quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500 500 trên giàn khoan Tam đảo – 01

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐẠI CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 500/500 giàn khoan Tam đảo – 01” Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Nghành dầu khí ngành kinh tế mũi nhọn đất nước Để phát triển cần nhiều yếu tố, phát triển thiết bị nhân tố quan trọng Trong trình thực tập giàn Tam Đảo 01 Bản thân em tiếp xúc với nhiều thiết bị Nhưng phận tương đối mẻ động khoan topdriver Và trí giáo viên hướng dẫn, thầy Trần Văn Bản em chọn đề tài tốt nghiệp làm về: ” quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 giàn khoan Tam đảo – 01” Chuyên đề: “tính toán thông số công suất động điện GE752 trình khoan biển” Mục đích đồ án nghiên cứu lập quy trình công nghệ sửa chữa tổ hợp đầu quay di động dựa tài liệu thu thập trình học tập qua thực tế giàn khoan Tam Đảo 01 - Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro, giúp đỡ quý thầy cô Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội 6/2009 Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp PHẦN I: CÔNG TÁC KHOAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG CHƯƠNG I: CÔNG TÁC KHOAN Với trình độ khoa học chưa có phương pháp mà từ mặt đất phát dầu khí nằm sâu lòng đất lòng đại dương cách xác Các giếng khoan dầu khí thực nhằm xác định khả chứa dầu, tính chất địa chất vùng dầu sau đem vào khai thác chiều sâu giếng khoan dầu khí, để đạt mục tiêu nó, thay đổi từ vài trăm mét đến 10.000m Nhưng trung bình khoảng 2.500m, giếng khoan sâu 3.500m, giếng khoan cực sâu 4.500m, giếng khoan sâu giới biết khoảng 15.000m Giếng khoan công trình tốn kém, vấn đề đâu tư làm công trình khác, cần phải nghiên cứu lập kế hoạch kỹ thực Bước việc nghiên cứu nhằm xác định cấu trúc địa tầng tầng đất đá, sau phác hoạ cấu trúc mặt cắt giếng khoan lý thuyết Việc xây dựng mặt cắt phương pháp để đạt tới mục tiêu kết làm việc tập thể nhiều người thuộc nhiều phận chuyên môn khác Sau thiết kế đồng ý kế hoạch khoan đạo phòng công nghệ khoan ban nghành liên quan bao gồm đội khoan, cán kĩ thuật bắt đầu thực hiên Nói chung công tác khoan bao gồm bước sau: - Công tác xây lắp chuẩn bị mặt cho công tác thi công - Công tác khoan tuý Choòng trực tiếp phá huỷ đất đá đáy tuần hoàn dung dịch Đây thao tác tạo giếng khoan cần người tham gia Chỉ có kíp trưởng khoan trực tiếp điều Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp khiển thông qua tời, bàn quay rôto dẫn động dụng cụ phá huỷ nhờ cột cần khoan cần chủ đạo thông loại khoan khác - Tiếp cần khoan: Khi khoan hết chiều dài làm việc cần chủ đạo ta cần nối dài thêm khoan cụ cách gắn thêm đoạn cần khác( có chiều dài bé chiều dài làm việc cần chủ đạo) lắp vào cột cần khoan phía Cứ cần lặp lặp lại sau lần khoan hết chiều dài làm việc cần vuông - Công tác kéo thả: Khi choòng khoan mòn, cần thay choòng hay đạt đến chiều sâu dự kiến, dụng cụ khoan phải kéo lên để thay choòng hay hạ ống chống - Công tác chống ống: Hạ xuống giếng cột ống chống tính toán trước tiến hành trám xi măng