Cùng một mục đích cấp nước, nhưng giếng sâu ba trăm mét và giếng sâu trên một nghìn mét khiến thiết bị phải đối mặt với điều kiện trong lỗ khoan và tổ chức hiện trường hoàn toàn khác nhau. Dự án cấp nước tầng nông thường có đường kính lỗ khoan nhỏ hơn, tải trọng cột cần khoan nhẹ, chuyển trường linh hoạt; giếng nước sâu thì phải duy trì tính liên tục thi công với cột cần khoan dài hơn, đường kính lỗ khoan lớn hơn và kết cấu hoàn thành giếng phức tạp hơn. Yêu cầu về năng lực thiết bị của hai loại dự án không cùng một cấp độ, muốn xác định nên dùng cấp thiết bị nào, trước tiên phải xem mục tiêu thi công rơi vào đầu nào.
Một số điều kiện thi công cần phân biệt trước giữa hai loại dự án
Sự khác biệt giữa giếng nước sâu và dự án cấp nước tầng nông không chỉ là con số độ sâu giếng. Những điều kiện sau sẽ tạo khoảng cách về nhu cầu thiết bị:
- Độ sâu giếng và trọng lượng bản thân cột cần khoan: Lỗ càng sâu, cột cần khoan càng dài, tải trọng mà hệ thống nâng phải chịu khi kéo thả càng lớn, thời gian phụ trợ để lắp tháo cần khoan cũng càng nhiều.
- Đường kính hoàn thành giếng: Khi quy mô cấp nước lớn, tầng chứa nước chôn sâu, đường kính hoàn thành giếng thường lớn hơn, kéo theo yêu cầu cao hơn về mô-men xoay, lưu lượng máy nén khí và quy cách dụng cụ khoan.
- Tổ hợp địa tầng và giữ thành: Khi tầng lỏng lẻo phía trên của giếng sâu bị co đường kính hoặc sụt lở, sẽ ảnh hưởng đến thi công phần sâu tiếp theo, yêu cầu ổn định thành lỗ ở giai đoạn mở lỗ cao hơn.
- Tổ chức hiện trường: Dự án giếng sâu có chu kỳ thi công dài, nhiều dụng cụ phụ trợ, trọng lượng và kích thước ngoài của thiết bị đặt ra ràng buộc bổ sung cho vận chuyển và bố trí mặt bằng.
Chỉ khi các điều kiện này cộng gộp lại mới tạo thành căn cứ thực tế để lựa chọn cấp thiết bị. Chỉ nhìn một con số độ sâu giếng dễ đẩy dự án tầng nông lên cấu hình quá cao, cũng dễ đánh giá thấp độ khó kiểm soát cột cần khoan của dự án giếng sâu.
Hướng giếng sâu: mối tương quan năng lực của thiết bị cấp 1500 m
Khi độ sâu giếng của dự án vượt một nghìn mét, đường kính lỗ khoan lớn, địa tầng phức tạp và chu kỳ thi công dài, thiết bị không chỉ cần dư địa độ sâu khoan mà còn cần năng lực nâng, mô-men xoay và sự phối hợp trong tổ chức cần khoan. Trong tài liệu công khai của WR1500S, các mục sau liên quan trực tiếp đến nhu cầu thi công giếng nước sâu.
Độ sâu khoan và phạm vi đường kính lỗ khoan
WR1500S có độ sâu khoan tối đa 1500 m, đường kính lỗ khoan 105–1000 mm. Đối với những khu vực tầng chứa nước nông khó đáp ứng nhu cầu, tầng nước sâu chôn sâu hơn, độ sâu khoan cấp 1500 m mang lại dư địa về năng lực thi công; phạm vi đường kính 105–1000 mm bao phủ giếng nước sâu thông thường, giếng nước ngầm đường kính lớn và một số lỗ khoan hạ mực nước khu mỏ, lỗ khoan công trình lớn. Độ sâu giếng và đường kính thực tế vẫn phải xác định theo địa chất thủy văn, thiết kế hoàn thành giếng và tổ hợp dụng cụ khoan, không thể lấy giới hạn thiết bị làm mục tiêu dự án.
