Nghiên cứu máy bơm FMC. Khắc phục sự chuyển động không ổn định của chất lỏng

Trong nền kinh tế nước ta hiện nay, dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn của ngành công nghiệp nước nhà đưa lại nguồn thu nhập ngân sách đáng kể cho đắt nước.

MỞ ĐẦU

Trong nền kinh tế nước ta hiện nay, dầu khí là một ngành công nghiệp mũinhọn của ngành công nghiệp nước nhà đưa lại nguồn thu nhập ngân sách đáng kểcho đắt nước Đảng và chính phủ quan tâm sâu sắc đến tiềm dầu khí to lớn đó, phấnđấu để tiến tới làm chủ kỹ thuật, công nghệ tiên tiến xây dựng một ngành côngnghiệp dầu khí hiện đại toàn diện

Tuy nhiên, trong quá trình khai thác nguồn năng lượng tự nhiên giảm dần do

dó cần phải có các biện pháp nhằm khôi phục và duy trì áp suất vỉa Có nhiều biệnpháp nhân tạo như: ép khí, ép nước, ép dung dịch polime Mỗi biện pháp có những

ưu nhược điểm khác nhau nhưng có một mục đích chung là duy chì áp suất vỉa Điđối với các biện pháp và các thiết bị chuyên dụng phục cho mục đích duy trì áp suấtvỉa Hiện nay, bơm ép để duy trì áp suất đang cho kết quả tốt nhất

Với mục đích đảm bảo an toàn sử dụng cho người và thiết bị, đồng thời nângcao khả năng làm việc của toàn hệ thống máy bơm Qua quá trình học tập trên ghếnhà trường và thời gian thực tập tại Xí Nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro, đặc biệt là

sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Văn Giáp, em đã chọn đềtài tốt nghiệp:

"Nghiên cứu máy bơm FMC Khắc phục sự chuyển động không ổn định của chất lỏng"

Do kiến thức thực tế và khả năng ngoại ngữ còn kém nên đồ án của em sẽ kotránh khỏi những sai sót Em rất mong được sự bổ sung, giúp đỡ từ các thầy cô để

đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin cảm ơn các thầy, các cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và CôngTrình, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Giáp đã tận tình giúp đỡ em trong quá trìnhhoàn thành đồ án này

Hà Nội, tháng 5, năm 2011

Sinh viên

Nguyễn Đức Truyền

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG BƠM ÉP VỈA TẠI VIETSOVPETRO

1.1 Mục đích, yêu cầu của công tác bơm ép vỉa.

1.1.1 Mục đích.

- Khi khai thác dầu mỏ ở giai đoạn tự phun, kéo theo sự giảm áp suất và nănglượng vỉa, mặc dù năng lượng dự trữ của vỉa lớn Thời gian này dài hay ngắn tùythuộc rất nhiều vào năng lượng của vỉa và chế độ khai thác

- Trong quá trình khai thác ở chế độ tự phun áp suất vỉa giảm nhanh, nếu tiếp tụcchế độ khai thác tự phun thì chỉ một thời gian không lâu lượng dầu khai thác khôngđáng kể vì sự suy giảm áp suất vỉa dưới áp suất bão hòa Việc duy trì áp suất vỉa làrất cần thiết để đảm bảo chế độ khai thác ổn định lâu dài, nâng cao hệ số thu hồidầu, nhằm tăng sản lượng khai thác.v.v

1.1.2 Yêu cầu

Những yêu cầu công nghệ đối với máy bơm ép vỉa:

- Do độ sâu của giếng bơm ép là rất lớn nên cần có áp suất lớn cũng như đạt được

độ ổn định trong quá trình bơm ép

- Đáp ứng được yêu cầu của quá trình bơm ép

- Có mối liên kết lắp đặt hợp lý với các thiết bị trên giàn

Ngoài những yêu cầu về máy bơm ép thì chất lượng nước bơm ép xuống vỉacũng có những yêu cầu nhất định:

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với nước bơm ép ở mỏ Bạch Hổ

Hiệu suất lọc các tạp chất cơ học có đường kính > 2

Hàm lượng oxi hòa tan

- Sau khi xử lý cơ học

- Sau khi xử lý hóa chất

< 0,050 mg/l

< 0,015 mg/l

Hàm lượng vi khuẩn khử sunfat Không có

1.2 Các phương pháp duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép

Thông thường các phương pháp tác động lên vỉa dầu nhằm đạt được hai mụcđích là duy trì áp suất vỉa và nâng cao hệ số thu hồi dầu toàn mỏ Các phương pháptác động lên vỉa chủ yếu được phân ra:

+ Phương pháp bơm ép nước vào vỉa

- Bơm ép nước bên ngoài vùng vải chứa dầu;

- Bơm ép nước xung quanh, gần vùng vỉa chứa dầu;

- Bơm ép nước bên trong vùng vỉa chứa dầu;

+ Phương pháp bơm ép khí vào vỉa

+ Phương pháp bơm hỗn hợp khí, nước vào vỉa

Cơ sở lựa chọn phương pháp ép vỉa dựa trên chỉ tiêu kinh tế và chỉ tiêu kỹ thuật,đồng thời kết hợp với việc dựa trên cấu trúc địa chất vùng, trữ lượng địa chất, côngnghệ khai thác, chế độ khai thác và một số điều kiện khác

Như ta biết hệ số thu hồi dầu lớn nhất là khi vỉa làm việc ở chế độ áp lực nước tựnhiên, nhưng năng lượng này bị giảm dần khi khai thác Như vậy người ta phải bùvào năng lượng đã bị mất là bơm ép nước, phương pháp này xí nghiệp liên doanhđang sử dụng rộng rãi cho cả mỏ Nó đáp ứng được yêu cầu và chỉ tiêu kỹ thuậtnhưng lại là phương pháp rẻ tiền thích hợp trong công nghiệp khai thác dầu trênbiển

