“Máy này khoan được 1000 mét, giếng của anh 800 mét, đủ dùng.” Những cuộc trò chuyện kiểu này không hiếm gặp trong các dự án giếng nước. Dòng chiều sâu khoan tối đa trong tài liệu giàn khoan nước cấp 1000 mét nói về giới hạn độ sâu lỗ khoan mà thiết bị có thể đạt được trong điều kiện làm việc nhất định; còn một dự án có thể triển khai hay không còn phải xem các nhóm điều kiện như đường kính giếng, kết cấu thành giếng, lực nâng, mô-men xoắn, máy nén khí và đường vào công trường có đồng thời thỏa mãn hay không. Bài viết này lấy thông số công khai WRT1000 của trang này làm tham chiếu, phân tích từng điểm sai lệch dễ bị hiểu thành “chiều sâu khoan đủ là được”.
Thông số công khai WRT1000 đặt lên trước
WRT1000 là giàn khoan nước gắn xe, tháp thẳng, cấp 1000 mét. Các giá trị chính được tài liệu công khai đưa ra bao gồm: chiều sâu khoan tối đa 1000 m, đường kính lỗ khoan 105–800 mm, lực nâng 51/52 T, mô-men xoắn quay hai chế độ 20000/10000 N·m, tương ứng 70/140 r/min, lực trục 11 T, hành trình tiến 7 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm, nâng nhanh 28 m/min, tiến nhanh 42 m/min, áp suất làm việc khuyến nghị DTH 1.65–8 MPa, lưu lượng khí 16–96 m³/min, động cơ diesel 194 kW, trọng lượng toàn máy khoảng 26 T, kích thước vận chuyển khoảng 10.8×2.5×4.23 m. Hai tời phụ trợ lần lượt là 4 T và 3 T.
Những giá trị này là nhiều mặt năng lực của cùng một thiết bị, không phải các cách nói khác nhau của cùng một kết luận. Chiều sâu khoan chỉ là một dòng trong đó.
Sai lệch 1: Coi chiều sâu khoan tối đa là chiều sâu giếng mục tiêu
Tài liệu ghi “chiều sâu khoan tối đa 1000 m”, tức là giới hạn năng lực độ sâu lỗ khoan của thiết bị này trong cấu hình đó. Một giếng trong dự án khoan sâu bao nhiêu phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước, lưu lượng nước mục tiêu, kết cấu ống giếng, công nghệ thành giếng và loại máy bơm, không do giới hạn thiết bị quyết định ngược lại.
Tình huống phổ biến của dự án nước ngầm sâu là: tầng chứa nước nông không ổn định hoặc không đủ lưu lượng, cần tìm nguồn nước sâu hơn. Trong trường hợp này, chiều sâu khoan cấp 1000 mét cung cấp dư lượng thi công, không có nghĩa mỗi giếng đều phải khoan tới 1000 m. Giai đoạn thành giếng còn phải kết hợp phân bố tầng chứa nước để bố trí ống lọc, đoạn chắn nước và loại máy bơm cuối cùng; yêu cầu độ sâu của các công đoạn này không phải lúc nào cũng cùng một con số với chiều sâu khoan.
Sai lệch 2: Chỉ nhìn chiều sâu khoan, không nhìn tải trọng tương ứng với đường kính lỗ khoan
Phạm vi đường kính lỗ khoan của WRT1000 là 105–800 mm. Đường kính lỗ khoan và chiều sâu khoan không phải hai đường độc lập; khi đường kính lỗ khoan tăng lên, tải trọng dụng cụ khoan, nhu cầu máy nén khí, trọng lượng ống chống và độ khó tạo lỗ đều tăng theo. Cùng một thiết bị, ở đường kính 105 mm và ở đường kính 800 mm, chiều sâu lỗ khoan có thể đạt được không giống nhau; tài liệu công khai không đưa ra bảng tương ứng giữa đường kính lỗ khoan và chiều sâu lỗ khoan.
Đường kính lớn phù hợp với ống giếng và máy bơm lớn hơn, nhưng chi phí phía này phải tính rõ: tải trọng cần khoan tăng, lượng mùn trào ra tăng, độ khó hạ ống chống tăng. Khi chọn đường kính lỗ khoan cho dự án, nên suy ngược từ lưu lượng nước và kết cấu thành giếng, không nên lấy từ giới hạn đường kính tối đa mà thiết bị có thể mở xuống.
Sai lệch 3: Coi lực nâng và mô-men xoắn là “có là đủ”
Ở chiều sâu lỗ khoan cấp 1000 mét, giá trị tuyệt đối của trọng lượng bản thân cần khoan, trọng lượng ống chống và ma sát thành lỗ đều tăng rõ rệt. WRT1000 đưa ra lực nâng 51/52 T và lực trục 11 T, dùng cho nâng hạ cần khoan sâu, thu hồi búa khoan, một phần công việc ống chống và xử lý dụng cụ ở đoạn lỗ khoan bất thường.
