Sáu cách một công việc DTH (Direct-to-Threading) gặp trục trặc: Phân tích tai nạn từ góc nhìn người thực hiện.
Khoan DTH bằng khí nén nhanh hơn gấp mười lần so với các phương pháp truyền thống trong đá cứng. Tốc độ đó chính là điểm hấp dẫn của phương pháp này. Nhưng chính những cú va đập tần số cao tạo nên tốc độ nhanh chóng đó cũng khiến nó trở nên nguy hiểm khi xảy ra sự cố. Tai nạn khi khoan DTH không diễn ra từ từ — nó xảy ra với tốc độ năm mươi cú va đập mỗi giây, và đến khi bạn nhận ra thì thiệt hại đã quá lớn.
Dưới đây là sáu cách mà một công việc lắp đặt DTH có thể gặp trục trặc, nguyên nhân của từng lỗi và những việc cần làm trước và sau khi xảy ra lỗi.
1. Gãy đầu búa — Gãy do mỏi tại vai khớp nối
Đầu búa hầu như luôn bị gãy ở cùng một vị trí: chỗ chuyển tiếp đường kính ngay phía trên phần khía. Đó là điểm tập trung ứng suất hình học — nơi tiết diện thay đổi, ứng suất tích tụ. Đó cũng là nơi mũi khoan truyền mô-men xoắn qua các khía, làm tăng thêm ứng suất cắt vào tải trọng va đập theo trục.
Có hai yếu tố khiến đầu búa vượt quá giới hạn mỏi. Thứ nhất là chất lượng sản xuất kém: thép chất lượng thấp, ứng suất dư từ quá trình gia công, độ bền mỏi không đủ. Thứ hai là điều kiện hoạt động: áp lực cấp liệu quá lớn làm cong dây cung và khuếch đại độ rung, hoặc khoan xuyên qua các vùng chuyển tiếp từ mềm sang cứng nơi mô-men xoắn dao động liên tục.
Phòng ngừa bắt đầu bằng việc mua sản phẩm từ nhà sản xuất có thể chứng minh chất lượng của họ. Sau đó là về kỷ luật khoan: giảm thông số khi đi vào địa chất bị nứt nẻ hoặc không đồng nhất, bắt đầu với tốc độ khoan nhẹ khi chưa biết rõ cấu tạo địa chất, và giảm tốc độ ở các lớp đất mềm nơi mũi khoan có thể đào quá sâu và làm tăng mô-men xoắn.
Hai biện pháp an toàn thiết thực: sử dụng búa có ống giữ để đầu búa bị vỡ không rơi xuống đáy, và nếu đầu búa bị vỡ, hãy lấy nó ra ngay lập tức trước khi nó bị kẹt vĩnh viễn.
2. Chèn vật liệu bị gãy — Phần rìa ngoài bị gãy trước.
Trong quá trình khoan thông thường, sự mài mòn của mảnh dao tiện diễn ra từ từ. Hầu hết các trường hợp hỏng mảnh dao tiện là do gãy đột ngột, và các mảnh dao ở rìa ngoài cùng của mặt mũi khoan là dễ bị tổn thương nhất. Chúng chịu tải trọng va đập cao nhất, tiếp xúc mài mòn nhiều nhất với thành lỗ và chịu ứng suất uốn lớn nhất.
Nguyên nhân được chia thành ba loại: địa chất (đất cứng, nứt nẻ hoặc hỗn hợp), thông số khoan (tiến độ khoan quá nhanh, tốc độ quay quá cao) và vận hành (tiến độ khoan không ổn định, mũi khoan nảy, bắn không có đầu khoan).
Biện pháp phòng ngừa là nguyên tắc tiêu chuẩn: cấp liệu nhẹ khi bắt đầu, giảm thông số khi khoan trên địa hình khó khăn, áp lực cấp liệu đều và ổn định, và quan trọng nhất là chọn mũi khoan có cấp độ lưỡi và thiết kế mặt cắt phù hợp với địa chất. Một lưỡi khoan bị gãy trong địa chất không được thiết kế cho nó không phải là vấn đề về chất lượng, mà là vấn đề về lựa chọn.
3. Tắc nghẽn do búa – Các mảnh vụn đến từ chính đường ống nhà bạn
Chuyện này thật đáng xấu hổ vì hoàn toàn là do tự mình gây ra.
Ống khoan mới thường có lớp gỉ sét, lớp phủ cán và các mảnh vụn sản xuất bám trên thành trong. Khi khí nén bắt đầu lưu thông, các mảnh vụn này sẽ bong ra và di chuyển xuống dọc theo ống – thẳng vào đầu búa. Chúng sẽ làm tắc nghẽn các đường dẫn khí và van một chiều, hạn chế hoặc chặn dòng khí.
Cách khắc phục rất đơn giản nhưng thường bị bỏ qua: làm sạch mọi đường ống trước khi đưa xuống giếng. Dùng khí nén để thổi sạch. Đối với ống mới, dùng bàn chải sắt chà sạch lòng ống hoặc dùng tăm bông vệ sinh. Và cũng làm sạch các đường dẫn khí trên mặt đất — đặc biệt là các van và khuỷu nối nơi tích tụ cặn bẩn.
4. Dòng chảy ngược — Chênh lệch áp suất hút các mảnh vụn vào
Đây là kiểu lỗi DHT nguy hiểm nhất vì nó xảy ra ngay cả khi "cỗ máy" chưa hoạt động.
