị có tải trọng khác nhau dưới các đường kính lỗ khoan khác nhau. Dải đường kính lỗ khoan của WR1000S là 105–800 mm, độ rộng rất lớn. Trong tài liệu có một giới hạn cần đặc biệt lưu ý: "Đường kính lỗ khoan càng lớn thì yêu cầu đối với máy nén khí, dụng cụ khoan, ống chống và tải trọng toàn máy càng cao, do đó không thể chỉ tiến hành thi công thông thường theo đường kính lỗ khoan tối đa." Điều này cho thấy giới hạn 800 mm gần với biên năng lực hơn là đường kính lỗ khoan phổ biến có thể làm việc ổn định lâu dài.
Đặt bước này sau bước 1 là vì kết cấu hoàn thiện giếng quyết định quy cách ống chống, kích thước ống lọc và có cần đường kính giếng lớn hơn hay không. Nếu giai đoạn sau của dự án cần hạ ống chống đường kính lớn hoặc sử dụng kết cấu hút nước lưu lượng lớn, thì ở cùng độ sâu giếng, tải trọng thực tế mà thiết bị chịu sẽ cao hơn rõ rệt so với phương án đường kính giếng thông thường. Lúc này, quay lại bước 1 để kiểm tra lại dự phòng độ sâu giếng sẽ an toàn hơn là chọn thiết bị trực tiếp theo độ sâu khoan.
Bước 3: Dùng lực nâng và mô-men xoắn để kiểm tra tải trọng cột cần khoan, không dùng độ sâu khoan
Bản thân độ sâu khoan không tạo ra tải trọng; tải trọng đến từ cột cần khoan trong lỗ. Lấy WR1000S làm ví dụ, các giá trị liên quan trong tài liệu là: lực nâng 52 T, áp lực trục 8 T, mô-men xoắn quay 26000 / 13000 N·m, tốc độ quay tối đa 70 / 140 r/min, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm, hỗ trợ cần khoan 6 m. Chỉ khi đặt các giá trị này cạnh nhau mới có thể giải thích năng lực kiểm soát cột cần khoan ở độ sâu lỗ khoan cấp 1000 m.
| Thông số | WR1000S | Ghi chú |
|---|---|---|
| Độ sâu khoan tối đa | 1000 m | Giới hạn năng lực, không bằng độ sâu thiết kế của mỗi giếng |
| Đường kính lỗ khoan | 105–800 mm | Đường kính lớn tương ứng tải trọng cao hơn, không nên dùng làm đường kính thông thường |
| Lực nâng | 52 T | Dùng cho nâng hạ cần khoan, thu hồi dụng cụ khoan và một phần thi công ống chống quy cách lớn |
| Mô-men xoắn quay | 26000 / 13000 N·m | Tốc độ thấp mô-men xoắn cao dùng cho đường kính lớn, đá cứng và đoạn lỗ ma sát cao |
| Cần khoan | 6 m, đường kính khuyến nghị 114 mm | Giảm số lần nối tháo ở lỗ sâu, giảm thời gian phụ và cường độ lao động |
| Áp suất làm việc | 1.6–8 MPa, lưu lượng khí 16–96 m³/min | Cần xác định tổng hợp theo búa khoan ngầm, đường kính lỗ, độ sâu lỗ, độ cao và độ cứng đá |
Trong tài liệu có một câu về lực nâng: "Ở độ sâu lỗ khoan cấp 1000 m, trọng lượng bản thân cần khoan, ma sát thành lỗ, trọng lượng ống chống và kẹt cục bộ đều đặt yêu cầu cao hơn lên hệ thống nâng." Câu này cho thấy lực nâng không chỉ phục vụ nâng hạ cần khoan bình thường. Nó còn phải tạo không gian thao tác trong trạng thái bất thường trong lỗ. Nhưng tài liệu không đưa ra kết quả định lượng "lực nâng nên cao hơn trọng lượng bản thân cột cần khoan bao nhiêu"; tải trọng thực tế trong các trường hợp kẹt, co đường kính, rơi cục cần được đánh giá dựa trên hồ sơ dự án.
