Khoan ngầm robot kéo ống cáp quang vượt sông, vượt qua đường

Thăm dò trong khi khoan hướng ngang băng qua đường, qua sông và thăm dò từ xa trong khi sử dụng công nghệ khoan HDD...

Ngày đăng: 18-12-2020

1,819 lượt xem

KHOAN NGẦM ROBOT KÉO ỐNG CÁP QUANG VƯỢT SÔNG, VƯỢT ĐƯỜNG THEO CÔNG NGHỆ HDD – CƠ SỞ KỸ THUẬT, THĂM DÒ TRONG KHI KHOAN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG

Trong bối cảnh phát triển hạ tầng kỹ thuật đô thị và công nghiệp, yêu cầu lắp đặt các tuyến cáp quang, đường ống kỹ thuật và các tuyến truyền dẫn thông tin – năng lượng vượt qua sông, đường giao thông, đường sắt và các địa hình phức tạp ngày càng gia tăng. Phương pháp truyền thống bằng đào rãnh lộ thiên không thể đáp ứng yêu cầu về an toàn, tiến độ, bảo vệ môi trường và duy trì giao thông. Do vậy, công nghệ khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD), kết hợp với hệ thống robot khoan ngầm, công nghệ thăm dò trong khi khoan (Logging While Drilling – LWD), đo đạc trong khi khoan (Measurement While Drilling – MWD), đang trở thành phương pháp chủ lực trong thi công ngầm vượt sông và vượt đường.

Khoan ngầm robot theo công nghệ HDD là phương thức cho phép tạo một đường hầm khoan theo quỹ đạo cong nông dưới lòng đất, với độ chính xác cao, sau đó kéo ống cáp quang hoặc ống bảo vệ vào vị trí thiết kế. Công nghệ này có khả năng thi công trong điều kiện địa chất đa dạng và môi trường phức tạp, đồng thời giảm thiểu tác động đến bề mặt đất, các công trình hiện hữu và hệ sinh thái tự nhiên. Đặc biệt, khi vượt qua các khu vực nhạy cảm như lòng sông, taluy giao thông, đường cao tốc hoặc khu dân cư đông đúc, HDD mang lại hiệu quả vượt trội so với phương pháp truyền thống.

Một trong những tiến bộ quan trọng nhất của HDD hiện đại là ứng dụng công nghệ thăm dò trong khi khoan và định vị từ xa. Hai nhóm công nghệ chính là công nghệ thăm dò trong khi khoan dạng sóng điện từ và công nghệ thăm dò phương vị. Nhờ các thiết bị đo đặt trong thân cần khoan, dữ liệu về địa chất, ranh giới tầng đất, độ ẩm và lớp vật chất phía trước đầu khoan được truyền thời gian thực ra mặt đất. Điều này hỗ trợ người vận hành điều chỉnh quỹ đạo khoan, hạn chế sai lệch, tránh va chạm tiện ích ngầm, và đưa đầu khoan đi đúng tuyến thiết kế, đặc biệt trong môi trường vượt sông vốn tiềm ẩn rủi ro địa chất cao.

Năm 2016, Schlumberger đã giới thiệu nguyên mẫu EMLA, hệ thống thăm dò phía trước có khả năng phát hiện các dị thường địa chất cách đầu khoan khoảng 30 mét. Tầm phát hiện này giúp kiểm soát rủi ro khi khoan robot vượt sông, nơi đáy sông có thể biến đổi bất thường, lớp bùn lún không ổn định hoặc xuất hiện vật cản chưa được khảo sát. Độ chính xác của công nghệ EMLA tạo cơ sở cho quyết định điều chỉnh góc khoan, tốc độ khoan hoặc áp lực dung dịch khoan nhằm duy trì ổn định đường hầm khoan.