theo thiết kế duyệt - Công tác lắp đặt đầu ống chống (đầu giếng): thả ống chống trám xi măng xong, bước lắp đặt thiết bị giá treo đầu ống chống làm phủ kín đầu mút phía cột ống chống( trừ ống bảo vệ không liên kết) Các thao tác thực tay đầu giếng mặt đất thiết bị cho phép lắp đặt đối áp đường ống cao áp, có đường dập giếng đường xả Sau lắp đặt cần kiểm tra độ an toàn giá treo ống, đối áp, áp suất làm việc đầu ống chống - Công tác hoàn thiện giếng khoan: Đây công đoạn cuối cùng( sau thả ống cột ống chống khai thác) gồm có công việc thả vào giếng thiết bị cần thiết theo thiết kế pake, ống khai thác, van an toàn… thông giếng với tầng sản phẩm bắn vỉa, thông tầng phương pháp xử lý axit, mở vỉa phương pháp thủy lực… sau bàn giao giếng khoan cho công ty khai thác quản lý - bước thu dọn khoan trường chuyển đến địa điểm Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG KHOAN Dầu khí dạng lượng hóa thạch tồn chủ yếu lòng đất đá nằm đất liền biển dạng mỏ gọi mỏ dầu Để khai thác chúng người cần tạo lỗ khoan vào sâu lòng đất Để làm điều cần có động dẫn động choòng khoan Sau phương pháp dẫn động cho choòng 2.1 Khoan động đáy Trong công tác khoan dầu khí việc sử dụng động dẫn động cho choòng khoan vấn đề cần thiết tính toán cẩn trọng Bởi không ảnh hưởng tới trình khoan sau này, mà ảnh hưởng tới kinh tế thi công giếng khoan dầu khí biển Trên thực tế việc sử dụng loại động dẫn động cho choòng, nhà thầu khoan áp dụng từ lâu Qua kiến thức lớp thực tế giới thiệu sơ qua nguyên lý cấu tạo tính tác dụng loại động dùng để dẫn động quay cho choòng khoan Có loại động dẫn động cho choòng:  Động khoan điện;  Tua bin khoan;  Động trục vít 2.2.1 Khoan tuabin Từ đầu kỷ XX Liên Xô (nay Liên Bang Nga ) dùng động chìm để quay choòng Vào đầu năm 1924, Tuabin khoan giới đời, có tầng từ phát triển nhanh tới loại có hàng trăm tầng Vào năm 1934, Nga Mỹ chế tạo thành công tuabin nhiều tầng từ 100 – 150 tầng, tăng công suất từ 10 – 20 lần, giảm tốc độ quay không cần đến dùng hộp số Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Sau năm 1954, khoan tuabin chủ yếu, song song với phương pháp khoan khác, tuabin sử dụng rộng rãi Hình 2.1: tuabin khoan Nguyên lý làm việc: Tuabin dùng cho khoan tuabin dọc nhiều tầng giống nhau, vỏ tuabin nối với phần cột cần khoan ren, trục tuabin nối với choòng khoan Mỗi tầng gồm hai phần chính, phần quay nối với trục tuốc bin gọi Rôto Phần đứng yên nối với vỏ gọi Stato, Stato gồm vòng thép có gắn cánh uốn cong Rôto gồm vòng thép bên gắn thép cánh uốn cong ngược chiều với cánh Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp cong Stato Giữa Rôto Stato có khoảng cách hở để Rôto quay tự do, cánh quạt tuabin lượng thuỷ lực dòng nước rửa chuyển hoá thành để quay trục tuabin nối với choòng khoan Dung dịch qua rãnh uốn cong đĩa Stato, dòng dung dịch bị đổi hướng, khỏi Stato có vận tốc tuyệt đối lớn vào rãnh Rôto uốn cong, vận tốc rãnh vào Rôto dòng dung dịch tác dụng xuống cánh cong Rôto làm đĩa Rôto quay dẫn đến trục Rôto quay Ở Rôto chất lỏng tham gia chuyển động với vận tốc Vận tốc tương đối U1 (thành phần nằm ngang) làm quay đĩa Rôto W1 (thành phần thẳng đứng) theo hướng cánh cong, véctơ vận tốc tuyệt đối tiếp tục đổi hướng, khỏi Rôto C2, với vận tốc dòng dung dịch vào rãnh đĩa Stato Ở tầng với vận tốc tuyệt đối C2 lại lặp lại tầng Cấu trúc tuabin:  Tuabin đơn: Được tạo thành vỏ tuabin gắn chặt với đĩa Stato tuabin, phía bên có trục tuabin gắn với đĩa Rôto để treo trục Bên tuabin phải có ổ tựa dọc (ổ tựa chính) để giữ cho dung dịch khoan không xâm nhập vào ổ trục chính, người ta đặt ổ tựa phía để nâng toàn khối Rôto Tuỳ theo chiều dài tuabin người ta lắp từ 2-3 ổ tựa ngang Ở phần tuabin đầu nối chuyển tiếp để nối với đầu cột cần khoan Phía tuabin có đế tuabin, đế bịt kín phần tuabin trục tuabin nhờ đệm đặc biệt nhằm đảm bảo áp suất làm việc tuabin không bị hao hụt trình làm việc *Tuabin kép: Khi khoan tầng đất đá dẻo để thực trình phá huỷ đất đá giếng có chiều sâu lớn, lưu lượng dung dịch nhỏ giá trị mômen công suất tuabin không đủ đáp ứng trình khoan Vậy để đáp ứng điều mà thay đổi đường kính tuabin, dẫn đến tăng ổ tựa Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp số tầng tuabin, cần chế tạo tuabin dài 150-200 tầng nối với Điều khó khăn cho vận chuyển, mà người ta chế tạo nhiều tuabin để nối với tạo thành tuabin kép Tuabin kép có kiểu:  Các trục nối với khớp nối có rãnh (nối kiểu then hoa)  Các trục đoạn tuabin đơn nối với ma sát hình nón cụt  Các trục đoạn tuabin nối với thông qua khớp nối kép tức kết hợp nối ma sát hình nón cụt côn, rãnh vỏ nối với ren Ưu, nhược điểm tuabin khoan: Có thể nói Tuabin khoan động thuỷ lực đáy, có nhiệm vụ biến đổi lượng thuỷ lực dòng nước rửa thành làm quay trục động để truyền chuyển động quay trực tiếp cho choòng khoan trình phá huỷ đất đá *Ưu điểm:  Không phí công suất để quay cột cần khoan  Do công suất tuabin sinh truyền trực tiếp lên choòng, choòng quay với vận tốc lớn, đạt vận tốc học khoan cao nhiều so với khoan Rôto  Cột cần khoan chịu tải hơn, mòn nên giảm cố cần khoan trình làm việc  Có thể sử dụng Tuabin khoan để khoan giếng khoan xiên định hướng khoan ngang hiệu  Do miệng giếng bàn Rôto không quay giảm tiếng ồn cải thiện điều kiện lao động * Nhược điểm: Tuabin làm việc với số vòng lớn phù hợp với đa số loại choòng chóp xoay (vì choòng chóp xoay làm việc với tải trọng lớn, số vòng quay chậm) Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Cần có máy bơm công suất lớn để bơm chất lỏng xuống dẫn động tuabin, đặc biệt giếng khoan sâu việc khó thực Việc điều chỉnh tốc độ quay choòng khó khăn, phức tạp Quá trình bảo dưỡng, sữa chữa tốn nhiều thời gian so với đầu quay di động bàn Rôto 2.1.2 Khoan động trục vít (Positive Displaycement Mud Motor) Hình 2.2 mặt cắt ngang động trục vít Hình 2.3 Hình dạng động trục vít * Động trục vít có ba kiểu chính:  Động trục vít tốc độ thấp  tốc độ trung bình  Động trục vít tốc độ cao Có mômen quay cao phù hợp với trình cắt xiên khoan ngang, đặc biệt việc tăng đường kính giếng mở rộng thân giếng khoan ống chống khoan lấy mẫu đạt hiệu tốt Động trục vít tốc độ trung bình: Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Có