Có một điểm dễ bị đơn giản hóa: lực nâng lớn không có nghĩa là khi gặp lực cản nâng cần tăng liên tục thì có thể kéo trực tiếp. Tài liệu trình bày là trước tiên làm sạch lỗ và phán đoán trạng thái trong lỗ, rồi mới quyết định thao tác. Giới hạn lực nâng giống một ranh giới hơn là giá trị vận hành thông thường.
Phần quay cũng tương tự. 20000/10000 N·m tương ứng cấu hình hai tốc độ 70/140 r/min; tốc độ thấp mô-men xoắn cao phù hợp hơn với đường kính lớn, đá cứng và đoạn lỗ ma sát cao; cấp tốc độ cao phù hợp với tầng ổn định ít lực cản. Hai chế độ làm việc là hai lựa chọn chế độ công tác, không phải hai cấp tốc độ. Trong thi công lỗ sâu cần điều chỉnh động theo tải quay, mùn trào ra và mài mòn dụng cụ khoan, không thể chạy mãi ở một cấp cố định.
Sai lệch 4: Coi máy nén khí là hạng mục đi kèm thiết bị
Áp suất làm việc khuyến nghị cho khoan DTH bằng búa khoan của WRT1000 là 1.65–8 MPa, lưu lượng khí 16–96 m³/min. Dòng giá trị này quyết định máy nén khí đi kèm không phải là một bộ phận nhỏ có thể chọn tùy tiện.
Lỗ khoan sâu cấp 1000 mét và đá cứng đường kính lớn có yêu cầu rất cao về áp suất và lưu lượng của máy nén khí; chọn loại phải đánh giá tổng hợp theo thông số búa khoan, đường kính lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan, độ cao so với mực nước biển và độ cứng tầng đá, không thể chỉ nhìn áp suất định mức. Tài liệu đặc biệt lưu ý điểm này. Yếu tố độ cao sẽ đồng thời ảnh hưởng đến lưu lượng thực tế của máy nén khí và hiệu quả làm việc của búa khoan, do đó cùng một máy nén khí ở các độ cao khác nhau có khả năng sử dụng không giống nhau; phần này cần tính riêng theo vị trí dự án.
Sai lệch 5: Coi cấp 1000 mét là chỉ cần cả xe chạy vào được
WRT1000 là kết cấu gắn xe, khi chuyển công trường không cần lặp lại việc sắp xếp xe phẳng để bốc dỡ như giàn khoan bánh xích, đây là ưu điểm của nó trong các dự án có điểm khoan phân tán. Nhưng trọng lượng toàn máy khoảng 26 T, kích thước vận chuyển khoảng 10.8×2.5×4.23 m, trong đó chiều cao vận chuyển 4.23 m là một ràng buộc cứng dễ bị bỏ qua.
Tháp thẳng gắn xe dựng lên khi làm việc và thu về trạng thái vận chuyển khi chuyển công trường; kết cấu tháp thẳng có không gian hạn chế để nén biên dạng vận chuyển. Trước khi vào công trường cần xác minh giới hạn chiều cao đường, cầu, đường dây trên không, cửa khu nhà máy và các vật cản phía trên khác, đồng thời kiểm tra khả năng chịu tải của đường, độ dốc, bán kính quay và điều kiện chịu tải của bãi, đặc biệt khi điều kiện đường mỏ phức tạp.
Sai lệch 6: Nói khả năng thích ứng địa tầng thành thích ứng toàn lỗ khoan
Tài liệu WRT1000 đưa ra hướng phân đoạn theo địa tầng: tầng tơi rời phía trên, đất sét, tầng cát và tầng sỏi có thể dùng khoan tuần hoàn dung dịch, ống chống hoặc các biện pháp ổn định lỗ khác; sau khi vào đá cứng nguyên khối có thể bố trí búa khoan DTH áp suất gió trung bình và cao; đá phong hóa, đới đứt gãy và địa tầng hỗn hợp có thể thay đổi liên tục trong cùng một lỗ khoan.
Hiểu “có thể bố trí DTH” thành “toàn bộ lỗ khoan đều dùng được DTH” sẽ bỏ qua tính ổn định của đoạn lỗ phía trên. Trong giếng sâu 1000 mét, một khi đoạn lỗ phía trên xảy ra sập lỗ, co nhỏ đường kính hoặc vấn đề ống chống, rủi ro và chi phí xử lý cho thi công lỗ sâu tiếp theo sẽ tăng lên đáng kể; tài liệu có nêu rõ điểm này. Thi công đới đứt gãy cần giảm tiến độ, tăng cường làm sạch lỗ và xử lý đá rơi, co nhỏ theo tình trạng thành lỗ.
