Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan 12–P–160 National Oil Well

Trong quá trình xây dựng giếng khoan ở trên các công trình biển của Xí Nghiệp Liên Doanh “Vietsovpetro”, có rất nhiều trang thiết bị được đưa vào sử dụng để phục vụ cho các công đoạn công nghệ khác nhau.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình xây dựng giếng khoan ở trên các công trình biển của XíNghiệp Liên Doanh “Vietsovpetro”, có rất nhiều trang thiết bị được đưa vào

sử dụng để phục vụ cho các công đoạn công nghệ khác nhau Máy bơm khoan

là một trong những trang thiết bị quan trọng đó Chúng được dùng để bơmdung dịch khoan xuống giếng khoan thông qua cột cần khoan, làm mátchoòng Ngoài ra, còn dùng để bơm dung dịch khoan xuống đáy giếng khoanlàm quay tuabin và choòng khoan đồng thời tạo áp suất để đưa mùn khoan lêntrên bề mặt và gia cố thành giếng khoan Không những thế, ngày nay, khi cácgiếng khoan đã hoàn thành và đi vào khai thác ổn định, thì máy bơm khoancòn được dùng để bơm ép chất lỏng vào vỉa để duy trì áp suất vỉa, tăng tuổithọ khai thác cho vùng mỏ Và những công việc như vậy càng về sau càngtăng lên, chiếm phần lớn khoảng thời gian làm việc của máy bơm khoan ở cácgiàn khoan-khai thác dầu khí trên biển Chính vì vậy, các máy bơm khoan đãtồn tại và sẽ còn được duy trì lâu dài, như một nhu cầu thiết yếu trên các côngtrình biển có hoạt động khoan và khai thác dầu khí

Với mục đích đảm bảo an toàn sử dụng cho người và thiết bị, đồng thờinâng cao khả năng làm việc của toàn hệ thống máy bơm Qua quá trình họctập trên ghế nhà trường và thời gian thực tập tại Xí Nghiệp Liên DoanhVietsovpetro, đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo LêĐức Vinh, em đã chọn đề tài tốt nghiệp:

“Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan 12–P–160 National Oil Well ”

Chuyên đề: “Tính toán, lựa chọn bình điều hoà cho máy bơm khoan 12–

P–160 National Oil Well.”

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo

Lê Đức Vinh, các thầy cô giáo trong bộ môn Máy-Thiết bị Dầu khí và Côngtrình đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đề tài của em gồm 5 chương sau đây:

Chương 1: Khái quát về tổ hợp thiết bị khoan dầu khí.

Chương 2: Đặc điểm chung của máy bơm khoan.

Chương 3: Các thông số và cấu tạo của máy bơm khoan 12–P–160

National Oil Well.

Chương 4: Quy trình vận hành, bảo dưỡng, tháo lắp máy bơm 12–P–

160 National Oil Well Chương 5: Tính toán, lựa chọn bình điều hoà cho máy bơm 12–P–160

National Oil Well

Do khả năng còn hạn chế nên việc thực hiện đề tài không thể tránh khỏinhững thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cácthầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 6 năm 2010

Sinh viên

Đinh Văn Phúc

- Thiết bị phục vụ cho công tác nâng thả: Tời khoan, bộ hãm tời, hệròng rọc, tháp.

- Thiết bị để quay bộ dụng cụ khoan: bàn rô to, top driver, động cơđáy

- Thiết bị, dụng cụ làm sạch đáy giếng: máy bơm, bình điều hòa, hệthống ống dẫn, hệ thống làm sạch giếng khoan

- Thiết bị dưới đáy: choòng khoan, cần khoan, cần nặng, đầu nối,…

- Thiết bị phụ trợ: máy nén khí, hệ thống cung cấp khí nén, máy bơmphụ, máy cẩu để vận chuyển,…

- Thiết bị làm kín miệng giếng: hệ thống đối áp, mặt bích

- Thiết bị dùng cho cơ cấu truyền động: hộp giảm tốc, các loại ly hợp,bánh đai, xích,…

Dựa vào khả năng thực hiện các chức năng công nghệ của từng cụmmáy trong quá trình thi công, xây dựng giếng khoan ta tiến hành thiết kế sơ đồ

bố trí tổ hợp thiết bị khoan hợp lý Từ sơ đồ này ta có thể chọn phương phápxây lắp, tháo dỡ, vận chuyển và thành lập sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết

- Nâng thả bộ dụng cụ khoan, ống chống và các thiết bị khác;

- Treo một phần trọng lượng cột cần khi khoan giảm tải;

- Dùng để dựng cột cần dựng;

- Bảo vệ con người và thiết bị

ý các thông số cơ bản như: số tốc độ, sức nâng của tời, cống suất dẫn dộng tời

và kích thước của tang tời Để từ đó chọn được loại tời hợp lý nhằm mạng lạinăng suất làm việc cũng như hiệu quả kinh tế là cao nhất

