Công nghệ khoan ngầm kéo đường ống qua đường, qua sông

ÔNG NGHỆ KHOAN NGẦM ĐỊNH HƯỚNG KÉO ĐƯỜNG ỐNG QUA ĐƯỜNG, QUA SÔNG ĐƯỢC THỰC HIỆN BỚI CÔNG TY TNHH KHOAN NGẦM THOÁT NƯỚC CÔNG NGHỆ CAO 197

  Công nghệ khoan ngầm định hướng HDD (Horizontal Directional Drilling) được công ty TNHH Khoan ngầm thoát nước công nghệ cao 197 nghiên cứu áp dụng phát triển thành công với địa chất phức tạp tại Việt Nam bằng công nghệ khoan dẫn hướng bằng máy khoan chuyên dụng kết hợp công nghệ phát sóng và thu sóng phát từ đầu mũi khoan đến thiết bị thu phát trên mặt đất và hệ thống bảng điều khiển hiển thị tại màn hình vận hành máy khoan ngầm. Công nghệ khoan ngầm kéo ống định hướng HDD là phương pháp thi công ống mới bằng cách khoan ngầm có kiểm soát, định hướng mũi khoan, có thể điều khiển hướng mũi khoan theo hướng được định sẵn với các góc độ lên xuống thông qua bán kính cong cho phép của cần khoan.
Công nghệ khoan ngầm kéo ống có nhiều ưu điểm như hiệu suất làm việc cao, rất hiệu quả kinh tế, không ảnh hưởng phía trên bề mặt, cho phép điều khiển phương khoan, hướng khoan, do vậy có ưu lợi thế vượt bậc so với phương pháp thi công truyền thống và các công nghệ hiện đại không đào mở khác đang thí nghiệm thi công áp dụng tại Việt Nam.

Với quy trình thi công đơn giản, rút ngắn thời gian thi công, ít ảnh hưởng tới môi trường và sinh hoạt của cư dân xung quanh phạm vi thi công.

Chu trình khoan theo 03 bước:

            B1. Khoan định hướng (Pilot bore): định vị hướng tuyến bằng GPS (thiết bị định vị được gắn vào đầu khoan)

           B2. Khoan Nong: Khoan phá ngược và khoét rộng đường khoan (Reaming) theo chiều ngược lại.

           B3. Lắp đặt & kéo đường ống (Pipeline installation).

Cụ thể:

I. Các bước khoan

1. Khoan định hướng (pilot bore)
     Dựa trên bản thiết kế, sử dụng mũi khoan TriHawk để khoan với một góc nghiêng phù hợp. Khi đầu khoan đạt tới điểm chuyển hướng theo thiết kế thì điều chỉnh độ nghiêng đầu khoan tới góc “12 clock” rồi sử dụng lực đẩy để đầu khoan chuyển hướng dần đạt được phương ngang với độ sâu định trước theo thiết kế. Sau đó tiếp tục hành trình đi ngang bằng kỹ thuật xoay – đẩy đầu khoan cho đến điểm chuyển hướng đi lên. Tiếp tục điều chỉnh độ nghiêng đầu khoan theo góc “12 clock” và sử dụng lực đẩy đầu khoan để tiến về điểm mục tiêu định sẵn. Trong quá trình khoan, dung dịch khoan được bơm đến đầu khoan thông qua hệ thống Bể - bơm - cần để bôi trơn đầu khoan.
Kiểm soát việc điều khiển hướng dựa vào cơ chế bất đối xứng của mũi khoan gắn trên đầu khoan. Toàn bộ tín hiệu phục vụ định hướng chuyển động của đầu khoan được xác định bởi bộ phát sóng (transmitter) nằm trong đầu khoan, bộ phát sóng này phải liên tục hoạt động trong suốt quá trình khoan và đảm bảo đưa được tín hiệu đi xa tối thiểu 25m hướng lên trên.
Ngay phía trên đầu khoan sử dụng một thiết bị dò đầu khoan (receiver) đi dọc tuyến bám sát chuyển động của đầu khoan để xác định được các chỉ tiêu: độ sâu, nhiệt độ, góc quay và độ nghiêng của đầu khoan.
Những thông tin này được thiết bị dò chuyển tải thông qua sóng vô tuyến về thiết bị hiển thị (remote display) đặt sẵn trên máy khoan giúp cho người vận hành máy định hướng mũi khoan đi theo hướng, độ sâu thiết kế.

