MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN Ở VIETSOVPETRO

Hệ thống tuần hoàn dung dịch là một bộ phận quan trọng của tổ hợp thiết bị khoan. Nó bao gồm: sàng rung, máng lắng, máy xoáy lốc thủy lực, máy tách khí, máy bơm dung dịch khoan.

Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN Ở VIETSOVPETRO 1.1. Hệ thống tuần hoàn dung dịch Hệ thống tuần hoàn dung dịch là một bộ phận quan trọng của tổ hợp thiết bị khoan. Nó bao gồm: sàng rung, máng lắng, máy xoáy lốc thủy lực, máy tách khí, máy bơm dung dịch khoan. Hình 1.1. Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan 1.1.1. Sàng rung Cấu tạo như hình 1.2. Sàng rung là thiết bị tách mùn khoan chính, nó tách mùn theo phương pháp cơ học với nguyên tắc làm việc là dung dịch chảy qua lưới kim loại có kích thước cho trước, những hạt lớn hơn mắt sàng sẽ bị giữ lại trên sàng rung và theo chiều nghiêng của sàng thải ra ngoài, còn dung dịch lọt qua lưới kim loại thì sử dụng tiếp. Sàng rung được lắp trực tiếp ở đầu máng dẫn dung dịch từ giếng khoan trở về. Nó bao gồm một lưới thép không gỉ lắp trong một khung, khung này lắp trên các lò xo và khung rung động nhờ một trục lệch tâm, trục này chuyển SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 3 ỏn tt nghip 2010 i hc M-a cht ng nh ng c in. Khung li t nghiờng mt gúc t 12-18 o v phớa mỏng cha mựn. Hỡnh 1.2. S cu to sng rung 1. Khung 2. Lũ xo 3. B phn rung Do li thộp rung ng nờn dung dch chy qua s b phỏ v cu trỳc, dung dch lt qua mt li xung mỏng dn, mựn khoan cú kớch thc ln s nm li trờn sng rung v theo chiu di ca li thộp ra ngoi. 1.1.2. Mỏng lng mựn khoan Dựng tỏch mựn khoan nh hn sau khi ó lt qua sng rung. Mỏng lng lm bng kim loi cú chiu di t 30ữ50m, rng 0,6ữ0,8m v nghiờng 1ữ2,5%. Do dung dch chy qua mỏng lng vi tc 10ữ15cm/s m mt phn mựn khoan c lng ng trờn ỏy mỏng. tng kh nng lng ng mựn khoan, dc theo chiu di ca mỏng ngi ta t nhng tm chn. 1.1.3. Mỏy xoỏy lc thy lc Tt c cỏc loi mựn khoan qua li sng rung cú kớch thc ln hn 74àm, c gi l mựn. Nu cỏt v mựn ln vo dung dch thỡ s lm gim tớnh cht ca dung dch v tin khoan, ng thi gõy mi mũn v lm gim tui th ca cm thy lc cng nh ca mỏy bm. Thit b dựng lm sch dung dch cú hiu qu v ph bin nht hin nay l mỏy xoỏy lc thu lc, nú cú cu to nh hỡnh 1.3. Dung dch t l khoan c bm vo ng 1 tip tuyn vi thnh mỏy xoỏy lc thu lc vi vn tc (3ữ9)m/s. phn cui ca ng, ngi ta lp thờm tm kim loi lm tit din ng dn 1 hp li v tc chy tng lờn, dn n dung dch khi i vo thnh mỏy xoỏy lc thu lc s chuyn ng xoỏy c. SV: Quỏch Vn Ti Thit b du khớ K50 4 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Dưới tác dụng của lực ly tâm xoáy, mùn khoan nặng hơn sẽ bị văng ra đập vào thành nón của máy, chuyển dịch xuống dưới và chảy ra ngoài qua lối thoát 3. Dung dịch sạch xoáy ngược lên theo lối 2 và đến bể chứa. Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo máy xoáy lốc thủy lực 1. Ống dẫn dung dịch vào 3. Lối thoát mùn 2. Lối dung dịch ra Máy xoáy lốc thuỷ lực làm việc bình thường có áp suất (1,5 ÷ 3)at, có thể lọc được những hạt mùn có kích thước nhỏ hơn 0,1mm. Tùy theo điều kiện cụ thể mà máy xoáy lốc thủy lực được lắp từ (3 ÷ 12)máy. 1.1.4. Máy tách khí Hình 1.4. Sơ đồ tách khí bằng phương pháp cơ học Đây là phương pháp cơ học dùng để xử lý dung dịch khi bị lẫn khí, giảm lượng khí có lẫn trong dung dịch đi vào máy bơm gây nên hiện tượng