Dự án giếng cấp nước sâu ở giai đoạn hỏi giá thiết bị thường bị đơn giản hóa thành một câu hỏi: độ sâu khoan tối đa có đủ không. Nhưng khi thực sự bước vào tổ chức thi công, yếu tố quyết định một thiết bị có dùng được hay không không chỉ là con số độ sâu khoan, mà là tầng chứa nước mục tiêu sâu bao nhiêu, thành giếng cần đường kính lớn đến đâu, cột khoan phải chịu bao nhiêu trọng lượng trong lỗ khoan, tổ hợp địa tầng tương ứng với công nghệ khoan nào, và tổng máy có thể đến vị trí lỗ khoan và triển khai được hay không. Bài viết xoay quanh quá trình phân tách này, lấy tài liệu công khai của WRT1200 làm tham chiếu, làm rõ mục tiêu vận hành của giếng cấp nước sâu có thể được phân tách thành những loại hạng mục năng lực nào, mỗi hạng mục tương ứng với thông số nào trong tài liệu và cần xác nhận gì tại hiện trường.
Hạng mục 1: Độ sâu tầng chứa nước mục tiêu tương ứng với dự trữ độ sâu khoan, không phải mục tiêu độ sâu thi công
Mục tiêu vận hành của giếng cấp nước sâu trước hết nằm ở vị trí tầng chứa nước. Tài liệu WRT1200 cho biết độ sâu khoan tối đa là 1200 m, phù hợp với nước ngầm sâu, cấp nước đường kính lớn và khoan DTH trong đá cứng. Giá trị này nên được hiểu là giới hạn trên của năng lực thiết bị, không phải mỗi dự án đều phải khoan đến 1200 m. Cần xác định độ sâu tầng chứa nước mục tiêu bằng công tác địa chất thủy văn trước, sau đó đánh giá độ sâu đó có nằm trong phạm vi độ sâu khoan của thiết bị hay không, đồng thời để lại một mức dự phòng nhất định ứng phó bất thường trong lỗ khoan hoặc khoan sâu kiểm chứng.
Tài liệu cũng nêu rõ, chỉ khi tầng chứa nước nông có lưu lượng không đủ, khu mỏ cần tìm nguồn nước ổn định hơn hoặc dự án công nghiệp cần cấp nước độ tin cậy cao thì dự trữ độ sâu cấp 1200 mét mới có ý nghĩa thực tế. Nói cách khác, hạng mục độ sâu khoan chỉ trở thành lý do chọn thiết bị khi tầng chứa nước thực sự sâu; nếu tầng chứa nước mục tiêu của dự án ở mức nông hoặc trung bình, bản thân dự trữ độ sâu khoan không tạo ra giá trị vận hành.
Hạng mục 2: Đường kính lỗ khoan thành giếng tác động đến ba loại tải trọng: dụng cụ khoan, ống chống và xả mùn
Phạm vi đường kính lỗ khoan của WRT1200 là 105–900 mm, bao phủ từ giếng nước sâu thông thường đến giếng nước ngầm đường kính lớn. Đường kính lỗ khoan không phải lựa chọn thiết kế độc lập: đường kính lớn hơn có lợi cho việc bố trí ống giếng và máy bơm chìm lớn hơn, nhưng tài liệu cũng chỉ ra rằng tăng đường kính lỗ khoan đồng thời làm tăng tải trọng dụng cụ khoan, trọng lượng ống chống, nhu cầu xả mùn và phụ tải máy nén khí.
Vì vậy hạng mục đường kính lỗ khoan thành giếng phải được kiểm tra đồng thời với các hạng mục năng lực khác. Trước tiên xác định đường kính hợp lý theo mục tiêu lưu lượng, quy cách ống giếng và loại bơm, sau đó xem lại lực nâng, mô-men xoắn và điều kiện cấp khí của thiết bị ở đường kính đó có phù hợp hay không. Tài liệu không đưa ra tốc độ khoan cụ thể hoặc thời gian thi công một giếng tương ứng với một đường kính nhất định; phần này cần được xác nhận riêng trong thiết kế thi công kết hợp địa tầng và tổ hợp dụng cụ khoan.
Hạng mục 3: Xử lý cột khoan và ống chống tương ứng với lực nâng và tời phụ trợ
Trong vận hành lỗ khoan sâu, trọng lượng bản thân cần khoan, trọng lượng ống chống và ma sát thành lỗ tăng đáng kể theo độ sâu. Tài liệu WRT1200 cho biết lực nâng 61 T và lực ép trục 13 T, đồng thời nêu rõ năng lực nâng cao hơn có lợi cho việc nâng hạ cần khoan trong lỗ sâu, thu hồi búa khoan và một phần công tác ống chống.