Những năm gần đây, công nghệ đo đạc và mô tả vỉa trong khi khoan tiếp tục phát triển với sự ra mắt của dịch vụ GeoSphere vào năm 2015. Công nghệ này cho phép phát hiện ranh giới địa chất và phân bố vật liệu trong phạm vi đến 30 mét xung quanh đường khoan. Khi áp dụng trong thi công ngầm, các dữ liệu này hỗ trợ phân tích sự thay đổi của lớp trầm tích, độ rỗng, mực nước ngầm và xác định vị trí ổn định nhất để kéo ống cáp quang. Kết hợp với các thiết bị phân tích chất lỏng trong lỗ khoan, công nghệ mới giúp đánh giá mức độ sụt lở hoặc tác động của dòng nước ngầm trong quá trình thi công vượt sông.

Đến năm 2018, Halliburton giới thiệu dịch vụ EarthStar, nâng phạm vi phát hiện lên đến 61 mét. Đây là bước đột phá trong công nghệ thăm dò khi khoan, đặc biệt quan trọng đối với các dự án vượt sông lớn hoặc vượt đường có nền địa chất phức tạp. Với phạm vi phát hiện rộng, người vận hành có thể định hướng đường khoan vượt qua lớp đất yếu, tránh túi bùn hoặc lớp đá nghiêng, từ đó nâng cao độ an toàn và giảm thiểu sự cố kẹt cần hoặc mất dung dịch.

Công nghệ thăm dò từ xa trong khi khoan là yếu tố nền tảng giúp tối ưu hóa quá trình thi công HDD. Trong thi công vượt sông, việc xác định sớm ranh giới đáy sông, lớp phù sa, túi bùn hoặc dị thường địa chất cho phép điều chỉnh quỹ đạo nhằm duy trì độ sâu chôn ống phù hợp, đảm bảo an toàn chống xói lở. Đối với thi công vượt đường, công nghệ này giúp tránh móng công trình, hệ thống cáp ngầm và các tuyến ống hiện hữu, hạn chế tối đa rủi ro hư hỏng hạ tầng.

Việc áp dụng robot khoan ngầm trong HDD cho phép tự động hóa nhiều thao tác khoan, tăng khả năng kiểm soát hướng khoan và giảm thiểu tác động do sai số của người vận hành. Robot khoan được trang bị hệ thống cảm biến đo áp lực, độ lệch, nhiệt độ và tốc độ xoay, truyền dữ liệu trực tiếp về trung tâm điều khiển. Những dữ liệu này giúp đánh giá mức độ ổn định của đường khoan và dự đoán sự cố sớm, đặc biệt trong điều kiện đáy sông hoặc nền đất mềm.

Trong quá trình khoan robot kéo ống ngầm vượt sông, việc lựa chọn mũi khoan phù hợp là yếu tố quan trọng. Địa chất đá cuội hoặc đá nứt nẻ có thể gây lệch hướng hoặc tăng lực cản. Các mũi khoan hợp kim carbide hoặc đầu khoan phá đá được sử dụng để đảm bảo tốc độ khoan và độ ổn định. Khi khoan trong nền đất bùn hoặc cát ngậm nước, dung dịch khoan có vai trò tạo áp lực giữ ổn định thành lỗ và giảm ma sát. Các hệ thống tái tuần hoàn dung dịch khoan hiện đại cho phép lọc, tách cặn và tái sử dụng, giúp giảm chi phí và giảm phát sinh chất thải.

Khi robot khoan tiếp cận khu vực có rủi ro, công nghệ thăm dò sớm các dị thường phía trước sẽ giúp người vận hành ra quyết định tránh hoặc giảm tốc độ khoan. Nếu phía trước có túi bùn hoặc mạch nước ngầm mạnh, áp lực dung dịch khoan sẽ được điều chỉnh để tránh mất dung dịch hoặc gây rò rỉ ra môi trường. Các cảnh báo từ thiết bị đo đạc giúp ngăn chặn sụt lún bề mặt hoặc sự cố phun bùn.