Sau khi vào tầng chứa nước chính, lượng nước trong lỗ tăng lên sẽ ảnh hưởng đến xả mùn và trạng thái tuần hoàn của búa khoan. Trong thi công nên ghi lại độ sâu tầng xuất nước chính và điều chỉnh phương án cấp khí, làm sạch lỗ và ống chống theo lưu lượng nước phun.
Sai lệch 7: Tách rời cần khoan và hành trình tiến
Hành trình tiến của WRT1000 là 7 m, có thể dùng cần khoan 3 m hoặc 6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm. Cần khoan 6 m phù hợp với thi công lỗ sâu chu kỳ dài, có thể giảm số lần nối cần; cần khoan 3 m phù hợp hơn với công trường bị hạn chế về không gian, vận chuyển hoặc điều kiện thao tác thủ công.
Hành trình tiến, chiều dài cần khoan và số lần nối cần là một nhóm điều kiện tổ chức thi công có liên quan với nhau. Nâng nhanh 28 m/min và tiến nhanh 42 m/min mô tả tốc độ của động tác không khoan, nó ảnh hưởng đến công đoạn phụ trợ, không phải hiệu suất khoan. Coi hai nhóm giá trị này là năng lực tổng hợp của thiết bị sẽ đưa ra phán đoán lạc quan quá mức.
Các điều kiện cần đối chiếu cùng nhau
Gộp các sai lệch trên lại, trước khi chọn thiết bị như WRT1000 cho dự án giếng nước cấp 1000 mét, các mục đáng kiểm tra từng mục có thể sắp xếp thành bảng đối chiếu dưới đây.
| Mục kiểm tra | Giá trị tài liệu đưa ra | Nội dung cần xác nhận riêng |
|---|---|---|
| Chiều sâu giếng mục tiêu | Chiều sâu khoan tối đa 1000 m | Độ sâu tầng chứa nước, kết cấu thành giếng, độ sâu thực tế tương ứng với loại máy bơm |
| Đường kính giếng | 105–800 mm | Mục tiêu lưu lượng nước, kích thước ống giếng, tổ hợp thực tế giữa đường kính lỗ khoan và chiều sâu lỗ khoan |
| Lực nâng | 51/52 T, lực trục 11 T | Trọng lượng cần khoan và ống chống, giá trị tích lũy ma sát thành lỗ ở chiều sâu lỗ khoan cụ thể |
| Quay | 20000/10000 N·m, 70/140 r/min | Phương pháp chọn chế độ công tác theo đường kính lỗ khoan, tầng đá và trạng thái mùn trào ra |
| Máy nén khí | 1.65–8 MPa, 16–96 m³/min | Nhu cầu thực tế tương ứng với thông số búa khoan, độ cao, độ cứng tầng đá |
| Chuyển công trường | Khoảng 26 T, khoảng 10.8×2.5×4.23 m | Giới hạn chiều cao đường, khả năng chịu tải, độ dốc, quay xe và khả năng chịu tải bãi |
| Địa tầng | Dùng phân đoạn khoan tuần hoàn dung dịch, ống chống, DTH | Phương án ổn định lỗ phía trên, xử lý đới đứt gãy, ứng phó đoạn nước phun |
| Cần khoan | Hành trình tiến 7 m, đường kính khuyến nghị 114 mm | Điều kiện sử dụng cần khoan 3 m và 6 m tại công trường cụ thể |
Phần bài viết này chưa trả lời
Tài liệu công khai WRT1000 không đưa ra quan hệ tương ứng giữa các đường kính lỗ khoan khác nhau và chiều sâu lỗ khoan tối đa, cũng không đưa ra giá trị hiệu suất khoan dưới các tầng đá khác nhau, danh sách tương thích thương hiệu búa khoan, phương pháp thiết kế cụ thể ống lọc và đoạn chắn nước. Những nội dung này không nằm trong bảng thông số thiết bị, cần được xác định riêng bởi thiết kế địa chất thủy văn và công nghệ thành giếng của dự án.
Con số chiều sâu khoan lớn là một chỉ số năng lực thiết bị rõ ràng, nhưng nó chỉ trả lời câu hỏi “về lý thuyết thiết bị này có thể khoan sâu bao nhiêu”. Sau khi đối chiếu đồng thời đường kính lỗ khoan, lực nâng, mô-men xoắn, máy nén khí, phương án địa tầng và điều kiện vào công trường, con số này mới có cơ hội trở thành sắp xếp có thể thực thi trong dự án.