1.2.1 Bơm ép nước bên ngoài vùng vỉa chứa dầu

Ở quá trình bơm ép nước này, người ta bơm ép nước vào vỉa qua những giếngbơm ép được phân bố ở bên ngoài vùng vỉa chứa dầu và cách chu tuyến vùng chứadầu khoảng 300 – 8000m để tạo nên tác động đồng đều lên vỉa, ngăn ngừa sự tạothành lưới nước trong vỉa và chảy rò của nước vào giếng khai thác

Những vỉa được tạo thành từ đất đá đồng nhất và có độ thẩm thấu tốt, không cónhững phá hủy kiến tạo là những vỉa có hiệu quả cao khi sử dụng bơm ép nước bênngoài vùng chứa dầu Việc bơm ép nước từ bên ngoài vùng chứa dầu ở những vỉadầu thành tạo đá vôi thì không phải bao giờ cũng cho kết quả tốt được bởi vì ởnhững vỉa này có khe rãnh lớn ảnh hưởng tới việc lưu thông của nước

Hình 1.1.Sơ đồ phân bố các giếng bơm ép bên ngoài vùng vỉa chứa dầu.

Khi khai thác dầu có độ nhớt cao, quá trình bơm vào vỉa có thể đạt được hiệu quảrất thấp, vì rằng độ nhớt của nước nhỏ so với độ nhớt của dầu, khi đó nước chuyểnđộng trong vỉa sẽ lách qua dầu đến các giếng khai thác làm cho các giếng này bịngập nước

Thực tế cho thấy, áp suất cao ở trên đáy các giếng bơm ép chỉ có tác động mạnhlên 2-3 dãy giếng khai thác gần nhất Vì vậy ở giai đoạn đầu khi khai thác các mỏdầu lớn có sử sụng bơm ép bên ngoài vùng chứa dầu người ta chỉ khoan 3-4 dãygiếng khai thác ngoài cùng, còn vùng trung tâm vỉa không khoan Làm như vậy sẽđạt được hiệu quả tốt nhất, vì các giếng ở dãy bên trong không những không chothêm lượng dầu khai thác được bao nhiêu mà còn lấu dầu từ giếng đó dẫn đến việcgiảm áp suất vùng trung tâm vỉa Cho nên để đạt được hiệu quả cao khi khai thácvỉa nhờ bơm ép nước bên ngoài vùng chứa dầu, người ta khoan đồng thời ở nhữngvỉa chỉ đủ phân bố 3-4 dãy giếng khai thác và một dãy giếng bơm ép Khoảng cáchhợp lý giữa các dãy từ 500-800m và chọn nhưng vỉa có chiều rộng lớn hơn 6km.Bơm ép nước bên ngoài vùng vỉa chứa dầu có một số nhược điểm sau:

- Chi phí năng lượng để bơm ép lớn để chất lỏng bơm ép thắng được sức cản trởchảy thấm trong vùng giữa chu tuyến vùng chứa dầu và tuyến phân bố của cácgiếng bơm ép;

- Tác động chậm lên vỉa dầu do tuyến phân bố của các giếng bơm ép nằm cách

xa chu tuyến vùng vỉa chứa dầu;

- Tăng lưu lượng bơm ép do bị mất nước trong vùng ngoài của vỉa chứa dầu

1.2.2 Bơm ép nước xung quanh , gần vùng vỉa chứa dầu.

Để tăng cường tác động của bơm ép nước lên vỉa dầu, các giếng bơm ép nênđược phân bố trực tiếp gần chu tuyến vùng vỉa chứa dầu hoặc có thể phân bố giữachu tuyến ngoài và chu tuyến trong của vùng vỉa chứa dầu

Bơm ép nước xung quanh gần vùng vỉa chứa dầu được áp dụng khi:

- Mối liên hệ thủy – động lực giữa vỉa dầu với vùng ngoài kém;

Δ: Giếng bơm ép O: Giếng khai thác

- Kích thước của vỉa dầu tương đối nhỏ (so với vỉa được áp dụng để bơm épbên ngoài vùng vỉa chứa dầu);

- Để tăng cường quá trình khai thác dầu ,nghĩa là mức cản trở quá trình chảythấm của chất lỏng giữa quá trình bơm ép và giếng khai thác giảm nhờ khoảng cáchgiữa chúng gần hơn

- Mặt khác sự tạo tành “các lưới nước” trong vỉa và chảy rò của nước vào cácgiếng khai thác tăng lên khi tiến hành bơm ép nước xung quanh vùng vỉa chứa dầu

Vì vậy trong quá trình khai thác cần phải điều chỉnh cẩn thận lưu lượng nước bơmép

Theo quan điểm về năng lượng, bơm ép nước xung quanh, gần vùng vỉa chứadầu có hiệu quả kinh tế cao hơn so với bơm ép nước bên ngoài vùng vỉa chứa dầu,

kể cả khi độ thủy dẫn của vùng ngoài vỉa chứa dầu tốt và mức độ mất chất lỏng bơm

ép là ko đáng kể

1.2.3 Bơm ép nước bên trong vùng vỉa chứa dầu

Người ta tác động lên vỉa hệ thống bơm ép được phân bố dọc theo các sơ đồ khácnhau trong vùng vỉa chứa dầu Hệ thống này có ảnh hưởng mạnh mẽ trực tiếp lênvỉa dầu cho phép tăng nhịp độ giảm thời gian khai thác mỏ dầu Việc lựa chọn sơ đồphân bố các giếng bơm ép bên trong vùng vỉa chứa dầu được xác định theo điềukiện địa chất cụ thể, vốn đầu tư và thời hạn khai thác mỏ mang lại hiệu quả kinh tếnhất

Hình 1.2 sơ đồ bơm ép bên trong vùng vỉa chứa dầu.