Bước 4: Chiều dài cần khoan và hình thức tháp khoan quyết định quy trình, không chỉ vận chuyển
Ý nghĩa của cần khoan 6 m đối với độ sâu lỗ khoan cấp 1000 m đã được tài liệu ghi rất trực tiếp: nếu dùng cần khoan quá ngắn, số lần nối tháo sẽ tăng mạnh, thời gian phụ và cường độ lao động sẽ tích lũy nhanh chóng. Điều này càng rõ ở thiết bị cấp 1500 m; WR1500S hỗ trợ cần khoan 9.6 m, cột cần khoan càng dài thì tần suất nối tháo càng thấp, nhưng trọng lượng và yêu cầu cẩu lắp của từng cây cần khoan cũng tăng theo.
Hình thức tháp khoan quyết định phương thức chuyển công trường và điều kiện mặt bằng. Trong mã hiệu WR1000S, S đại diện cho tháp lồng; tài liệu giải thích tác dụng của nó là "giảm kích thước tổng thể khi vận chuyển, duy trì chiều cao làm việc cần thiết cho thi công lỗ sâu khi làm việc", từ đó cân bằng giữa xếp xe, thông qua đường sá và năng lực thi công cần khoan 6 m. Ở đây cần phân biệt rõ: tháp lồng thay đổi kích thước và chiều cao ở hai trạng thái chuyển công trường và làm việc; tài liệu không nói nó có thể thay thế việc kiểm tra giới hạn chiều rộng, giới hạn chiều cao đường và tải trọng cầu.
Kích thước và trọng lượng toàn máy là điều kiện cứng của cùng một quy trình. WR1000S có trọng lượng toàn máy khoảng 17.8 T, kích thước ngoài khoảng 7.3 × 2.25 × 2.75 m; WR1500S có trọng lượng toàn máy khoảng 28 T, kích thước ngoài khoảng 11.5 × 2.6 × 3.5 m. Hai tấn vị không cùng một cấp độ, phương án vận chuyển không thể áp dụng lẫn nhau. Tài liệu cũng lưu ý khi vận chuyển cần xác nhận tải trọng xe phẳng, giới hạn chiều rộng, giới hạn chiều cao đường và tải trọng cầu.
Bước 5: Khí nén phối hợp và tuyến công nghệ phải xác định trước, không thể đợi khởi công mới bổ sung
Dự án lỗ sâu và đường kính lớn có yêu cầu rất cao về áp suất và lưu lượng máy nén khí. Tài liệu WR1000S đưa ra áp suất làm việc khuyến nghị 1.6–8 MPa, lưu lượng khí 16–96 m³/min, và nêu rõ "khi lựa chọn thực tế cần xác định tổng hợp theo búa khoan ngầm, đường kính lỗ, độ sâu lỗ, độ cao và độ cứng đá; lưu lượng không đủ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả va đập và thải mùn". Trong lỗ sâu cấp 1000 m, khoảng cách vận chuyển mùn đá đáy lỗ dài, thải mùn không đủ dễ hình thành cặn lắng và nghiền lặp, làm tăng thêm mô-men xoắn và tiêu hao năng lượng.
Về tuyến công nghệ, WR1000S hỗ trợ hai phương thức khoan quay bằng dung dịch và khoan búa ngầm DTH: tầng đất, sét, cát và sỏi cát có thể dùng dung dịch, ống chống và các biện pháp giữ thành để tạo đoạn lỗ ổn định trước, sau khi vào tầng đá thì chuyển sang công nghệ búa ngầm DTH. Tài liệu chỉ ghi về xử lý đới phá hủy, khe nứt và tầng rò khí là "nên giảm tốc độ tiến quá nhanh, tăng cường làm sạch lỗ, và tùy tình hình sử dụng ống chống, bọt hoặc các biện pháp ổn định lỗ khác", không đưa ra thông số hoặc bước thao tác cụ thể. Khi liên quan đến các đoạn lỗ này, phương án cần được xác nhận riêng.