Đi kèm với lực nâng là hai tời phụ trợ: tời phụ trợ lớn 4 T và tời phụ trợ nhỏ 3 T, có thể dùng để vận chuyển búa khoan, cần khoan, ống chống, ống gió và phụ kiện hiện trường. Dự án cấp 1200 mét có số lượng dụng cụ khoan nhiều, trọng lượng từng món lớn, hai tời giúp giảm vận chuyển thủ công. Nhưng tài liệu cũng nêu rõ, nếu lực cản khi nâng cần bất thường, trước tiên phải làm sạch lỗ khoan và đánh giá tình trạng thành lỗ, dụng cụ khoan và cặn lắng, không nên đơn giản dựa vào lực nâng tối đa để kéo mạnh. Điều này có nghĩa lực nâng là hạng mục năng lực xử lý tải trọng bình thường, không phải phương tiện vạn năng giải quyết bất thường trong lỗ khoan.
Hạng mục 4: Mô-men xoắn quay chia hai cấp, tương ứng với lực cản của các đoạn lỗ khoan khác nhau
Mô-men xoắn tối đa của hệ thống quay WRT1200 là 24000 / 12000 N·m, tương ứng cấu hình hai tốc độ 75 / 150 r/min. Tài liệu cho biết tốc độ thấp mô-men xoắn cao phù hợp hơn với đoạn lỗ khoan đường kính lớn, đá cứng và ma sát cao; cấp tốc độ cao phù hợp với địa tầng ổn định có lực cản nhỏ hơn. Trong thi công cần chuyển đổi chế độ kịp thời theo tải trọng dụng cụ khoan, mùn trả về và thay đổi mô-men xoắn.
Hạng mục này thường bị hiểu nhầm là “hai cấp tốc độ” hoặc “hộp số hai cấp”. Thực tế hai giá trị mô-men xoắn tương ứng với lựa chọn năng lực quay trong điều kiện các đoạn lỗ khoan khác nhau, không phải đơn thuần là sở thích tốc độ. Hiểu mô-men xoắn hai chế độ là cấp tốc độ có thể chuyển đổi tùy ý dễ bỏ qua tải trọng mà cấp tốc độ thấp mô-men xoắn cao đảm nhận trong đoạn đá cứng đường kính lớn, đồng thời dễ đánh giá thấp giới hạn áp dụng của cấp tốc độ cao trong địa tầng ổn định.
Hạng mục 5: Tổ hợp địa tầng quyết định công nghệ khoan và phối hợp cấp khí
Tài liệu WRT1200 đưa ra hướng kết nối công nghệ theo địa tầng: tầng lỏng lẻo phía trên có thể dùng quay bùn, ống chống hoặc các biện pháp ổn định lỗ khoan khác; đá cứng nguyên vẹn có thể bố trí búa khoan DTH áp suất gió trung bình, cao; đá phong hóa và đới phá hủy cần kiểm soát tiến độ đẩy, tăng cường làm sạch lỗ khoan, và tùy tình trạng thành lỗ sử dụng ống chống hoặc hỗ trợ bọt; sau khi vào tầng chứa nước chính, cần điều chỉnh phương án cấp khí, làm sạch lỗ khoan và ống chống theo lưu lượng nước chảy vào.
Khi khoan DTH, tài liệu khuyến nghị áp suất làm việc 1,65–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–120 m³/min, và đặc biệt chỉ ra rằng chỉ đáp ứng áp suất mà lưu lượng không đủ vẫn có thể dẫn đến va đập không đủ, xả mùn khó khăn và tích mùn đáy lỗ khoan. Hạng mục này cho thấy điều kiện cấp khí không phải năng lực tích hợp sẵn của thiết bị, mà là điều kiện bên ngoài cần máy nén khí phối hợp và tính toán chung với đường kính lỗ khoan, độ sâu lỗ khoan và địa tầng. Tài liệu không đưa ra dự án cụ thể nên chọn mức áp suất và lưu lượng nào; điều này cần xác nhận trong thiết kế thi công kết hợp đường kính lỗ khoan và tổ hợp dụng cụ khoan.