Công đoạn doa mở rộng trong thi công khoan HDD vượt sông yêu cầu kiểm soát chặt lực kéo, tốc độ quay và độ nhớt dung dịch. Khi doa trong nền địa chất không ổn định, nguy cơ xẹp thành lỗ tăng cao. Vì vậy, việc thăm dò liên tục bằng công nghệ LWD cho phép đánh giá độ ổn định của vật liệu và quyết định số lần doa phù hợp. Với những dự án có đường kính ống lớn, nhiều lần doa sẽ được thực hiện để đạt đường kính cần thiết nhưng vẫn duy trì ổn định đường khoan.

Giai đoạn kéo ống cáp quang vượt sông yêu cầu sự phối hợp chặt chẽ giữa nhóm vận hành và nhóm điều khiển robot khoan. Ống cáp quang hoặc ống bảo vệ thường được hàn hoặc nối sẵn theo chiều dài thiết kế. Lực kéo tối đa phụ thuộc vào loại ống, độ bền vật liệu và ma sát của lỗ khoan. Dữ liệu từ thiết bị đo lực kéo được giám sát liên tục. Nếu lực kéo vượt giới hạn, robot khoan sẽ tạm ngừng hoặc điều chỉnh thông số để giảm ma sát. Trong nền đất mềm, việc duy trì dung dịch khoan trong suốt quá trình kéo ống là yếu tố quyết định giúp giảm nguy cơ kẹt ống.

Một trong những rủi ro lớn nhất trong thi công vượt sông là hiện tượng thoát bùn ra đáy sông. Việc thăm dò trong khi khoan bằng các thiết bị cảm biến điện từ giúp phát hiện sớm vùng đất mềm hoặc vỉa thấm nước cao. Từ đó, người vận hành có thể tăng độ sâu chôn ống hoặc điều chỉnh áp lực bùn để hạn chế nguy cơ thoát bùn.

Trong thi công vượt đường, robot khoan HDD giúp duy trì độ cong hợp lý để tránh nền móng công trình, cáp điện trung thế và hệ thống thoát nước. Công nghệ định vị cho phép xác định chính xác hướng khoan trong điều kiện không gian ngầm chật hẹp. Việc giảm thiểu rủi ro va chạm tiện ích ngầm là lợi thế lớn của HDD so với đào rãnh.

Công nghệ khoan ngầm robot trong tương lai sẽ tiếp tục phát triển theo hướng thông minh hóa và tự động hóa. Các hệ thống AI có thể phân tích dữ liệu khoan theo thời gian thực, dự đoán sự cố và đưa ra khuyến nghị hướng khoan tối ưu. Cảm biến độ phân giải cao sẽ cung cấp hình ảnh 3D về địa chất trước và xung quanh đường khoan, thay vì chỉ thông tin tuyến tính như trước. Điều này giúp thi công an toàn hơn, nhanh hơn và chính xác hơn, đặc biệt trong các dự án vượt sông lớn hoặc địa hình hiểm trở.

Sự kết hợp giữa robot khoan ngầm, công nghệ thăm dò trong khi khoan và hệ thống đo đạc phương vị đã mở ra một kỷ nguyên mới cho thi công HDD. Nhà thầu thi công có thể tránh rủi ro, giảm thời gian thi công và nâng cao hiệu quả kinh tế, từ đó đảm bảo tiến độ và chất lượng dự án. Khi nắm vững các nguyên tắc vận hành, hiểu rõ địa hình, sử dụng đúng thiết bị và công nghệ, công tác khoan ngầm HDD sẽ đạt được độ an toàn cao và mang lại lợi ích lớn cho chủ đầu tư và xã hội.

Khoan ngầm robot kéo ống cáp quang vượt sông, vượt qua đường

Thăm dò trong khi khoan hướng ngang băng qua đường, qua sông và thăm dò từ xa trong khi sử dụng công nghệ khoan HDD.

