Khi xem bảng thông số máy khoan giếng nước, hệ thống quay thường được ghi thành hai dòng giá trị nằm cạnh nhau, ví dụ mô-men xoắn lớn nhất 8000/4000 N·m, tương ứng tốc độ quay lớn nhất 75/150 r/min. Cách đọc đơn giản nhất cho quan hệ trước và sau dấu gạch chéo là coi nó như một hộp số hai cấp: muốn nhanh thì vào số cao, muốn khỏe thì vào số thấp. Nhưng khoan giếng nước không phải chuyển số trên đường, hai giá trị này lần lượt tương ứng với đầu ra quay dưới các trạng thái lực cản khác nhau trong lỗ khoan; căn cứ lựa chọn đến từ đường kính lỗ khoan, tầng đá và tình trạng hồi mùn, chứ không phải thói quen lái xe.
Hai bên dấu gạch chéo thực sự mô tả điều gì
Lấy tài liệu công khai của WR400QS trên trang này làm ví dụ, hệ thống quay được ghi thành hai cấp giá trị. Quy ước phổ biến của cách ghi này là: trước dấu gạch chéo là cấp mô-men xoắn cao, tốc độ thấp; sau dấu gạch chéo là cấp mô-men xoắn thấp hơn, tốc độ cao hơn. 8000 N·m đi với 75 r/min, 4000 N·m đi với 150 r/min. Chúng không mô tả hai nút tốc độ, mà là giới hạn năng lực của một thiết bị trong hai dải đầu ra quay.
Cấp số của hộp số xe tương ứng với tổ hợp tốc độ xe và lực kéo, căn cứ chuyển số chủ yếu là mặt đường và tải trọng, bản thân quá trình chuyển số không làm thay đổi đối tượng thi công. Khoan thì khác: khi chuyển đầu ra quay, trạng thái đáy lỗ đã thay đổi, dụng cụ khoan, mùn đá và thành lỗ cùng tác động, thời điểm chuyển và đoạn lỗ khoan mục tiêu gắn chặt với nhau.
Cấp mô-men xoắn cao tốc độ thấp nhắm vào loại đoạn lỗ khoan nào
Cấp 8000 N·m, 75 r/min theo mô tả trong tài liệu phù hợp hơn với đường kính lỗ khoan lớn, đá cứng và điều kiện tải cao. Có thể hiểu các điều kiện này từ một vài hướng:
- Đường kính lỗ khoan càng lớn, diện tích tiếp xúc của mũi khoan đáy lỗ càng lớn, lực cản quay tăng theo, cần mô-men xoắn lớn hơn để duy trì quay.
- Trong đá cứng nguyên khối, mũi khoan hoặc búa khoan ngầm cắt, đập khối đá, mô-men xoắn phản lực đáy lỗ cao, tốc độ quá cao không có lợi cho ổn định dụng cụ khoan và hồi mùn.
- Sau khi độ sâu lỗ khoan tăng, trọng lượng bản thân cần khoan và ma sát thành lỗ cộng dồn, hệ thống quay cần dự trữ đủ mô-men xoắn.
Cấp này không theo đuổi tốc độ quay trong một đơn vị thời gian, mà đảm bảo quay không bị lực cản trong lỗ làm dừng. Trong đá cứng, tốc độ quay thấp cũng thuận lợi để mùn đá đáy lỗ được khí hoặc dung dịch khoan mang đi kịp thời, giảm nghiền lặp.
Điều kiện đoạn lỗ khoan tương ứng với cấp tốc độ cao hơn
Cấp 4000 N·m, 150 r/min tương ứng với giai đoạn khoan có lực cản tương đối nhỏ. Tài liệu WR400QS mô tả nó là "giai đoạn khoan có lực cản tương đối nhỏ", không đưa ra danh sách địa tầng cố định. Có thể hiểu theo hướng này: khi đường kính lỗ khoan tương đối nhỏ, cường độ đá không cao, ma sát trong lỗ có thể kiểm soát, dùng tốc độ quay cao hơn để tiến, số vòng quay trong đơn vị thời gian tăng, số lần cắt của mũi khoan cũng tăng theo.
Cần lưu ý rằng tốc độ quay cao hơn không đồng nghĩa với tạo lỗ nhanh hơn. Tăng tốc độ quay đồng thời thay đổi trường dòng đáy lỗ, rung động dụng cụ khoan và trạng thái hồi mùn; nếu làm sạch mùn đá trong lỗ không theo kịp, tốc độ cao lại làm tăng nghiền lặp. Điều kiện áp dụng của cấp này cần xem cùng tình trạng hồi mùn và trạng thái cấp khí, cấp dung dịch.
Trong cùng một giếng, hai cấp tương ứng với các đoạn lỗ khoan khác nhau
Khi hiểu hai cấp như hộp số, dễ mặc định chúng là thiết lập cố định trước khi thi công. Thực tế, cùng một giếng nước cấp 400 mét từ trên xuống dưới sẽ trải qua các đoạn lỗ khoan khác nhau: phần trên có thể là lớp phủ đất, sét, cát, xuống dưới vào đá phong hóa, đới nứt nẻ, rồi vào đá nguyên khối. Tài liệu WR400QS hỗ trợ khoan bằng búa khoan ngầm, cũng hỗ trợ khoan quay bằng dung dịch; bản thân phương thức khoan có thể thay đổi theo từng đoạn.
| Đặc điểm đoạn lỗ khoan | Xu hướng đầu ra quay | Điều kiện cần xem đồng thời |
|---|---|---|
| Đường kính lớn, đá cứng nguyên khối | Mô-men xoắn cao, tốc độ thấp | Áp khí búa khoan ngầm, trạng thái mũi khoan, hồi mùn |
| Giai đoạn lực cản nhỏ hơn | Mô-men xoắn thấp hơn, tốc độ cao hơn | Làm sạch mùn đá, ổn định thành lỗ |
| Đới đứt gãy, địa tầng nứt nẻ | Không nên tăng đầu ra một cách mù quáng | Dấu hiệu rơi khối, rò khí, thu hẹp đường kính |
Dòng thứ ba trong bảng đáng được nói riêng. Tài liệu WR400QS lưu ý rằng đới đứt gãy có thể gây rơi khối, rò khí và kẹt cần; lúc này nên giảm tiến quá nhanh, duy trì làm sạch lỗ liên tục, chứ không chỉ dựa vào mô-men xoắn cao hơn hoặc lực nâng lớn hơn để cố chịu. Điều này cho thấy hai cấp đầu ra quay không phải là cách giải quyết mọi lực cản trong lỗ khoan.
Bản thân giá trị mô-men xoắn không thể xác định điều gì
8000/4000 N·m được ghi trong tài liệu, điều có thể nói là giới hạn trên của thiết bị này ở hai cấp đầu ra. Nó không thể trả lời trực tiếp các câu hỏi sau:
- Một đường kính lỗ khoan cụ thể cần bao nhiêu mô-men xoắn — điều này còn phụ thuộc vào cường độ đá, loại mũi khoan và tổ hợp dụng cụ khoan.
- Một tầng đá cụ thể nên dùng cấp nào — tài liệu đưa ra hướng áp dụng, không phải bảng đối chiếu địa tầng.
- Chuyển đổi và chuyển tiếp giữa hai cấp như thế nào — đây là vấn đề vận hành tại hiện trường và công nghệ, tài liệu không đưa ra tiêu chí chuyển đổi.
- Dự trữ mô-men xoắn có đủ ứng phó kẹt cần hay không — khi gặp kẹt cần, thu hẹp đường kính hoặc rơi khối thành lỗ, tài liệu khuyến nghị ưu tiên làm sạch lỗ và điều chỉnh công nghệ, chứ không dựa vào lực nâng lớn nhất để kéo mạnh.
Nói cách khác, nhóm giá trị này là một trong những đầu vào để phán đoán giới hạn năng lực thiết bị, không phải kết luận có thể áp dụng trực tiếp cho một đoạn lỗ khoan cụ thể.
Vì sao nhóm giá trị này cần được đọc cùng các hệ thống khác
Chỉ nhìn mô-men xoắn hai chế độ, dễ đánh giá quá cao hoặc quá thấp một thiết bị. Các thông số liên quan được đưa ra đồng thời trong tài liệu WR400QS bao gồm: lực nâng 22 T, áp lực trục 4 T, tốc độ nâng nhanh 29 m/min, độ sâu khoan tối đa 400 m, đường kính lỗ khoan 105–325 mm, đường kính cần khoan khuyến nghị 89/102 mm, áp khí làm việc 1.2–3.5 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–55 m³/min, trọng lượng toàn máy khoảng 8.6 T.
Mô-men xoắn quay và các thông số này có quan hệ tham chiếu: đường kính lỗ khoan quyết định lực cản quay, cũng quyết định không gian cần để tạo giếng; độ sâu lỗ khoan quyết định trọng lượng bản thân cột cần khoan, từ đó ảnh hưởng dự trữ lực nâng; khi khoan bằng búa khoan ngầm, lưu lượng máy nén khí có đủ hay không thường quan trọng hơn việc đạt một giá trị áp suất nào đó. Tách riêng mô-men xoắn ra để xem sẽ mất đi vị trí của nó trong toàn bộ chuỗi.
Gợi ý trình tự phán đoán tại hiện trường
Theo trình tự mà tài liệu có thể hỗ trợ, đưa mô-men xoắn hai chế độ trở lại phán đoán thi công, có thể tiến hành như sau:
- Trước tiên xác định độ sâu giếng mục tiêu, đường kính tạo giếng và kết cấu ống chống giếng, những điều này quyết định mức tải.
- Sau đó theo tổ hợp địa tầng xác định phương thức khoan của từng đoạn lỗ khoan, là quay bằng dung dịch hay búa khoan ngầm.
- Tiếp theo đối chiếu đầu ra quay có bao phủ trạng thái lực cản của đoạn lỗ khoan tương ứng hay không.
- Đồng thời xác nhận lực nâng, áp lực trục, áp khí, lưu lượng khí tiêu thụ có khớp với dụng cụ khoan và máy nén khí đã chọn hay không.
- Trước khi vào công trường, kiểm tra riêng trọng lượng thiết bị, kích thước ngoài với điều kiện đường sá và sức chịu tải mặt bằng hiện trường.
Trong trình tự này, mô-men xoắn hai chế độ xuất hiện ở bước thứ ba, nó trả lời câu hỏi "đoạn lỗ khoan này hệ thống quay có mang nổi hay không", chứ không phải "thiết bị này có nhanh hay không".
Những phần vẫn cần xác nhận ngoài tài liệu
Tài liệu công khai của WR400QS đưa ra hai cấp giá trị của hệ thống quay và hướng áp dụng, nhưng trước khi dự án cụ thể được triển khai, vẫn còn một số loại thông tin cần được thực hiện ở cấp dự án hoặc nhà sản xuất:
- Điều kiện địa chất thủy văn địa phương quyết định độ sâu giếng cuối cùng, giới hạn năng lực của thiết bị cấp 400 mét không đồng nghĩa với độ sâu giếng mục tiêu.
- Hiệu quả khoan thực tế chịu ảnh hưởng của địa tầng, mũi khoan, búa khoan ngầm và máy nén khí; tài liệu đã ghi rõ nên lấy điều kiện hiện trường làm chuẩn.
- Quan hệ tương ứng giữa quy cách cần khoan, ống chống và cấu hình thiết bị cần được xác nhận từng hạng mục theo kết cấu tạo giếng.
- Các cấu hình tùy chọn như bơm dung dịch, bơm ly tâm, máy phát điện, bơm bọt được chọn theo điều kiện địa tầng của dự án, không thuộc phần cố định theo toàn máy.
Hiểu mô-men xoắn hai chế độ như hộp số hai cấp có vấn đề ở chỗ coi một giới hạn năng lực thành một tùy chọn vận hành. Cách đọc gần với ý gốc của tài liệu hơn là: hai giá trị này lần lượt đánh dấu giới hạn trên của hệ thống quay dưới hai loại trạng thái lực cản trong lỗ khoan; căn cứ lựa chọn thực tế đến từ đường kính lỗ khoan, tầng đá, dụng cụ khoan và hồi mùn, chứ không phải cảm giác chuyển số.