Hạng mục 6: Phương thức chuyển trường và điều kiện vận chuyển tổng máy
WRT1200 sử dụng kết cấu tháp thẳng trên xe, tích hợp tháp khoan, đầu động lực, cấp tiến thủy lực, hai tời phụ trợ và hệ thống vận hành trên khung gầm xe. Tài liệu cho biết kết cấu này phù hợp hơn với chuyển trường đường bộ giữa khu mỏ, khu công nghiệp, nông trại và các thành phố khác nhau, có thể giảm bốc xếp và tổ chức cẩu lặp lại.
Nhưng cái giá của kết cấu tháp thẳng là biên dạng vận chuyển cố định hơn. Trọng lượng tổng máy khoảng 32 T, kích thước vận chuyển khoảng 11,5 × 2,25 × 3,2 m. Tài liệu yêu cầu rõ ràng phải xác nhận giới hạn chiều cao đường bộ, không gian vào công trường và khoảng không hiện trường trước khi thi công; trước khi vào công trường còn cần xác minh chiều rộng đường, khả năng chịu tải cầu, bán kính quay xe, khả năng chịu tải mặt bằng và vật cản phía trên. Hạng mục này không tương ứng với năng lực thiết bị, mà là điều kiện hiện trường dự án có cho phép thiết bị đến và triển khai hay không; nếu điều kiện đường bộ hoặc mặt bằng không đáp ứng, năng lực độ sâu khoan và mô-men xoắn đều không thể phát huy.
Đưa sáu hạng mục năng lực trở lại cùng một bảng kiểm tra
Sáu hạng mục trên không phải danh sách thông số song song, mà là chuỗi đánh giá có quan hệ trước sau: trước tiên xác định độ sâu tầng chứa nước và đường kính lỗ khoan thành giếng, sau đó kiểm tra năng lực xử lý cột khoan và mô-men xoắn quay, tiếp theo xác định công nghệ khoan và phối hợp cấp khí, cuối cùng xác nhận tổng máy có thể vào công trường hay không. Bất kỳ hạng mục nào không thỏa mãn đều sẽ thay đổi lựa chọn thiết bị hoặc phương án thi công.
| Mục tiêu vận hành | Hạng mục tài liệu tương ứng | Vẫn cần xác nhận |
|---|---|---|
| Độ sâu tầng chứa nước mục tiêu | Độ sâu khoan tối đa 1200 m | Độ sâu thực tế tầng chứa nước và dự phòng độ sâu |
| Đường kính lỗ khoan thành giếng | Đường kính lỗ khoan 105–900 mm | Thiết kế ống giếng, loại bơm và lưu lượng |
| Xử lý cột khoan và ống chống | Lực nâng 61 T, hai tời phụ trợ 4 T+3 T | Trọng lượng tổ hợp dụng cụ khoan và ma sát thành lỗ |
| Lực cản đoạn lỗ khoan | Mô-men xoắn hai chế độ 24000 / 12000 N·m | Thời điểm chuyển đổi và quan hệ với địa tầng |
| Công nghệ khoan và cấp khí | Áp suất khí 1,65–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–120 m³/min | Phối hợp máy nén khí và khớp đường kính lỗ khoan |
| Vào công trường và chuyển trường | Tổng máy khoảng 32 T, kích thước vận chuyển khoảng 11,5×2,25×3,2 m | Giới hạn chiều cao đường bộ, khả năng chịu tải và khoảng không hiện trường |
Phần tài liệu chưa bao phủ, cần xác nhận ở cấp dự án
Tài liệu WRT1200 còn đề cập động lực có thể chọn động cơ diesel 220 kW hoặc 264 kW, hành trình cấp tiến 7 / 13 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 127 mm và hỗ trợ chiều dài cần khoan 3 m hoặc 6 m. Các hạng mục cấu hình này cần xác định theo tải trọng dự án, điều kiện hiện trường và tổ chức thi công; tài liệu không đưa ra khuyến nghị cấu hình trong điều kiện vận hành cụ thể.
Ngoài ra, lưu lượng thực tế, chất lượng nước thành giếng, thiết kế trám xi măng và chắn nước, lựa chọn máy bơm chìm và các khâu thành giếng khác thuộc phạm vi địa chất thủy văn và thiết kế thành giếng; tài liệu chỉ nêu thiết bị có thể dùng cho cấp nước sâu, không bao gồm thông số cụ thể của các khâu này. Dự án giếng cấp nước sâu ngoài lựa chọn thiết bị còn cần hoàn thành đánh giá địa chất thủy văn và thiết kế kết cấu thành giếng, từ đó xác nhận cấu hình thiết bị có phù hợp hay không.