Để đẩy dầu ổn định và đạt hiệu quả kinh tế hơn, không nhất thiết người ta phảibơm ép đồng thời ở tất cả các giếng bơm ép, mà chỉ bơm ở giếng nằm giữa, còn cácgiếng bơm ép xung quanh trước hết làm nhiệm vụ khai thác (khai thác tăng cường),các giếng này sau khi bị ngậm bởi nước bơm ép người ta sử dụng chung làm giếngbơm ép

Khi khai thác những vỉa dầu không có chế độ làm việc áp lực nào và không duytrì áp suất vỉa thì dự trữ năng lượng ban đầu sẽ nhanh chóng giảm đi,vì thế lưulượng khai thác sẽ giảm tới mức thấp nhất trong vỉa còn tồn đọng một lượng dầu

Δ: Giếng bơm ép; O: Giếng khai thác

Điều kiện sử dụng phương pháp khai thác thứ cấp có hiệu quả tốt là :

- Trong vỉa còn lại lượng dầu đáng kể

- Vỉa thoải và không có những đường nứt lẻ kiến tạo lớn;

- Đồng nhất thành phần đất đá và khả năng thẩm thấu của vỉa tốt;

- Dầu có độ nhớt không lớn;

- Vỉa sản phẩm không dày

Bơm ép nước đều khắp bề mặt diện tích vỉa dầu là là hệ thống tác động lên vỉamạnh nó đảm bảo cường độ khai thác mỏ cao nhất Ở hệ thống này các giếng bơm

ép và khai thác được phân bố theo các block hình học cân xứng dạng mạng lướinăm điểm, bảy điểm hoặc chín điểm

Hình 1.3 Sơ đồ phân bố giến trong quá trình bơm ép nước lên trên

toàn bộ bề mặt diện tích vỉa dầu

1.3 Những kết quả đã đạt được và những vấn đề cần giải quyết

Nhận thấy rằng ở sơ đồ phân bố chín điểm, tỷ số tổng số lượng các giếng bơm

ép trên giếng khai thác lớn nhất so với các sơ đồ phân bố khác, mặt khác giếng bơm

ép không cho sản phẩm khai thác, sơ đồ phân bố chín điểm có thể có hiệu quả tốtBơm ép nước đều khắp trên bề mặt diện tích nên hiệu quả kinh tế hơn cả Hơnnữa cường độ tác động lên vỉa theo sơ đồ này nhỏ hơn so với các sơ đồ phân bốgiếng khai thác nên xác suất sự tạo thành lưỡi nước trong vỉa dầu chuyển động đồngđều và ổn định hơn đến các giếng khai thác Thông thường, phương pháp bơm ép

Δ: Giếng bơm ép; O: Giếng khai thác

cuối cùng của mỏ Tuy nhiên, bơm ép nước đều khắp trên diện tích vỉa dầu có thểmang lại hiệu quả nếu được áp dụng ở những giai đoạn ban đầu khai thác mỏ khi đãđược nghiên cứu tốt.

Hiện nay khai thác dầu bằng phương pháp thứ cấp phổ biến nhất là bơm ép nước

bề mặt diện tích, nó mang lại hệ số cho dầu lớn hơn cả Bởi vì mật độ của nước lớnhơn của mật độ của dầu nên luôn có xu hướng đi xuống phía dưới của vỉa, mà ởtrong vỉa đã cạn thì lượng dầu còn lại ở phía dưới của vỉa bao giờ cũng lớn hơnphía trên Ngoài ra nước chuyển động dọc theo vỉa và nó sẽ chứa đầy những khe lỗđất đá giải phóng được lượng dầu còn còn dính chặt trong đất đá do lực liên kếtphân tử

1.4 Hệ thống bơm ép nước tại mỏ Bạch Hổ

JK

S 3 1/

8"

CK

B 6 2 CK

B 7 4 JK

S 2 1/6

"

JK

S 3 1/

Hình 1.4 Sơ đồ bơm ép và duy trì áp suất vỉa trên giàn MSP7

1.4.1 Nguồn nước bơm ép.

Nước bơm ép tại mỏ Bạch Hổ là nước biển lấy từ độ sâu 18 – 30m có các

Bảng 1.2 Tính chất hóa lý của nguồn nước bơm ép.

Vi khuẩn ưa khí và kỵ khí(con/ml) 100 – 1000

Vi khuẩn khử sunfat(con/ml) 10 – 100

1.4.2 Giới thiệu chung về hệ thống bơm ép nước vỉa.

Trong hệ thống thu gom xử lý bơm piston đóng vai trò rất quan trọng, đặcđiểm của nó là có thể tạo được áp suất cao phục vụ cho các quá trình công nghệ cần

sử dụng áp suất cao Trong công nghệ khoan nó dùng để bơm dung dịch khoan,bơm trám xi măng, thử áp lực đầu giếng, thử áp lực các đường ống côngnghệ.Trong khai thác bơm dùng để ép nước vào vỉa, khi cần thiết có thể tham giavào công tác vận chuyển dầu …và nhiều công đoạn khác Đối với công tác ép vỉathời gian đầu thử nghiệm, nó đóng vai trò rất quan trọng, sau đó được thay thế bằngcác trạm bơm cố định PPĐ với công suất lớn đạt 40.000 M3/ngày

Với trạm bơm piston FMC và ADENA đặt tại dàn MSP7 được hoạt động dùng chocông tác ép vỉa từ năm 2004 đến nay, với năng suất trung bình đạt gần 500 M3/ngày.