     Đối với thi công qua sông, ao hồ, biển,... thiết bị phát sóng sẽ phát trực tiếp lên vệ tinh và truyền ngược lại vào hệ thống thu phát sóng trên mặt đất và thiết bị hiển thị trên màn hình điều khiển máy khoan.
     Đường khoan định hướng phải được kiểm soát chặt chẽ để đi theo một hướng định sẵn do thiết kế quy định và phải tuân thủ nghiêm ngặt sai số cho phép.
    Số liệu khoan được ghi lại bằng phần mềm có thể dễ dàng kiểm tra lại.

   Kết thúc quá trình khoan dẫn hướng khi mũi khoan đi hết hành trình tuyến đã định trước.

2. Khoan phá ngược mở rộng đường khoan (backreaming)
   Kỹ thuật mở rộng đường khoan.
   Sau khi hoàn tất công tác khoan định hướng, đầu khoan và mũi khoan TriHawk sẽ được thay thế bằng đầu phá ngược (reamer). Áp dụng kỹ thuật xoay-kéo đưa đầu phá đi ngược trở về máy khoan theo một tốc độ phù hợp với các tầng địa chất đường khoan đi qua cùng với một lượng dung dịch khoan có hàm lượng tương thích bơm vào, đầu phá ngược có tác dụng mở rộng đường khoan thành một đường để tạo ra đường ống chứa đầy dung dịch khoan có kích thước đường kính tương đương bằng 110% kích thước đường ống dự kiến sẽ lắp. Việc vận hành đầu phá phải tuân thủ quy trình được tính toán dựa trên báo cáo địa chất công trình nhằm đảm bảo độ bền vững thành vách của đường hầm để duy trì lượng dung dịch khoan bên trong có chất lượng tốt trong thời gian thi công. Việc duy trì độ ổn định của đường hầm và chất lượng dung dịch khoan bên trong đóng vai trò quyết định đến thành công của công đoạn kéo ống tiếp theo, đặc biệt đối với đường khoan chiều dài lớn hơn >1.000m.
Kết thúc gia đoạn khoan Nong chuyển bước 3.
3. Lắp đặt & kéo đường ống (Pipeline installation)
  3.1. Kỹ thuật kéo ống.
Ống được kéo bằng lực truyền từ máy khoan thông qua kết cấu đầu phá ngược gắn với 1 khớp xoay bằng kỹ thuật xoay – kéo cần khoan đưa dần về phía máy khoan. Dung dịch khoan được bơm vào đường hầm với chế độ phù hợp giúp giảm thiểu ma sát lên thân ống, ngăn ngừa khả năng sụp hầm.
Việc kéo ống được tiến hành với biểu thời gian được hoạch định kỹ càng đến từng chi tiết phù hợp với chiều dài đường khoan và phải được tiến hành liên tục, tuyệt đối không có thời gian dừng. Chiều dài khoan càng lớn, sự thay đổi các tầng địa chất càng nhiều dẫn đến nguy cơ tăng tải lên thân ống càng cao. Dung dịch khoan phải được tính toán cẩn thận để luôn đảm bảo chuyển động dọc thân ống giúp bôi trơn, giảm khả năng kẹt trong quá trình kéo ống.
Các thông số quá trình kéo ống thường không ổn định do đó người chịu trách nhiệm kỹ thuật luôn phải tính đến trường hợp tải kéo tăng và dự phòng sẵn phương án thay đổi dung dịch khoan, tốc độ kéo.