1.2.1 - Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tời khoan (hình 1.2)

Tời khoan gồm 1 khung bằng kim loại trên đó có lắp các ổ bi đỡ cáctrục của tời Một tời khoan được cấu tạo bởi nhiều trục (3 đến 4 trục) và trên

đó có lắp các thành phần khác nhau như các bánh răng xích, phanh hãm cơkhí, phanh thuỷ lực, tời phụ, các khớp nối vv

Trong quá trình làm việc, vì tải trọng ở móc nâng thay đổi theo thờigian với một giá trị rất lớn, còn động cơ của thiết bị chạy với công suất địnhmức với số vòng quay gần như không đổi Vì vậy để sử dụng động cơ mộtcách hợp lý tời khoan phải được chế tạo có nhiều tốc độ khác nhau, để khi tảitrọng ở móc nâng nhỏ thì vận tốc ở móc nâng lớn và ngược lại, tức là thay đổitốc độ cuốn cáp ở tang tời

Hình 1.3: Cấu tạo phanh cơ khí

1: Đai hãm má phanh 6: Trục khuỷu

3: Tay phanh tời 8: Lò xo4: Van phân phối 9:Xi lanh khí động5: 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 tờikhiến tang tời đứng yên Để hỗ trợ cho lực phanh, người ta liên kết tay phanh(3) với thanh giằng làm nhiệm vụ mở van tiết lưu (4) để cho khí nén đi vàođường ống (5) tác dụng lên phía trên của xilanh khí động (9) Pistong dichuyển xuống phía dưới làm tăng thêm lực quay của trục khuỷu (6) và máphanh càng ép chặt vào Puly của tời Khi cần giảm lực phanh ta chỉ việc đểtay gạt (3) quay 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)

b) Phanh thuỷ động (Phanh phụ)

- Công dụng

Bộ hãm thuỷ động lắp trên trục nâng để điều chỉnh tốc độ thả dụng cụ

và hỗ trợ cho phanh chính (phanh cơ khí)

Do khả năng phanh của hệ thống băng (đai hãm) về động lực học làkhông đủ khi phải hạ vào giếng khoan một tải trọng rất lớn vì thế trong mọi

4

1 2

9

7 6

8

5 3

thể lắp phanh điện từ 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 độ thấp và rất khó hiệu chỉnh Chính vì vậy nó chỉ được lắp trong cácthiết bị khoan có tải trọng làm việc trên 50 tấn

- Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 1.4: Bộ hãm thủy động

1: Thành bộ hãm 6: Cánh Roto

2: Cánh stato 7,8: Đường thoát nước

4: Trục tời 10: Khoá nước

5: Khớp nối 11: Bình chất lỏng

Khi thả cột cần hay ống chống Do tải trọng cột cần và ống lớn nên vậntốc thả cũng lớn vì thế phanh thuỷ động sẽ hỗ trợ cho phanh chính Các cánhcong Roto (6) hướng về phía ngược với cánh cong Stato(2) và phải bố trí saocho khi kéo lên các cánh Roto không chịu lực cản của chất lỏng mà cánhStato hướng vào Ngược lại khi thả xuống thì cánh Roto sẽ phải chịu mộtmômen 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 khoá nớc (10).Trong khi phanh làm việc, chuyển động của Roto quay sẽ biến thành nhiệt vànước trong bộ hãm sẽ nhanh chóng bị hâm nóng lên Nước sẽ được làm nguộitrong bình làm mát có tuần hoàn kín giữa bộ hãm và bình

c) Phanh điện từ (phanh phụ)

4

5

3

1 2

6

8

9 11 10 7

Để khắc phục những hạn chế của phanh thuỷ động thì ở thiết bị khoannặng người ta sử dụng phanh điện từ Cấu tạo của phanh điện từ gồm có 1Roto và một bộ phận cố định cung cấp từ trường có thể điều chỉnh bằng cơcấu 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(Dòng phu cô) sinh ra trong Roto làm toả nhiệt do hiệu ứng phun và nhiệtlượng này được tản ra nhờ hệ thống nước tuần hoàn làm mát Giá trị củamômen phanh có quan hệ với cường độ của từ trường được tạo ra trong cáccuộn dây Vì thế loại phanh này được sử dụng rất linh hoạt

1.3 Hệ thống palăng

1.3.1.Chức năng của hệ thống palăng và các đặc điểm của chúng

Hệ thống palăng biến chuyển động quay của tang tời thành chuyểnđộng tịnh tiến lên xuống của móc nâng và làm giảm tải cho dây cáp

Tuỳ theo tải trọng nâng thả và số nhánh dây cáp, hệ thống palăng đượcphân ra làm nhiều cỡ

