Thảo luận về dự án giếng sâu cấp nghìn mét thường bắt đầu từ câu hỏi “khoan sâu bao nhiêu”. Nhưng khi độ sâu lỗ khoan đạt mức 1000 mét, thông số của thiết bị chỉ là điểm khởi đầu: cùng một giàn khoan cấp 1000 mét, liệu có thể hoàn thành đúng hạn trên hai giếng khác nhau hay không thường phụ thuộc vào việc trước khi khởi công có xác định trước một số việc hay không. Bài viết này lấy tài liệu công khai của WR1000S trên trang này làm tham chiếu, tách riêng từng công tác chuẩn bị dễ bị trì hoãn đến sau khi vào công trường trong các dự án loại này, giải thích mỗi công tác tương ứng với thông số thiết bị đã được xác minh nào, và những điều kiện nào phải được xác nhận riêng tại hiện trường.
Trước tiên cần rõ: công việc nào thuộc “chuẩn bị trước”, công việc nào chỉ có thể quyết định tại hiện trường
Công tác chuẩn bị không phải là hoàn thành toàn bộ phương án thi công, mà là cố định trước những điều kiện mà một khi thiết bị đã vào công trường thì rất khó thay đổi. Đối với dự án giếng nước cấp nghìn mét, những việc này thường ảnh hưởng trực tiếp đến từng công đoạn tiếp theo: cột khoan cấu hình thế nào, quy trình trong lỗ khoan phân đoạn ra sao, tháp khoan và chiều dài cần khoan kết hợp thế nào, toàn máy vận chuyển vào bằng cách nào, mặt bằng chịu tải ra sao. Đặc điểm chung của chúng là—chi phí thay đổi tăng nhanh theo thời gian khởi công.
Các giá trị then chốt trong tài liệu công khai của WR1000S bao gồm: chiều sâu khoan tối đa 1000 m, đường kính lỗ khoan 105–800 mm, lực nâng 52 T, mô-men xoắn quay hai chế độ 26000/13000 N·m, tương ứng tốc độ quay tối đa 70/140 r/min, động cơ diesel 194 kW, cần khoan 6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm, trọng lượng toàn máy khoảng 17,8 T, kích thước ngoài khoảng 7,3×2,25×2,75 m, tốc độ di chuyển khoảng 5 km/h, góc leo dốc tối đa tham khảo 21°, hành trình chân thủy lực 1,7 m, lực nâng tời phụ 2,5 T. Những giá trị này ràng buộc các giai đoạn khác nhau, không thể đặt cạnh nhau như một bảng tổng hợp năng lực để đọc.
Hạng mục thứ nhất: dự đoán cột khoan và quy trình theo từng đoạn lỗ khoan, không theo trung bình toàn giếng
Ở độ sâu lỗ khoan cấp 1000 mét, trọng lượng bản thân cột khoan, ma sát thành lỗ và trọng lượng ống chống đều tích lũy theo độ sâu. Tài liệu cho biết lực nâng của thiết bị này là 52 T, lực ép trục 8 T. Ý nghĩa của giá trị này không nằm ở “nâng được bao nhiêu”, mà ở việc khi nâng hạ cần khoan bình thường, thu hồi dụng cụ khoan lỗ sâu và một số thao tác ống chống cỡ lớn có còn dư địa hay không. Nếu trước khi khởi công không ước tính qua độ sâu hạ ống chống, phương thức hạ ống và số lần nâng hạ cần khoan, rất dễ đến khi lực cản trong lỗ tăng lên mới phát hiện dư địa không đủ.
Phần quay cũng cần được dự đoán phân đoạn trước. Nhóm mô-men xoắn 26000/13000 N·m tương ứng với đầu ra ở hai trạng thái lực cản khác nhau; chế độ tốc độ thấp, mô-men xoắn cao gần với đoạn lỗ khoan đường kính lớn, đá cứng và ma sát cao; cấp tốc độ cao hơn tương ứng với giai đoạn lực cản tương đối nhỏ. Nó ràng buộc việc lựa chọn cho các đoạn lỗ khoan khác nhau, chứ không phải thói quen vận hành một hộp số hai cấp. Cùng một giếng từ lớp phủ phía trên khoan đến tầng chứa nước sâu, trạng thái lực cản sẽ thay đổi; điều cần dự đoán là “đoạn nào dùng cấp nào”, chứ không phải cố định một giá trị cho toàn giếng.