Hiện nay, tại vùng mỏ Bạch Hổ tồn tại hai hệ thống xử lý nước bơm để duytrì áp suất:

- Hệ thống xử lý nước bơm ép trên các giàn cố định

- Hệ thông xử lý nước trên Module ép vỉa chuyên dụng đặt trên các giàn MSP1,MSP2 MSP10 chúng được hoạt động liên tục để duy trì áp suất vỉa Bên cạch đó,các Module ép vỉa chuyên dụng xử lý nước triệt để và đảm bảo các đặc tính kỹ thuậtkhi bơm ép vào vỉa Module ép vỉa chuyên dụng hiện nay áp dụng ở các giàn khoanMSP2, MSP8 và MSP9

1.4.2.1 Hệ thống xử lý nước bơm ép trên các giàn cố định.

a Giới thiệu chung:

Các bộ phận chính của hệ thống xử lý nước trên các giàn cố định mỏ Bạch Hổ

- Máy bơm ngầm ( Bơm hút nước biển )

- Bơm tăng áp

- Bình xử lý hóa phẩm khử oxy

- Máy bơm piston hoặc bơm chìm ép nước

b Đặc tính kỹ thuật của thiết bị:

- Máy bơm hút nước biển: Là máy bơm chìm nhiều tầng được thả xuống biển ở độsâu 15 – 30m

Công suất làm việc: N = 30 – 60 (kw)

Áp suất làm việc: P = 6 – 8 (at)

Lưu lượng: Q = 120 – 350 (m3/h)

- Máy bơm tăng áp: Là loại máy bơm ly tâm chìm nhiều tầng

Công suất làm việc: N = 100 – 160 (kw)

Áp suất làm việc: P = 30 (at)

Bơm piston: FMC Q1616AB

Áp suất làm việc: P = 220 (at)

Lưu lượng: Q = 500 (m3/ngày)

Bơm chìm: L UESPK 16-2000-1400 (Nga)

Áp suất làm việc: P = 140 (at)

Lưu lượng: Q = 2000 (m3/ngày)

c Tình trạng sử dụng các thiết bị bơm ép trên giàn khoan cố định:

Một vấn đề đáng chú ý nhất ở đây là tình trạng sử dụng lưu lượng Mật độ sửdụng lưu lượng rất thấp làm tổn hao năng lượng lớn trong quá trình bơm ép Trườnghợp này do các nguyên nhân sau:

- Nước không được xử lý tốt

- Vùng cận đáy giếng bị nhiễm bẩn

- Cấu trúc: thiết bị lòng giếng bơm ép không phù hợp, sự khác nhau giữa độ tiếpxúc nhánh của giếng và công suất thiết bị

Biện pháp nâng cao hiệu quả bơm ép

- Thay thế thiết bị lòng giếng bằng thiết bị mới phù hợp

- Xử lý vùng cận đáy giếng, thiết bị xử lý nước, tăng cường độ tiếp cận giếng

- Thay thế thiết bị máy bơm có lưu lượng phù hợp với độ tiếp cận giếng

d Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Máy bơm điện ly tâm ngầm hút nước biển và đẩy đến bình xử lý hóa phẩmkhử oxy Trong một số trường hợp cần sử dụng bơm tăng áp để tăng áp suất dòng

chảy đẩy nước bơm ép đi đến hệ thống Sau đó dòng chảy đi đến máy bơm ép chínhbơm ép xuống biển theo hai đường.

Trước khi nước biển dẫn đén bơm piston, bơm chất ức chế dễ ăn mòn hòa lẫnvới nước qua máy bơm ép bơm thêm hóa phẩm diệt khuẩn vào dòng nước

Nước biển sau khi qua quá trình xử lý được bơm ép xuống vỉa nhờ máy bơm

ép chính

1.4.2.2 Các phương pháp xử lý đối với nước bơm ép.

Bảng 1.3. Phương pháp xử lý nước bơm ép

Tắc nghẽn vỉaChua hóa vỉa

Phin lọc tinh Hypocorit

Chất diệt khuẩn

Chất rắn lơ lửng Ăn mòn

Tắc nghẽn vỉa

Phin lọc thôPhin lọc tinh

PolyectrolyteChất keo tụHypocoritOxy hòa tan Ăn mòn

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BƠM PISTON FMC

2.1 Lý thuyết cơ bản của máy bơm piston

2.1.1 Tổng quan về máy bơm piston và việc phân loại chúng

Máy bơm piston được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tếquốc dân Nó được sử dụng để bơm nước lã, bơm dung dịch, bơm hoá chất… vàphục vụ cho nhiều mục đích khác

Nhất là chúng được dùng rất nhiều trong công tác khoan dầu khí hiện nay,chúng được dùng để bơm dung dịch khoan xuống giếng khoan, dung dịch này cócác tác dụng:

- Làm mát dung cụ khoan

- Gia cố thành giếng khoan

- Làm sạch giếng khoan

- Khống chế chất lỏng từ vỉaMáy bơm piston có thể tạo ra áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào nhau.Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan Cấu tạo đơn giản,

dễ sửa chữa, lắp ráp, độ bền cao và dễ thay thế

2.1.2 Phân loại máy bơm piston

* Phân loại theo cách bố trí xylanh:

- Bơm tác dụng ba: ghép 3 xylanh tác dụng đơn

- Bơm tác dụng bốn:

+ Hai xylanh tác dụng kép+ Bốn xylanh tác dụng đơn

- Bơm tác dụng năm: ghép năm xi lanh tác dụng đơn

* Phân loại theo cấu tạo của piston:

- Bơm piston đĩa

- Bơm piston trụ

- Bơm lưu lượng nhỏ: Q<15 m3 /h

- Bơm lưu lượng trung bình: Q=15÷60 m3 /h

- Bơm lưu lượng lớn: Q=60 m3 /h

* Phân loại theo áp suất:

- Bơm có áp suất thấp: P<10 at

- Bơm có áp suất trung bình: P<10÷20 at

- Bơm có áp suất cao: P<20 at

2.1.3 Nguyên lý làm việc của bơm

Bơm piston là một máy thuỷ lực, trong đó năng lượng cơ học của động cơtruyền cho chất lỏng nhờ một quả nén (gọi là piston) chuyển động tịnh tiến qua lạitrong xylanh Ta xét cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn vàbơm piston tác dụng kép

2.1.3.1 Bơm piston tác dụng đơn

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của máy bơm piston tác dụng đơn

1 Xilanh 8 Ống hút

2 Cần piston 9 Bể hút

3 Piston 10 Con trượt

4 Hộp van 11 Thanh truyền

5 Ống đẩy 12 Tay quay

6 Van đẩy 13 Trục khuỷu

7 Van hútTrong quá trình làm việc, trục khuỷu (13) quy, truyền chuyển động khứ hồicho piston (3) qua thống con trượt (10), tay quay (12) và thanh truyền (11) Piston

1 2

6

1

638

S=2R5

chuyển động tịnh tiến qua lại trong xylanh Khoảng không gian giữa mặt đầu củapiston và các van là khoang làm việc của máy bơm Thể tích khoang làm việc nàythay đổi phụ thuộc vào vị trí của piston

Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của piston gọi là điểm chết phải (điểm A)

và điểm chết trái (điểm B) Khoảng cách từ điểm chết phải đến điểm chết trái gọi làhành trình của piston, ký hiệu là S; S=2R, R: bán kính tay quay của trục khuỷu Khipiston chuyển động từ A sang B, van hút (7) đóng lại, van đẩu (6) mở ra, chất lỏng

bị đẩy ra ngoài Ngược lại, khi piston chuyển động từ B sang A, áp suất trong ốnghút giảm Lúc này van hút (7) mở, van đẩy (6) đóng, chất lỏng từ bể chứa (9) đượchút đầy vào khoang làm việc của máy bơm.Quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy Sau mỗi vòng quay của trục khuỷu, bơm thực hiện một quá trình hút và một quátrình đẩy

2.1.3.2 Bơm piston tác dụng kép

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép

2 Cần piston 9 Bể hút

3 piston 10 Con trượt

4 Hộp van 11 Thanh truyền

5 Ống đẩy 12 Tay quay

6 Van đẩy 13 Trục khuỷu

7 Van hútNhờ có hệ thống tay quay- thanh truyền, chuyển động của động cơ sẽ đượcbiến thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xylanh với hành trình S=2R Haiđiểm B1, B2 ứng với hai vị trí biên của tay quay Khi piston đi từ B1 đến B2 thìkhoang B1 thực hiện quá trình hút, khoang B2 thực hiện quá trình đẩy Khi đókhoang thể tích B1 tăng lên, áp suất giảm dần và nhỏ hơn áp suất mặt thoáng Pa, do

đóng lại Còn bên khoang B2 thì thể tích buồng làm việc giảm, áp suất tăng lên, van(6) đóng lại và van (4) mở ra, chất lỏng sẽ được đẩy qua van đẩy (4) và ống xả (7).Khi piston tới B2 thì khoang B1 kết thúc quá trình hút, khoang B2 kết thúc quá trìnhđẩy.

Quá trình ngược lại, khi piston đi từ B2 đến B1 thì khoang B2 thực hiện quátrình hút, khoang B1 thực hiện quá trình đẩy Như vậy, mỗi vòng quay của trụcchính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy( hai chu kỳ hay còn gọi làtác dụng kép) Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại quá trình hút và đẩy nhưcũ

2.1.4 Các thông số cơ bản của máy bơm piston

Các thông số cơ bản là các thông số biểu thị khả năng làm việc và đặc tínhcủa bơm:

Cột áp của máy bơm là năng lượng đơn vị của dòng chảy trao đổi với bơm

Nó được tính bằng sự chênh lệch năng lượng đơn vị của dòng chảy ở mặt trước vàmặt sau của máy bơm

H = DeBA = eB - eA (2.1)

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán cột áp của bơm

Ta xét 2 mặt cắt (hình 2.3): mặt trước A-A và mặt sau B-B của bơm:

Ta gọi:

eA và eB: Năng lượng đơn vị ở mặt cắt A-A và B-B;

ZA và ZB: Độ cao của mặt cắt đến mặt nước;

PA, VA và PB, VB: Áp suất và tốc độ của dòng chảy ở 2 mặt cắt

Ta có:

(2.2)(2.3)Trong đó:

DeBA > 0: Máy bơm cung cấp năng lượng cho chất lỏng;

DeBA < 0: Chất lỏng cung cấp năng lượng cho máy thuỷ lực;

DeBA = H, gọi là cột áp Đơn vị là mét cột nước

Thành phần là thế năng đơn vị, được gọi là cột áp tĩnh Ký hiệu

Trong đó:

F: tiết diện xylanh;

S: khoảng dịch chuyển của piston;

i: số xylanh;

n: số hành trình kép;

a: hệ số kể đến ảnh hưởng của cần piston:

f: tiết diện cần piston

Với bơm tác dụng đơn thì: a=1

Chi phí công suất để thắng các tổn hao thuỷ lực, tổn hao thể tích, tổn hao cơkhí, được đánh giá bằng hệ số htl, hV vµ hc

Tổn hao thuỷ lực htl: bao gồm chi phí để thắng các sức cản thuỷ lực do ma sát vớithành ống và các tổn hao cục bộ do thay đổi tốc độ dòng chảy khi chất lỏng chuyểnđộng từ bể chứa đến ống đẩy Ngoài ra còn để thắng lực quán tính của van

(2.9)