II. Các nội dung liên quan cần chú ý trong công tác khoan ngầm định hướng HDD

  1. Dung dịch khoan sử dụng cho công trình
   a) Chức năng của dung dịch khoan.
Dung dịch khoan là thành phần quan trọng quyết định thành công của công tác khoan. Về cơ bản, dung dịch khoan là một hỗn hợp của nước, bentonite và các chất phụ gia. Lượng bentonite sử dụng được tính toán dựa trên các thông số địa chất công trình và đường kính, chiều dài đường khoan.
Dung dịch khoan có các chức năng sau: 
   - Hòa trộn đất, đá, cát trong đường hầm nơi đầu khoan, đầu phá đi qua khi được bơm nén với áp lực cao.
   - Thiết lập và duy trì độ ổn định đường hầm (tránh sụp hầm).
   - Bôi trơn đầu khoan, đầu phá và cần khoan, giảm tập trung nhiệt trên các dụng cụ này.
   - Vận chuyển đất, đá, cát trong đường hầm ra ngoài.
 Với vùng địa chất nhiễm mặn hoặc độ pH cao, một số thành phần phụ gia được bổ sung để hạn chế sự suy giảm các các chức năng này:
    - Main agent : Aus – Gel
    - Au. Agent : XAN BORE
    - Au. Agent : AMC – Pac - R
Một đặc tính quan trọng khác của dung dịch khoan là có thể tái sử dụng được thông qua việc sử dụng thiết bị tái chế: Bể chứa dung dịch bentonite bao gồ hệ thống bể chuwss, bể lọc và bể lắng.
  b) Kỹ thuật pha trộn dung dịch khoan
Việc pha trộn dung dịch khoan theo đúng tỷ lệ và chế độ tối ưu để hình thành hỗn hợp phù hợp với các thông số yêu cầu của công trình đòi hỏi phải có kiến thức và kinh nghiệm qua nhiều công trình khoan.
Nhân sự 197 Company - Khoan Ngầm HDD đã được chuyên gia trực tiếp đào tạo tại Việt nam cả về lý thuyết và thực hành trên công trường. Qua đó áp dụng cho công trình, tùy từng điều kiện địa chất đội ngũ nhân sự và chuyên gia của công ty sẽ thêm những chất phụ gia đặc biệt để có thể giúp giảm tải, chống dính hơn nữa cho đầu khoan đồng thời tăng thêm độ linh hoạt và chống thất thoát dung dịch khoan trong đường hầm.

  2. Bố trí hệ thống neo máy khoan, khung sàn đạo.
     Việc neo máy khoan chống trượt có vai trò rất quan trọng với quá trình thi công khoan. Máy không ổn định khi khoan sẽ gây tải phụ uốn cong cần khoan, giảm khả năng truyền tải tới đầu khoan / đầu phá, phát sinh nguy cơ tai nạn lao động. Khi sự mất ổn định tăng lên mà không có giải pháp hạn chế phần nền móng đặt máy khoan sẽ bị phá hủy, máy nghiêng quá mức cho phép và bắt buộc phải xử lý lại nền móng, sàn đạo và neo ổn định lại mới có thể tiếp tục thi công. Thời gian và chi phí bỏ ra cho việc xử lý lại này ít nhất gấp 2 lần nếu làm đạt yêu cầu ngay từ đầu.
Như vậy công tác định vị máy khoan đóng vai trò rất quan trọng đối với việc đảm bảo tiến độ thi công, ngăn ngừa tai nạn, sự cố.   
Kinh nghiệm thi công và tính chuyên nghiệp, bài bản của đội thi công đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá thực địa nền móng, đưa ra giải pháp xử lý đúng đắn ngay từ đầu.
Sàn đạo được áp dụng cho trường hợp nền đất yếu và phải được lắp ghép từ các tổ hợp thép hình có bản rộng như H, I, U, cừ thép Larsen cùng với hệ thống gông thép, tuyệt đối không sử dụng cừ tràm, dây buộc,...  và được ép đạt độ chối bằng máy ép cọc. Để chống rung, chống lún các bao cát được lèn chặt tạo thành mặt bằng vững chắc. Sau khi hoàn thành sàn đạo phải được thử tải và sửa chữa ngay những điểm còn sụt, lún...