Một giếng cấp nước có độ sâu quy hoạch trên 1000m, sau khi thiết bị vào công trường mới phát hiện lưu lượng máy nén khí không đủ, mặt bằng không mở được chân chống, dung lượng lưới điện không khớp phương án điện — những kiểu làm lại này trong dự án giếng sâu có chi phí rất cao. Chuẩn bị thi công giếng sâu không phải là kéo máy đến vị trí lỗ khoan là xong, mà phải kiểm tra tài liệu, mặt bằng, động lực và phụ kiện khoan theo thứ tự trước khi khởi công. Bài viết lấy tài liệu công khai của WR1200SL làm tham chiếu, giải thích mối tương quan năng lực của thiết bị giếng nước siêu sâu cấp 1200m và các hạng mục cần triển khai từng bước trước khi khởi công. Cần lưu ý, dưới đây là tư duy lựa chọn và chuẩn bị, không phải ghi chép thi công thực tế của một dự án cụ thể.
Bước 1: Xác định độ sâu giếng mục tiêu và thông tin tầng chứa nước
Điều kiện tiên quyết đầu tiên của thiết bị giếng sâu là độ sâu giếng mục tiêu, nhưng độ sâu giếng không được xác định bởi "thiết bị có thể khoan sâu bao nhiêu", mà do điều kiện địa chất thủy văn và mục tiêu cấp nước cùng xác định. Độ sâu khoan tối đa của WR1200SL là 1200 m, đường kính lỗ khoan 105–900 mm, năng lực cấp này bao phủ các dự án lỗ khoan lớn như nước ngầm tầng sâu, giếng sâu khu mỏ, cấp nước công nghiệp lưu lượng lớn và một phần điều tra địa nhiệt. Tài liệu công khai cũng nêu rõ, độ sâu khoan thực tế vẫn cần xác định theo đường kính lỗ, địa tầng, cần khoan, máy nén khí và điều kiện địa chất thủy văn. Do đó trước khi khởi công nên có kết luận sơ bộ về độ sâu tầng chứa nước, lưu lượng dự kiến và đánh giá chất lượng nước, rồi mới đánh giá giếng này có cần nằm trong phạm vi năng lực thiết bị cấp 1000m hay không. Nếu chỉ là con số độ sâu gần đạt mà tầng chứa nước nông hơn, không nhất thiết phải cấu hình thiết bị theo độ sâu khoan tối đa.
Bước 2: Xác định đường kính hoàn thiện giếng và kết cấu thân giếng
Đường kính lỗ là kết quả của thiết kế hoàn thiện giếng, không phải giới hạn trên của năng lực thiết bị. Phạm vi đường kính lỗ khoan của WR1200SL là 105–900 mm, đường kính lỗ lớn nhất có thể thích ứng với phương án ống giếng lớn hơn và máy bơm lưu lượng cao hơn, nhưng tài liệu công khai cũng chỉ ra, thi công đường kính lớn đặt yêu cầu cao hơn với máy nén khí, mũi khoan, ống chống, mô-men xoắn và hệ thống nâng hạ, không khuyến nghị lấy đường kính lỗ lớn nhất làm cấu hình thường xuyên lâu dài. Trước khi khởi công cần làm rõ: giếng này dùng ống giếng bao lớn, cần hạ mấy lớp ống chống, đường kính lỗ kết thúc là bao nhiêu, có cần đoạn chắn nước và ống lọc không. Đường kính lỗ xác định càng rộng, thì cấp khí, cần khoan và tải trọng nâng hạ phía sau đều thay đổi theo, bước này nên hoàn thành trước khi lựa chọn thiết bị.