Ht, Hl : cột áp thực tế và cột áp lý thuyết

Tổn hao thể tích hV : được xác định bằng hệ số hút đầy:

(2.10)

Qt, Ql : lưu lượng thực tế và lưu lượng lý thuyết

Như vậy, công suất trên trục của piston là công suất làm việc hay công suấtchỉ báo (Nlv):

(2.11)Tổn hao cơ khí(hc):là các tổn hao từ động cơ đến trục của piston Như vậy,công suất của động cơ sẽ là:

N đc= (2.12)

2.1.4.4 Hiệu suất (η)

Hiệu suất của máy bơm η (hiệu suất toàn phần) được xác định theo côngthức:

(2.13)Thông thường, h = 0,67  0,85

2.1.5 Đường đặc tính của máy bơm piston

2.1.5.1 Đường đặc tính cơ bản của máy bơm

Hình 2.4 Đường đặc tính của bơm piston

Đồ thị biễu diễn mối quan hệ H=f(Q) khi tốc độ quay của tay quay n là hằng

số gọi là đường đặc tính của máy bơm piston

Đường 1’ và đường 2’ là đường đặc tính lý thuyết ứng với tốc độ quay là n1=const(Q1) và n2=const (Q2)

Đường 1 và 2 là đường đặc tính thực tế ứng với n1 và n2, n1<n2

2' n1 < n2 = const

chỉ có hiện tượng rò rỉ mà các van làm việc cũng không kịp thời, gây tổn thất về lưulượng.

2.1.5.2 Đường đặc tính phụ thuộc giữa Q, N và η của máy bơm với H

Hình 2.5 Đường đặc tính phụ thuộc giữa Q, N và η với H

Từ đồ thị ta thấy:

- Khi H tăng thì Q giảm;

- Ở đoạn H1, H2, hiệu suất không thay đổi;

- Khi cột áp làm việc ở mức rất thấp hoặc rất cao, hiệu suất làm việcgiảm Khi H thấp, η giảm do công suất có ích trên trục máy bơm nhỏ; khi H cao, ηgiảm do hiện tượng rò rỉ

2.1.5.3 Đường đặc tính xâm thực của máy bơm

Hiện tượng xâm thực là việc tạo nên một vùng hơi cục bộ (bọt khí) ở trongcác chất lỏng đang chảy nếu như áp suất tĩnh tuyệt đối đạt bằng hoặc thấp hơn ápsuất bốc hơi của chất lỏng đó Áp suất bốc hơi này phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng

và điều kiện khí quyển Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xâm thực là do sựxuất hiện các bọt khí, xảy ra khi:

- Chiều cao hút quá lớn làm giảm nhiệt độ sôi

- Nhiệt độ chất lỏng quá cao

- Trong chất lỏng có khí đồng hành

- Đường ống hút quá nhỏ, quá dài làm tăng tổn thất thuỷ lực

- Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng làm việc bình thường của máybơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất định phụ thuộc độchân không của máy bơm

Hình 2.6 Đường đặc tính xâm thực của máy bơm

K1, K2 là điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm ứng với trị số ápsuất chân không giới hạn Nếu độ chân không vượt quá các trị số giới hạn thì bơm

sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực

2.2 Cấu tạo bơm FMC

Bơm là thiết bị cơ khí kết hợp bởi nhiều bộ phận khác nhau tạo thành, để đơn giản ta có thể phân chia máy bơm thành các bộ phận chính sau:

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo mặt cắt dọc của bơm FMC

1 1 Phần thân thủy lực 6 Thân bơm

2 2 Cụm van hút 7 Đường làm mát

3 3 Cụm van đẩy 8 Bơm định lượng

5 5 Xilanh

Máy bơm ép vỉa FMC loại Q1616 AB / Q1620 AB được thiết kế chế tạonhằm đáp ứng công nghệ bơm ép nước biển vào vỉa để duy trì áp suất vỉa, đảm bảochế độ khai thác lâu dài và nâng cao hệ số thu hồi dầu

Tổ hợp bơm FMC gồm các bộ phận chính sau đây:

1 Máy bơm nước FMC năm piston ngón tác dụng đơn loại Q1616 AB / Q1620 ABđược trang bị hệ thống bôi trơn bằng phương pháp cơ học (vung tóe) Bơm thiết kếvới tốc độ làm việc là 350 vòng/phút đảm bảo hoạt động liên tục và nó cung cấpnhững lưu lượng sau:

- Loại Q1616 AB cung cấp 493 m3/ngày với áp suất cực đại ở cửa xả là 3190 PSI(22,0 MPa)

- Loại Q1620 AB cung cấp 770 m3/ngày với áp suất cực đại ở cửa xả là 2040 PSI(14,0 MPa)

Trên đường ống xả của bơm có lắp van an toàn 2’’ BAIRED, với áp suấttheo quy định sau:

* 3500 PSI ( 25,0 MPa ) đối với loại Q1616 AB

* 2250 PSI ( 15,4 MPa ) đối với loại Q1620 AB

2 Hộp giảm tốc bánh răng đơn hiệu FALK được trang bị quạt điện làm mát, cáckhớp nối trục và hệ thống kiểm tra theo dõi lượng dầu bôi trơn

3 Khớp nối, chụp bảo vệ khớp nối Loại ăn khớp dạng lò xo.

4 Motor điện dẫn động hiệu BALDOR với công suất 200 mã lực Motor điện đượctrang bị nhiệt điện trở và hai thiết bị sưởi ấm không gian

5 Bảng điều khiển bằng thép không rỉ 316, IP56

6 Van cầu chịu áp lực cao, được bố trí ở cụm thiết bị đo

7 Van ngược và chặn đầu ra

8 Thiết bị đo lưu lượng của hãng HALLIBURTON chế tạo Nó cho phép đo lưulượng dòng chảy trong khoảng 210 đến 2100 m3/ngày

9 Van bướm đường hút

10 Phin lọc

11 Van tiết lưu

Các thông số kỹ thuật biểu thị khả năng và đặc tính làm việc của bơm

Sau đây là các thông số cơ bản của bơm FMC:

Loại 5 piston tác dụng đơn Q1616 AB và Q1620 AB

Tốc độ bơm : n = 350 vòng / phút

- Đối với bơm Q1616 AB: Q = 493 m3/ngày

- Đối với bơm Q1620 AB: Q = 770 m3/ngày

Áp suất ở cửa xả:

- Đối với bơm Q1616 AB: Pmax = 3190 PSI (22,0 Pa)

Pmin = 725 PSI (5,0 MPa)

- Đối với bơm Q1620 AB: Pmax = 2040 PSI (14,0 MPa)

Pmin = 435 PSI (3,0 MPa)

Áp suất ở cửa hút:

- Đối với bơm Q1616 AB: Pmax = 145 PSI (1,0 MPa)

Pmin = 7,25 PSI (0,05 MPa)

- Đối với bơm Q1620 AB: Pmax = 145 PSI (1,0 MPa)

Pmin = 7,25 PSI (0,05 MPa)

Bơm có các van an toàn đặt ở các giá trị:

3500 PSI (25MPa) đối với loại Q1616 AB

2250 PSI (15,4MPa) đối với loại Q1620 AB

Động cơ điện 200 mã lực dòng là 276 A

Số vòng quay của động cơ là 1450 vg/ph

3 Cần piston 13 Mặt bích ren van hút

4 Kẹp xilanh 14 Supap van

2.2.2.1.Piston:

Bơm ép vỉa FMC gồm năm piston tác dụng đơn Mỗi piston có đường kính2’’ đối với bơm Q1616 AB và 21/2” đối với bơm Q1620 AB Piston được chế tạobằng thép hợp kim nặng, có phủ một lớp mạ hợp kim cứng chịu được áp lực cao và

chống mài mòn tốt piston được chế tạo dạng hình trụ phần cuối của piston được tạobậc để nối với ty con trượt bằng khớp nối động.

Bộ làm kín ty piston gồm vở bọc (13) và một hệ thống các vòng và gioăngđệm đỡ Mặt trong vỏ bọc này có các đệm cao su (11), ống lót (10) và (7), vònggioăng (9) và vòng đệm đỡ (8) làm nhiệm vụ cách ly giữa hệ thống dẫn động vàkhoang làm việc Mặt ngoài vỏ bọc này cũng này cũng có vòng đệm (1), gioăng (2)

và ổ vòng đệm (3) để cách ly dung dịch qua bộ làm kín nắp trên xylanh ra ngoài Vỏbọc (13) được cố định chặt trên xylanh tại vị trí di chuyển của ty piston nhờ đai ốc(4), ống lót (5) và êcu (6)

Khi piston di chuyển thì bộ làm kín ty này lắp trên thân xylanh sẽ ngănkhông cho dòng dung dịch ra hệ thống dẫn động nhờ một hệ thống các đệm cao su,vòng gioăng và vòng đệm đỡ luôn lấp kín khe hở giữa chúng

b) Bộ làm kín ty trung gian

Bộ làm kín này có nhiệm vụ ngăn không cho dầu bôi trơn thanh nối con trượtchảy ra ngoài Ngoài ra, nó còn có tác dụng ngăn không cho dung dịch rửa của typiston bám trên ty chảy vào khoang chứa dầu của cụm truyền động, làm thay đổitính chất của dầu bôi trơn Trên thân (2) của bộ làm kín này có lắp gioăng làm kín(1) để làm kín trục trung gian, ngăn không cho dầu chảy ra ngoài và dung dịch chảyvào khoang chứa dầu Ống đỡ (6) và lò xo (5) được gắn chặt vào thân (2) bởi việcxiết chặt bulông (4) trên vòng đệm (3), trên ống đỡ (6) có lắp gioăng cao su (7)

Ngoài ra, thân (2) còn lắp tấm cách (13) đặt trên mặt bích (14), tấm cách này đượcgắn chặt nhờ bulông (11).

Phần cơ của bơm gồm các bộ phận sau:

- Trục khuỷu

- Con trượt

- Cần piston

2.2.3.1 Trục khuỷu:

Cấu tạo trục khuỷu máy bơm

Hình 2.12: Trục khuỷu máy bơm

của trục khuỷu có vát then để lắp khớp nối nối với trục tốc độ thấp của hộp giảmtốc

Trên trục khuỷu có lắp bánh răng ăn khớp với bánh răng dạng chữ V ở trêntrục dẫn động

Trục khuỷu được đỡ bằng hai ổ bi đũa hai dãy dạng côn, không điều chỉnhđược và được lắp vào hai đầu của trục khuỷu Ổ bi lắp trên trục khuỷu chịu được tảitrọng dọc trục, đặc biệt là có khả năng chịu tải lớn và chịu được tải trọng va đập khitrục khuỷu làm việc với số vòng quay lớn

2.2.3.2 Kết cấu con trượt

Con trượt được di chuyển nhờ sự quay của tay quay thanh truyền qua tâmthanh truyền Sự di chuyển của nó trên máng trượt sẽ đảm bảo độ đồng tâm giữaxilanh, piston và cần piston dẫn tới piston cũng chuyển động tịnh tiến trong quátrình hút và đẩy dung dịch và tạo nên một chu trình kín

Cấu tạo của con trượt khá đơn giản, nó di chuyển trong máng nhờ cơ cấu tayquay thanh truyền Con trượt (6) và được lắp nối với tay biên nhờ đầu nhỏ của taybiên (5), đầu này được gắn trên con trượt (6) và được cố định bởi chốt (1) thông quabạc lót (2)

