Một giếng cấp nước quy hoạch sâu bốn năm trăm mét, ở giai đoạn hỏi giá thiết bị thường bị nén thành một câu hỏi: giàn khoan có đủ độ sâu khoan không. Nhưng điều thực sự quyết định quá trình sau này thuận lợi hay không, thường không phải bản thân con số độ sâu khoan, mà là giếng này cần ra bao nhiêu nước, thành giếng dùng đường kính bao lớn, cột khoan trong lỗ phải chịu tải bao nhiêu. Quy mô cấp nước và độ sâu giếng cùng quyết định giới hạn dưới năng lực thiết bị, độ sâu khoan chỉ là một trong những chỉ số biểu hiện bên ngoài.
Bài viết này theo trình tự “trước tiên xác định mục tiêu cấp nước, sau đó xác định kết cấu đường kính, cuối cùng đối chiếu năng lực thiết bị”, tách nhỏ quá trình lựa chọn cấp thiết bị giếng trung sâu, và dùng tài liệu công khai của WR450SE để giải thích các điều kiện này lần lượt nằm ở những thông số nào. Các đánh giá trong bài thuộc phân tích phương án, không phải ghi chép thi công thực tế của một dự án cụ thể.
Bước 1: Suy ngược đường kính lỗ thành giếng từ quy mô cấp nước, không phải xem độ sâu khoan trước
Giếng cấp nước cần đáp ứng là lượng nước lấy, lượng nước lấy lại gắn với đường kính lỗ thành giếng, quy cách ống lọc, đường kính ngoài máy bơm chìm. Đường kính định nhỏ, bơm không xuống được, ống lọc không bố trí được, sau này muốn mở rộng lỗ thì chi phí rất cao; đường kính định lớn, dụng cụ khoan, xả mùn và tải cấp khí đều tăng, cấp thiết bị cũng phải thay đổi theo.
Vì vậy bước đầu tiên của suy ngược là chuyển “mỗi ngày cần ra bao nhiêu nước” thành “thành giếng cần đường kính bao lớn, hạ bơm sâu bao nhiêu”. Tài liệu WR450SE đưa ra phạm vi đường kính lỗ khoan là 105–400 mm, phạm vi này có thể bao phủ kết cấu thường gặp từ giếng cấp nước đường kính nhỏ đến giếng tưới tiêu, giếng cấp nước chăn nuôi đường kính lớn hơn. Đường kính nằm ở đoạn nào trong phạm vi sẽ trực tiếp quyết định sau đó cần đối chiếu mức điều kiện xoay và cấp khí nào.
Bước 2: Dùng độ sâu giếng để xác định dư lượng độ sâu khoan, không lấy độ sâu khoan làm mục tiêu thi công
Sau khi xác định độ sâu giếng mục tiêu, độ sâu khoan của thiết bị thường phải để lại một dư lượng nhất định, nguyên nhân không phải “khoan thêm vài chục mét”, mà là vị trí tầng chứa nước có tính không chắc chắn, kết cấu thành giếng có thể cần làm sâu thêm, và khi lỗ có bất thường phải có dư địa xử lý. Độ sâu khoan tối đa của WR450SE là 450 m, thuộc thiết bị lỗ trung sâu cấp 450 mét. Đối với dự án quy hoạch độ sâu giếng ba bốn trăm mét, phân bố tầng chứa nước không ổn định, dư lượng độ sâu khoan mà cấp này có thêm so với thiết bị cấp 300 mét, 350 mét chủ yếu là để dành không gian cho tìm nước và kết cấu thành giếng, không có nghĩa là mỗi giếng đều phải khoan đến 450 m.
Cần nói rõ, độ sâu khoan là giới hạn trên năng lực thiết bị, không phải mục tiêu dự án. Có đáng lên cấp này hay không còn phải xem các năng lực dưới đây có đồng thời thỏa mãn không.
Bước 3: Đặt đường kính và độ sâu giếng trở lại cùng một bảng đối chiếu năng lực
Chỉ xem độ sâu khoan hoặc chỉ xem đường kính đều dễ đưa ra kết luận phiến diện. Đặt ba yếu tố quy mô cấp nước, đường kính lỗ thành giếng, độ sâu giếng mục tiêu cùng nhau mới có thể đánh giá cấp thiết bị có phù hợp không. Bảng dưới đây là quan hệ tương ứng được tổng hợp theo tài liệu công khai của WR450SE, dùng để đối chiếu từng hạng mục khi lựa chọn.
