Tài liệu Cấu tạo, chức năng của cột cần khoan và kiểm toán cột cần giếng khoan 7003 giàn nhẹ bk 7 mỏ bạch hổ

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, ngành công nghiệp dầu khí đang là một ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đai hoá đất nước. Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam ngày càng phát triển không chỉ trong nước mà còn vươn xa tới thị trường quốc tế trong công tác thăm dò – khai thác dầu khí. Trong công tác khoan tổ hợp, thiết bị đóng vai trò quan trọng, làm tăng hiệu quả thi công, rút ngắn thời gian thi công đảm bảo độ chính xác cao. Trong tổ hợp thiết bị bị khoan thì cột cần khoan đóng vai trò không thể thiếu trong công tác khoan dầu khí cũng như khoan thăm dò địa chất. Qua thời gian học tập và thực tế tại các Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Vietsovpetro để tìm hiểu rõ thêm về cấu tạo chức năng cũng như sự cố hỏng hóc và biện pháp cứu chữa sự cố, em đã lựa chọn đề tài: “ Cấu tạo, chức năng của cột cần khoan và kiểm toán cột cần giếng khoan 7003 giàn nhẹ BK 7 mỏ Bạch Hổ ”. Kết cấu đồ án gồm có 4 chương: Chương I: Giới thiệu về tổ hợp thiết bị khoan. Chương II: Chức năng và cấu tạo các bộ phận của cột cần khoan. Chương III: Kiểm toán cột cần khoan giếng khoan 7003 giàn nhẹ BK. Chương IV: Các sự cố trong khoan và biện pháp khắc phục. Đồ án hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Đức Vinh và các thầy cô trong bộ môn Thiết bị Dầu khí. Do kiến thức còn hạn chế, thời gian tìm hiểu thực tế chưa nhiều nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Lê Đức Vinh đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Hà nội, tháng 4 năm 2011 Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN Tổ hợp thiết bị khoan là tổ hợp bao gồm các thiết bị và các cơ cấu máy dùng để thực hiện chu trình công nghệ khoan theo một phương pháp khoan nào đó. * Các yếu tố ảnh hưởng tới thiết bị khoan - Cấu tạo, chủng loại thiết bị, nguyên lý thông số kỹ thuật. - Điều kiện thi công giếng khoan: * Chiều sâu giếng khoan (2000m ÷ 9000m). * Đường kính giếng khoan (700mm ÷ 168mm). * Địa bàn khoan (đồng bằng, núi, biển). - Thời gian hoạt động thiết bị và máy móc. - Cấu trúc giếng khoan: kết cấu của giếng khoan được gia công bằng hệ thống ống chống, nó đặc trưng cho số lượng, cột ống, đường kính, từng loại ống, chiều sâu từng loại ống, đường kính khoan và một số thông số khác như góc nghiêng. * Yêu cầu kỹ thuật đối với tổ hợp thiết bị khoan - Có khả năng truyền công suất tới đáy để phá huỷ đất đá hiệu quả cao. - Đảm bảo khả năng rửa sạch đáy giếng khoan. - Đảm bảo công suất cần thiết và khả năng sử dụng công suất cao. - Mức độ cơ khí hoá, tự động hoá một số quá trình khoan. - Khả năng tháo rỡ, vận chuyển dễ. - Đảm bảo độ bền độ tin cậy các chi tiết. 1. Cơ sở phân loại tổ hợp thiết bị khoan 1.1. Thiết kế: - Mục đích và điều kiện thi công giếng khoan. - Dạng giếng khoan và cấu trúc của giếng khoan. - Công nghệ và phương pháp khoan. - Điều kiện địa chất (đất đá, địa tầng cần được khảo sát) - Chế độ nhiệt và áp suất giếng khoan. - Nguồn cung cấp năng lượng cho thiết bị hoạt động. Để sử dụng công suất của thiết bị cho hợp lý ta phân thiết bị khoan tương ứng với địa hình. Một thiết bị khoan không thể áp dụng hết các yêu cầu cho các giếng khoan khác nhau. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -2- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 1.2. Thông số của tổ hợp thiết bị khoan Thông số cơ bản đặc trưng khả năng sử dụng thiết bị khoan là. - Công suất thiết bị (N) - Số tốc độ quay: (n) - Mômen quay: (M) Thông số cơ bản đặc trưng về cấu tạo thiết bị khoan. - Điều kiện sử dụng thiết bị. - Kích thước thiết bị và trọng lượng thiết bị. Nhiều cơ cấu thiết bị được đặc trưng với nhiều yếu tố khác nhau và giá trị khác nhau. Thông số chính đặc trưng cho chất lượng sử dụng và phải đáp ứng yêu cầu sử dụng thiết bị để khoan giếng khoan có chiều sâu và cấu trúc giếng khoan.