thể tăng vận tốc học khoan trì thời gian làm việc dài choòng Thường sử dụng khoan giếng thẳng đứng khoan giếng có khoảng dịch đáy lớn Động trục vít tốc độ cao: Mômen quay nhỏ dùng để khoan ngắn cắt thân giếng khoan điều kiện cụ thể mà ta lựa chọn xác phương thân giếng, góc lệch phương thân giếng Điều xác định tải trọng tác dụng lên choòng thấp => Động trục vít có kích thước không lớn, phù hợp sử dụng chúng với ống mềm quấn vào tang tời, khoan giếng có đường kính bé chiều sâu lớn Đặc biệt khoan cắt xiên, khoan ngang khoan giếng có thân giếng yếu * Ưu, nhược điểm: Mômen quay không phụ thuộc vào đặc điểm lưu lượng dòng dung dịch máy bơm mà cho hiệu suất cao, kiểm tra tải trọng động theo giảm áp, có kết cấu đơn giản, tiết kiệm vật liệu chế tạo động Động có đặc điểm bật tương đối bền bơm chất lỏng có chứa tạp chất tính chất bôi trơn, chi tiết bị mài mòn, phân bố chất lỏng động tự động nhờ thay đổi liên tục vị trí không gian đường tiếp xúc Động trục vít dùng để khoan giếng khoan xiên, ngang, định hướng đặc biệt giếng khoan sâu khoan choòng có đường kính bé công tác sửa chữa giếng 2.1.3 Động khoan điện Nguyên lý cấu tạo: Bộ dụng cụ khoan điện chìm bao gồm động điện, trục truyền để lắp vào choòng khoan phận ngăn ngừa xâm nhập dung dịch khoan vào bên động Nguyễn Sỹ Cường 10 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp máy vặn cần AR3200 tượng không xảy mặt khác, công nhân sữ dụng khóa cua nên công nhân đỡ mệt an toàn 5.4.5 Tiết kiệm dung dịch khoan Van giữ dung dịch khoan lắp thân van cầu trên, tự động đóng áp suất dung dịch xuống khoảng 60PSi tự động mở áp suất dung dịch tăng trở lại 5.4.6 An toàn cho giếng khoan Do thời gian khoan nhanh nhiều so với khoan bàn rôto điều kiện khoan lỗ khoan Vì thế, việc tránh tình bất lợi sụt lở thành giếng khoan tránh tượng dung dịch phun trào tầng địa chất bất thường 5.4.7 Giảm nhẹ việc thả ống chống Tại giàn tự nâng Tam Đảo 01 ống chống đặt hệ thống côngxôn giàn Mỗi chống ống chống với trợ giúp hệ thống cần cẩu topdriver việc di chuyển cột ống chống trở nên dễ dàng Mặt khác, trình thả vặn ống chống củng nhanh nhờ thiết bị vặn ARC3200 hệ thống slip điều khiển khí nén 5.4.8.Tăng suất khoan Hiện để thuê giàn khoan giàn tự nâng Tam Đảo 01 phải trả 20 ngàn USD ngày tức 0.6 triệu USD tháng Nếu thời gian để khoan ngày kéo dài lợi ích kinh tế bị giảm xuống Vì vậy, việc giảm thời gian khoan xuống vấn đề bắt buộc thời gian khoan phụ thuộc nhiều yếu tố ví dụ phụ thuộc vào yếu tố thiết bị, yếu tố môi trường, yếu tố địa chất vùng đất khoan, yếu tố cấu trúc giếng khoan… Theo thống kê giàn khoan Tam Đảo 01 việc khoan đầu quay di động đem lại hiệu cao Thể thông qua vận tốc thương mại 1459 m/tháng.máy, chiều sâu trung bình khoan 5000 m có giếng có góc nghiêng trung bình đến 70 độ, độ dời đáy 2500 m Nguyễn Sỹ Cường 65 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Để so sánh tính hiệu sữ dụng đầu quay di động ta so sánh với khoan tổ hợp bàn rôto điều kiện khoan Ta có bảng so sánh sau : phương Khoan Kéo Bơm pháp Thuần Thả Trám Trợ khoan Túy Rô to 