Bước 3: Bố trí công nghệ khoan và phương thức bảo vệ thành giếng theo tổ hợp địa tầng
Khó khăn của giếng siêu sâu thường không nằm ở phần sâu, mà ở tính ổn định của đoạn lỗ phía trên. Tài liệu WR1200SL đưa ra tư duy tương ứng: tầng đất, sét, cát và sỏi cát có thể dùng khoan xoay bùn, ống chống hoặc phương thức bảo vệ thành giếng khác; sau khi vào đá cứng tương đối hoàn chỉnh, có thể dùng khoan búa DTH khí nén trung bình, cao áp; khi xuyên qua đứt gãy, dăm kết và vùng phát triển khe nứt, có thể xuất hiện rơi khối, rò khí, co đường kính và kẹt cần, cần giảm tốc độ đẩy, tăng cường làm sạch lỗ, và tùy tình hình sử dụng ống chống, bọt hoặc phương pháp xử lý khác. Trước khi khởi công nên sắp xếp tổ hợp địa tầng dự kiến theo độ sâu, xác nhận từng đoạn công nghệ và vật liệu bảo vệ thành giếng tương ứng, đặc biệt cần xác nhận một khi đoạn lỗ phía trên bị co đường kính hoặc sụp lỗ, thì khoan sâu và rút cần sẽ bị ảnh hưởng bao nhiêu.
Bước 4: Xác nhận nguồn động lực và phương án năng lượng
WR1200SL sử dụng cấu hình động cơ diesel/điện kép, động cơ diesel là động cơ Cummins 264 kW. Tài liệu giải thích, khu mỏ xa xôi, hoang mạc và dự án ngoài trời thường phụ thuộc hơn vào động cơ diesel, còn công trường khoan cố định khu mỏ, khu công nghiệp hoặc dự án thi công dài hạn có thể có lưới điện ổn định, có thể cấu hình giữa phương án diesel và điện theo điều kiện hiện trường. Điểm then chốt ở đây là: công suất cuối cùng, điện áp, tần số và phương án khởi động của phần điện phải xác định theo hệ thống cấp điện của dự án, không thể quy đổi đơn giản theo công suất diesel. Trước khi khởi công nếu xem xét phương án điện, cần triển khai trước các điều kiện điện áp, tần số, dung lượng máy biến áp, khoảng cách cáp và dòng khởi động; nếu hiện trường không có nguồn điện ổn định, thì phương án diesel là cấu hình cơ bản, đồng thời phải bố trí điều kiện bảo trì làm mát động cơ, lọc khí, hệ thống nhiên liệu và nhiệt độ dầu thủy lực.
Bước 5: Kiểm tra máy nén khí và phụ kiện cấp khí
Khoan DTH khí nén khuyến nghị áp suất làm việc 1,65–8 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–120 m³/min. Điều kiện lỗ sâu, đường kính lớn và đá cứng đặt yêu cầu rất cao về lưu lượng máy nén khí, tài liệu nêu rõ lựa chọn máy nén khí phải đồng thời xem xét áp suất và lưu lượng, nếu lưu lượng không đủ, dù áp suất đạt yêu cầu, cũng có thể xuất hiện va đập không đủ, khó thải mùn và tích mùn đáy lỗ. Trước khi khởi công nên tính toán lưu lượng gió và áp suất cần thiết theo đường kính lỗ và độ sâu lỗ kế hoạch, đồng thời xác nhận hiện trường có thể bố trí máy nén khí và đường ống có lưu lượng tương ứng hay không. Trong lỗ sâu, khoảng cách đưa mùn đá ra ngoài dài, làm sạch đáy lỗ đặc biệt quan trọng, tính ổn định cấp khí nên được xác nhận như một điều kiện độc lập, không nên mặc định là trang bị kèm theo.
Bước 6: Bố trí mặt bằng, chân chống và tuyến di chuyển
Thiết bị cấp 1200m có kích thước và trọng lượng lớn, tổ chức vận chuyển phức tạp hơn giàn khoan cỡ nhỏ và trung bình. WR1200SL sử dụng kết cấu tháp co giãn, khi di chuyển có thể rút ngắn biên dạng vận chuyển, sau khi đến vị trí lỗ khoan mới mở rộng chiều cao làm việc. Tài liệu công khai không đưa ra kích thước biên dạng vận chuyển cụ thể và trọng lượng toàn máy, phần này cần xác nhận với nhà sản xuất, và đối chiếu từng hạng mục với chiều rộng đường vào, bán kính góc cua, tải trọng cầu cống và không gian di chuyển nội bộ công trường. Về mặt bằng cần xác nhận phạm vi mở rộng chân chống, khu xếp cần khoan, khu lưu trữ ống chống và vật liệu bùn, cũng như vị trí đặt máy nén khí và các thiết bị phụ kiện khác. Dự án giếng sâu có chu kỳ dài, mặt bằng bố trí có chừa không gian cho các thao tác nâng hạ cần và ống chống tiếp theo hay không cũng nên được xem xét trước.