Lực nâng và tải trọng cột cần khoan
Khi độ sâu lỗ khoan tăng, trọng lượng bản thân cột cần khoan, ma sát thành lỗ và trọng lượng ống chống đều tăng đáng kể. WR1500S có lực nâng 80 T, lực ép trục 16 T. Năng lực nâng lớn hơn có lợi cho việc kéo thả cần khoan bình thường, thu hồi dụng cụ khoan và một số thao tác ống chống quy cách lớn, nhưng khi gặp lực cản bất thường vẫn nên ưu tiên làm sạch lỗ, nâng chậm và phán đoán trạng thái trong lỗ, lực nâng là phương tiện chứ không phải giải pháp.
Mô-men xoay và chuyển đổi điều kiện làm việc
WR1500S có mô-men xoay tối đa 31000 / 15500 N·m, tốc độ xoay tối đa 70 / 140 r/min. Tốc độ thấp mô-men cao phù hợp với điều kiện đường kính lớn, đá cứng và ma sát cao, tốc độ cao hơn phù hợp với đoạn lỗ ổn định có lực cản tương đối nhỏ. Trong thi công giếng sâu, cần điều chỉnh linh hoạt theo tải trọng cột cần khoan, xả mùn và trạng thái dụng cụ khoan, hai giá trị mô-men tương ứng với giá trị lấy ở các điều kiện làm việc khác nhau, không phải lựa chọn đơn giản giữa hai cấp tốc độ.
Chiều dài cần khoan và tần suất nối cần
Thiết bị hỗ trợ cần khoan 9,6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 / 127 mm. Giếng sâu cấp 1500 m nếu dùng cần khoan ngắn sẽ làm tăng số lần lắp tháo. Cần khoan dài giúp giảm tần suất nối cần, nhưng yêu cầu hiện trường thi công có đủ không gian thao tác và tổ chức vận chuyển cần khoan quy chuẩn, cần khoan 9,6 m thường cần vận chuyển riêng.
Kết cấu tháp và điều kiện vận chuyển
WR1500S sử dụng kết cấu tháp co duỗi, vừa đảm bảo chiều cao làm việc thi công giếng sâu vừa cải thiện kích thước ngoài của toàn máy ở trạng thái vận chuyển. Trọng lượng toàn máy khoảng 28 T, kích thước ngoài khoảng 11,5 × 2,6 × 3,5 m, vận chuyển liên vùng cần xác nhận trước tải trọng xe sàn, giới hạn chiều cao đường, khả năng chịu tải cầu và không gian quay đầu. Tháp co duỗi giúp giảm độ khó vận chuyển do tháp dài cố định gây ra, nhưng không có nghĩa là có thể đơn giản hóa quy hoạch vận chuyển và mặt bằng.
Cấp khí và công nghệ khoan
Khi khoan bằng búa DTH, áp suất làm việc khuyến nghị 1,65–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–120 m³/min. Dự án giếng sâu cấp 1500 m và đá cứng đường kính lớn đặt yêu cầu rất cao về lưu lượng máy nén khí, áp suất và lưu lượng phải đồng thời đáp ứng nhu cầu của búa DTH và xả mùn đáy lỗ. Tầng đất, sét, cát và sỏi cát có thể dùng khoan xoay bùn, ống chống hoặc các phương thức giữ thành khác, sau khi vào tầng đá mới chuyển sang khoan DTH. Nước phun từ tầng chứa nước sâu sẽ thay đổi trạng thái xả mùn trong lỗ và làm việc của búa DTH, trong thi công nên ghi lại độ sâu tầng xuất nước chính và điều chỉnh cấp khí, làm sạch lỗ và phương thức ống chống theo đó.
Hướng cấp nước tầng nông: dự án nào không cần lên đến cấp này
Dự án cấp nước tầng nông thường có độ sâu giếng trong vòng vài trăm mét, đường kính lỗ khoan tương đối thông thường, tải trọng cột cần khoan nhẹ, tần suất chuyển trường có thể cao hơn. Yêu cầu cốt lõi của loại dự án này đối với thiết bị là vào công trường linh hoạt, tổ chức nối cần đơn giản, gánh nặng phụ trợ trong tầm kiểm soát. Dư địa độ sâu khoan, lực nâng 80 T và trọng lượng toàn máy 28 T của thiết bị cấp 1500 m khó chuyển hóa thành lợi ích thực tế trong dự án tầng nông, ngược lại sẽ làm tăng chi phí vận chuyển, mặt bằng và phụ trợ.
