Trong thi công giếng nước trên đá cứng, cùng một máy khoan nhưng chuyển sang búa DTH hoặc tuần hoàn thuận bùn, tốc độ tiến gương có thể chênh lệch vài lần, cũng có thể không khác biệt nhiều. Sự khác biệt không đến từ bản thân thiết bị mà từ cách hai phương pháp tác động lên từng khâu khoan: phá đá bằng lực gì, mùn đá được đưa ra khỏi miệng lỗ bằng môi chất nào, thời gian nối cần và làm sạch lỗ chiếm bao nhiêu, thành lỗ do yếu tố nào duy trì. Chỉ khi tách vấn đề hiệu quả thành bốn khâu này mới có thể xác định sự khác biệt trong một dự án cụ thể nằm ở đâu.
Trước tiên cần phân biệt mỗi phương pháp giải quyết vấn đề gì
Tuần hoàn thuận bùn là một phương thức tuần hoàn của khoan quay: mũi khoan cắt và mài đá dưới tác dụng của áp lực trục và mô-men xoắn quay, bùn từ lỗ trong cần khoan xuống đáy lỗ, mang mùn đá theo không gian vành khuyên giữa cần khoan và thành lỗ trở ra miệng lỗ. Phương pháp này dựa vào phá đá cơ học kết hợp thải mùn bằng chất lỏng.
Búa DTH lắp trực tiếp búa khoan sau mũi khoan, khí nén dẫn động thân búa va đập qua lại, công va đập tác động trực tiếp lên đá đáy lỗ, đồng thời cùng dòng khí đó thổi mùn đá từ vành khuyên ra miệng lỗ. Phương pháp này dựa vào phá đá bằng va đập kết hợp thải mùn bằng khí.
Sự khác biệt của hai phương pháp trong đá cứng đến từ hai điểm khác nhau này: cơ chế phá đá khác nhau, môi chất thải mùn khác nhau. Sự khác biệt ở các khâu còn lại cơ bản đều bắt nguồn từ hai điểm này.
Khâu phá đá: cách tác động của công va đập và cắt quay khác nhau
Đá cứng tương đối nguyên khối có cường độ kháng nén cao, tính mài mòn mạnh. Mũi khoan quay trong địa tầng này chủ yếu dựa vào lực cắt và mài của răng cắt để phá đá, mũi khoan mòn nhanh, mô-men xoắn và áp lực trục tiêu thụ trên đơn vị tiến gương lớn, tốc độ tiến gương giảm rõ rệt khi cường độ đá tăng.
Búa DTH đưa năng lượng va đập trực tiếp xuống đáy lỗ, đá dưới tải trọng va đập dễ sinh nứt và vỡ thành khối hơn, phần quay chủ yếu đảm nhận việc xoay mũi khoan và sửa phẳng đáy lỗ. Do đó, trong đá cứng tương đối nguyên khối như granite, bazan, đá vôi, tiến gương thực tế của DTH thường cao hơn rõ rệt so với tuần hoàn thuận bùn, đồng thời gánh nặng áp lực trục và mô-men xoắn quay tương đối nhỏ hơn.
Nhưng kết luận này có giới hạn. Tài liệu WR600S của trang này nêu rõ, khoan DTH khuyến nghị áp suất khí làm việc 1,2–3,5 MPa, lưu lượng khí 16–55 m³/phút. Nếu lưu lượng máy nén khí không đủ, công va đập giảm, làm sạch mùn đáy lỗ không triệt để, ưu thế tốc độ của DTH sẽ bị triệt tiêu, thậm chí có thể không ổn định bằng khoan quay bùn. Tài liệu WR500S cũng đưa ra 1,2–3,5 MPa, 16–55 m³/phút, tài liệu WR500SE đưa ra 1,7–3,5 MPa, 17–42 m³/phút. Có thể thấy, cùng một dòng thiết bị nhưng yêu cầu về áp suất và lưu lượng khí không hoàn toàn giống nhau, phải khớp riêng theo từng model và dự án cụ thể.
Khâu thải mùn: sự khác biệt giữa khí lực và dịch lực trong đá cứng là trực tiếp nhất
Mùn đá sinh ra khi khoan đá cứng có hạt thô hơn, mật độ lớn hơn, việc thải mùn kịp thời quyết định trực tiếp liệu đáy lỗ có duy trì được điều kiện phá đá sạch hay không. Một khi đáy lỗ tích mùn, công va đập sẽ bị lớp đệm hấp thụ, lực cản quay tăng, mũi khoan bị phá đá lặp lại.
Thải mùn của DTH dựa vào lưu lượng gió của máy nén khí. Khi độ sâu lỗ tăng, đường kính lỗ lớn hơn, địa tầng cứng hơn, độ cao tăng, tốc độ hồi lưu vành khuyên giảm, lưu lượng gió cần thiết đều phải tăng tương ứng, đây cũng là lý do tài liệu nhấn mạnh nhiều lần "không thể chỉ nhìn áp suất định mức". Nếu đoạn lỗ có khe nứt, đới phá hủy hoặc hang rỗng, khí nén sẽ thất thoát lớn, khi đó hướng xử lý là xác định vị trí rò khí và cân nhắc dùng bọt hoặc ống chống, chứ không phải đơn thuần tăng áp suất máy nén khí.