167.4 62.16 88.58 357.9 16.62 8.76 13.29 714.7 topdriver 160.3 83.69 65.83 166.7 9.15 8.84 Phụ Sửa Chờ Chữa Đợi Khắc Tiếp Phục Tổng Cần Hỏng Hóc 16.16 18.8 529.47 Bảng 5.1: bảng chi phí thời gian cho 1000 m khoan tính Ta so sánh hiệu topdriver thông qua loại vận tốc khoan Ta có bảng sau : đoạn khoan Choòng Khoan 500 đến 2000 m 444.5 Max-G1 444.5 Max-G1 Oligocene 311.1 thưọng ATM-11H Móng Phưong Pháp Khoan A962 Rô to A962 Rô to A962 A800 Rô to A675 Rô to 215.9 ATM15 CGD 2115.9 A675 MF37OLD Rô to số mét khoan 983.7 783.8 566.1 546 94.3 thời gian khoan 39.48 37.64 34.35 36.75 16.5 vận tốc học 24.91 20.82 16.48 15.35 5.72 vận tốc hiệp khoan 10.67 9.68 8.39 8.08 2.83 96 97.1 143.1 26 13.49 28.49 3.69 7.07 5.02 2.24 2.99 2.92 94.7 155.5 13.62 27.65 6.95 4.18 2.94 2.46 Bảng 5.2: So sánh vận tốc khoan rô to topdriver 5.4.9 Những hạn chế sữ dụng đầu quay Nguyễn Sỹ Cường 66 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp  Phải lắp đặt hệ thống dẫn hướng tháp để làm mômen cản  Phải gia cố kết cấu lực xoắn phụ  Phải tăng chiều cao tháp đầu quay dài đầu xoay thủy lực thông thường  Phải có ống mềm cáp điện tháp khoan  Tăng khối lượng đáng kể cao  Tăng giá thành thiết bị phải bảo dưỡng cẩn thận nhiều so với hệ thống bàn rô to cần chủ đạo Nguyễn Sỹ Cường 67 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN GE752 TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN TRÊN BIỂN Điều kiện để động điện nói chung động GE752 nói riêng phải sinh mômen lực khắc phục lực mômen phụ tải gây ra, lượng hay phần công suất mà động sinh phải phần lượng tiêu thụ Trong động GE752 phần tiêu thụ bao gồm:  Năng lượng cung cấp cho động quay hệ Ađ  Năng lượng tổn thất nhiệt động Q  Năng lượng sức cản Ac  Năng lượng biến dạng đàn hồi Ađh Giả sử động sinh công A theo định luật bảo toàn lượng ta có: A= Ađ + Q + Ac + Ađh Chia hai vế phương trình cho thời gian ta phương trình công suất : N = Nđ + Ntn + Nc + Nđh Đây phần công suất cần thiết hệ thống topdriver 6.1 Tính động hệ thống Phần quay động bao gồm: Trục động cơ, trục bánh hộp số, trục động topdriver, cột cần khoan choòng khoan Trong trình hoạt động phần lương động GE752 cung cấp cho hệ thống chuyển động quay nên phần động phần động quay phần động chuyển động tịnh tiến Nguyễn Sỹ Cường 68 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Xét trường hợp cụ thể ta có bảng thông số sau: Trục động điện Trục bánh Hôp số Trục động Cột cần khoan Choòng khoan Mômen quán tính Jđcđ J1,J2….,Jk Vận tốc góc ωđcđ ω1,ω2 ,ωk Jđc Jcc Jck ωđc ωđc ωđc Tính toán : 2 - phần đông quay trục động điện : Ađcđ = J đcđ  đcđ - phần động quay trục bánh hộp số : k 2 Ahs = J 12  J  22   J k  k )   J i  i2 - trục động cơ, cột cần khoan choòng khoan quay với vận tốc góc ω phần động tổ hợp bao gồm : A = J đc  J cc  J ck ). đc2 Do : phần động quay hệ thống Ađ = Ađcđ + Ahs + A theo công thức thực nghiệm: A  C  d D L.n 1.7 : C - hệ số phụ thuộc độ cong giếng lấy C = 22,6 10-5 Góc nghiêng giếng khoan Hệ số C 3 18,8 10-5 35 (22.6  28,8).10-5 69 (35,2  40.3 ).10-5 Bảng 6.1: bảng hệ số phụ thuộc vào độ cong giếng  d - Tỉ trọng dung dịch khoan lấy  d  1.,53.10 kg/m L - Chiều sâu giếng khoan lấy L = 4500 m n- Tốc độ quay choòng khoan lấy n = 63 vòng/phút D- Đường kính cần khoan lấy D = 135 mm Nguyễn Sỹ Cường 69 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp N0 Đường kính cần khoan 60.73 89.102 114  127 127  146 140  168 Bảng 6.2: Bảng thông số đưòng kính cần khoan khoan công suât dùng cho động quay  N = 22,6 10-5.1,53.13,52.4500.