Với tải trọng 50 ¸ 75 tấn sử dụng vỡ 2 x 3 hoặc 3 x 4

Với tải trọng 100 ¸ 130 tấn sử dụng cỡ 4 x 5 hay 5 x 6 hoặc 6 x 7 Trong ký hiệu trên: chữ số đầu chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc động,chữ số thứ hai sau dấu (x) chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc cố định

Dây cáp được mắc vào các con lăn của hệ thống Ròng rọc tĩnh và độngtheo một trình tự nhất định Một đầu cáp được giữ cố định (thường ở 1 châncủa tháp sao cho kíp trưởng dễ quan sát khi làm việc) gọi là đầu cáp chết cònmột đầu mắc vào tời khoan gọi là cáp tời hay là đầu cáp cuốn

1.3.2.Các bộ phận chính của hệ thống palăng

1.3.2.1 Bộ ròng rọc tĩnh

Gồm một khung kim loại trên đó có lắp một trục, trên trục được gắncác puly để luồn cáp tời đi qua Toàn bộ bộ ròng rọc tĩnh được lắp lên sàn trêncao của tháp khoan Tải trọng đặt lên hệ ròng rọc cố định cũng như lên thápkhoan lớn hơn tải trọng ở móc nâng

3 2

Hình 1.5: Nguyên tắc cấu tạo bộ ròng rọc tĩnh

1 Khung đỡ; 2 Trục; 3 Ổ bị đỡ; 4 Puli

1.3.2.2 Ròng rọc động và móc nâng

Ròng rọc động thờng chế tạo liền khối với móc nâng Móc nâng dùng

để treo cột cần khoan, móc vào êlêvatơ khi kéo thả dụng cụ Ngoài móc nâng

ra còn có quang treo, quang treo có 2 loại: loại đơn và loại kép Quang treo làkhâu nối giữa móc nâng và êlêvatơ

Ngoài ra cũng có thể chế tạo bộ ròng rọc động tách rời với móc nâng(Riêng biệt)

1.4.1.1 Chức năng và các đặc điểm của bàn quay Roto

Bàn Roto được dùng để quay cột cần khoan, làm bệ tì để giữ cột cần,ống chống khi kéo thả và làm rất nhiều các công tác phụ khác Do vậy, cấutạo của bàn Roto phải phù hợp để vừa quay được cột cần với các tốc độ nhấtđịnh và bền chắc để có thể giữ được cột cần khoan nặng nhất Đường kính lỗRoto phải đủ lớn để đút lọt cột ống đường kính lớn nhất thường dùng Thâncủa Roto tiếp nhận toàn bộ tải trọng và truyền cho nền móng Trong thânRoto có chứa dầu bôi trơn Đầu trục Roto có thể lắp then với đĩa xích, hoặcvới khớp trục các đăng Roto quay trên các ổ bi, có thể hãm chặt roto bằngthen hoặc bằng cơ cấu hãm

Khi truyền chuyển động quay cho Roto qua tời, tốc độ của Roto đượcthay đổi bằng hộp số tời hoặc bằng cách thay đổi đĩa xích Để Roto làm việcđộc lập với tời và để điều khiển tốc độ trong một giới hạn rộng, người ta choRoto nhận truyền động riêng biệt

Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn Rototrong đó đặt ống lỗ vuông để treo bộ khoan cụ nhờ các chấu chèn và làm quayđầu vuông dẫn khi khoan Kích thước lỗ này có thể là: 17“ , 20“ , 27“ , 37“ ,

49“ ,

1.4.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc (hình 1.6)

Truyền động từ tời khoan hoặc từ động cơ qua hộp giảm tốc đến trụcdẫn (1) Thông qua cặp bánh răng nón (3) đã truyền chuyển động quay chobàn 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 Roto (7) Cần chủ đạo

có tiết diện vuông phù hợp với lỗ của bàn Roto (7) cũng chuyển động quaytheo và thông qua cột cần khoan quay choòng trên đáy lỗ khoan

Hình 1.6: Cấu tạo bàn roto

1 Trục chủ động 6 Ống lót hình nón

2 Gioăng làm kín 7 Đầu vuông dẫn động

3 Bánh răng nón 8 Miếng chèn chính

4 Ổ lăn chính 9 Gioăng làm kín dung dịch khoan

5 Ổ lăn bánh răng nón 10 Ổ lăn tự lựa

11 Cácte

1.4.2 Đầu quay di động (Top Driver) (hình 1.7)

Đầu quay di động có nhiệm vụ truyền động lên trục quay Động cơ cóthể là động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ thuỷ lực Loại động cơ thuỷ lực ít

dùng vì cần phải lắp thêm một thiết bị có công suất thuỷ lực đặc biệt nên rấtphức tạp

Ưu nhược điểm của đầu quay di động

+ Ưu điểm:

- Không phải dùng cần chủ đạo;

- Lắp với bộ khoan cụ ở mọi độ cao ;

- Có thể tiếp cần dựng;

- Có thể khoan doa ngược;