xâm SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 A-A 1 2 3 A A 5 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất thực làm hỏng hóc các bộ phận của bơm, đặc biệt là hệ thống thuỷ lực, làm giảm hiệu suất làm việc của bơm . Máy tách khí có nhiều loại khác nhau nhưng đều làm việc theo nguyên lý: phá vỡ cấu trúc dung dịch bằng cách trải mỏng dung dịch lên các tấm ngăn trong thùng kín, phía trên tạo chân không để cho khí tách ra khỏi dung dịch. 1.2. Một số loại bơm dung dịch khoan sử dụng ở Vietsovpetro 1.2.1. Vai trò của bơm piston trong công tác khoan Máy bơm dung dịch khoan là thiết bị không thể thiếu được trong mỗi tổ hợp thiết bị khoan. Nhiệm vụ của nó là hút chất lỏng ở bể chứa và bơm vào trong cần khoan xuống đáy giếng, làm mát choòng khoan và đưa mùn khoan lên mặt đất. Ngoài ra, máy bơm khoan còn tạo năng lượng chất lỏng để làm quay tuabin khoan trong quá trình khoan bằng tuabin. Trong một số trường hợp, máy bơm khoan còn được dùng để ép chất lỏng vào vỉa để duy trì áp suất vỉa, tăng tuổi thọ khai thác cho vùng mỏ. Để thực hiện được các nhiệm vụ này thì máy bơm khoan thường được sử dụng là máy bơm piston, vì máy bơm loại này có các ưu điểm: - Có thể bơm được các dung dịch có trọng lượng riêng khác nhau; - Có thể tạo được áp suất lớn; - 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 thay thế, bảo dưỡng. - Độ bền cao và dể vận chuyển. Ngoài ra, máy bơm piston sử dụng trong công nghiệp dầu khí có nhiệm vụ: - Bơm trám ximăng; - Bơm ép nước hoặc bơm nứt vỉa thuỷ lực; - Bơm vận chuyển sản phẩm khai thác. 1.2.2. Một số loại máy bơm dung dịch khoan sử dụng ở Vietsovpetro Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Vietsovpetro hiện tiến hành khoan-khai thác dầu khí trên các giàn cố định và tự nâng Tam Đảo và Cửu Long. Tại các giàn tự nâng, loại bơm dung dịch khoan được sử dụng là loại bơm piston 3 xylanh chu trình đơn. Tại các giàn cố định, loại máy bơm khoan được sử dụng là máy bơm piston 2 xylanh tác dụng kép YHБ-600 của Nga. SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 6 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Bảng 1.1. Một số máy bơm khoan sử dụng ở Vietsovpetro Các thông số Kiểu bơm 12ГP Y8-6 YHБ-600 12-P-160 Công suất máy bơm, kW 316 632 600 1178 Chiều dài hành trình piston, mm 300 350 400 305 Số xylanh, cái 2 2 2 3 Đường kính xylanh, mm 130÷160 150÷170 130÷200 140÷185 Lưu lượng, l/s Với xylanh lớn nhất Với xylanh nhỏ nhất 24 15,1 32,3 24,4 51,1 19,7 48,7 28 Áp suất, KG/cm 2 Với xylanh lớn nhất Với xylanh nhỏ nhất 175 200 154 200 100 250 225 351,5 Ưu nhược điểm máy bơm YHБ-600 Máy bơm khoan có nhiều loại nhưng hiện nay trên các giàn cố định chúng ta thường sử dụng loại máy bơm có ký hiệu YHБ-600 vì nó có những ưu điểm - Công suất khá lớn đảm bảo đáp ứng đủ công suất, lưu lượng, áp suất cho nhu cầu khoan trên các vùng biển của Việt Nam. - Làm việc ổn định ít xảy ra hỏng hóc lớn, thiết bị không quá phức tạp vì vậy dễ dàng trong việc bảo dưỡng, sửa chữa khắc phục khi có sự cố hỏng hóc máy bơm. - Giá thành thấp, tuổi thọ cao đảm bảo yêu cầu kinh tế khi sử dụng loại máy bơm này. Song máy bơm này cũng có một số nhược điểm như: - Thiết bị cồng kềnh nặng nề vì vậy khó khăn trong việc tháo dỡ, di chuyển máy bơm về xưởng sửa chữa khi xảy ra hỏng hóc lớn hoặc phải chuyển máy bơm sang giàn khoan khác và rất tốn diện