Công nghệ thăm dò trong khi khoan chủ yếu bao gồm hai loại: công nghệ thăm dò trong khi khoan và sóng điện từ phương vị trong khi khoan. Năm 2016, Schlumberger ra mắt nguyên mẫu EMLA với khoảng cách phát hiện phía trước là 30m.

Công nghệ khoan ngầm kéo ống từ xa trong khi khoan có thể phát hiện chất lỏng và ranh giới hồ chứa trong khoảng cách hàng chục mét xung quanh giếng, và có các chức năng mô tả hồ chứa trong khi khoan và đo địa chất. Vào năm 2015, Schlumberger đã ra mắt dịch vụ GeoSphere với độ sâu phát hiện là 30m. Nó được sử dụng kết hợp với một bộ ghi nhật ký hoàn chỉnh trong khi công nghệ khoan bao gồm dịch vụ phân tích chất lỏng ở hố sâu SpectraSphere và công nghệ ghi nhật ký bề mặt để tạo ra sự phản ánh chân thực của cấu trúc vỉa và chất lỏng. Lập bản đồ có lợi cho việc tối ưu hóa vị trí giếng, tối đa hóa tiếp xúc với vỉa dầu và cải thiện kế hoạch phát triển mỏ dầu. Dịch vụ EarthStar do Halliburton đưa ra vào năm 2018 đã tăng phạm vi phát hiện lên 61m.

Công nghệ thăm dò trước khi khoan đặt ống ngầm và thăm dò từ xa trong khi khoan có lợi cho việc mô tả vỉa dầu trong khi khoan và địa chất trong khi khoan, xác định kịp thời "điểm ngọt" phía trước và ranh giới vỉa, điều chỉnh kịp thời quỹ đạo giếng khoan và các thông số kỹ thuật khoan, đồng thời hướng dẫn mũi khoan tốt hơn. Để đạt được "điểm ngọt", hãy tăng tốc độ khoan vỉa và sản xuất giếng đơn, đồng thời giảm chi phí dầu mỗi tấn. Nhìn về tương lai, công nghệ khoan ngầm HDD và điều khiển từ xa trong khi khoan sẽ phát hiện nhiều hơn, chính xác hơn, xa hơn và nhanh hơn, đóng vai trò lớn hơn trong việc mô tả hồ chứa trong khi khoan và đo địa chất trong khi khoan, và trở nên thông minh.

Trong quá trình khoan robot kéo ống ngầm vượt sông, nhà thầu khoan ngầm hãy chú ý đến những điểm này, mũi khoan định hướng ngang sẽ tránh xa rủi ro, vì vậy bạn có thể kiếm được nhiều tiền hơn.

Minh Phương Corp đã tham gia công tác giám sát thi công công trình khoan kéo ống ngầm nhiều năm, trong quá trình thi công công trình khoan ngầm HDD, khoan định hướng ngang là lợi nhuận cao nhất và rủi ro nhất. Trong lần xây dựng gần đây nhất, có một điểm sụt lún mặt đất, và hơn 20.000.000 đồng đã được bồi thường. Chia sẻ nhiều năm kinh nghiệm ở đây, đọc kỹ bài viết sẽ cho phép bạn tăng lợi nhuận và tránh xa rủi ro.

Định hướng của đất cứng, cát và đá cuội

Lựa chọn bit thí điểm

Đầu tiên bạn phải hiểu rõ điều kiện địa chất của địa tầng xung quanh, và phải để bên A khảo sát địa chất. Nếu chủ yếu là đội hình mềm thì sử dụng côn lái lớn hơn để điều khiển hướng chuyển hướng càng sớm càng tốt. Nếu cát, đá cuội và các thành phần cứng là vật liệu chính thì nên sử dụng loại mỏ vịt. Mũi dẫn hướng có diện tích tấm nhỏ nên được hàn với một số tấm hợp kim nhất định và góc cạnh hàn không được quá dài.