Đặc trưng cho bản thân nó và không phụ thuộc vào điều kiện khách quan. * Sức nâng: Bộ phận chính là cơ cấu nâng thả phụ thuộc vào trọng lượng: Qm = q.α.L Khi thả giếng khoan do có lực đẩy acsimet: Qm = q.α.L.(1- γt/γd). * Công suất dẫn động: Công suất nâng: Nn = Qm .Vm 102. r . Công suất khoan: Nk = N 1 + N 2 + N 3 Trong đó: N1: Công suất quay trơn cột cần khoan. N2: Công suất phá huỷ đất đá. N3: Công suất thắng lực ma sát. n: Tốc độ vòng quay. λ: Hệ số quá tải của động cơ.  r : Hệ số ròng rọc. Qm: Lực ma sát với thành giếng khoan Sự phân loại các thiết bị khoan trước tiên dựa vào khả năng khoan sâu tối đa. - Thiết bị nhẹ: 1.500 ÷ 2.000m. - Thiết bị trung bình: 3.500m. - Thiết bị nặng: 6.000m. - Thiết bị siêu nặng: 8.000 ÷ 10.000m. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -3- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 Các tính năng khoan sâu này được thể hiện bằng tải trọng ở móc nâng, kể cả khối lượng bộ khoan cụ và các cột ống chống. Khi tính đến định mức thời gian giành cho các thao tác kéo thả, người ta có thể đánh giá công suất tối đa của tời khoan. Chính vì vậy mà khi chọn một thiết bị khoan, người ta chỉ quan tâm đến công suất của tời. 1.3. Các thiết bị trong tổ hợp thiết bị khoan 1.3.1. Tháp khoan 4 chân Đây là dạng tháp khoan cổ nhất có nguồn gốc từ tháp khoan bằng gỗ. Nó có dạng hình chóp nhọn mà 4 chân của nó được đặt lên đỉnh hình vuông, diện tích này sẽ là sàn làm việc. Thực tế hầu như không còn loại tháp 4 chân dùng cho thiết bị khoan trên đất liền vì việc tháo lắp mất nhiều thời gian, nguy hiểm vì vậy không kinh tế. Ngược lại, các thiết bị khoan di động sử dụng kỹ thuật lắp rắp này vì nó kinh tế và rất thích hợp với điều kiện khoan biển. Trong điều kiện này, không cần phải tháo dỡ tháp khoan khi thay đổi vị trí khoan vì chính toàn bộ giàn khoan di chuyển. Ưu điểm của tháp 4 chân là rất ổn định, chắc chắn khi làm việc. Tuy nhiên cũng có những nhược điểm Là sàn làm việc dưới đất chật hẹp, bị vướng. Việc dựng và hạ tháp khó khăn tốn kém và nguy hiểm vì phải lắp ráp ở trên cao. Hình1.1 Các loại tháp 4 chân Thông số kỹ thuật của 2 loại tháp khoan 4 chân của hãng DRECO. * Tháp khoan động Chiều cao Đáy Sàn trên 160ft ( hành trình hữu ích của móc) 40ft 18ft Cửa hình chữ V 60ft Tải trọng tối đa móc 1.000.000lb a.Với 60% bộ khoan được dựng trong tháp, các điều kiện sử dụng trở thành. 800.000lb tải trọng ở móc 3 độ lắc dọc, chu kỳ 7s Gió 50 hải lý/giờ 8ft nhồi, chu kỳ 8s Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -4- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 10 độ lắc ngang, chu kỳ 10s 4 dây neo, mỗi dây 24 tấn Thiết bị di chuyển ở tốc độ cực đại. b. Chờ thời tiết và số cần dựng trong tháp tối đa. 250.000lb tải trọng ở móc ( các thiết bị được neo vào sàn) Gió 70 hải lý/ giờ 15 độ lắc ngang chu kỳ 10s 4 độ lắc dọc chu kỳ 7s 6ft nhồi, chu kỳ 8s 4 dây neo, mỗi dây 24 tấn c. Điều kiện giới hạn cuối cùng: 250.000lb tải trọng ở móc Gió 100 hải lý/ giờ 30 độ lắc ngang, chu kỳ 10s 6 độ lắc dọc chu kỳ 7s 7ft nhồi, chu kỳ 8s * Tháp tiêu chuẩn ( giàn khoan tự nâng) Chiều cao 147ft Đáy 30ft Đỉnh 8ft Cửa hình chữ V 34ft a.Khoan: 1.000.000lb tải trọng tĩnh ở móc Không có cần dựng trong tháp Gió 85 hải lý/giờ b. Điều kiện giới hạn cuối cùng: Gió 115 hải lý/giờ Không có cần dựng c. Chống ống: 700.000lb tải trọng móc Gió 85 hải lý/giờ Số cần dựng tối đa. d. Trên rơmóc: 