( 63 1,7 ) = 380 (kw) 60 6.2 Năng lượng mát sức cản Trong máy móc có tổn thất lượng Trong động topdriver hao tổn phần công suất hao tổn thể mặt sau :  Hao tổn ma sát phận truyền động  Sức cản thủy lực cột cần xoay dung dịch khoan  Sức cản đất đá thành lỗ khoan 6.2.1 Hao tổn ma sát phận truyền động Việc truyền tải từ trục động đến choòng thông qua hệ thống gồm hộp số trục động Trong hộp số tổn thất ma sát chủ yếu từ ổ bi Sự trượt bánh hộp số phận vành quay, hệ thống điều khiển quang treo với trục động Tuy vậy, trình bôi trơn đảm bảo lượng lượng mát không đáng kể ta bỏ qua tính toán 6.2.2 Sức cản thủy lực Trong trình khoan luôn tuần hoàn dung dịch, dung dịch tổ hợp gồm nhiều pha có pha rắn lỏng khí Vi ảnh hưởng nhiệt độ áp suất độ nhớt dung dịch khoan biến đổi, việc tính toán tổn thất thủy lực phải tính đến yếu tố phức tạp mặt khác giếng Nguyễn Sỹ Cường 70 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp khoan thẳng hoàn toàn nên sẻ có phần cột cần khoan tiếp xúc trực tiếp với thành lỗ khoan Để tính phần tổn thất ta phải giả thiết cần khoan xoay dung dich đồng pha với độ nhớt dung dịch đo dụng cụ đo dòng chảy coi ổn định chất lỏng tuân theo chất lỏng niutơn Tổn thất gồm hai phần Phần thủy lực chảy cột cần phần thủy lực chảy khoảng không vành xuyến Tính toán : Ta có: d    dv d .r  dF   .2. r.dz  2. r..dz dr dr Trong : μ độ nhớt chất lỏng dv vận tốc tương đối dung dịch cột cần mặt cắt ngang dr: Vi phân bán kính dòng chảy ω: Vận tốc góc cột cần dz: Vi phân chiều dài cột cần r: Bán kín dòng chảy  Lực hãm ma sát thành ống d   2. ..r.dz Với r bán kính phía cột cần Và lực hãm ma sát phía thành ống: d  2.  .R.dz Với R bán kính phía thành ống Mômen cản thủy lực mặt trong: dM  r.d  2. .r  dz  2.S1 . dz Mômen cản thủy lực mặt ống: dM  R.d  2. .R  dz  2.S . dz Trong S1, S2 diện tích mặt cắt ngang thành thành ống  Tổng mômen cản thủy lực lên cột cần khoan thành ống dM  dM  dM  2.. S1  S )dz Nguyễn Sỹ Cường 71 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp  Vi phân công suất dùng sức cản thủy lực dN  .dM  2. .( S1  S ).dz Công suất dùng để tiêu tán sức cản thủy lực: l N tl   dN   2.  (S1  S ).dz  2.  (S1  S ).l l: Chiều dài cột cần khoan 63 N tl = 2. 2. 2 4,23. (0.05  0.041) 4500 = 43 (KW)  60 6.2.3 Công suất phá hủy đất đá Trong trình khoan, phần đáy lổ khoan choòng khoan tiếp xúc trực tiếp với đáy lổ khoan đè lên đáy lổ khoan tải trọng đáy G Trong trình khoan đất đá bị choòng khoan lực cắt trượt theo mặt cắt ngang sức kết dính đất đá Do phân tố diện tích dF choòng khoan chịu lực ngang d  G f  C dF : G – tải trọng đáy f – Hệ số ma sát trượt choòng đất đá C – Sức kết dính đất đá dF – Diện tích phân tố tiếp xúc trực tiếp Suy ra, mômen cản phân tố dF: dM  r d  r.