- Lấy mẫu lõi dài

+ Nhược điểm

- Phải lắp hệ thống dẫn hướng trong tháp để khử mômen cản

- Phải gia cố kết cấu do phát sinh lực xoắn phụ

- Phải tăng chiều cao của tháp vì đầu quay dài hơn đầu xoay thuỷ lựcthông thờng

- Cần có ống mềm và cáp tải điện phụ trong tháp khoan

- Tăng giá thành thiết bị và tốn công chăm sóc bão dưỡng so với bànRoto và đầu quay thuỷ lực

Hình 1.7: Cấu tạo đầu quay di động

1.5 Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch

Hình1.8 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn dung dịch

1,2 Máy bơm dung dịch

21 Khoảng không vành xuyến giữa ống chống và cột cần khoan

Trong công tác khoan dầu khí thì dung dịch đóng vai trò quan trọng, nócác các chức năng như: Nâng mùn khoan; Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửngsau khi ngưng tuần hoàn dung dịch; Làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho

bộ khoan cụ… Sơ đồ làm việc của hệ thống tuần hoàn dung dịch được thểhiện trên hình 1.2

1.5.1 - Máy bơm

Máy bơm khoan dùng để bơm nước rửa, tuần hoàn dung dịch trong quátrình khoan Trong khoan dầu khí người ta thường sử dụng bơm piston nằmngang, tác dụng kép, hai xylanh hoặc bơm tác dụng đơn ba xylanh

1.5.2 - Thiết bị đường ống cao áp

Nước bị ép từ bơm khoan chảy qua đường ống cao áp, qua tuy ô cao ápvào đầu xa nhíc Đường ống cao áp gồm:, tuy ô cao áp, ống thẳng đứng

1.5.2.1 – Bình điều hòa

2 3

4 1

Hình 1.9: Nhuyên lý cấu tạo bình điều hòa hình cầu

1 Thân; 2 Buồng khí nén; 3 Van; 4 Màng

Bình điều hòa có tác dụng làm giảm dao động áp suất nước vào và điềuhòa lưu lượng bơm do bơm làm việc không đều

Về cấu tạo bình điều hòa là một bình chứa khí có tác dụng như lò xo đểgiảm bớt va đập thủy lực và được đặt ngay trên máy bơm Bình điều hòa cóhai loại, dạng hình cầu và dạng hình trụ Nhìn chung cả hai dạng bình này đều

có cấu tạo và nguyên lý làm việc như nhau

Đùng để bảo đảm chế độ không tải khi khởi động bơm và để tăng dần

áp suất lên Khi bơm mới khởi động người ta đóng khóa nước lại để bơm làmviệc với chế độ không tải, sau đó mở dần khóa nước để áp suất trong bơmtăng lên từ từ Đường kích lỗ khóa phải bằng đường kính ống cao áp

1.5.2.5 – Tuy ô cao áp

Dùng để nối giữa đầu thủy lực và ống thẳng đứng Tuy ô cao áp phải

đủ bền và chịu được áp suất cao

1.5.3 – Các thiết bị điều chế và làm sạch dung dịch

1.5.3.1 – Thiết bị điều chế dung dịch khoan

Thùng trộn

Thùng trộn thường có thể tích 4.000÷10.000 lit Bên trong có một đếnhai trục, trên các trục đó có lắp các cánh và được quay bằng động cơ điện.Nước được đưa vào thùng qua ống dẫn lắp ở phía trên còn sét được đưa vàothùng qua nắp ở phía trên

Phễu trộn

3 2

1 5 4

Hình 1.10 : Phễu trộn

1.Phễu; 2.Ống dẫn nước; 3.Vòi phun;

4.Buồng trộn; 5.Ống dẫn dung dịch ra

Phễu trộn chủ yếu dùng cho sét bột

Để điều chế dung dịch sét, người ta đổ sét bột liên tục vào phễu (1).Cũng qua ống dẫn và vòi phun (3) người ta bơm nước với vận tốc lớn vàobuồng trộn (4) Dung dịch được điều chế theo đường ống (5) chảy vào bểchứa Để đạt được các thông số dung dịch mong muốn, người ta cũng cho vàodung dịch hoặc chất phụ gia Nếu chất phụ gia dạng bột thì hòa tan và pha chếtrong hai bể nước

1.5.3.2 – Thiết bị làm sạch dung dịch

Sàng rung (hình 1.4)

Hình 1.11- Sơ đồ cấu tạo sàng rung

1 Khung 2 Lò xo 3 Bộ phận rung

Sàng rung là thiết bị tách mùn khoan chính, nó tách mùn theo phươngpháp cơ học với nguyên tắc làm việc là dung dịch chảy qua lưới kim loại cókích 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 kimloại thì sử dụng tiếp

Sàng rung được lắp trực tiếp ở đầu máng dẫn dung dịch từ giếng khoantrở về Sàng rung 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, trụcnày chuyển động nhờ động cơ điện Khung lưới đặt nghiêng một góc từ 12 -