Bước 6: Cấp dầu-điện hai chế độ cần đánh giá riêng, không nằm trong trình tự độ sâu khoan
Trong tài liệu thiết bị cấp 1200 m xuất hiện một lựa chọn ở chiều khác. Mục động lực của WR1200SL đồng thời ghi động cơ diesel Cummins 264 kW và cấu hình động lực kép diesel/điện, kèm một giới hạn: "Công suất cuối cùng, điện áp, tần số và phương án khởi động của phần điện phải được xác định theo hệ thống cấp điện của dự án." Điều này cho thấy dầu-điện hai chế độ là một phương án động lực có thể cấu hình, việc có sử dụng hay không phụ thuộc vào điều kiện cấp điện tại công trường, chứ không phải là phần mở rộng tự nhiên của đánh giá độ sâu khoan.
Vì vậy ở bước này, phân cấp thiết bị và phương án động lực là hai tuyến đánh giá song song: độ sâu khoan, đường kính lỗ và tải trọng cột cần khoan quyết định cấp máy; điều kiện cấp điện quyết định trong cùng cấp đó chọn diesel hay động lực kép. Tài liệu không đưa ra so sánh chi phí vận hành của hai phương án, cũng không đưa ra danh mục dự án áp dụng; phần này cần xác minh với nhà sản xuất ở giai đoạn chọn máy.
Tóm tắt sáu bước thành một bảng trình tự
- Độ sâu giếng mục tiêu trước tiên chia thành hai cột độ sâu thông thường và giá trị sâu nhất, không dùng trực tiếp độ sâu khoan tối đa của thiết bị thay cho độ sâu giếng thiết kế
- Sau khi xác định đường kính lỗ và kết cấu hoàn thiện giếng, quay lại kiểm tra dự phòng độ sâu giếng, vì đường kính lớn sẽ nâng cao tải trọng toàn máy
- Dùng lực nâng, áp lực trục và mô-men xoắn quay để kiểm tra tải trọng cột cần khoan, không dùng giá trị độ sâu khoan
- Chiều dài cần khoan và hình thức tháp khoan quyết định phương thức chuyển công trường, tần suất nối tháo và điều kiện mặt bằng
- Áp suất và lưu lượng khí nén xác định tổng hợp theo búa khoan ngầm, đường kính lỗ, độ sâu lỗ, độ cao và độ cứng đá
- Dầu-điện hai chế độ thuộc nhánh phương án động lực, phụ thuộc điều kiện cấp điện tại hiện trường, không thay đổi cấp máy
Phần cần xác nhận riêng
Tài liệu trên trang không đưa ra chênh lệch giá giữa các cấp thiết bị, cũng không đưa ra dữ liệu tiến độ khoan dưới các tổ hợp địa tầng khác nhau. Mối quan hệ khớp định lượng giữa lực nâng với đường kính lỗ và độ sâu lỗ cũng chưa được tài liệu bao quát, chỉ có thể cung cấp các hạng mục thông số cần kiểm tra. Khi chọn máy thực tế, độ sâu tầng chứa nước mục tiêu, cấu trúc địa tầng, thiết kế hoàn thiện giếng, tuyến vận chuyển và điều kiện cấp điện nên do bên dự án cung cấp; tài liệu sản phẩm trên trang cung cấp giới hạn năng lực thiết bị, không thể thay thế đánh giá địa chất thủy văn và thiết kế hoàn thiện giếng. Cấu hình cụ thể và hạng mục tùy chọn lấy xác nhận của hợp đồng và nhà sản xuất làm chuẩn.