Phân đoạn quy trình cũng cần hoàn thành đánh giá sơ bộ trước khi khởi công. Trong tài liệu, đá cứng nguyên khối có thể dùng búa khoan DTH với khí nén trung bình và cao, áp suất làm việc khuyến nghị 1,6–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–96 m³/min; tầng đất, sét, cát và sỏi cát có thể dùng khoan tuần hoàn dung dịch. Lỗ khoan sâu cấp 1000 mét có khoảng cách thải mùn dài; nếu thải mùn không đủ, dễ hình thành cặn lắng và nghiền lặp, làm tăng thêm mô-men xoắn và tiêu hao năng lượng. Điều này có nghĩa là áp suất và lưu lượng của máy nén khí không được chọn theo một con số “độ sâu lỗ khoan tối đa”, mà phải xác định tổng hợp theo model búa khoan, đường kính lỗ, độ sâu lỗ, độ cao so với mực nước biển và độ cứng đá. Hạng mục này thường phải đối chiếu với bên phối hợp trước khi thiết bị vào công trường, vì lưu lượng không đủ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả va đập và thải mùn.
Hạng mục thứ hai: hình thức tháp khoan và tổ hợp chiều dài cần khoan, cần xác định trước
Chữ S trong model WR1000S đại diện cho tháp khoan co duỗi. Đối với giàn khoan tải nặng cấp 1000 mét, bản thân vận chuyển và chuyển vị tại hiện trường là một phần của tổ chức dự án: tháp khoan co duỗi có thể giảm kích thước ngoài toàn máy ở trạng thái vận chuyển, đồng thời duy trì chiều cao làm việc cần thiết cho thi công lỗ sâu ở trạng thái làm việc. Điều kiện áp dụng của đặc điểm này là—dự án cần chuyển giữa nhiều vị trí lỗ khoan hoặc công trường, và đường vận chuyển có giới hạn nhất định về kích thước ngoài. Nếu dự án cố định tại một chỗ thi công lâu dài, điều kiện đường sá rộng rãi, giá trị mà tháp khoan co duỗi mang lại sẽ giảm tương ứng; điểm này không được triển khai trong tài liệu, thuộc phần cần tự đánh giá theo điều kiện dự án.
Việc lựa chọn chiều dài cần khoan sẽ trực tiếp thay đổi số lần nối tháo và thời gian phụ trợ. Tài liệu cho biết WR1000S hỗ trợ cần khoan 6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm. Nếu lỗ khoan cấp 1000 mét dùng cần khoan quá ngắn, số lần nối tháo sẽ tăng đáng kể, thời gian phụ trợ và cường độ nhân công cũng tích lũy nhanh chóng. Vì vậy, trước khi khởi công xác định “dùng cần khoan dài bao nhiêu, dự phòng bao nhiêu cây, sắp xếp và vận chuyển tại hiện trường thế nào” sẽ kiểm soát tốt hơn so với điều chỉnh tạm thời theo tiến độ sau khi vào công trường. Ren cần khoan, độ thẳng và trạng thái mỏi thuộc hạng mục cần đưa vào kiểm tra liên tục; tài liệu không đưa ra chu kỳ thay thế hoặc tần suất kiểm tra cụ thể, phần này cần xác nhận riêng theo hướng dẫn nhà sản xuất và tình hình thực tế tại hiện trường.
Đi kèm với cần khoan còn có năng lực cẩu lắp và vận chuyển phụ trợ tại hiện trường. Lực nâng tời phụ của WR1000S là 2,5 T, có thể dùng để vận chuyển búa khoan, cần khoan, dụng cụ ống chống và phụ kiện hiện trường. Dự án lỗ khoan siêu sâu có nhiều dụng cụ khoan đi kèm hơn, nặng hơn; trước khi khởi công cần quy hoạch tuyến cẩu lắp và khu vực đặt vật liệu, tránh chiếm không gian vận hành của máy chính. Hạng mục này không thể hiện trong bảng thông số, nhưng thường là biến số chính của trật tự hiện trường.
Hạng mục thứ ba: vận chuyển toàn máy và điều kiện chịu tải mặt bằng, phải hoàn tất trước khi thiết bị vào công trường
Trọng lượng toàn máy khoảng 17,8 T, kích thước ngoài khoảng 7,3×2,25×2,75 m, là hai điều kiện đầu tiên được kiểm tra khi thiết bị này vào công trường. Giai đoạn vận chuyển cần xác nhận tải trọng xe phẳng, giới hạn chiều rộng, chiều cao đường và khả năng chịu tải của cầu; tháp khoan co duỗi phải được khóa chắc chắn, cần khoan 6 m và ống chống nên được cố định riêng. Đây là các hạng mục chuẩn bị vận chuyển, tài liệu đã nhắc rõ, không triển khai chi tiết thao tác ở đây.