(G f  C.dF ) Với dF  .dr (diện tích phân tố cung tròn) Vậy: dM  (G f  C. dr )r Mômen cản đất đá tác dụng lên choòng khoan : M=  dM   (G, f  C..dr )r F F Công suất phá hủy đất đá: N = m.ω ( Kw) Theo thực nghiệm công suất phá hủy đất đá: Nc = 46,4 10-4.k.Gc.Dc.n Nguyễn Sỹ Cường 72 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp D c: Đường kính choòng khoan K: Hệ số phụ thuộc độ mòn choòng khoan k = choòng mới; k = 0.2 choòng mòn G c - tải trọng đáy điều kiện Gc > F.σ với F  Dc n z k nz : Hệ số phủ = 1.05  k: Hệ số mòn k =  1.5 D c : Đưòng kính choòng lấy D c = 200 mm N: tốc độ quay choòng lấy n = 63 vòng/phút N0 Đường kính choòng khoan(mm) 118  135 135  161 190  214 214  243  243 Bảng 6.3: bảng thông số đường kính choòng khoan б: áp lực phá hủy đất đá Có nhiều loại đất đá, ta lấy đất đá cứng trung bình áp lực σ = 25 Kg/cm2  Nc = -4 46,4 10 0,7.20 1,07.63 = 43,8 (Kw) 6.3 Năng lượng trình tỏa nhiệt Trong trình biến đổi điện thành Một phần lượng bị tiêu tán máy điện phần lượng biểu thị dạng công suất tổn thất ∆P Phần lượng sẻ biến thành nhiệt đốt nóng máy điện tỏa môi trường xung quanh Nguyễn Sỹ Cường 73 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Thực tế, nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh tỉ lệ với nhiệt độ máy điện nên sau thời gian nhiệt độ máy điện trở nên ổn định Nếu xét tất xảy trình phát nhiệt việc tính toán khó khăn động điện có cấu tạo nhiều vật liệu khác thép kĩ thuật điện, dây đồng, vật liệu cách điện… Các phận lại làm việc điều kiện khác nhau, có phận tĩnh có phận quay, hệ số dẫn nhiệt khác Việc tính toán không tính vậy, ta phải đưa số giả thiết : động hệ thống gồm nhiều vật đồng chất trao đổi trực tiếp với môi trường thông qua hệ thống làm mát, có hệ số dẫn nhiệt λ nhau, nhiệt độ điểm Độ tỏa nhiệt tỉ lệ bậc với nhiệt độ động Nhiệt độ môi trường coi không đổi không phụ thuộc nhiệt độ động Tính toán: Giả sử công suất phát động P, hiệu suất động μ, ta có tổn thất công suất ∆p = P 1   Nhiệt lượng sinh động khoản thời gian dt là: ∆q1= P.dt Phần nhiệt lượng làm nóng động cơ: ∆q2 =m.c.dt Trong đó: m: Khối lượng động cơ; C: Nhiệt dung riêng động (Ј/kg.độ) Phần nhiệt lượng tỏa cho môi trường : ∆q3 =A.τ.dt Trong : A hệ số tỏa nhiệt nhiệt lượng tỏa mặt động thời gian giây nhiệt độ động lớn nhiệt độ môi trường xung quanh 10 τ: Nhiệt sai môi trường động Vậy phương trình cân nhiệt: ∆P.dt = m.c.dt + A.τ.dt Giải phương trình vi phân với điều kiện biên t = 0, τ = τbđ ta Nguyễn Sỹ Cường 74 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp t =  ln((τôđ - τbđ)/(τôđ – τ) Trong : τôđ: Nhiệt sai ổn định; τbđ: Nhiệt sai ban đầu  = C số thời gian tỏa nhiệt A Thực tế để đạt đến trạng thái τôđ thời gian để đạt t = (3 ÷ )  Mặt khác, τbđ = đa số trường hợp coi ΔP = A.