Thải mùn của tuần hoàn thuận bùn dựa vào lưu lượng bơm và tính năng bùn. Bùn ngoài việc vận chuyển mùn còn đồng thời giữ thành lỗ, làm mát mũi khoan và cân bằng áp lực địa tầng. Tài liệu cho thấy WR500S, WR500SE, WR600S đều có thể chọn lắp bơm bùn, bơm ly tâm và bơm bọt. Bùn trong tầng phủ rời rạc, tầng sỏi cát đồng thời giải quyết hai việc ổn định lỗ và thải mùn, đây là điều thải mùn bằng khí không có được.
Trong đoạn đá cứng, nếu tầng phủ phía trên đã được xử lý bằng bùn hoặc ống chống, phần đá nguyên khối phía dưới chuyển sang DTH thường thể hiện rõ hơn ưu điểm của từng phương pháp; ngược lại, nếu trong lỗ duy trì tuần hoàn bùn lâu dài, khi gặp tầng thất thoát thì tiêu hao bùn và xử lý chống thất thoát sẽ trở thành gánh nặng thêm.
Khâu thời gian phụ trợ: nối cần, làm sạch lỗ và xử lý bất thường trong lỗ
Khác biệt hiệu quả không chỉ thể hiện ở thời gian khoan thuần. Chiều dài cần khoan và dạng tháp của máy khoan giếng nước ảnh hưởng trực tiếp đến số lần nối cần và thời gian phụ trợ mỗi lỗ.
Trong tài liệu, WR500S, WR600S hỗ trợ cần khoan 6 m, WR500SE chiều dài đẩy một lần 6,6 m, có thể dùng trực tiếp với cần khoan 6 m. Với lỗ khoan cấp 500–600 mét, số lần nối cần rất nhiều, cần khoan dài và hành trình dài có thể giảm tần suất hồi vị đầu động lực và kết nối cần khoan. Phần tiết kiệm này không liên quan đến lựa chọn phương pháp, nhưng ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể sẽ tăng lên khi độ sâu lỗ tăng.
Thời gian phụ trợ liên quan đến phương pháp chủ yếu ở làm sạch lỗ và xử lý bất thường trong lỗ. DTH trong đoạn rò khí, đới phá hủy, đoạn lỗ phun nước dễ xuất hiện bất thường về mùn hồi lưu, khi xử lý thường cần dừng khoan quan sát thay đổi thông số khoan; tuần hoàn thuận bùn khi gặp co đường kính, rơi khối, thất thoát bùn cũng cần dừng khoan xử lý. Cả hai phương pháp đều gặp dừng khoan, khác biệt ở căn cứ phán đoán: DTH chủ yếu xem lượng mùn hồi lưu, dao động áp suất gió và thay đổi mô-men xoắn, tuần hoàn bùn chủ yếu xem hàm lượng mùn trong bùn hồi lưu và thay đổi áp suất bơm.
Vai trò của năng lực nâng ở đây là cung cấp dư lượng cho vận hành bình thường, chứ không phải phương tiện giải quyết mọi sự cố trong lỗ. WR500S lực nâng 30 T, WR600S lực nâng 35 T, WR500SE lực nâng 26 T. Trong lỗ sâu, trọng lượng bản thân cần khoan, ma sát thành lỗ và trọng lượng ống chống đều làm tăng tải nâng cần, tài liệu khuyến nghị rõ: nếu lực cản nâng cần bất thường, nên làm sạch lỗ trước và phán đoán tình trạng thành lỗ, tránh dựa trực tiếp vào lực nâng tối đa để xử lý cưỡng bức.
Khâu xử lý thành lỗ: đoạn đá cứng và tầng phủ không thể đánh đồng
Đoạn đá cứng nguyên khối thường thành lỗ ổn định hơn, thải mùn khô của DTH lại giảm xâm nhập của bùn vào tầng chứa nước, có lợi cho hoàn thiện giếng và rửa giếng sau này. Nhưng tầng phong hóa phủ trên, đới phá hủy và tầng chứa nước thường cần xử lý thêm.
Tài liệu của trang này có hướng xử lý nhất quán cho loại địa tầng này: WR600S, WR500S, WR500SE đều hỗ trợ khoan quay bùn, tầng đất phía trên, đất sét, tầng cát và tầng sỏi cát ưu tiên xem xét ổn định lỗ, mang mùn và giữ thành lỗ, sau khi vào tầng đá ổn định hơn mới chuyển sang khoan DTH; đới phá hủy và địa tầng rò khí xem xét giảm tốc độ đẩy, duy trì làm sạch lỗ liên tục, và tùy tình hình hiện trường sử dụng bọt hoặc ống chống; sau khi vào tầng chứa nước chính ghi lại độ sâu tầng xuất nước, điều chỉnh cấp khí, làm sạch lỗ và phương thức ống chống theo lưu lượng nước phun.