Về mặt bằng, hành trình chân thủy lực 1,7 m có thể giúp thiết bị cân bằng và ổn định trên nền không phẳng. Thi công cấp nghìn mét có chu kỳ dài, trạng thái ngang bằng của thiết bị sẽ ảnh hưởng đến lực tác động lên tháp khoan, độ xiên lỗ khoan và trạng thái vận hành; do đó nền đất yếu nên dùng tấm đệm đủ diện tích để tránh lún lâu dài. Tốc độ di chuyển khoảng 5 km/h, góc leo dốc tối đa tham khảo 21°—hai giá trị này chủ yếu dùng cho di chuyển nội bộ công trường và giữa các vị trí lỗ khoan; trước khi di chuyển thực tế cần xác nhận khả năng chịu tải đường, độ dốc, bán kính quay và tình hình nền đất yếu. Tài liệu không đưa ra giá trị áp lực tiếp đất hoặc yêu cầu chịu tải của thiết bị này trên từng loại đất cụ thể, vì vậy mặt bằng có đáp ứng điều kiện chịu tải hay không cần được xác nhận riêng sau khi khảo sát hiện trường.
Việc xác định vị trí đứng của thiết bị còn ảnh hưởng ngược lại đến các công đoạn sau. Ví dụ khoảng cách giữa vị trí lỗ khoan với khu đặt vật liệu, tuyến cẩu lắp, kênh thải mùn, nguồn nước hoặc bể tuần hoàn dung dịch đều ảnh hưởng đến thời gian phụ trợ của một lần nâng hạ cần khoan. Những nội dung này thuộc phạm vi tổ chức thi công, không phải thông số thiết bị có thể bao quát, nhưng trong dự án cấp nghìn mét, một khi vị trí lỗ khoan xác định sai, chi phí thay đổi sẽ tăng theo độ sâu lỗ khoan.
Một số việc dễ bị để đến sau khi vào công trường mới xử lý
Đặt những hạng mục trên cạnh nhau, có thể thấy chúng có một điểm chung: đều không thuộc động tác khoan trong lỗ khoan, nhưng đều ảnh hưởng trực tiếp đến việc khoan có thể tiến hành liên tục hay không. Dự án giếng sâu cấp nghìn mét có thời gian nâng hạ cần khoan mỗi lần dài; một khi điều kiện tiên quyết nào chưa hoàn tất, chi phí dừng lại xử lý sẽ cao hơn rõ rệt so với dự án lỗ khoan nhỏ và trung bình.
- Cấu hình cột khoan và phương án ống chống có tạo quan hệ dư địa với lực nâng 52 T, lực ép trục 8 T hay không;
- Hai cấp mô-men xoắn quay có được phân chia trước theo đoạn lỗ khoan, thay vì chuyển theo cảm giác sau khi khởi công hay không;
- Áp suất và lưu lượng máy nén khí có được tính theo búa khoan, đường kính lỗ, độ sâu lỗ, độ cao và độ cứng đá hay không;
- Số lượng, sắp xếp và tuyến cẩu lắp cần khoan 6 m có phù hợp với năng lực tời phụ 2,5 T hay không;
- Phương án vận chuyển toàn máy và khả năng chịu tải mặt bằng, tấm đệm chân có được hoàn tất trước khi vào công trường hay không.
Những điều kiện nào tài liệu không có, cần xác nhận riêng
Tài liệu công khai của WR1000S bao quát các giá trị năng lực chính và một phần điều kiện làm việc áp dụng, nhưng các loại thông tin sau không được đưa ra trong tài liệu, thuộc phạm vi cần xác nhận riêng với nhà sản xuất hoặc các bên liên quan trước khi khởi công:
- Áp lực tiếp đất, giới hạn an toàn leo dốc dưới điều kiện đất hoặc địa tầng cụ thể;
- Chu kỳ thay thế và tiêu chuẩn kiểm tra khuyến nghị cho cần khoan, dụng cụ khoan, ống chống;
- Tình trạng giảm công suất của hệ động lực dưới các điều kiện độ cao và nhiệt độ khác nhau;
- Quan hệ phối hợp giữa hệ tuần hoàn dung dịch, bơm nước và thiết bị này;
- Yêu cầu khóa cụ thể và hạng mục kiểm tra của tháp khoan co duỗi ở trạng thái vận chuyển;
- Điều kiện lưu thông liên quan đến giới hạn chiều cao, chiều rộng đường và khả năng chịu tải cầu tại địa phương.
Đặt công tác chuẩn bị cạnh tài liệu thiết bị để xem, có thể thấy giàn khoan cấp 1000 mét này cung cấp một nhóm giới hạn năng lực và điều kiện làm việc, không phải một phương án tổ chức thi công hoàn chỉnh. Để chuyển những giá trị này thành sắp xếp có thể thực thi trong dự án cụ thể, vẫn cần hoàn tất từng hạng mục trên cơ sở khảo sát hiện trường, tài liệu địa chất thủy văn và danh mục thiết bị phối hợp. Những phần tài liệu chưa bao quát không nên thay thế bằng giá trị của model khác, cũng không nên suy đoán khái quát theo cấp “1000 mét”.