Hình 2.13: Cấu tạo của kết cấu con trượt

1 Chốt

2 Bạc lót

1 6 5

2 A 3

4

4 Đai ốc

5 Đầu nhỏ tay biên

6 Con trượt

A Rãnh thoát dầu bẩnNgoài ra, mặt bên và mặt dưới của con trượt (6) có lắp tấm lót kim loại (3)

có dạng hình cong giống như máng trượt Tấm kim loại này trên bề mặt có tráng lớpkim loại chịu ma sát và chịu được nhiệt độ cao, chúng được ghép chặt với nhau nhờbulông đai ốc và đai ốc chìm

2.2.3.3 Hộp giảm tốc:

Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ truyền bánh răng hay trục vít tạothành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ dẫnđộng đến máy công tác

Bơm MFC sử dụng hộp giảm tốc bánh răng một cấp loại A với model:305A1 của hãng FALK CS Sau đây là các thông số kỹ thuật của nó:

- Số vòng quay của trục tốc độ cao : 1450 vòng/phút

- Số vòng quay của trục tốc độ thấp : 355,7 vòng/phút

a)Vỏ hộp giảm tốc:

Vỏ hộp giảm tốc 1 chế tạo bằng thép cứng, bên trong rỗng để lắp các chi tiết

Đế của vỏ hộp có các lổ lắp với giá đỡ bằng bu-lông, hai mặt bên có các cặp lổ đồngtrục để lắp các ổ đỡ các trục truyền động Mặt trên có nắp kiểm tra và lổ thoát khí

Trục tốc độ cao là trục nối với trục động cơ dẫn động bằng khớp nối Trục cóchiều dài 528 mm, đường kính 130 mm và tốc độ quay 1450 vòng / phút.

Trên trục tốc độ cao được thiết kế một bánh răng chéo ăn khớp với bánh răng trêntrục tốc độ thấp Đỡ trục bằng hai ổ đũa nón lắp hai mặt bên của vỏ hộp Giữa bềmặt của bánh răng trên trục và bề mặt của ổ đỡ có gắn đệm chèn nhằm đề phòng sựdịch chuyển trục làm phá vỡ chế độ ăn khớp của cặp bánh răng Ở hai đầu trục cóvát then để lắp khớp nối với trục động cơ, một đầu trục dự phòng được đậy kín bằngnắp bảo vệ 50, đầu còn lại nối với trục động cơ và có nắp đậy 40 chứa gioăng làmkín bên trong lắp với hộp giảm tốc để làm kín dầu bôi trơn không rò rỉ ra ngoài vàngăn cản bụi hoặc chất lỏng xâm nhập vào hộp giảm tốc, đồng thời đó là những tấmcăn để căn chỉnh độ rơ dọc trục

c)Bộ trục tốc độ thấp (5)

Trục tốc độ thấp là trục nối với trục khuỷu bằng khớp nối Trục có chiều dài

592 mm, đường kính trục 150 mm và tốc độ quay 355,7 vòng / phút Trên trục tốc

độ thấp có lắp bánh răng trụ răng nghiêng ăn khớp với trục viết trên trục tốc độ cao,Bánh răng này được lắp lên trục bằng mối ghép then Trục cũng được đỡ bằng hai ổđũa, lắp ở hai mặt bên của vỏ hộp, các chi tiết khác cũng tương tự như trục tốc độcao

d)Các bộ phận khác:

+ Quạt điện làm mát hộp giảm tốc:

Khi hộp giảm tốc làm việc sẽ sinh nhiệt ảnh hưởng đến các bộ phận chi tiếtcủa nó, để khắc phục hộp giảm tốc trang bị quạt làm mát với các thông số làm việcsau:

- Dòng điện: Dòng 1 pha xoay chiều

+ Bơm định lượng bôi trơn hộp gioăng

Việc bôi trơn piston và bộ xa nhích piston là một trong những yếu tố quantrọng ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và tuổi thọ của xa nhích Nhờ bôi trơn màpiston trượt trên lớp dầu mỏng, không tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt xa nhích, do đó

sẽ giảm mài mòn piston và xa nhích, hạn chế khả năng sinh nhiệt quá nóng do masát gây hiện tượng nóng chảy hoặc biến dạng kim loại và bào mòn xa nhích

Bơm FMC được trang bị hệ thống bôi trơn hộp gioăng là bơm cao áp cungcấp dầu bôi trơn vào hộp gioăng

2.2.3.4 Động cơ dẫn động:

Động cơ dẫn động là thiết bị cung cấp năng lượng cho bơm hoạt động BơmFMC sử dụng thiết bị dẫn động là động cơ điện của hãng BALDOR chế tạo, với cácthông số kỹ thuật sau:

- Công suất của động cơ : 200 mã lực

nó thể hiện các chế độ làm việc tức thời của bơm

Bảng điều khiển có dạng hình hộp chữ nhật với kích thước: 1.700 x 600 x

400, trọng lượng khoảng 300 kg và chế tạo bằng thép không rỉ Trên bảng điềukhiển bố trí các công tắc, đèn báo để thực hiện công tác vận hành Bên trong làcác mạng điện, bộ khởi động, thiết bị biến áp, rơ le v.v.

2.3 Nguyên lý làm việc của bơm FMC

Hình 2.8: Cấu tạo cụm thủy lực

1 Xilanh 11 Vít cấy

2.Piston 12 Đai ốc

3 Cần piston 13 Mặt bích ren van hút

4 Kẹp xilanh 14 Supap van

ép sẽ đi vào xilanh và đi ra qua các cửa xả (9), các van này chỉ có tác dụng mộtchiều Khi piston di chuyển lên thì trong khoang của xilanh sẽ thực hiện quá trình