18o về phía máng chứa mùn

Do lưới thép rung động nên dung dịch chảy qua sẽ bị phá vỡ cấu trúc,dung dịch lọt qua mắt lưới xuống máng dẫn, mùn khoan có kích thước lớn sẽnằm lại trên sàng rung và theo chiều dài của lưới thép ra ngoài

Lưới sàng rung có nhiều loại khác nhau, thường được xác định bằng sốmắt lưới trên một đơn vị chiều dài Mắt lưới càng dày thì việc lọc mùn khoancàng tốt, tuy nhiên, lại không đảm bảo được lưu lượng Để đảm bảo hai điềukiện này, người ta thường đưa vào sử dụng sàng rung kép nghĩa là đặt hai lướithép song song, một lưới ở trên thưa hơn và lưới ở dưới dày hơn Trường hợp

lưu lượng lớn (Q > 35l/s) người ta có thể sử dụng 2 sàng rung lắp song songvới nhau.

bị tách cát và mùn ra nhằm hạn chế tối đa tác hại của chúng

Hình 1.12 - Sơ đồ cấu tạo máy xoáy lốc thủy lực

1 Đường vào của dung dịch bẩn

2 Thành máy xoáy thuỷ lực

3.Đường ra của cặn4.Đường ra của dung dịch sạch5.Lỗ làm hẹp

Thiết bị dùng để làm sạch dung dịch có hiệu quả và phổ biến nhất hiệnnay là máy xoáy lốc thuỷ lực (hình 1.5)

Đây là thiết bị làm sạch dung dịch có hiệu quả và được dùng phổ biếnnhất hiện nay Nguyên lý hoạt động như sau:

Dung dịch từ lỗ khoan được bơm vào ống 1 tiếp tuyến với thành máyxoáy lốc thuỷ lực 2 với vận tốc (3 ¸ 9)m/s Ở phần cuối của ống, người ta lắpthêm tấm kim loại 5 làm tiết diện ống kim loại 1 hẹp lại và tốc độ chảy tănglên, dẫn đến dung dịch khi đi vào thành máy xoáy lốc thuỷ lực sẽ chuyểnđộng xoáy ốc Dưới tác dụng của lực ly tâm xoáy, mùn khoan nặng hơn sẽ bịvăng ra đập vào thành nón của máy, chuyển dịch xuống dưới và chảy ra ngoàiqua lỗ thoát 3 Dung dịch sạch xoáy ngược lên theo ống dẫn 4 và đến bể chứa

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.

Máng lắng (hình 1.13)

Đây là thiết bị dùng để tách bớt phần chất rắn trong dung dịch đã lọtqua sàng rung Dung dịch chảy qua máng lắng với tốc độ chậm tạo điều kiệncho mùn khoan dễ lắng đọng xuống đáy máng

Để tách mùn khoan ra khỏi dung dịch, người ta sử dụng phương phápthuỷ lực, làm việc dựa trên nguyên tắc trọng lực: Bất kỳ vật thể nào có trọnglượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của dung dịch đều bị lắng xuống

Người ta thấy rằng: Tốc độ dòng chảy lớn làm cho hạt mùn khó lắng,dung dịch có cấu trúc bền vững thì hạt mùn cũng khó lắng Vì thế, để táchmùn khoan khỏi dung dịch bằng phương pháp thuỷ lực, người ta đã sử dụngmáng lắng của Linhepsky, đảm bảo được tốc độ dòng chảy nhỏ và phá vỡđược cấu trúc của nó

Hệ thống máng lắng có thể làm bằng các vật liệu khác nhau như kimloại, bê tông, gỗ, đào ở nền khoan… Chiều dài máng lắng phụ thuộc vàochiều sâu lỗ khoan, thường từ (15 ¸ 30)m, tiết diện hình chữ nhật hoặc hìnhthang, rộng (0,25 ¸ 0,3)m, cao (0,2 ¸ 0,25)m; cứ cách (2 ¸ 2,5)m đặt mộttấm chắn; độ dốc của máng (1,5 ¸ 2)cm/1m chiều dài Trên đường máng, tạicác vị trí gấp khúc của dòng chảy có đặt xen kẽ các hố lắng sâu Hố lắng cókích thước thông thường (1,5 x 1,5 x 1,2)m, bể chứa có kích thước (3 x 2 x2)m

do các tấm chắn đặt trong máng cũng như các hố lắng sẽ làm cho mùn khoanlắng đọng tốt hơn).