Kỹ năng vận hành khởi động

Khi mũi khoan ngang vượt qua lớp cát, lớp cuội, lớp kết cấu cứng, khi muốn đổi hướng quỹ đạo, muốn đẩy vào một cách mù mịt, ống khoan sẽ bị cong, đường thoát nước của mũi khoan sẽ bị chặn, v.v., do đó bạn nên sử dụng kích phụ có xoay. Phương thức hoạt động. Ví dụ, nếu bạn muốn chuyển hướng lên trên, người vận hành nên điều khiển lực tiến dao khi ống khoan sắp uốn cong, đồng thời điều khiển tay quay bằng tay còn lại để làm cho phương vị mũi khoan nằm giữa hướng 11-1 và mũi khoan quay trái phải trong khoảng này, khoan từ từ Hiệu quả tốt, đồng thời phải chú ý đến tỷ lệ bùn ( dung dịch khoan), đặc biệt là cát và sỏi khó tạo thành lỗ, cần cấu hình bùn có khối lượng riêng lớn hơn.

Các vấn đề khi mở rộng không khí

1. Cổ co: Doa lớp đất mềm dễ bị cổ, bạn nên kéo nhẹ và quay chậm, để ý bảng thiết bị, chọn tay gạt bùn chắc chắn để cân bằng áp suất trong lỗ và duy trì lỗ.

2. Sập hố: Doa lớp đất sét pha cát, lớp cát và lớp đất lấp rời rất dễ gây sập hố, kẹt mũi khoan, dính. Sử dụng bùn pha rắn, tay gạt bùn pha rắn dạng keo nặng. Nếu lỗ thủng tại vị trí chất đống đá tảng, chỉ có thể doa lỗ nếu tảng đá được lấy ra. Cách làm: kéo nhẹ và xoay từ từ, sau khi doa đi qua lỗ bị xẹp thì đẩy mũi khoan ra sau, phóng to lại hoặc phóng to lại.

Sự cố rò rỉ bùn hoặc không chảy lại

1. Khi doa lớp đất đắp nền yếu, mực nước ngầm thấp, lớp sét pha cát, lớp đất yếu dưới đáy sông, bùn không trào lại từ hố mà rò rỉ từ hố, phải kiểm soát và tăng lượng bùn vào. Đối với nồng độ và độ nhớt của bùn, xi măng hoặc tro bay có thể được thêm vào bùn để kiểm soát sự mất mát trong trường hợp nghiêm trọng.

2. Khi doa hoặc kéo lại đặt đường ống

Khi doa hoặc kéo lùi việc đặt ống, bùn thường xuyên từ mặt đất từ lỗ khoan, một nguyên nhân dẫn đến hiện tượng bùn thấm là do doa và quá nhiều bùn dư trong đường ống làm tắc lỗ khoan, và bùn không thể trở lại từ lỗ khoan. Bùn tạo thành bề mặt có áp suất cao trong hố và thấm ra khỏi mặt đất; thứ hai là lớp đất nền lỏng lẻo để lại rãnh cho bùn và kênh bùn thấm ra khỏi mặt đất. Tôi gặp trường hợp này trong quá trình xây dựng nhà kính, tôi đã bồi thường cho tên làng hơn 20.000 tệ và bị lỗ nặng. Các biện pháp ngăn bùn thấm: một là tăng độ sâu khoan; hai là thay đổi kết cấu mũi khoan, sử dụng loại lưỡi (a), đầu coban kiểu máng (b), trộn bùn vào bùn càng nhiều càng tốt; thứ ba, mũi khoan, Bộ phận chia bùn phải kiểm soát được nồng độ, độ nhớt và tốc độ dòng chảy của bùn theo điều kiện hình thành, tăng khả năng bảo vệ thành bùn, khả năng huyền phù và loại bỏ phoi, để lỗ khoan được hình thành và kênh bùn chảy ngược ra ngoài lỗ không bị cản trở.