250.000lb tải trọng ở móc Lắc ngang 20 độ, chu kỳ 10s Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -5- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 1.3.2. Tháp chữ A Tháp có dạng kết cấu chữ A rất gọn. Điểm đặc biệt nó được nối khớp với đáy, điều này cho phép tháo lắp theo phương ngang, sau đó dựng đứng nhờ tời khoan và dây cáp dựng riêng. Tháp khoan này hoàn toàn thích hợp các thiết bị khoan trên đất liền đòi hỏi tính di động cao. Cầu treo có dạng chìa ra và việc dựng cần được thực hiện trên sàn độc lập của cấu trúc tháp. Đặc điểm kỹ thuật cũng giống tháp 4 chân. - Tải trọng cực đại ở móc, kể cả bộ puli - Chiều cao tự do trong tháp. - Rộng ở đáy tháp - Sức cản gió trong điều kiện có hoặc không có cần dựng. Khả năng của chúng tương tự khả năng của tháp 4 chân. + Cách chọn tháp khoan: Trong quá trình làm việc có 2 loại tải trọng lên tháp: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móc nâng của cột cần khoan, hay ống chống và tải trọng theo phương nằm ngang của cần dựng và của gió. Các tải trọng này được tính toán phải nhỏ hơn tải trọng làm việc của tháp (xem đặc tính kỹ thuật). Chính vì vậy khi chọn tháp để thi công một giếng khoan cụ thể ta phải tính được tải trọng tối đa của cột cần hay cột ống chống tác dụng lên móc nâng Qmax = Q (1 - 1 ) . K.  Trong đó: Q- Trọng lượng của bộ khoan cụ hoặc ống chống tác dụng lên móc nâng trong điều kiện không khí. K - Là hệ số kẹt mút (K = 1,3) 1, - Trọng lượng riêng của dung dịch và của thép Ngoài ra còn căn cứ vào chiều sâu giếng khoan được thi công để chọn chiều cao của tháp (liên quan đến chiều dài cần dựng), kích thước sàn làm việc trên mặt và trên cao. 1.4. Cơ học hệ thống nâng thả 1.4.1. Hệ thống ròng rọc cáp khoan A. Nhánh cáp chết Cáp khoan được néo một đầu trên puli có rãnh đặc biệt cho phép đo sức căng ở đầu dây cáp này và đồng thời giúp đưa vào hệ thống một đoạn cáp mới để có thể dịch chuyển các điểm bị mòn trên puli của hệ ròng rọc cố định hoặc hệ ròng rọc động. Quy trình kéo sợi này cho phép kéo dài tuổi thọ của cáp. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -6- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 B. Hệ ròng rọc cố định Đây là một hệ các puli mà trên đó dây cáp đi qua. Nó được lắp lên sàn trên cao của tháp khoan. Tải trọng đặt lên hệ ròng rọc cố định cũng như lên tháp khoan lớn hơn tải trọng ở móc.Thực tế hệ ròng rọc là một hệ thống có hai nhánh cáp: nhánh cáp chết và nhánh cáp làm việc nối với tời C. Hệ ròng rọc động và móc nâng Nó thường được coi là một bộ phận hoàn chỉnh, nghĩa là hệ thống các puli và móc được lắp gọn. Móc có bộ phận giảm xóc để hạn chế va đập mỗi khi có tải trọng và dễ dàng tháo lắp các đầu nối. Hai càng của thiết bị nâng được treo vào 2 tai bên cạnh. D. Cáp khoan Cáp của thiết bị khoan có lõi kim loại, trên đó người ta bện 6 dảnh làm bằng các sợi thép. Thông thường sợi xoắn của cách sợi thép ở các dảnh ngược với chiều xoắn của các dảnh trên lõi cáp khoan. Chính điều này làm cho cáp cứng hơn nhưng cũng phần nào giúp chống xoay. E. Nhánh cáp làm việc Đây chính là đầu mút của cáp cuộn tang tời. 1.4.2. Tời khoan * Công dụng Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị khoan vì chính công suất của tời đặc trưng cho thiết bị khoan và chỉ rõ chiều sâu tối đa có thể khoan được. Tời khoan dùng để kéo thả cột cần khoan, ống chống tháo vặn cần, treo cột cần khi khoan. Trong một số trường hợp tời khoan còn dùng để truyền động cho Roto. Tời còn được dùng để di chuyển các vật nặng phục vị cho công tác dựng hạ tháp và công tác phụ trợ khác. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -7- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 * Các bộ phận cơ khí chính của tời khoan. - Tang tời được cắt rãnh mà cáp sẽ được cuộn trên đó, các má tang tời gồm các vành mà trên đó có lắp các đai phanh cho phép giám sát việc hả tại trọng treo ở móc. Hệ thống phanh rất an toàn này không có khả năng hấp thụ nhiều năng lượng sản sinh khi hạ cột ống chống ở độ sâu lớn.Tất cả các tời được trang bị bộ hãm tải trọng lắp trên trục của tang tời. - Hộp tốc độ lắp phía sau tời cho phép thợ khoan chọn hai tới ba tỷ số truyền vận tốc. Hai tỷ số truyền là đủ khi dùng động cơ điện mà việc điều chỉnh hoàn toàn kiểm soát được. Hai trục song song liên hệ với nhau bằng bằng các cặp bánh răng gắn xích. Có bao nhiêu cặp bánh răng là có bấy nhiêu tỷ số truyền tốc độ. Mỗi bánh răng trong từng cặp có thể quay tự do xung quanh trục nếu như hệ thống ghép bằng vấu (khớp cam) được nhả ra. Chọn cài một vận tốc, đó là dịch chuyển hệ thống vấu để nó chẹn sự quay của bánh đối với trục: khi đó việc quay trục thứ cấp sẽ được thực hiện với vận tốc tương ứng với tỷ số giảm đã chọn. Trục thứ cấp cũng làm quay tang tời nhờ hai cặp bánh răng và xích nằm hai phía của vỏ hộp tốc độ. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -8- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 Hình 1.3 Sơ đồ truyền động của 1 loại tời khoan 1.4.3. Hệ thống phanh của tời * Phanh cơ khí. + Công dụng: Dùng để dừng hoàn toàn khi kéo thả bộ dụng cụ khoan hay ống chống. Treo dụng cụ và để thả tiến độ từ từ trong khi khoan. + Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc. 1 3 2 9 4 6 7 8 5 Hình 1.4 Hệ thống phanh Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá -9- Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 Chú thích: 1: Đai hãm má phanh 6: Trục khuỷu 2: Tang tời 3: Tay phanh tời 7: Thanh đòn bẩy 8: Lò xo 4: Van phân phối 9: Xi lanh khí động 5: Ống dẫn khí Khi tay phanh (3) quay theo chiều kim đồng hồ làm cho trục khuỷu (6) chuyển động quay xuống làm cho má phanh (1) ép chặt vào Puly của tang tời khiến tang tời đứng yên. Để hỗ trợ cho lựu phanh người ta liên kết tay phanh (3) với thanh giằng làm nhiệm vụ mở van tiết lưu (4) để cho khí nén đi vào đường ống (5) tác dụng lên phía trên của xilanh khí động (9) Pittông di chuyển xuống phía dưới làm tăng thêm lực quay của trục khuỷu (6) và má phanh càng ép chặt vào Puly của tời. Khi cần giảm lựu phanh ta chỉ việc để tay gạt (3) quay ngược ngược chiều kim đồng hồ, dưới tác dụng đẩy của lò xo (8) băng phanh sẽ tách khỏi Puly của tời cũng như khí nén ở phía trên xilanh (9) sẽ bị đẩy ngược trở lại qua van tiết lưu (4). * Phanh thuỷ lực. + Công dụng Bộ hãm thuỷ lực lắp trên trục nâng để điều chỉnh tốc độ thả dụng cụ và hỗ trợ cho phanh chính (phanh cơ khí). Đặc điểm của phanh thuỷ lực là hoạt động rất hiệu quả, độ tin cậy cao, ít phải bảo dưỡng nhưng có nhược điểm cơ bản là hãm được ít ở tốc đột thấp và rất khó hiệu chỉnh. Chính vì vậy nó chỉ được lắp đặt trong các thiết bị khoan có tải trọng làm việc trên 50 tấn. + Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. 8 6 1 2 7 10 11 4 5 3 9 Hình 1.5 Bộ hãm thuỷ động Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 10 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 Chú thích: 1: Thành bộ hãm 2: Cánh stato 6: Cánh Roto 7,8: Đường thoát nước 3: Roto 9: Đường cấp nước 4: Trục tời 5: Khớp nối 10: Khoá nước 11: Bình chất lỏng Khi thả cột cần hay ống chống. Do tải trọng cột cần và ống lớn nên vận tốc thả cũng lớn vì thế phanh thuỷ lực sẽ hỗ trợ cho phanh chính. Các cánh cong Roto (6) hướng về phía ngược với cánh cong stato (2) và phải bố trí sao cho khi kéo lên các cánh Roto không chịu lực cản của chất lỏng mà cánh stato hướng vào. Ngược lại khi