τôđ Khoan việt nam chọn τôđ = 250C A = 185 w/m2   P = 185.25 (w) 6.3.4 Năng lượng đàn hồi cột cần khoan Trong trình khoan cột cần khoan chủ yếu chịu xoắn túy Tuy độ cứng cột cần lớn Song với chiều dài cột cần củng lớn chiều sâu giếng khoan độ biến dạng cột cần không nhỏ Phần lượng tồn dạng biến dạng cột cần Trong tính toán phần công suất động ta phải xét đến phần lượng Bỏ qua tiếp xúc cột cần với thành giếng khoan, tí nh đến mô men cản thủy lực, mô men cản choòng khoan tiếp xúc với đất đá coi phần mô men cản thủy lực phân bố ta có sơ đồ chịu lực cột cần sau: Nếu tách khỏi cần phân tố phân tố chịu trượt túy Khi riêng biến dạng đàn hồi trạng thái biến đổi hình dáng biến đổi thể tích không nghĩa là: U = Uđh = Nguyễn Sỹ Cường 1  ( σ12 + σ22 + σ32 – σ1.σ2 – σ2.σ3 – σ1.σ3 ) E 75 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Thay giá trị ứng suất có: σ = - σ3 = τ, σ2 = vào biểu thức ta được: U= 1  2 τ = ; E 2.G G= E ; 2.(1   ) Thế đoạn dz : du =  udv =  u.dz.dF = v F dz  dz.dF F 2.G = 2.G M z    J p     dF = M z2 dz 2.G.J p lấy tích phân suốt chiều dài cột cần l ta biến dạng đàn hồi : l U= l M z2 0 2.G.J p dz  du = Với Mz = Mđđ + m.z l  U=  = M  mz 2.G.J p đđ 2 dz = l M dd2  2.M dd m.z  m.z 2 dz  2.G.J p l M dd l  m.M dd l  m 2.G.J p   Trong : σ1, σ2, σ3 : Các thành phần ứng suất U, Uđh: Thế biến dạng đàn hồi Μ: Hệ số biến dạng góc hay gọi hệ số poát-xông E: Suất Iâng τ: Ứng suất tiếp phương dz: Một vi phân theo chiều dài phân tố dF: Diện tích phân tố Mz: Mômen cần khoan mặt cắt ngang Jp: Mômen quán tính tâm mặt cắt ngang trục Mđđ: Mômen phá hủy đất đá vị trí choòng khoan m: Mômen cản thủy lực Nguyễn Sỹ Cường 76 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất U= Đồ án tốt nghiệp  2.2.,06.10 (0.05  0.0414 )  110 4500  4,23.110.4500  4.23 4500 ) = 1,24 109 (J) Quá trình truyền lượng phải thời gian t thời gian lúc bắt đầu khoan đến lúc dừng khoan lấy t = 20 ta có công suất để cung cấp cho biến dạng cột cần: N= U  17.2 (kw) t Tóm lại: Sau tính toán thành phần tiêu thụ lượng, ta tính chọn động điện thông số lương cho phù hợp tùy vào điều kiện việc trình khoan Công suất tổng cộng: N = 484 (kw) Ta có: Thông số công suất động GE752 là: 1130 HP tương đương 831 Kw Vì vậy, trình khoan đảm bảo cung cấp đủ công suất Nguyễn Sỹ Cường 77 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua trình khảo sát thực tế em cố gắng thu thập tài liệu chuẩn bị cho việc làm đồ án tốt nghiệp sau thời nghiên cứu, tìm hiểu làm đồ án đến hoàn thành Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo môn thiết bị dầu khí công trình, mà đặc biệt thầy giáo Trần Văn Bản với cổ vũ động viên bạn bè lớp gia đình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Cấu tạo, nguyên lý làm việc, vận hành bảo dưỡng sữa chữa đầu qua di đông topdriver PS2-500/500” Chuyên đề: “tính toán thông số công suất hệ thống động điện GE752 trình khoan biển” Với kiến thức có hạn, kiến thức ngoại ngữ chưa tốt chắn đồ án có nhiều sai sót Em mong bảo thầy cô đóng góp ý kiến bạn đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn! Nguyễn Sỹ Cường 78 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1-National PS2-500/500 topdriver c&o 2-Công nghệ khoan 3-Động điện 4-sức bền vật liệu Nguyễn Sỹ Cường 79 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu