Trong thảo luận phương án dự án khoan sâu, con số độ sâu khoan thường được đưa lên bàn đầu tiên: cấp 1000 m hay cấp 1500 m, dường như chỉ cần tăng lên thì sẽ bao phủ được nhiều giếng hơn. Nhưng trong lỗ khoan thực tế, độ sâu khoan chỉ là một giới hạn định mức, bản thân nó không tạo ra năng lực, cũng không cho biết thiết bị này có thể hoàn thành giếng đó trong điều kiện nào. Lấy tài liệu công khai của WR1500S làm ví dụ, độ sâu khoan tối đa 1500 m là một dòng trong bảng thông số, và trong cùng bảng đó còn có lực nâng 80 T, mô-men xoắn quay 31000/15500 N·m, áp suất khí đề xuất 1,65–8 MPa, trọng lượng toàn máy 28 T, v.v. Mối quan hệ giữa các giá trị này mới quyết định liệu khoan sâu có thể hoàn thành theo kế hoạch hay không.
Lỗ càng sâu, thứ bị đẩy lên trước tiên là trọng lượng bản thân của cần khoan
Thay đổi đầu tiên khi độ sâu lỗ tăng không phải là thiết bị không đủ năng lực, mà là thứ cần được nâng lên và hạ xuống trở nên nặng hơn. Cần khoan 9,6 m, đường kính đề xuất 114/127 mm, các cần này nối từng đoạn một, trọng lượng bản thân sẽ tích lũy theo độ sâu lỗ. Lực nâng 80 T và áp lực trục 16 T mà WR1500S đưa ra nằm trên chuỗi này: lực nâng tương ứng với thao tác nâng hạ cần, thu hồi dụng cụ khoan và một phần công tác ống chống cỡ lớn; áp lực trục tương ứng với thành phần tác động lên đáy lỗ khi khoan.
Ở đây có một điểm dễ đọc sai. 80 T không phải là 'lượng sẽ dùng cho mọi giếng', mà là biên dự phòng thay đổi theo độ sâu lỗ, quy cách cần khoan, ma sát thành lỗ và lực cản cục bộ. Khi độ sâu lỗ tăng, trọng lượng bản thân cần khoan, ma sát thành lỗ, trọng lượng ống chống và khả năng kẹt cục bộ đều sẽ chồng lên nhau; khi biên dự phòng lực nâng không đủ, thao tác nâng hạ cần sẽ trở nên khó khăn trước tiên. Ngược lại, lực nâng ghi không nhỏ cũng không có nghĩa là có thể cưỡng nâng khi gặp lực cản bất thường — nguyên tắc được nêu trong tài liệu là làm sạch lỗ trước, nâng chậm, phán đoán trạng thái trong lỗ.
Mô-men xoắn chia hai cấp, tương ứng với các đoạn lỗ khác nhau chứ không phải hai tốc độ
Hệ quay của WR1500S được ghi mô-men xoắn tối đa 31000/15500 N·m, tương ứng tốc độ quay tối đa 70/140 r/min. Đọc dấu gạch chéo thành 'hai cấp hộp số' sẽ bỏ qua căn cứ lựa chọn trong thi công thực tế. Cấp mô-men xoắn cao tốc độ thấp đối mặt với đoạn lỗ đường kính lớn, đá cứng, ma sát cao; cấp tốc độ cao hơn phù hợp hơn với đoạn lỗ ổn định có lực cản tương đối nhỏ. Trong cùng một giếng, từ lớp phủ phía trên vào khối đá nguyên vẹn, rồi gặp đới đứt gãy, trạng thái lực cản cần ứng phó vốn đã thay đổi.
Phạm vi đường kính lỗ 105–1000 mm và nhóm mô-men xoắn này là hai mặt của cùng một vấn đề. Đường kính lỗ càng lớn, tải trọng cần khắc phục khi quay càng lớn, yêu cầu đối với lưu lượng máy nén khí, quy cách dụng cụ khoan và ống chống cũng càng cao. Vì vậy đường kính lỗ không phải 'chọn là khoan được', mà phải được kiểm tra cùng với mô-men xoắn, lực nâng và áp suất khí. Tài liệu ghi rõ, dự án thực tế nên chọn đường kính lỗ hợp lý theo mục tiêu hoàn thành giếng.
Áp suất khí và lượng tiêu thụ khí: khâu xả mùn trong lỗ sâu rất khó bỏ qua
Về phương thức khoan, tài liệu WR1500S đưa ra ba mối tương ứng: quay thủy lực dẫn động đỉnh dùng cho giếng nước sâu thông thường và khoan đường kính lớn; búa khoan DTH dùng cho đá phong hóa, đá nứt nẻ và đá cứng nguyên vẹn; quay bùn dùng cho tầng đất, đất sét, tầng cát, tầng sỏi cát và các tầng đất rời. Khi dùng DTH, áp suất làm việc đề xuất 1,65–8 MPa, lượng tiêu thụ khí 16–120 m³/min.
Hai giá trị này phải được xem cùng nhau. Trong dự án lỗ sâu và đá cứng đường kính lớn, búa khoan cần đủ áp suất để thúc đẩy va đập, xả mùn đáy lỗ cần đủ lưu lượng để mang mùn đá lên, thiếu một trong hai yếu tố áp suất và lưu lượng đều sẽ dẫn đến va đập không đủ, xả mùn khó khăn hoặc tích mùn đáy lỗ. Nói cách khác, bảng thông số thiết bị có ghi phạm vi đề xuất, nhưng thực tế có nằm trong phạm vi hay không phụ thuộc vào năng lực máy nén khí phối hợp tại hiện trường, phần này không thuộc thông số của bản thân máy khoan.
Đoạn lỗ phía trên và tầng chứa nước sâu là hai bộ ràng buộc
Điều kiện thi công được đề cập trong một số tài liệu đáng được tách ra: tầng đất, đất sét, tầng cát và tầng sỏi cát có thể dùng quay bùn, ống chống hoặc các phương thức giữ thành khác, giai đoạn mở lỗ phải ưu tiên thiết lập thân lỗ ổn định; sau khi vào tầng đá mới xem xét chuyển sang DTH; sau khi vào tầng chứa nước chính, nước phun sẽ thay đổi trạng thái xả mùn trong lỗ và làm việc của búa khoan, cần ghi lại độ sâu tầng xuất nước chính và điều chỉnh cấp khí, làm sạch lỗ và phương thức ống chống theo đó.
Đối với lỗ cấp 1500 m, một khi đoạn lỗ phía trên bị co đường kính hoặc sập lỗ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thi công sâu phía sau. Loại ràng buộc này không thể bỏ qua bằng cách tăng con số độ sâu khoan. Khi gặp đá phong hóa, đá nứt nẻ hoặc đới đứt gãy, biện pháp được tài liệu đưa ra là giảm tốc độ đẩy, tăng cường làm sạch lỗ, và tùy tình hình áp dụng các biện pháp ổn định lỗ như ống chống, bọt; khi mùn xả giảm liên tục hoặc lực cản nâng cần tăng rõ rệt thì nên dừng khoan kiểm tra.
Ngoài năng lực khoan, còn có một số ràng buộc tồn tại đồng thời
Khi đưa thiết bị vào dự án, sẽ phát sinh thêm một số loại giới hạn không liên quan đến trong lỗ:
| Hạng mục ràng buộc | Giá trị liên quan trong tài liệu công khai | Việc cần xác nhận trước |
|---|---|---|
| Vận chuyển | Toàn máy khoảng 28 T, kích thước ngoài khoảng 11,5 × 2,6 × 3,5 m | Tải trọng xe phẳng, giới hạn chiều cao đường, khả năng chịu tải cầu, không gian quay xe; cần khoan 9,6 m thường cần vận chuyển riêng |
| Bố trí mặt bằng | Kết cấu tháp ống lồng, di chuyển bánh xích 3,5 km/h, leo dốc 21° | Vị trí máy nén khí, hệ thống bùn, khu dụng cụ khoan và vật tư; không gian chuyển trường trong công trường |
| Cẩu lắp tại hiện trường | Tời phụ lớn 5 T, tời phụ nhỏ 2,5 T | Tổ chức vận chuyển búa khoan, cần khoan, dụng cụ ống chống và tải trọng định mức, khoảng cách an toàn |
Vai trò của tháp ống lồng trong tài liệu này được ghi rất rõ: trong khi đảm bảo chiều cao làm việc cần thiết cho thi công lỗ sâu, có thể cải thiện kích thước ngoài toàn máy ở trạng thái vận chuyển. Đối với thiết bị cấp 28 T, điểm này tương ứng với điều kiện xếp xe và lưu thông, chứ không phải hiệu suất khoan. Cần khoan 9,6 m tương ứng với số lần nối tháo — cần khoan dài giảm tần suất kết nối, nhưng đồng thời yêu cầu hiện trường thi công có đủ không gian thao tác và tổ chức vận chuyển cần khoan quy chuẩn hơn. Hai điều này đều thuộc điều kiện tổ chức, sẽ không tự động được giải quyết chỉ vì độ sâu khoan trên bảng thông số tăng lên.
Phần tài liệu chưa bao phủ, cần xác nhận riêng
Tài liệu công khai của WR1500S không đưa ra hiệu suất khoan theo địa tầng cụ thể, chu kỳ hoàn thành giếng, cấu hình quy cách ống chống và kết cấu thân giếng trong các điều kiện địa chất thủy văn khác nhau. Hiệu suất khoan tham khảo 10–35 m/h, bản thân tài liệu cũng nói hiệu suất thực tế, độ sâu khoan và hiệu quả hoàn thành giếng phải lấy điều kiện hiện trường làm chuẩn — vì điều kiện địa chất, dụng cụ trong lỗ, góc khoan và phương thức vận hành có khác biệt.
Vì vậy ở giai đoạn phương án khoan, có thể kiểm tra các mục sau: biên dự phòng giữa độ sâu giếng mục tiêu và 1500 m được xác định thế nào; đường kính lỗ mục tiêu nằm ở đoạn nào trong 105–1000 mm; lớp phủ phía trên dùng quay bùn hay ống chống giữ thành; áp suất khí và lượng tiêu thụ khí DTH cho đoạn đá cứng sâu do máy nén khí nào cung cấp; không gian vận chuyển và đặt cần khoan 9,6 m đã được dành ra trong quy hoạch giếng trường chưa; phương án vận chuyển toàn máy 28 T cộng cần khoan đã được đối chiếu với điều kiện đường chưa. Sau khi các điều kiện này rõ ràng, mới bàn đến việc cấp 1500 m có phù hợp hay không, sẽ thực tế hơn là chỉ nhìn con số độ sâu khoan.