thả xuống thì cánh Rôto sẽ phải chịu một mômen phản do chất lỏng tạo nên. Tuỳ theo vận tốc thả ( trọng lượng cần ống ) người ta thay đổi mực chất lỏng trong bình (11) bằng các khóa nước (10). Trong khi phanh làm việc, chuyển động của Roto quay sẽ biến thành nhiệt và nước trong bộ hãm sẽ nhanh chóng bị hâm nóng lên. Nước sẽ được làm nguội trong bình làm mát có tuần hoàn kín giữa bộ hãm và bình. + Phanh điện từ. Để khắc phục những hạn chế của phanh thuỷ lực thì ở thiết bị khoan nặng người ta sử dụng phanh điện từ. Cấu tạo của phanh điện từ có một Rôto và một bộ phận cố định cung cấp từ trường có thể điều chỉnh bằng cơ cấu điều khiển. Rôto ( Gắn vào trục nâng) cắt các đường sức của từ trường. Lực điện từ cảm ứng trong Roto sẽ chống lại chuyển động quay. Dòng xoáy sinh ra trong Roto làm toả nhiệt do hiệu ứng phun và nhiệt lượng này được tản ra nhờ hệ thống nước tuần hoàn làm mát. Giá trị của mô men phanh có quan hệ với cường độ của từ trường được tạo ra trong các cuộn dây. Vì thế loại phanh này được sử dụng rất linh hoạt. 1.4.4. Các dụng cụ trên sàn khoan Được chia làm hai loại: - Những dụng cụ dùng để nâng, thả. - Những dụng cụ dùng để vặn. Các dụng cụ nâng thả: quang treo dùng để móc 2 càng đỡ thiết bị nâng thả. Mỗi loại thiết bị nâng thả phù hợp với một loại kích thước danh nghĩa của cần khoan. Để nâng thả cần nặng, thường sử dụng các đầu nặng của thiết bị nâng mà người ta vặn lên ren của cần nặng và phần trên của nó có cùng kích thước với Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 11 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 các cần khoan để không phải thay đổi loại thiết bị nâng. Để treo bộ khoan cụ lên bàn roto, người ta sử dụng chấu chèn đặt trong các ống lót hình côn trong bàn roto. Đối với cần nặng trơn, người ta tăng độ an toàn bằng cách bắt vòng kẹp phía trên các chấu chèn. Các dụng cụ vặn: muốn tác động ngẫu lực xiết chặt hoặc tháo ra vẫn thường dùng khóa có nhiều má kẹp (vam). Khóa được giữa bằng cáp hoặc xích tại điểm cố định. Còn một khoá khác thì được nối với một ụ máy quay được nhờ tời khoan truyền tải. Lực kéo của tời đó tạo ra mômen lên ống nhờ cánh tay đòn tương ứng với chiều dài của khoá. Đối với tất cả các thiết bị khoan biển cũng như các thiết bị nặng trên đất liền, người ta trang bị trên sàn khoan những rôbốt để vặn và hãm bằng thuỷ lực, có thể thao tác được trong lỗ nhỏ.Các thiết bị này di chuyển trên đường ray để tháo bàn roto khi cần thiết. 1.5. Các thiết bị xoay 1.5.1. Bàn Rôto * Chức năng và các đặc điểm của bàn quay Roto Bộ phận cơ khí này rất đơn giản và rất ít phải bảo dưỡng, điều này rất hấp dẫn với điều kiện khoan. Ổ lăn chính phải chịu tải trọng cực đại ở trạng thái tĩnh hoặc ở vận tốc quay chậm. Thực tế khi khoan ( 50vòng/phút) khối lượng của bộ khoan cụ được treo ở móc. Việc bảo dưỡng bàn Rôto nhằm kiểm tra mức và chất lượng nhớt trong hệ thống bôi trơn. Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn Rôto trong đó đặt ống lỗ vuông để treo bộ khoan cụ nhờ các chấu chèn (slips) và làm quay đầu vuông dẫn động khi khoan. Kích thước lỗ này có thể là: 17 1/2, 20 1/2, 27 1/2, 37 1/2, và 49 1/2. Bàn rôto quay được nhờ bánh răng và xích hoặc từ tời khoan(thay đổi tỷ số truyền vận tốc nhờ hộp số) hoặc bằng độc cơ điện độc lập với sự truyền tải của tời trong các thiết bị nặng. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 12 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 * Cấu tạo và nguyên lý làm việc Hình 1.6 Bàn Rôto 1: Trục chủ động 7: Đầu vuông dẫn động 2: Gioăng làm kín 8: Miếng chèn chính 3: Bánh răng nón 4: Ổ lăn chính 9: Gioăng làm kín dung dịch 10: Ổ lăn tự lựa 5: Ổ lăn bánh răng nhỏ 11: Các te 6 Ống lót hình nón Truyền động từ tời khoan hoặc từ động cơ qua hộp giảm tốc đến trục dẫn (1). Thông qua cặp bánh răng nón (3) đã truyền chuyển động quay cho bàn Roto(7). Như vậy là đã biến chuyển động quay nằm ngang của trục dẫn (1) thành chuyển động quay theo chiều thẳng đứng của bàn Roto(7). Cần chủ đạo có tiết diện vuông phù hợp với lỗ của bàn Roto (7) Cũng chuyển động quay theo và thông qua cột cần khoan quay choòng trên đáy lỗ khoan. 1.5.2. Cần chủ đạo 1.5.2.1. Cần chủ đạo Với tiết diện vuông hoặc lục giác, cần chủ đạo quay nhờ bàn rôto và khối vuông dẫn động lắp xung quanh chiều dài thường dùng của nó. Khối vuông dẫn động này gồm 4 trục lăn nằm ngang có hình dạng thích hợp để truyền ngẫu lực cho cần và và do vậy mà truyền cho bộ khoan cụ lắp dưới nó. Toàn bộ có thể trượt dọc. Đối với cần chủ đạo có chiều dài tổng cộng là 40ft hoặc 54ft thì chiều dài làm việc tuơng ứng của nó là 37ft và 5ft. Do nguyên nhân an toàn đối với hiện tượng phun bên trong bộ khoan cụ, người ta lắp các van cần chủ đạo. Hai van này hoạt động nhờ 1/4 vòng bằng khóa đặt sẵn trên sàn khoan. Van dưới cần có kích thước sao cho nó có thể thả xuống giếng khi khoan. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 13 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 1.5.2.2. Đầu nối chống mòn Sau khi khoan hết chiều dài làm việc của cần chủ đạo, phải tiếp thêm cần khoan. Muốn vậy, phải cần tháo cần chủ đạo, sau đó vặn nó lại vào bộ khoan cụ. Thao tác này phải làm thường xuyên, dễ hao mòn và hỏng ren cần chủ đạo. Do đó trong thực tế, người ta thường thay bằng một đầu nối rẻ tiền hơn để chống mòn ren cần chủ đạo. Đầu nối này quay bên trong thiết bị đối áp BOP và để chống mòn lỗ trong của chúng, người ta thường lắp một vòng bảo vệ bằng cao su quanh đường kính ngoài. 1.5.2.3. Đầu xoay thuỷ lực Đây là bộ phận có quai treo và móc nâng. Nó được thiết kế để chịu đồng thời tải trọng và tốc độ quay cực đại của bộ khoan cụ. Mặt khác, một gioăng xoay cho phép bơm dung dịch khoan dưới áp suất nhờ ống mềm nối với ống cổ ngỗng của đầu xoay thủy lực. Cần lưu ý rằng tất cả đầu nối phía trên tiết diện làm việc của cần chủ đạo phải có ren trái để trống nới lỏng ren do bàn rôto quay về bên phải. 1: Đầu nối 2: Thân 3: Mũ ốc 4: Bạc lót 5: Đệm chắn đầu 6 Vỏ 7 Ổ bị đỡ 8: Ổ bi chặn 9: Vòng tựa 10: Ổ bị đũa chặn 11:Chốt 12: Đệm chắn đầy trên 13: Đệm chắn nước 14: Ống cao áp 15: Quang treo Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 14 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 Hình 1.7 Cấu tạo đầu xa nhích 1.5.2.4. Đầu quay (Top drive) Thiết bị này ngoài việc thực hiện các chức năng như đầu xoay thuỷ lực thông thường còn truyền động lên trục quay. Động cơ này có thể giống với động cơ của bàn rôto độc lập, Có nghĩa là động cơ điện một chiều hoặc động cơ thuỷ lực. Loại động cơ ít phổ biến vì cần lắp đặt thêm một thiết bị có công suất thuỷ lực đặc biệt. Hình 1.8 Cụm đầu quay di động Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 15 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 * Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của đầu quay di động Hình 1.9 Cấu tạo đầu quay di động Thiết bị này thường được sử dụng trong các hoạt động khai thác giếng khoan tốn kém vì có các ưu điểm sau. - Không phải dùng cần chủ đạo. - Thao tác lắp với bộ khoan cụ làm việc ở mọi độ cao. - Có thể tiếp cần dựng. - Làm quay bộ khoan cụ khi nâng và tuần hoàn dung dịch. - Lấy lõi khoan dài. - Không cần tháo rời bộ khoan cụ giữa hai giếng khoan khai thác khi việc dịch chuyển thiết bị khoan có thể thực hiện với tháp khoan đứng và cần dựng trong tháp. - Có khả năng tác động ngẫu lực tĩnh trong thời gian không xác định. - Phải lắp đặt một hệ thống dẫn hướng trong tháp để làm mất mômen cản. - Phải gia cố kết cấu do có lực xoắn phụ. - Phải có các ống mềm hoặc cáp tải điện phụ trong tháp khoan. - Tăng đáng kể khối lượng ở trên cao. -Tăng giá thành thiết bị và nhất là phải bảo dưỡng cẩn thận hơn nhiều so với hệ thống bàn rôto và cần chủ đạo. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 16 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 1.6. Thiết bị bơm dung dịch Đây là các máy bơm pittông. Chuyển động tịnh tiến qua lại của các pittong và các cần là do cơ cấu thanh truyền và trục khuỷu. Các bơm theo nguyên lý thể tích này cung cấp lưu lượng phụ thuộc trực tiếp vào thể tích làm việc của xilanh bơm và chế độ quay của trục khuỷu. Muốn điều chỉnh lưu lượng thợ khoan tính số chu trình trong một phút bằng số hành trình của máy bơm trong một phút. Trong khoan dầu khí thường sử dụng các loại bơm piston, đó là máy bơm 2 xilanh nằm ngang tác dụng kép hoặc máy bơm 3 xi lanh nằm ngang tác dụng đơn. Yêu cầu đối với bơm khoan là: Bơm được dung dịch có độ nhớt cao, trọng lượng riêng lớn và chứa các pha rắn mài mòn như cát, chất làm nặng v.v... Đồng thời có được lưu lượng và áp suất làm việc cao đảm bảo thắng được sức cản thuỷ lực khi tuần hoàn. Máy bơm bền chắc, hệ số tin tưởng cao, lắp đặt và vận hành đơn giản. + Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm 2 xilanh tác dụng kép. 1: Píton 2: Xi lanh 3,4:Van hút 13 14 1 2 5,6 : Van đẩy 5 7: Cần piston 8: Con trượt 3 9: Thanh truyền 10: Tay quay 11: Ống hút 12: Bể dung dịch 13: Bình điều hoà 14: Khoá nước 6 8 10 11 4 9 12 Hình 1.10 Sơ đồ động học của bơm piston Nguyên lý làm việc của máy bơm là: Chuyển động từ động cơ qua hộp giảm tốc được truyền tới bánh đà, qua cơ cấu tay quay thanh truyền 10, 9 đã biến chuyển động quay của bánh đà thành chuyển động tịnh tiến nằm ngang của piston trong xi lanh. Giả sử piston chuyển động từ trái sang phải thì van hút 3 mở ra van đẩy 5 Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 17 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 đóng lại, trong khi ở bên phải thì van 4 đóng lại và van 6 được mở ra, dung dịch qua van 6 được đẩy ra ngoài. Nếu piston chuyển động từ phải qua trái thì quá trình xảy ra ngược lại. Như vậy trong một hành trình của piston xảy ra 2 lần hút và 2 lần xả gọi là tác dụng kép. Lưu lượng của máy bơm trong 1s được tính như sau: m (2F - f) . L . n Q= .K l/s 60 F - Diện tích tiết diện của xi lanh F - Diện tích tiết diện của cần piston (ty bơm) L - Bước piston n - Số hành trình của piston m - Số xi lanh K - Hệ số hút đầy (Phụ thuộc vào sự hao mòn của van, piston và xi lanh). 1.7. Thiết bị động lực dùng cho công tác khoan. Thiết bị động lực là toàn bộ hệ thống để biến điện năng hoặc năng lượng của nhiên liệu thành cơ năng và hệ thống điều khiển cơ năng. Công suất của thiết bị động lực chủ yếu dùng để quay cột cần khi khoan, dùng cho máy bơm để thực hiện công việc tuần hoàn nước rửa, dùng cho công việc nâng thả cột cần khoan, ống chống. Yêu cầu cơ bản đối với thiết bị động lực là phải có đường “đặc tính mềm” Nghĩa là có khả năng tự động hoặc có điều khiển thích ứng một cách nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải, bảo đảm sử dụng công suất động cơ một cách tốt nhất. “Đặc tính mềm” được đặc trưng bởi hệ số chịu tải k và khoảng điều chỉnh tốc độ R. Hệ số k còn thể hiện ở khả năng quá tải. Mmax k= Mđ.Km Mmax - Mô men quay lớn nhất củ động cơ làm việc ở chế độ ổn định. Mđ.M - Mô men quay định mức. nmax Khả năng điều chỉnh tốc độ R = nmin Nmax - Số vòng quay lớn nhất. Nmin - Số vòng quay nhỏ nhất Động cơ điện 1 chiều và động cơ đốt trong