Hệ thống tách khí (hình 1.14)

Đây là phương pháp cơ học dùng để xử lý dung dịch khi bị lẫn khí,tránh nguy cơ phun trào, hoả hoạn, đồng thời giảm lượng khí có lẫn trongdung dịch đi vào máy bơm gây nên hiện tượng xâm thực làm hỏng hóc các bộphận của bơm, đặc biệt là hệ thống thuỷ lực, làm giảm hiệu suất làm việc củabơm

Hệ thống tách khí có nhiều loại khác nhau nhưng đều làm việc theonguyên lý: phá vỡ cấu trúc dung dịch bằng cách trải mỏng dung dịch lên cáctấm ngăn trong thùng kín, phía trên tạo chân không để cho khí tách ra khỏidung dịch

Hình 1.14 - Sơ đồ tách khí bằng phương pháp cơ học

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;

- Bơm ép nước hoặc bơm nứt vỉa thủy lực;

- Bơm vận chuyển sản phẩm khai thác

2.2 Phân loại máy bơm piston

- Phân loại theo cách bố trí xi lanh:

+ Bơm thẳng đứng;

+ Bơm nằm ngang

- Phân loại theo cấu tạo của piston:

+ Bơm piston đĩa;

+ Bơm piston trụ

- Phân loại theo lưu lượng:

+ 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 số xi lanh:

+ Bơm 1 xi lanh;

+ Bơm 2 xi lanh;

+ Bơm 3 xi lanh;

+ Bơm 4 xi lanh

- Phân loại theo áp suất:

+ Bơm có áp suất thấp: P < 10at;

+ Bơm có áp suất trung bình: P = 10 ¸ 20 at;

+ Bơm có áp suất cao: P > 20 at

- Phân loại theo cách tác dụng:

+ Bơm tác dụng đơn;

+ Bơm tác dụng kép:

~ Bơm 1 xi lanh tác dụng kép;

~ Bơm 2 xi lanh tác dụng đơn

+ Bơm tác dụng 3: ghép 3 xi lanh tác dụng đơn;

2.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy bơm piston

Bơm piston là một máy thủy lực, trong đó năng lượng cơ học của động

cơ truyền cho chất lỏng nhờ một quả nén (gọi là piston) chuyển động tịnh tiếnqua lại trong xi lanh Ta xét cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tácdụng đơn và bơm piston tác dụng kép

2.3.1 Bơm piston tác dụng đơn

a) Cấu tạo:

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

b) Nguyên lý làm việc :

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu 13 quay, truyền chuyển động khứhồi cho piston 3 qua hệ thống con trượt 10, tay quay 12 và thanh truyền 11.Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh

Khoảng không gian giữa mặt đầu của piston và các van là khoang làmviệc của máy bơm Thể tích khoang làm việc này thay đổi phụ thuộc vào vị trícủa piston

Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của piston gọi là điểm chếtphải (điểm A) và điểm chết trái (điểm B) Khoảng cách từ điểm chết phải đếnđiểm chết trái gọi là hành trình của piston, ký hiệu là S; S = 2R, R: bán kínhtay quay của trục khuỷu

Khi piston chuyển động từ A sang B, van hút 7 đóng lại, van đẩy 6 mở

ra, chất lỏng bị đẩy ra ngoài

13 10

S

A B

5

6

7

8 9

2

1 3 4

R

1 2

8

S=2R5

Ngược lại, khi piston chuyển động từ B sang A, áp suất trong ống hútgiảm Lúc này van hút 7 mở, van đẩy 6 đóng, chất lỏng từ bể 9 được hút đầyvào 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 quá trình đẩy

2.3.2 Bơm piston tác dụng kép

a) Cấu tạo:

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

1 Cần piston 5 Buồng làm việc 9 Tay quay

Quá trình ngược lại, khi piston đi từ B2 đến B1 thì khoang B2 thực hiệnquá trình hút, khoang B1 thực hiện quá trình đẩy Như vậy, mỗi vòng quay củatrục chính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy (hai chu kỳ haycòn gọi là tác dụng kép) Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại quá trìnhhút và đẩy như cũ.

2.4 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 đặctính của bơm, bao gồm: Cột áp (H - m cột nước); Lưu lượng (Q - l/s); Côngsuất (N - kW); hiệu suất (h)

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 2 mặt cắt đến mặt nước;

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

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán cột áp của bơm

Ta có:

g

V Z

P

A

A A

P

B

B B

Z Z P P

A B A B

2

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

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

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

Máy bơm tác dụng kép:

60

.a F S n i

Trong đó:

- S: Khoảng dịch chuyển của piston;

2

1 



- f: tiết diện cần piston

Với bơm tác dụng đơn, a = 1

2.4.3 Công suất (N):

Công suất của động cơ (Nđc) chi phí cho quá trình bơm làm việc baogồm các thành phần sau:

- Chi phí công suất để nâng một lưu lượng Q lên độ cao H trong 1 đơn

vị thời gian được gọi là công suất thủy lực hay công suất có ích (Ntl);

+ Tổn hao thủy lực htl: bao gồm chi phí để thắng các sức cản thủy lực

do ma sát với thành ống và các tổn hao cục bộ do thay đổi tốc độ dòng chảykhi chất lỏng chuyển động từ bể chứa đến ống đẩy Ngoài ra còn để thắng lựcquán tính của van

l

t tl

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 côngsuất chỉ báo (Nlv):

V tl

tl lv

N N

h

h

+ 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=

c V tl c

V tl

N

h h h

 h

h

.