| Điều kiện thi công | Hạng mục năng lực thiết bị tương ứng | Giá trị tham khảo trong tài liệu |
|---|---|---|
| Độ sâu giếng mục tiêu và độ sâu tầng chứa nước | Độ sâu khoan tối đa | 450 m |
| Đường kính lỗ thành giếng và ống giếng, loại bơm | Phạm vi đường kính lỗ khoan | 105–400 mm |
| Trọng lượng bản thân cột khoan và thao tác nâng hạ | Lực nâng | 20 T |
| Đường kính, tính chất đá và thay đổi lực cản | Mô-men xoay hai chế độ | 9000 / 4500 N·m; 90 / 180 r/min |
| Tần suất nối cần khoan và độ sâu lỗ | Chiều dài cần khoan | 6 m, đường kính khuyến nghị 89 / 102 mm |
| Khoan búa lỗ đá cứng | Áp suất làm việc và lưu lượng khí tiêu thụ | 1.2–3.5 MPa; 16–55 m³/min |
Tác dụng của bảng này không phải đánh dấu từng hạng mục, mà là xem có hạng mục nào đã tiến gần giới hạn không. Nếu đường kính gần 400 mm, độ sâu giếng lại gần giới hạn thiết bị, thì lực nâng, mô-men xoay và cấp khí sẽ đồng thời căng thẳng, lúc này không phải xem “độ sâu khoan có đủ không”, mà là toàn bộ năng lực còn dư địa không.
Bước 4: Công nghệ khoan quyết định điều kiện phối hợp, điều kiện phối hợp ngược lại ràng buộc lựa chọn thiết bị
Giếng cấp nước trung sâu hiếm khi chỉ dùng một công nghệ khoan hết. Phần trên tầng phủ thường dùng dung dịch khoan xoay bảo vệ thành, sau khi vào tầng đá tương đối hoàn chỉnh thì chuyển sang búa lỗ. Tài liệu WR450SE có giải thích tương ứng cho cả hai đoạn: tầng đất, đất sét, tầng cát có thể dùng dung dịch khoan xoay; đá vôi, đá cát, đá granit và các tầng đá tương đối hoàn chỉnh có thể lắp búa lỗ và mũi khoan. Công nghệ có thể kết nối thì thiết bị mới có ý nghĩa thực tế.
Điều này cũng có nghĩa lựa chọn không chỉ xem máy nguyên chiếc. Bơm dung dịch, máy nén khí, bơm bọt và các phụ kiện phải tổ hợp theo điều kiện làm việc chính: dự án nhiều tầng rời phụ thuộc hơn vào bơm dung dịch, dự án đá cứng phụ thuộc hơn vào máy nén khí và búa lỗ, đoạn lỗ rò khí nghiêm trọng có thể cần hỗ trợ bọt. Tài liệu nêu rõ những thứ này là tùy chọn, không nên mặc định được trang bị đầy đủ cùng máy.
Vì sao cấp thiết bị này đáng được đưa vào so sánh khi điều kiện phù hợp
Kết hợp logic đối chiếu trên, tài liệu WR450SE có một số đặc điểm tương ứng trực tiếp với nhu cầu giếng cấp nước trung sâu:
- Độ sâu khoan 450 m với đường kính lỗ 105–400 mm, bao phủ phạm vi kết cấu từ đường kính nhỏ đến đường kính lớn của giếng cấp nước trung sâu, khi quy mô cấp nước thay đổi không cần lập tức chuyển cấp.
- Cần khoan 6 m giảm tần suất nối cần trong thi công lỗ trung sâu. Sau khi độ sâu lỗ tăng, ảnh hưởng của số lần tháo lắp cần khoan đến thời gian thi công hiệu quả sẽ bị khuếch đại, cần khoan dài có ý nghĩa hơn với thi công liên tục nhiều giếng trung sâu.
- Lực nâng 20 T dùng cho nâng hạ cần khoan thông thường cấp 450 mét, thu hồi búa lỗ và một phần thao tác ống chống. Sau khi độ sâu lỗ tăng, trọng lượng bản thân cần khoan và ma sát thành lỗ đều tăng, năng lực này là điều kiện cơ bản để xử lý cột khoan lỗ trung sâu.
- Mô-men xoay hai chế độ 9000 / 4500 N·m tương ứng với đường kính và địa tầng khác nhau: trạng thái tốc độ thấp, mô-men cao phù hợp đoạn lỗ đường kính lớn, đá cứng hoặc lực cản lớn; trạng thái tốc độ cao phù hợp giai đoạn lực cản tương đối nhỏ. Đây không phải khái niệm hai cấp hộp số, mà là căn cứ chuyển đổi hai chế độ làm việc.
- Động cơ 92 kW và trọng lượng máy khoảng 8.5 T, trong dự án lỗ trung sâu cấp 450 mét thiên về thực dụng và cân bằng chi phí, đồng thời dễ tổ chức chuyển trường qua xã, qua trang trại hơn so với thiết bị lớn hơn.