có bộ truyền thuỷ lực sẽ có được “đặc tính mềm cao”. Nghĩa là có hệ số chịu tải và khoảng điều chỉnh tốc độ Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 18 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 tốt. Ngoài đặc tính cơ bản trên, yêu cầu động cơ chạy tời và Roto phải có là: - Mômen khởi động cao (để thắng quán tính của cột cần khoan và lực ma sát với thành lỗ khoan). - Khởi động êm: Vì nếu gia tốc lớn thì ứng suất động trong cột cần sẽ lớn và như thế có thể gây ra sự cố. - Có thể đảo chiều quay dễ dàng. - Khả năng quá tải cao. Yêu cầu chung: Động cơ phải có cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, có thể dừng lại ngay khi cần thiết, an toàn cháy nổ và kinh tế. Động cơ cho máy bơm: Không cần đảo chiều quay, không cần mô men khởi động lớn, còn các yếu tố khác cũng giống như động cơ chạy tời và Roto. Sau đây là tóm tắt bảng phân bố thiết bị động lực trang bị trong một thiết bị khoan hoạt động. Bảng 1. Bảng phân bố thiết bị động lực Chiều sâu đạt tới (m) Tải trọng ở móc nâng (t) Công suất ở tời (Kw) Công suất ở các máy bơm (Kw) Công suất tổng cộng (Kw) 60009000 400600 1500 20002600 30003750 40006000 300400 18002000 22503000 30004000 200300 1100 750 11001800 18502250 9003000 100170 300525 7501100 11001850 Hiện nay trong trang bị thiết bị động lực hiện đại có hai loại chủ yếu là: Động cơ đốt trong (diezel) và động cơ điện. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm nhất định. + Động cơ Diezel có ưu điểm là hoạt động độc lập, xa nguồn điện lưới quốc gia, tiêu hao nhiên liệu thấp. Song nhược điểm cơ bản là: Không đảo được chiều quay (phải lắp thêm bộ phận đảo chiều), không cho phép quá tải trên 20%. + Thiết bị động lực dùng điện xoay chiều (động cơ điện xoay chiều) có ưu điểm cơ bản là lắp đặt và vận hành đơn giản chắc chắn và kinh tế. Thích hợp cho vùng khoan khai thác tập trung có mạng lưới điện quốc gia chạy qua. Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 19 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51 Trường: Đại học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2011 CHƯƠNG II CHỨC NĂNG VÀ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA CỘT CẦN KHOAN Cột cần khoan một kích thước được hình thành từ các ống khoan cùng một loại ống đường kính ngoài; nhiều kích thước được hình thành từ các loại ống đường kính ngoài khác nhau; nhiều đoạn hình thành từ các đoạn ống có cùng một nhóm độ bền, một đường kính ngoài có cùng chiều dày thành ống và có cùng cấu trúc ren nối. 2.1. Chức năng: Là khâu nối giữa dụng cụ đáy và thiết bị trên mặt,thực hiện các nhiệm vụ. + Truyền chuyển động quay cho choòng khoan trong khoan Roto hoặc đầu quay di động. + Dẫn nước rửa cho động cơ tuabin làm việc trong khoan tuabin. + Dẫn nước rửa làm sạch mùn, làm mát dụng cụ đáy trong quá trình tuần hoàn. + Truyền tải trọng, kéo thả dụng cụ khoan. + Thực hiện các công tác phụ trợ khác như vỉa, cứu chữa sự cố... * Thành phần cột cần khoan: Cột cần khoan gồm có các bộ phận: - Cần chủ đạo - Cần khoan - Za mốc cần khoan - Cần nặng - Đầu nối chuyển tiếp - Định tâm 2.2. Cấu tạo các bộ phận của cột cần khoan 2.2.1. Cần chủ đạo Là khâu nối giữa cần khoan và đầu thuỷ lực. cần chủ đạo tạo lên một môi trường trung gian nhận chuyển động quay từ bàn Roto truyền cho choòng qua một cột cần khoan. Để nhận được chuyển động quay này, cần chủ đạo phải có hình dáng bên ngoài được cấu tạo đặc biệt. Cần chủ đạo có tiết diện hình vuông, hình sáu cạnh và hình tám cạnh. Cần chủ đạo thường có các đường kính quy ước: 65; 80; 112; 140; 155 (mm) Chiều dài cần chủ đạo thường cỡ 12 ÷ 14 m; (40 ÷ 54ft) Sinh viên: Nguyễn Hồng Bá - 20 - Lớp: Thiết bị Dầu khí K51