Bước 7: Xác nhận cần khoan, ống chống và năng lực nâng hạ có khớp không
WR1200SL hỗ trợ cần khoan 9,6 m, đường kính cần khoan khuyến nghị 114 / 127 mm; lực nâng 60 T, lực ép trục 10 T; mô-men xoắn quay 30000 / 15000 N·m, tương ứng tốc độ quay tối đa 85 / 170 r/min. Các giá trị này cần được hiểu trong từng khâu vận hành cụ thể: cần khoan dài 9,6 m giảm số lần lắp tháo trong lỗ siêu sâu, phù hợp thi công liên tục lỗ sâu trên 1000m; lực nâng 60 T cung cấp dư lượng cho trọng lượng bản thân cần khoan lỗ sâu, ma sát thành lỗ, trọng lượng ống chống và bất thường trong lỗ, nhưng khi xảy ra kẹt cần hoặc co đường kính vẫn nên làm sạch lỗ trước và phán đoán trạng thái trong lỗ; mô-men xoắn hai chế độ tương ứng nhu cầu khác nhau của đoạn lỗ đường kính lớn, đá cứng hoàn chỉnh và ma sát cao với đoạn lỗ có lực cản nhỏ hơn. Trước khi khởi công nên xác nhận quy cách và số lượng cần khoan, quy cách và độ sâu hạ ống chống, phụ kiện mũi khoan và búa DTH, cũng như tổ hợp cần khoan này có khớp với đường kính lỗ và độ sâu lỗ kế hoạch hay không.
Bước 8: Đưa vật liệu và loại máy bơm giai đoạn hoàn thiện giếng vào chuẩn bị
Trong điều kiện tầng chứa nước sâu và nước phun mạnh, nước phun sẽ thay đổi điều kiện thải mùn trong lỗ và làm việc của búa DTH, khi 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 lưu lượng nước. Giai đoạn hoàn thiện giếng còn cần thiết kế ống lọc, đoạn chắn nước và loại máy bơm cuối cùng theo độ dày tầng chứa nước và điều kiện chất lượng nước. Những nội dung này tuy không thuộc bản thân giàn khoan, nhưng sẽ ảnh hưởng đến lựa chọn đường kính lỗ, quy cách ống chống và quy trình hạ ống, do đó nên xác nhận cùng với thiết kế hoàn thiện giếng trước khi khởi công, chứ không phải đợi sau khi khoan xong mới bổ sung. Tài liệu cũng lưu ý, dự án nước uống tầng sâu quy mô lớn nên hoàn thành điều tra địa chất thủy văn và đánh giá chất lượng nước trước, rồi mới xác định tầng mục tiêu, đường kính giếng và độ sâu giếng.
Một số lưu ý về thứ tự chuẩn bị
Thứ tự trên không phải quy trình cố định, nhưng có một logic cơ bản: độ sâu giếng và tầng chứa nước, đường kính hoàn thiện giếng, công nghệ địa tầng — ba hạng mục này quyết định giới hạn dưới năng lực thiết bị; động lực, cấp khí, mặt bằng và phụ kiện khoan quyết định thiết bị có thể vận hành theo kế hoạch hay không. Tài liệu công khai của WR1200SL cung cấp phạm vi năng lực và điều kiện phụ kiện của thiết bị cấp 1200m, nhưng các hạng mục sau vẫn cần xác nhận trong dự án cụ thể: độ sâu khoan thực tế có đạt độ sâu giếng thiết kế hay không phụ thuộc vào tổ hợp đường kính lỗ, địa tầng, cần khoan và máy nén khí; công suất, điện áp, tần số và phương thức khởi động của phương án điện cần xác định riêng theo hệ thống cấp điện dự án; biên dạng vận chuyển và trọng lượng toàn máy không có trong tài liệu, cần yêu cầu nhà sản xuất cung cấp; đường kính lỗ lớn nhất 900 mm không nên dùng làm cấu hình thường xuyên. Kiểm tra rõ từng hạng mục này trước khi khởi công sẽ kiểm soát tốt hơn so với điều chỉnh sau khi vào công trường.