“Thiết bị ghi 1000 mét, có phải là có thể khoan 1000 mét?” Đây là câu hỏi thường được đặt ra đầu tiên khi báo giá cho các dự án giếng nước sâu. Bản thân câu hỏi dễ coi chiều sâu khoan như một con số độc lập, nhưng liệu chiều sâu khoan có thực sự được sử dụng hay không phụ thuộc vào tầng chứa nước mục tiêu sâu bao nhiêu, đường kính hoàn thiện giếng cần lớn đến đâu, cột cần khoan phải chịu tải trọng bao nhiêu trong lỗ khoan, và thiết bị có thể tiếp cận công trường thuận lợi hay không. Bài viết này dựa trên tài liệu công khai của WRT1000, tách riêng các vấn đề này để giải thích trong những điều kiện làm việc nào thì chiều sâu khoan 1000 m mới tương ứng với nhu cầu thi công thực tế.
Trước tiên cần xác định rõ: 1000 mét là giới hạn năng lực thiết bị, không phải mục tiêu dự án
Tài liệu WRT1000 ghi chiều sâu khoan tối đa 1000 m. Đây là ranh giới năng lực, không có nghĩa là mọi dự án đều phải khoan đến độ sâu này. Phía dự án cần trả lời một câu hỏi khác: tầng chứa nước mục tiêu nằm ở độ sâu nào, kết cấu hoàn thiện giếng cần đường kính lỗ khoan cuối lớn bao nhiêu, hai yếu tố này quyết định liệu lỗ khoan có cần thiết phải đạt đến cấp độ nghìn mét hay không.
Tài liệu cũng cho biết, chiều sâu khoan 1000 m có thể đáp ứng việc phát triển nước ngầm tầng sâu mà thiết bị thông thường 300–600 mét khó đảm nhận, các kịch bản áp dụng bao gồm tầng chứa nước nông không ổn định, khu mỏ cần tìm nguồn nước sâu hơn, dự án công nghiệp cần cấp nước ổn định lâu dài, và điều tra địa nhiệt cần kiểm chứng tầng địa chất sâu hơn. Điểm chung của các kịch bản này là: độ sâu lỗ khoan được quyết định bởi mục tiêu địa chất thủy văn, chứ không phải suy ngược từ thông số thiết bị.
Điều kiện 1: Tầng chứa nước mục tiêu thực sự nằm ở tầng sâu
Nếu tài liệu thủy văn cho thấy tầng chứa nước chính nằm sâu hơn 600 mét, thì chiều sâu khoan cấp nghìn mét mới có ý nghĩa thực tế. Tài liệu đề cập rằng chiều sâu khoan cấp 1000 mét mang lại dư lượng thi công lớn hơn cho các dự án như tầng chứa nước nông không ổn định, khu mỏ tìm nguồn nước sâu hơn, cấp nước công nghiệp lâu dài.
Ngược lại, nếu tầng chứa nước mục tiêu ở độ sâu 300–500 mét, việc chọn thiết bị cấp nghìn mét không đồng nghĩa với hiệu quả hoàn thiện giếng tốt hơn, mà còn phải chịu trọng lượng tổng thể lớn hơn và hạn chế di chuyển nhiều hơn. Điều này cần được xác nhận trước bằng tài liệu địa chất thủy văn trong giai đoạn lựa chọn thiết bị, sau đó mới bàn đến thiết bị.
Điều kiện 2: Đường kính lỗ khoan cuối và kết cấu hoàn thiện giếng cần đường kính lớn hơn
Phạm vi đường kính khoan của WRT1000 là 105–800 mm. Tài liệu cũng lưu ý rằng việc tăng đường kính lỗ khoan sẽ đồng thời làm tăng tải trọng dụng cụ khoan, nhu cầu máy nén khí, trọng lượng ống chống và độ khó tạo lỗ. Nói cách khác, lỗ khoan sâu kết hợp với đường kính lớn là hai điều kiện cộng dồn, không phải một điều kiện riêng lẻ.