2.5 Đường đặc tính của máy bơm piston

2.5.1 Đường đặc tính làm việc của máy bơm piston

Đồ thị biểu 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

H

0

Hình 2.4 - Đường đặc tính làm việc của bơm piston

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

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

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

2.5.2 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, hiệu suất giảm do công suất có ích trên trục máy bơmnhỏ; khi H cao, hiệu suất giảm do hiện tượng rò rỉ

2.5.3 Đường đặc tính xâm thực của máy bơm

Hiện tượng xâm thực ở máy bơm là hiện tượng xuất hiện bọt khí ởtrong chất lỏng được bơm Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xâm thực

là do sự xuất 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 thủy lực

Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng làm việc bình thường củamáy bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất địnhphụ thuộc độ chân không của máy bơm

η

Q N

H

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 áp suất chân không giới hạn Nếu độ chân không vượt quá các trị số giớihạn thì bơm sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực

Chương III:

CÁC THÔNG SỐ VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY BƠM KHOAN

12 – P – 160 NATIONAL OIL WELL 3.1-Đặc tính kỹ thuật của máy bơm 12-P-160 National oil well

Máy bơm 12-p-160 National Oil Well được dẫn động bởi hai động cơđiện với tổng công suất 2000HP thông qua bộ truyền dây xích gồm 5 hàng.Động cơ dẫn động hiệu D79MBY

- Dây xích gồm 135 mắt

- Bánh răng xích ở động cơ gồm 28 răng

- Bánh răng xích ở máy bơm gồm 75 răng

- Áp suất đẩy cực đại của máy bơm 351,5 at (5000 psi) -Áp suất thử đẩy của máy bơm 703 at

- Chiều dài hành trình của piston 304,8 mm (12”)

- Đường kính manifold xả 89mm

Kích thước

Chiều cao đường hút, inches (mm) 16 ½ (419)

Chiều cao đường xả, inches (mm) 45 ¼ (1149)

Chiều dài của bơm, inches (mm) 209 (5309)

Chiều rộng 78 5⁄8 (1997)

Chiều dài của trục bánh răng, inches (mm) 113 ¾ (2889)

Chiều cao hộp số, inches (mm) 75 (1905)

Chiều cao của cụm thủy lực, inches (mm) 62 15⁄16 (1599) Khối lượng bơm 24810 kg

Đầu nối

Đầu nối ống hút 10” ASA-150 lb R.J flange

Đầu nối ống xả, chạc chữ thập 6” API-5000 lb R.J flange

Bảng 1: Bảng liên hệ giữa đường kính xylanh với áp suất – lưu lượng của bơm Đường kính xi lanh, inches (mm) 7 ¼”

Áp suất lớn nhất tại cửa xả, psi

(kg/cm2)

3200 (225)

3430 (241.1)

3690 (259.4)

3980 (279.8)

4305 (302.7)

4670 (328.3)

5000 (351.5)

5000 (351.5) Tốc độ

781 (2955)

724 (2741)

669 (2534)

617 (2335)

567 (2145)

618 (1962)

669 (2533)

621 (2349)

574 (2172)

529 (2002)

486 (1840)

444 (1682)

558 (2111)

517 (1958)

478 (1810)

441 (1668)

405 (1533)

370 (1401)

446 (1689)

414 (1566)

383 (1448)

353 (1334)

324 (1226)

296 (1121)

335 (1267)

310 (1175)

287 (1086)

264 (1001)

243 (920)

222 (841)

223 (844)

207 (783)

191 (724) 176

(667)

162 (613.1)

148 (561) Lưu lượng một hành trình, gal (lít) 6.433

(24.35)

5.997 (22.70)

5.576 (21.110)

5.171 (19.58)

4.781 (18.10)

4.406 (16.68)

4.046 (15.32)

3.702 (14.02)

3.2-Cấu tạo của bơm 12-P-160 National Oil Well

Hình 3.1 :cấu tạo ngoài của máy bơm 12-P-160 National Oil Well

3.2.1- Phần Truyền Động

Đây là phần dẫn động của bơm, có nhiệm vụ dẫn động và truyền côngsuất cho phần thủy lực làm việc

Phần cơ khí cấu tạo như hình 3.3

Hình 3.2`: Cấu tạo phần truyền động của máy

1 Vỏ máy 11 Ống khuỷu

2 Vòng bôi trơn 12 Thùng nước rửa

3 Nắp kiểm tra 13 Ống mềm

4 Tấm bôi trơn 14 Cần trung gian

5 Trục bánh răng 15 Chốt tay biên

6 Ống dẫn dầu 16 Tay biên

7 Van thông khí 17 Trục khuỷu

8 Con trượt 18 Bánh răng lớn

9 Nắp kiểm tra 19 Ống thăm dầu

10 Bộ phận làm kín 20 Giá đỡ

3.2.1.1 Khung đỡ

Khung đỡ là một kết cấu bằng gang Khung được chế tạo có mộtkhoang chứa dầu bôi trơn cho các hệ thống bên trong máy, hai bên thànhkhung có khoét các lỗ tròn để lắp ổ bi, bên trên có nắp để kiểm tra tình trạnghoạt động của phần cơ trong máy Trong thân có lắp các ổ trượt nằm ngang

3.2.1.2 Cụm hộp gioăng phớt

Cấu tạo cụm hộp gioăng phớt như hình 3.4

Bơm 12-P-160 National Oil Well được bố trí ba hộp gioăng phớt songsong với nhau và được liên kết với thân máy bơm bằng các bulông, đai ốc

Hộp gioăng phớt có dạng hình trụ Hộp gioăng chứa đựng các gioănglàm kín nhớt giữa phần cơ và phần thủy lực

Gioăng làm kín có tác dụng không cho dầu bôi trơn trong cacte rò rangoài, ngoài ra nó còn giữ cho các vật lạ không lọt được vào bên trong cactecủa máy

5 Thân chặn gioăng trước 10 Thân gioăng

3.2.1.3 - Tay biên và con trượt

Tay biên và con trượt có tác dụng như là một chi tiết trung gian dùng đểtruyền lực và truyền chuyển động từ trục khuỷu đến piston thông qua cầnpiston và cần piston nối dài Ngoài ra nó còn biến chuyển động quay của trụckhuỷu thành chuyển động tịnh tiến qua lại của piston trong xilanh

- Tay biên: Tay biên là chi tiết liên kết trục khuỷu và con trượt Bơm

12-p-160 có 3 tay biên đặt song song với nhau và hoạt động theo hành trìnhđơn

Cấu tạo đầu nhỏ cua tay biên có lỗ tròn để lắp ghép với con trượt bằngchốt Giữa tay biên và chốt có lắp ổ bi bạc Trên chốt có lỗ để bơm dầu bôitrơn cho ổ bi.

Đầu còn lại của tay biên lắp với manivel quay của trục khuỷu bằng ổ bilệch tâm dạng đũa một dãy, không có khe hở và được lắp chặt bằng cácbulông

- Con trượt

Hình 3.4: Cấu tạo cụm ổ trượt

1 Con trượt 6.Bi dạng bạc

2.Định hướng trên 7.Bulông

3.Định hướng dưới 8.Tấm căn

4.Chốt (ắc) Piston 9 Cần liên kết

5.Vòng đỡ bạc 10 Đầu nhỏ tay biên

Con trượt là một khối kim loại Mặt trên và mặt dưới con trượt được lắpmột tấm kim loại hình cong Tấm kim loại này có tráng lớp babit mỏng đểgiảm ma sát khi trượt và chịu nhiệt độ cao Con trượt trượt trên rãnh dẫnhướng, được bắt chặt với khung bơm bằng bulông và đai ốc Trên máng trượt

có thêm hệ thống bơm dầu bôi trơn cho con trượt

Con trượt là bộ phận liên kết giữa tay biên và cần piston, nó nhằm biếnchuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động qua lại của piston Contrượt di chuyển được nhờ cơ cấu tay biên và trục khuỷu

- Cần piston: Cần piston gồm các thanh tròn liên kết lại với nhau, có tác

dụng truyền lực và truyền chuyển động từ con trượt sang piston

Cần piston được mạ một lớp cadmium để chống ăn mòn Bên trong cần

có lỗ để bơm nước vào rửa sạch hệ thống xilanh-piston

3.2.1.4- Trục khuỷu

Cấu tạo trục khuỷu máy bơm

Hình 3.5: Trục khuỷu máy bơm

Trên trục khuỷu được bố trí ba tay biên, đặt lệch nhau một góc 120 độ,cho phép các tay biên lắp lên chúng nhờ các ổ đỡ.

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

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

3.2.1.5 – Trục bánh răng dẫn động

Hình 3.6:Trục bánh răng dẫn động

1 Ổ bi 5 Vòng bít

2 Bánh răng 6 Vít 3,4.Vỏ ổ bi 7 Gioăng

Trục bánh răng dẫn động được gối lên hai ổ bi đũa trên khung máy và

có thể tháo được ở cả hai bên Hai đầu trục có rãnh then để lắp các đĩa xíchnhằm nhận sự truyền động thông qua bộ truyền xích

Trên trục dẫn động có lắp bánh răng dạng hình chữ V để ăn khớp vớibánh răng trên trục khuỷu, truyền chuyển động quay cho trục khuỷu để chomáy bơm làm việc