Do đó, khi thảo luận "phương pháp nào hiệu quả cao" phải làm rõ đang nói đến đoạn lỗ nào. Đơn giản quy hiệu quả toàn lỗ về một phương pháp dễ bỏ qua thời gian thêm do tầng phủ phía trên và tầng chứa nước mang lại.
Khác biệt hiệu quả cuối cùng nằm ở điều kiện phối hợp
Kết hợp các khâu trên, khác biệt hiệu quả giữa DTH và tuần hoàn thuận bùn trong đá cứng thực tế phụ thuộc vào việc các phối hợp sau có khớp hay không:
| Khâu | Điều kiện DTH phụ thuộc | Điều kiện tuần hoàn thuận bùn phụ thuộc |
|---|---|---|
| Phá đá | Thông số búa, áp suất khí và lưu lượng gió | Áp lực trục, mô-men xoắn quay, loại mũi khoan |
| Thải mùn | Lưu lượng máy nén khí, tốc độ hồi lưu vành khuyên, xử lý rò khí | Lưu lượng bơm bùn, tính năng bùn, hiệu quả giữ thành lỗ |
| Thời gian phụ trợ | Chiều dài cần khoan, hành trình tháp, phán đoán làm sạch lỗ | Chiều dài cần khoan, hành trình tháp, tính liên tục tuần hoàn bùn |
| Thành lỗ | Biện pháp xử lý đới phá hủy, đoạn phun nước | Ổn định lỗ tầng phủ, thiết kế ống lọc và chắn nước |
| Động lực | Khớp công suất máy nén khí và máy chính | Khớp công suất bơm bùn và máy chính |
Trong tài liệu, WR500S mô-men xoắn hai chế độ 11000 / 5500 N·m, tốc độ quay tối đa 75 / 150 r/min; WR600S là 12000 / 6000 N·m, tốc độ quay tối đa 90 / 180 r/min; WR500SE mô-men xoắn 7500–10000 N·m, tốc độ quay 45–130 r/min. Các giá trị này tương ứng với năng lực hệ thống quay, chủ yếu phục vụ tải quay và thay đổi đường kính lỗ trong khoan, không thể quy đổi trực tiếp thành tốc độ tiến gương. Hiệu quả khoan tham khảo trong tài liệu là 10–35 m/h, và nêu rõ tiến gương thực tế phụ thuộc vào độ cứng địa tầng, đường kính lỗ, búa DTH, lưu lượng máy nén khí và phương thức vận hành.
Nội dung cần xác nhận trước khi chọn máy
- Tỷ lệ và mức độ nguyên khối của đoạn đá cứng: chủ yếu dùng DTH, chủ yếu khoan quay bùn, hay kết hợp cả hai.
- Áp suất xả và lưu lượng xả thực tế của máy nén khí có bao phủ phạm vi tài liệu model đã chọn hay không, đồng thời xem xét ảnh hưởng của độ sâu lỗ, đường kính lỗ và độ cao đến lưu lượng gió.
- Bơm bùn, bơm ly tâm, bơm bọt có cần chọn lắp hay không, chủ yếu dùng cho tầng phủ phía trên, đới phá hủy hay tầng rò khí.
- Đường kính và chiều dài cần khoan: tài liệu WR600S khuyến nghị cần khoan 89 / 102 mm, 6 m; WR500S khuyến nghị cần khoan 89 mm, 6 m; WR500SE hỗ trợ 102 / 108 / 114 mm, chiều dài tùy chọn 1,5 / 2 / 3 / 6 m, nên xác nhận kết hợp với đường kính lỗ và độ sâu lỗ.
- Lực nâng và mô-men xoắn có để dư theo đường kính lỗ lớn nhất và đoạn lỗ sâu nhất hay không, chứ không chọn theo điều kiện trung bình.
- Điều kiện vận chuyển và mặt bằng có hỗ trợ máy nguyên bộ vào công trường và tháp mở rộng hay không: WR600S khoảng 12,5 T, WR500S khoảng 10,6 T, WR500SE khoảng 9,5 T.
- Tài liệu địa chất thủy văn khu vực và kết cấu hoàn thiện giếng dự kiến (ống giếng, ống lọc, đoạn chắn nước) đã rõ chưa.
Phần cần xác nhận với nhà sản xuất khi tài liệu chưa đủ
Tài liệu công khai của trang này chưa đưa ra số liệu tiến gương so sánh của hai phương pháp trong cùng địa tầng, cùng đường kính lỗ, cũng chưa cung cấp tiêu chuẩn phân loại cụ thể cho địa tầng đá cứng từng khu vực hoặc quan hệ quy đổi giữa máy nén khí và độ sâu lỗ. Do đó, khác biệt hiệu quả đề cập trong bài chỉ mang tính phân tích ở mức khâu, không thể thay thế phán đoán địa tầng và kiểm tra phối hợp cho dự án cụ thể. Trước khi mua nên tổng hợp độ sâu lỗ mục tiêu, đường kính lỗ, mô tả địa tầng, thông số máy nén khí và tổ hợp dụng cụ khoan gửi cho nhà sản xuất, để nhà sản xuất xác nhận phương án chọn máy có khả thi hay không.