Ranh giới áp dụng: những điều kiện nào sẽ đẩy cấp thiết bị này ra ngoài ranh giới
Đánh giá có điều kiện hữu ích hơn khuyến nghị chung chung. Các trường hợp sau cần đánh giá lại cấp thiết bị:
- Độ sâu giếng mục tiêu liên tục vượt quá 450 m, hoặc độ sâu tầng chứa nước không chắc chắn, cần dư địa tìm nước lớn hơn, nên xem cấp độ sâu khoan cao hơn.
- Đường kính lỗ thành giếng lâu dài gần hoặc vượt quá 400 mm, đồng thời độ sâu giếng khá sâu, tải dụng cụ khoan và nhu cầu cấp khí sẽ tăng rõ rệt, cần đối chiếu lực nâng và mô-men xoay của thiết bị cấp cao hơn.
- Dự án đá cứng liên tục, đường kính lớn, đoạn lỗ dài, chỉ xem giá trị mô-men xoay không đủ để đánh giá, còn phải đưa lưu lượng máy nén khí, quy cách búa lỗ và trạng thái mũi khoan vào tính toán phối hợp.
- Khi dự án cần mẫu lõi đá hoàn chỉnh, giàn khoan giếng nước không thể thay thế giàn khoan lấy lõi chuyên dụng, đây là vấn đề phân công công nghệ, không phải vấn đề dư địa năng lực.
Ngoài ra, hiệu suất khoan tham khảo trong tài liệu là 10–35 m/h, nhưng giá trị này rõ ràng bị ảnh hưởng bởi địa tầng, dụng cụ khoan, máy nén khí và thao tác, không thể dùng làm căn cứ duy nhất để tính thời gian dự án. Độ sâu khoan thực tế và hiệu quả thành giếng cũng nên lấy điều kiện hiện trường làm chuẩn.
Vào công trường và chuyển trường: điều kiện dễ bị đặt cuối cùng nhưng thường ảnh hưởng thứ tự khởi công
Sau khi xác định cấp thiết bị, còn phải đối chiếu xem có thể đến vị trí lỗ không, có thể triển khai không. Trọng lượng máy WR450SE khoảng 8.5 T, kích thước ngoài khoảng 5.85 × 1.8 × 2.4 m, tốc độ di chuyển khoảng 2.5 km/h, góc leo dốc tối đa tham khảo 21°. Kết cấu bánh xích phù hợp đường làng, đất đá và mặt đất không bằng phẳng thông thường, nhưng trước khi chuyển trường vẫn phải xác nhận khả năng chịu tải mặt đất và tình trạng dốc, khu vực đất mềm và trơn ướt nên di chuyển thận trọng.
Hành trình chân chống thủy lực 1.6 m, dùng để san phẳng và hỗ trợ ổn định ở mặt bằng không bằng phẳng nhẹ. Chu kỳ thi công lỗ trung sâu khá dài, mặt đất mềm nên dùng tấm lót để tránh chân chống lún. Đây là hạng mục chuẩn bị hiện trường, không thể thay thế bằng lựa chọn thiết bị.
Những vấn đề cần xác nhận với nhà sản xuất hoặc bên dự án
- Độ sâu tầng chứa nước mục tiêu và lưu lượng nước dự kiến có được hỗ trợ bởi tài liệu địa chất thủy văn địa phương không, chứ không chỉ ước tính theo kinh nghiệm giếng lân cận.
- Đường kính lỗ thành giếng, quy cách ống giếng và đường kính ngoài máy bơm chìm đã xác định chưa, cấu hình dụng cụ khoan và ống lọc có tương ứng không.
- Trong tổ hợp địa tầng chính, tầng rời và tầng đá chiếm tỷ lệ bao nhiêu, từ đó xác định cách tổ hợp bơm dung dịch, máy nén khí và búa lỗ.
- Điều kiện cấp điện có ổn định không, có cần chọn máy phát điện không; áp suất và lưu lượng máy nén khí có khớp với búa lỗ đã chọn không.
- Khả năng chịu tải mặt đường và độ dốc tuyến chuyển trường giữa các vị trí lỗ, đặc biệt mùa mưa hoặc khu vực đất mềm.
- Tời phụ chọn cấu hình tiêu chuẩn 1.1 T hay cấu hình tùy chọn 2.5 T, phụ thuộc trọng lượng thực tế của búa lỗ, ống chống và các phụ kiện.
Trước khi các điều kiện này được thực hiện, chỉ dựa vào con số độ sâu khoan để đánh giá cấp thiết bị, dễ đến khi khởi công mới phát hiện cấu hình phối hợp không khớp.