Nếu độ sâu giếng của dự án trong vài trăm mét, đường kính lỗ khoan trong phạm vi thông thường, địa tầng chủ yếu là tầng phủ lỏng lẻo và đá độ cứng trung bình, đồng thời vị trí lỗ phân tán, chuyển trường thường xuyên, thì lựa chọn cấp thiết bị nên chú trọng hơn đến kích thước toàn máy, năng lực di chuyển và định vị, tổ chức nối cần, chứ không phải giới hạn độ sâu khoan. Điểm này ngược lại với trình tự phán đoán của dự án giếng sâu.
Đưa hai loại nhu cầu vào cùng một bảng phán đoán
| Mục phán đoán | Dự án giếng nước sâu | Dự án cấp nước tầng nông |
|---|---|---|
| Độ sâu giếng | Trên một nghìn mét, cần dư địa độ sâu khoan | Trong vài trăm mét, độ sâu khoan vừa đủ bao phủ |
| Đường kính lỗ khoan | Lớn hơn, cần phù hợp mô-men và cấp khí | Thông thường, gánh nặng phụ trợ trong tầm kiểm soát |
| Tải trọng cột cần khoan | Cao, lực nâng cần dư địa | Thấp, yêu cầu lực nâng tương đối rộng rãi |
| Vận chuyển và mặt bằng | Cần quy hoạch trước vận chuyển tải nặng và bố trí mặt bằng | Ưu tiên chuyển trường linh hoạt |
| Chu kỳ thi công | Dài, nhiều dụng cụ phụ trợ | Tương đối ngắn, tổ chức đơn giản |
Bảng này không phải công thức lựa chọn mà là đưa sự khác biệt giữa hai loại dự án vào các mục có thể đối chiếu. Dự án thực tế thường nằm giữa hai đầu, cần phán đoán cấp thiết bị theo những điều kiện căng thẳng nhất, chứ không đơn giản lấy giá trị trung gian.
Điều kiện phụ trợ và ranh giới áp dụng
Khi xem xét thiết bị cấp 1500 m như WR1500S, có một số điều kiện phụ trợ cần xác nhận đồng thời: áp suất và lưu lượng máy nén khí có đáp ứng nhu cầu búa DTH và xả mùn hay không; không gian vận chuyển và xếp đặt tại hiện trường của cần khoan, ống chống và vật liệu hoàn thành giếng có đủ hay không; mặt bằng có chịu được trọng lượng toàn máy 28 T và mở chân chống hay không; chu kỳ thi công có đủ để phân bổ công tác chuẩn bị vào công trường và chạy thử hay không. Bất kỳ điều kiện nào trong số này không thành lập đều sẽ ảnh hưởng đến tính khả dụng thực tế của thiết bị.
Ngược lại, nếu độ sâu giếng và đường kính lỗ khoan của dự án rõ ràng nằm trong phạm vi cấp nước tầng nông, cũng không nên vì “dư địa độ sâu khoan lớn hơn” mà chọn thiết bị cấp cao hơn. Lựa chọn cấp thiết bị phục vụ mục tiêu thi công, không phải càng lớn càng ổn.
Những vấn đề vẫn cần xác nhận
Bài viết dựa trên tài liệu công khai của WR1500S để giải thích mối tương quan năng lực của dự án giếng nước sâu, nhưng dự án cụ thể có áp dụng hay không còn cần xác minh tài liệu địa chất thủy văn, thiết kế hoàn thành giếng, tổ hợp địa tầng và điều kiện vận chuyển hiện trường. Độ sâu khoan, đường kính lỗ khoan và mô-men tối đa của thiết bị là giới hạn năng lực, hiệu quả thi công thực tế chịu ảnh hưởng của điều kiện địa chất, dụng cụ trong lỗ và phương thức vận hành, nên lấy điều kiện hiện trường làm chuẩn. Việc phán đoán cấp thiết bị cho dự án cấp nước tầng nông cũng cần xác nhận theo độ sâu giếng, đường kính lỗ khoan và bố trí chuyển trường cụ thể, không nên chỉ dựa vào bảng so sánh trong bài viết này để đưa ra kết luận trực tiếp.