tích mặt sàn đặt máy bơm. - Do sử dụng hai động cơ diesel dẫn động nên máy bơm tạo tiếng ồn rất lớn khi làm việc ảnh hưởng. CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY BƠM YHБ-600 SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 7 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất 2.1. Tổng quan về máy bơm piston 2.1.1. Phân loại máy bơm piston * Phân loại theo chất lỏng được bơm + Bơm nước lã + Bơm nước dung dịch + Bơm hóa chất * Phân loại theo cách tác dụng + Bơm tác dụng đơn + Bơm tác dụng kép - Bơm 1 xylanh tác dụng kép - Bơm 2 xylanh tác dụng đơn + Bơm tác dụng ba: ghép 3 xylanh tác dụng đơn + Bơm tác dụng bốn - Hai xylanh tác dụng kép - Bốn xylanh tác dụng đơn * 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) * Phân loại theo lưu lượng + Bơm lưu lượng nhỏ: Q < 15 (m 3 /h) + Bơm lưu lượng trung bình: Q = 15÷60 (m 3 /h) + Bơm lưu lượng lớn: Q = 60 (m 3 /h) 2.1.2. 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 tính của bơm. Bao gồm: + Cột áp (áp suất) : H (m cột nước) + Lưu lượng : Q (l/s) + Công suất : N (ml) + Hiệu suất : η * Cột áp (H) ( ) g VV ZZ PP H AABB AB AB 2 2 . 2 . αα γ − +−+ − = (2.1) SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 8 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Trong đó: - Z A và Z B : Độ cao của mặt cắt đến mặt nước; - P A và P B : Áp suất của dòng chảy ở 2 mặt cắt, KG/cm 2 ; - V A và V B : tốc độ của dòng chảy ở 2 mặt cắt; - g : Gia tốc trọng trường, m/s 2 ; - γ : Trọng lượng riêng của chất lỏng, KG/cm 3 ; - α A , α B : Hệ số điều chỉnh động năng. Thành phần H t = ( ) AB AB ZZ PP −+ − γ là thế năng đơn vị, được gọi là cột áp tĩnh. Thành phần H đ = g VV AABB 2 2 . 2 . αα − là động năng đơn vị, được gọi là cột áp động. Như vậy H = H t + H đ (2.2) * Lưu lượng(Q) Lưu lượng là lượng chất lỏng chảy qua máy bơm trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính có thể là : lít/giây (l/s); lít/phút (l/ph); mét khối/giờ (m 3 /h). Máy bơm có i xylanh tác dụng đơn 60 . nSFi Q = (l/s) (2.3) Máy bơm có i xylanh tác dụng kép 60 nSFai Q = (l/s) (2.4) Trong đó: - F : tiết diện xylanh, dm 2 ; - f : tiết diện cần piston. - S : khoảng dịch chuyển của piston, dm; - i : Số xylanh; - n : số hành trình kép; - a : hệ số kể đến ảnh hưởng của cần piston: F f a 2 1 −= Với bơm tác dụng đơn thì: a=1. SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 9 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất * Công suất (N) Công suất thuỷ lực hay công suất có ích (N tl ) : 75 HQ N tl γ = (kW) (2.5) Công suất của động cơ sẽ là (N đc ): N đc = cVtlcVtl tl HQ N ηηη γ ηηη .75 = (kW) (2.6) * Hiệu suất (η) Hiệu suất của máy bơm η (hiệu suất toàn phần) được xác định theo công thức: == dc tl N N η cVtl ηηη (2.7) Thông thường, η = 0,67 ÷ 0,85. 2.1.3. Đường đặc tính của máy bơm piston Hình 2.1. 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 n 1 =const (Q 1 ) và n 2 =const (Q 2 ). + Đường 1 và 2 là đường đặc tính thực tế ứng với n 1 và n 2 , n 1 <n 2 . SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 H n 1 = const < n 2 = const 1 1’ 2 2’ Q 1 QQ 2 10 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Qua đồ thị ta thấy: + Về mặt lý thuyết, khi n=const thì việc tăng cột áp H không ảnh hưởng tới lưu lượng Q (H và Q độc lập với nhau). + Có sự sai khác giữa đường lý thuyết và thực tế là do khi cột áp H tăng sẽ tăng các hiện tượng rò rỉ. Sự sai khác này càng lớn khi Q càng lớn, vì lúc này không chỉ có hiện tượng rò rỉ mà các van làm việc cũng không kịp thời, gây tổn thất về lưu lượng. 