Khi lỗ khoan chứa đầy các mảnh vụn đặc sệt, giống như bùn và búa dừng lại, một sự chênh lệch áp suất sẽ hình thành. Nếu van một chiều không kín hoàn toàn, hoặc nếu các khe hở bên trong bị mòn, sự chênh lệch áp suất đó sẽ hút các mảnh vụn ngược trở lại — xuyên qua các khe hở bên trong của búa và vào các khe hở của piston và trục răng. Các mảnh vụn bị nén chặt. Piston bị kẹt. Các trục răng bị kẹt cứng. Các cửa xả bị tắc.
Nguyên nhân gốc rễ thường là do van một chiều bị mòn hoặc hư hỏng, hoặc khe hở giữa piston và xi lanh bị mòn khiến không còn kín. Cách phòng ngừa là kiểm tra: kiểm tra van một chiều trước mỗi chuyến đi, kiểm tra khe hở giữa piston và xi lanh theo định kỳ, và thay thế các bộ phận bị mòn trước khi chúng gây ra hiện tượng chảy ngược.
Một giải pháp tinh vi hơn cho các lỗ sâu: lắp đặt một khớp van phao ở vị trí cách đầu dây khoan 150-200 mét. Van phao sẽ đóng lại khi áp suất không khí giảm, ngăn chặn dòng chảy ngược đẩy mùn khoan vào búa.
Phản ứng tức thì khi luồng khí bị hạn chế: dùng dây kéo lên xuống mạnh mẽ để thông tắc. Nếu cách đó không hiệu quả, hãy kéo dây và kiểm tra — đừng tiếp tục ép khí vào búa bị tắc.
5. Vòng bùn bao quanh — Sự tắc nghẽn từ từ
Trong điều kiện ẩm ướt, mùn khoan không được thổi sạch. Chúng bám dính – vào cần khoan, vào thành giếng khoan, vào thân búa. Một vòng mùn khoan bị nén chặt hình thành. Khe hở giữa ống khoan và thành giếng bị thu hẹp. Mùn khoan trước đây chảy qua giờ tích tụ lại thành vòng. Vòng này phát triển thành một lớp bùn, và lớp bùn cuối cùng bịt kín hoàn toàn khe hở. Cần khoan bị kẹt.
Cơ chế này diễn ra dần dần: mỗi chu kỳ tuần hoàn để lại một lượng vật chất nhỏ hơn trên vòng, và vòng này làm cho chu kỳ tiếp theo kém hiệu quả hơn. Đến khi người ta nhận thấy quá trình tuần hoàn đang suy giảm, thì khối vật chất tích tụ đã bắt đầu hình thành.
Phòng ngừa là giữ cho khoang hình vành khuyên luôn sạch sẽ: đảm bảo đủ lượng khí, xả mạnh thường xuyên và chú ý đến dòng chảy hồi lưu. Nếu dòng chảy hồi lưu chậm lại, hãy xả mạnh trước khi nó dừng hẳn.
6. Mắc kẹt và bị chôn vùi — Đội hình phản kháng
Lỗi cuối cùng và cũng là lỗi tốn kém nhất: sợi dây bị kẹt, và càng để lâu thì càng bị kẹt chặt hơn.
Các yếu tố hình thành bao gồm đá bị nứt vỡ hoặc đứt gãy sụp đổ vào lỗ khoan, và các lớp chứa nước làm cho đá phiến nở ra và phân rã. Các yếu tố kỹ thuật bao gồm rung động tần số cao làm lỏng thành lỗ khoan, luồng khí tốc độ cao làm xói mòn đá không ổn định, và việc thiếu chất lỏng hỗ trợ thành lỗ trong quá trình khoan bằng khí nén.
Khi các bức tường bắt đầu sụp đổ, trình tự diễn ra rất dễ đoán: các khối đá rơi xuống, búa bị kẹt, và nếu hố sụp xuống, búa sẽ bị vùi lấp.
Quy trình xử lý sự cố được phân cấp. Bắt đầu bằng việc quan sát — theo dõi dòng chảy ngược, theo dõi mô-men xoắn, theo dõi sự thay đổi về độ xuyên thấu. Giữ cho chuỗi khoan luôn chuyển động — thực hiện các chuyến ngắn thường xuyên, di chuyển lên xuống đều đặn để ngăn ngừa hiện tượng lún. Ngay khi có dấu hiệu sự cố, hãy dừng lại và xử lý. Sử dụng phương pháp bơm bọt để đẩy các mảnh vụn lớn ra ngoài. Thực hiện các chuyến ngắn để kiểm tra tình trạng thành giếng khoan. Nếu giếng khoan không giữ được thông thoáng, hãy thay đổi chiến thuật — khoan bằng bọt, hoặc sử dụng chất lỏng hỗ trợ thành giếng, hoặc lắp đặt ống chống. Biện pháp cuối cùng là sử dụng phương pháp phay để giải phóng chuỗi khoan bị kẹt.
Mô hình
Khoan DTH diễn ra nhanh chóng, nhưng cần sự chú ý và trừng phạt nếu lơ là. Sáu loại tai nạn này có một điểm chung: hầu hết đều có thể phòng ngừa được bằng việc kiểm tra, làm sạch và tuân thủ kỷ luật khi khoan. Búa khoan bị hỏng do mảnh vụn trong đường ống bẩn, hoặc van một chiều bị mòn, hoặc áp suất cấp liệu quá cao - những sự cố đó không phải là do xui xẻo. Chúng là kết quả có thể dự đoán được khi bỏ qua các bước khoan.