| Điều kiện | Giá trị tài liệu | Ràng buộc tương ứng |
|---|---|---|
| Chiều sâu khoan tối đa | 1000 m | Giới hạn năng lực, cần do độ sâu tầng chứa nước quyết định có dùng hết hay không |
| Đường kính lỗ khoan | 105–800 mm | Đường kính lớn sẽ tăng tải trọng dụng cụ khoan, trọng lượng ống chống và độ khó tạo lỗ |
| Lực nâng | 51 / 52 T | Nâng hạ cần khoan lỗ sâu, xử lý ống chống và dụng cụ |
| Mô-men xoắn quay | 20000 / 10000 N·m (70 / 140 r/min) | Tốc độ thấp mô-men xoắn cao tương ứng với đường kính lớn, đá cứng và đoạn lỗ có ma sát cao |
Dự án thực tế nên chọn đường kính lỗ khoan dựa trên lưu lượng nước và kết cấu hoàn thiện giếng, chứ không nên đặt theo đường kính tối đa của thiết bị trước. Kích thước ống giếng, loại máy bơm và bố trí ống lọc quyết định giới hạn dưới của đường kính lỗ khoan cuối, độ dày tầng chứa nước và lưu lượng dự kiến quyết định giới hạn trên.
Điều kiện 3: Xử lý cột cần khoan lỗ sâu cần đủ dư lượng
Khi đạt đến chiều sâu lỗ khoan cấp 1000 mét, trọng lượng bản thân cần khoan, trọng lượng ống chống và ma sát thành lỗ đều tăng đáng kể. Lực nâng 51/52 T và lực ép trục 11 T mà tài liệu WRT1000 đưa ra tương ứng với các thao tác nâng hạ cần khoan lỗ sâu, thu hồi búa khoan ngầm, một phần công tác ống chống và xử lý dụng cụ trong đoạn lỗ bất thường.
Tài liệu cũng ghi rõ một ranh giới: khi gặp lực cản rút cần khoan tăng liên tục, nên làm sạch lỗ trước và đánh giá trạng thái trong lỗ, chứ không nên trực tiếp dựa vào lực nâng tối đa để kéo mạnh. Hạn chế này cho thấy lực nâng là dư lượng thi công, không phải giải pháp thay thế để xử lý sự cố trong lỗ.
Về mặt quay, 20000/10000 N·m tương ứng với cấu hình hai cấp tốc độ 70/140 r/min. Tài liệu xếp tốc độ thấp mô-men xoắn cao tương ứng với đường kính lớn, đá cứng và đoạn lỗ có ma sát cao, cấp tốc độ cao tương ứng với tầng địa chất ổn định có lực cản nhỏ hơn. Thi công lỗ sâu nên điều chỉnh động điều kiện làm việc dựa trên tải trọng quay, xả mùn và mài mòn dụng cụ khoan, không thể hiểu hai cấp tốc độ như hai cấp cố định.
Điều kiện 4: Tổ hợp địa tầng cần nhiều quy trình kết nối
Phạm vi áp dụng địa tầng được mô tả trong tài liệu WRT1000 bao gồm tầng đất, đất sét, tầng cát, tầng sỏi, đá phong hóa, đới phá hủy và đá cứng nguyên vẹn. Tầng đất lỏng phía trên có thể sử dụng khoan quay bằng dung dịch, ống chống hoặc các phương pháp ổn định lỗ khác; sau khi vào tầng đá tương đối nguyên vẹn có thể bố trí búa khoan ngầm DTH với áp suất khí trung bình và cao.
Áp suất làm việc khuyến nghị cho khoan DTH trong tài liệu là 1,65–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–96 m³/min. Khi lựa chọn thiết bị nên đánh giá tổng hợp dựa trên thông số búa khoan ngầm, đường kính lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan, độ cao so với mực nước biển và độ cứng địa tầng, không thể chỉ nhìn vào áp suất định mức. Lỗ khoan sâu cấp 1000 mét và đá cứng đường kính lớn có yêu cầu rất cao về áp suất và lưu lượng máy nén khí, phần điều kiện phụ trợ này không nằm trong phạm vi tài liệu của bản thân máy khoan, cần kiểm tra riêng.
Một ràng buộc khác dễ bị bỏ qua là tầng chứa nước. Sau khi vào tầng chứa nước chính, lượng nước trong lỗ tăng lên sẽ ảnh hưởng đến việc xả mùn và trạng thái tuần hoàn của búa khoan ngầm. Tài liệu khuyến nghị 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 chảy vào. Giai đoạn hoàn thiện giếng còn cần bố trí ống lọc, đoạn chắn nước và loại máy bơm cuối cùng dựa trên phân bố tầng chứa nước.
Điều kiện 5: Dự án phân bố giữa nhiều điểm khoan xa nhau
WRT1000 sử dụng kết cấu tháp khoan thẳng gắn trên xe. Tài liệu cho biết, khung gầm gắn trên xe phù hợp với các dự án khoan giếng ở khu mỏ, nông trại, khu công nghiệp và dự án khoan giếng liên khu vực có điểm khoan phân tán, di chuyển thường xuyên; sau khi hoàn thành một vị trí khoan có thể di chuyển qua đường bộ đến điểm thi công tiếp theo, không cần liên tục bố trí xe phẳng để bốc xếp như máy khoan bánh xích.
Nhưng kết cấu gắn trên xe không đồng nghĩa với việc tiếp cận công trường không có ràng buộc. Trọng lượng tổng thể khoảng 26 T, kích thước vận chuyển khoảng 10,8 × 2,5 × 4,23 m. Chiều cao vận chuyển 4,23 m có nghĩa là trước khi vào công trường phải xác minh giới hạn chiều cao đường bộ, cầu, đường dây trên cao, cổng nhà máy và các vật cản phía trên khác. Khi điều kiện đường sá khu mỏ phức tạp, còn cần xác nhận khả năng đi qua đường, độ dốc, góc cua và khả năng chịu tải của nền tảng của khung gầm gắn trên xe. Những điều kiện này không biến mất do kết cấu gắn trên xe, chỉ là khi chuyển từ di chuyển bằng bánh xích sang chạy trên đường bộ cần kiểm tra lại.
Những dự án nào không cần lấy chiều sâu khoan 1000 m làm điều kiện ưu tiên
Nếu tầng chứa nước mục tiêu ở độ sâu 300–500 mét, đường kính lỗ khoan cuối nằm trong phạm vi giếng nước thông thường, điểm khoan tập trung và điều kiện hiện trường không phù hợp để thiết bị gắn trên xe cấp 26 T tiếp cận, thì xác suất sử dụng thực tế của chiều sâu khoan cấp nghìn mét là thấp. Tài liệu không cung cấp so sánh hiệu quả hoặc chi phí của WRT1000 so với thiết bị cấp nhỏ hơn ở vùng độ sâu thấp, do đó không thể đưa ra kết luận “không dùng được”, chỉ có thể nói rằng hạng mục chiều sâu khoan không phải là điều kiện quyết định trong các dự án này.
Tài liệu cũng chưa đề cập các nội dung sau, cần xác nhận riêng trong giai đoạn lựa chọn thiết bị: tốc độ khoan thực tế dưới các tổ hợp địa tầng khác nhau, lưu lượng nước sau khi hoàn thiện giếng, cấu hình cụ thể của ống chống và ống lọc, mối quan hệ phù hợp giữa lựa chọn máy nén khí và máy khoan, cũng như dữ liệu đo thực tế về khả năng chịu tải của đường sá và nền tảng địa phương. Những vấn đề này không nằm trong phạm vi thông số công khai của WRT1000, không thể suy ra trực tiếp từ giá trị chiều sâu khoan và mô-men xoắn.
Đặt thứ tự đánh giá trước thiết bị
Liệu chiều sâu khoan 1000 m có thực sự được sử dụng hay không phụ thuộc vào bốn điều kiện tiên quyết: độ sâu tầng chứa nước mục tiêu được xác nhận bằng tài liệu thủy văn, đường kính lỗ khoan cuối được xác định bởi kết cấu hoàn thiện giếng, tải trọng cột cần khoan và ống chống trong lỗ, và điều kiện đường sá để thiết bị tiếp cận và di chuyển. Tài liệu công khai của WRT1000 cung cấp các thông số tương ứng về chiều sâu khoan, đường kính lỗ khoan, lực nâng, mô-men xoắn hai cấp, hành trình cấp cần và động lực, nhưng các thông số này chỉ giải thích ranh giới năng lực, không thể thay thế đánh giá thủy văn và hiện trường của phía dự án.
Tài liệu còn có một số thông tin phụ trợ có thể dùng làm tham khảo kiểm tra: hành trình cấp cần 7 m, có thể sử dụng cần khoan 3 m hoặc 6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 mm; cần khoan 6 m phù hợp cho thi công lỗ sâu chu kỳ dài, có thể giảm số lần nối cần; nâng nhanh 28 m/min, đẩy nhanh 42 m/min chủ yếu dùng cho các thao tác không khoan; hai tời phụ trợ là 4 T và 3 T, có thể dùng để vận chuyển búa khoan ngầm, cần khoan, ống chống, ống gió và phụ kiện hiện trường; động lực là động cơ diesel 194 kW. Các cấu hình này tương ứng với nhu cầu xử lý cột cần khoan, vận chuyển dụng cụ và động lực liên tục của dự án lỗ sâu, nhưng liệu có đáp ứng dự án cụ thể hay không vẫn cần tính toán dựa trên chiều sâu lỗ khoan, đường kính lỗ khoan và địa tầng.