2.2. Đặc tính kỹ thuật của máy bơm YHБ-600 Máy bơm YHБ-600 là dạng máy thủy lực thể tích nằm ngang có 2 xylanh tác dụng kép. Nó dùng để bơm dung dịch khoan xuống giếng trong quá trình khoan thông qua cột cần khoan với giếng khoan có độ sâu đến 5000m. Với các thông số kỹ thuật như sau : Công suất máy bơm 600 kW Công suất thuỷ lực 475 kW Chiều dài hành trình Piston 400 mm Đường kính ty Piston 70 mm Loại bình ổn áp IIK-70-250 màng cao su Thể tích khí trong bình ổn áp 70 dm 3 Áp suất bơm lớn nhất 250 kG/cm 2 Đường kính của đầu thủy lực 196,8 0,2 mm Đường kính trục chủ động 175 mm Đường kính trục trung gian 120 mm Độ côn lỗ lắp nối van 1:6 Số xylanh 2 Số hành trình kép lớn nhất của piston 65 lần/phút Tốc độ vòng quay của trục chủ động 320 vòng/phút Tỷ số truyền động 123/25 Dạng van Van đĩa Dạng van an toàn Dạng màng Loại dây đai П Số dây đai 16 Kích thước bơm:dài x rộng x cao 510x3020x330 mm Nhiệt độ chất lỏng trong bơm < 80 0 C Đường của bánh đai Ф1400 ; Ф1700 ; Ф1800 mm Đường của bánh đai và trọng lượng máy bơm tương ứng Ф1400mm 22250kg Ф1700mm 25750kg Ф1800mm 26050kg SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 11 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Đặc tính làm việc : Với mỗi cấp đường kính xylanh khác nhau, thì bơm sẽ làm việc với những giá trị lưu lượng và cột áp khác nhau. Đường kính xylanh càng nhỏ thì diện tích buồng làm việc sẽ càng nhỏ, nên lưu lượng bơm sẽ giảm và cột áp bơm (áp suất bơm) sẽ càng tăng. Ngược lại, đường kính xylanh càng lớn thì lưu lượng bơm sẽ càng lớn và áp lực bơm càng nhỏ. Điều này được thể hiện rõ nhất qua bảng đặc tính làm việc của bơm ứng với mỗi cấp xylanh. Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của xylanh Đường kính xylanh (mm) Lưu lượng (m 3 /h) Áp suất (KG/cm 2 ) 200 190 180 170 160 150 140 130 184 164 151 130 113 99 84 71 100 115 125 140 165 190 2250 250 2.3. Nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ-600 (hình 2.2) SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 12 [...]... hút đầy) 2.4 Cấu tạo máy bơm máy bơm YHБ-600 SV: Quách Văn Tới 15 Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất 1 Nắp máy 2 Trục chủ động 3 Ty bơm 4 Cửa bơm dầu Hình 2.3 Sơ đồ tổng thể máy bơm piston YHB-600 1 Bình điều hòa 3 Cối supáp 5 Lỗ tản nhiệt 2 Van an toàn 4 Đế máy SV: Quách Văn Tới 16 Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Máy bơm YHБ-600 cấu tạo gồm... động thuỷ lực của dung dịch trong quá trình bơm là việc Thông thường bình điều hoà được lắp ở cửa ra của máy bơm vì đối với máy bơm piston, dao động dòng chất lỏng là khá lớn trước khi đưa vào ống cao áp Bình điều hoà cũng được lắp trên cửa vào khi chiều cao hút của bơm lớn Bình điều hoà sẽ được trình bày chi tiết ở chương 4 2.4.3 Thiết bị làm kín Thiết bị làm kín của phần thủy lực máy bơm YHБ–600 là... trực tiếp với dung dịch khoan để tạo ra áp suất và lưu lượng yêu cầu, truyền chất lỏng xuống giếng khoan thông qua bộ khoan cụ để làm mát choòng, tạo dòng chảy và áp suất đưa mùn khoan lên trên mặt đất, nhằm làm sạch giếng khoan, tránh sập lở thàng giếng và tránh được hiện tượng phun trào dầu khí trong quá trình khoan Chính vì tính chất quan trọng của cụm này, trong quá trình lựa chọn máy bơm ta phải... bảo quá trình bơm không bị gián đoạn ta cần tìm hiểu kỹ và xác định rõ nguyên nhân của các hiện tượng đó để có biện pháp khắc phục kịp thời 3.1.3 Các biểu hiện thường gặp khi vận hành máy bơm Biểu hiện hỏng hóc Khi bơm làm việc không chuyển dung dịch, áp suất không tăng lên Nguyên nhân Biện pháp khắc phục - Dung dịch không đủ - Van hút bị đóng - Xylanh không có dung dịch - Đường hút bị hở - Chiều cao... của máy bơm theo hành trình kép, nghĩa là cả hai chiều máy đều thực hiện đồng thời hai chức năng, nén chất lỏng vào ống cao áp để vào giếng khoan và hút chất lỏng từ bể vào xylanh để chuẩn bị cho hành trình nén tiếp theo Khi piston chuyển động theo hình mũi tên, các van b,e,d,g đóng lại còn các van f,h mở ra để cho dung dịch đi vào đường ống cao áp và xuống giếng, đồng thời các van a,c mở ra để dung dịch. .. chất Que thăm dầu 14 dùng để kiểm tra mực nhớt trong máy bơm, yêu cầu mực nhớt phải nằm trong khoảng min và max đã được đánh dấu trên que thăm Máy bơm được bôi trơn bằng dầu công nghiệp 40 của Liên Xô cũ hay tương đương với loại Vietria-100 Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo phần cơ khí của máy bơm YHБ-600 1 Ty trung gian 15.Đế máy bơm 2 Nắp kiểm tra 16.Thân dưới bơm 3 Vít cấy 17.Lỗ tháo dầu 4 Ốc gia cố thân trên-thân... truyền đến phần thủy lực để máy hút và đẩy chất lỏng vào giếng khoan - Phần thủy lực của máy bơm là nơi lắp ráp các cụm chi tiết như: xylanh, piston, van hút, van nén, van an toàn và bình điều hoà Phần thủy lực của máy bơm là nơi tiếp nhận năng lượng từ phần cơ của máy bơm để truyền năng lượng đó tới chất lỏng và di chuyển chất lỏng đó từ bể chứa qua đường ống xả vào giếng khoan Ngoài ra, nó còn gồm... 20 17 21 24 19 b f h d 22 23 25 18 26 Hình 2.2 Sơ đồ động học dẫn động máy bơm khoan YHB-600 1 Máy Diezel B2-500 2 Khớp nối mềm SV: Quách Văn Tới 13 Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất 3 Hộp giảm tốc 4 Côn hơi 500 5 Puly 6 Đai E 38 x 5600 7 Côn hơi 8 Puly dẫn động máy bơm 9 Đai E 38 x 10.000 10.Puly máy bơm 11.Bánh răng chủ động 12.Trục khuỷu 13.Bánh răng bị động 14.Ty trung... trơn và làm mát ở đây chính là hệ thống bôi trơn ty bơm SV: Quách Văn Tới 33 Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 2010 Đại học Mỏ-Địa chất Hệ thống bôi trơn ty bơm có nhiệm vụ làm mát các ty bơm, đồng thời làm giảm lực ma sát giữa các ty bơm với các gioăng cao su làm kín và làm tản nhiệt ở khu vực tập trung nhiều ma sát Việc bôi trơn và làm mát các ty này được thực hiện bằng hệ thống bơm điện ly tâm... VÀ XÂY LẮP MÁY BƠM YHБ-600 3.1 Quy trình vận hành 3.1.1 Chạy thử Việc chạy thử bơm sau khi sữa chữa, lắp ráp là một việc hết sức quan trọng và bắt buộc Qua việc chạy thử này, ta có thể đánh giá một cách chính xác chất lượng công việc sữa chữa và lắp ráp, khẳng định độ tin cậy làm việc của bơm trước khi đưa vào hoạt động Trong sữa chữa, việc chạy thử máy có những đặc điểm riêng, bởi trong máy có nhiều . 15 1 13 0 11 3 99 84 71 100 1 15 1 25 14 0 1 65 19 0 2 250 250 2.3. Nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ-600 (hình 2.2) SV: Quách Văn Tới Thiết bị dầu khí K50 12 . Đồ án tốt nghiệp 2 010 Đại học Mỏ-Địa chất 16 11 a e b f h 17 22 23 18 26 1 21 20 19 18 d c g 13 12 14 15 10 9 24 8 4 7 4 4 5 2 3 6 25 Hình 2.2. Sơ đồ động