PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ I.1. Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với tời khoan I.1.1. Chức năng, nhiệm vụ của tời khoan Trong quá trình thi công giếng khoan dầu khí thì tời khoan sẽ thực hiện các nhiệm vụ chính như sau: Thực hiện công tác kéo thả cột cần khoan để tiến hành tháo, lắp cần khoan, thay choòng khoan và bộ khoan cụ. Tiến hành thả và treo giữ ống chống trong quá trình chống ống trám xi măng. Điều chỉnh tốc độ truyền tải tọng cho choòng khoan trong quá trình phá hủy đất đá (chủ yếu thực hiện đối với quá trình khoan giảm tải cho choòng bằng cách treo một phần trọng lượng của cột cần khoan trên móc nâng trong khi khoan đối với những giếng khoan có chiều sâu lớn). Ngoài ra, tời khoan còn thực hiện một số công tác phụ trợ trong quá trình xây lắp, trong quá trình khoan và trong quá trình khai thác. I.1.2. Yêu cầu kĩ thuật đối với tời khoan Khi tính toán thiết kế lựa chọn tời khoan phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chính như sau: Công suất của tời khoan phải đủ lớn, đáp ứng được yêu cầu của quá trình khoan thả cột cần khoan và ống chống. Phải có số tốc độ (k) cũng như việc bố trí các tốc độ trung gian một cách hợp lý để giảm thời gian của quá trình kéo thả. Có sơ đồ động học đơn giản và các tốc độ phải sử dụng tối đa công suất của động cơ dẫn động. Hệ thống hãm (phanh) của tời phải làm việc an toàn với độ tin cậy cao. Phải thiết kế một tốc độ lớn nhất để thực hiện quá trình kéo thả móc nâng không tải (đó là quá trình móc nâng chuyển động lên hoặc xuống mà không có treo cột cần khoan hoặc ống chống). Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh được tốc độ truyền tải trọng cho choòng khoan tỏng quá trình phá hủy đất đá. I.2. Cấu tạo của tời khoan. Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời và cơ cấu truyền động mà có thể phân ra các loại tời khoan khác nhau. Theo nguyên lý cấu tạo có thể chia tời khoan ra làm 3 loại: tời khoan loại 1, tời khoan loại 2 và tời khoan loại 3.
Trang 1LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp dầu khí của nước ta hiện nay đang rất phát triển, nó đóng góp khoảng 25% GDP mỗi năm Nó được coi là ngành kinh tế mũi nhọn, nằm trong chiến lược phát triển kinh tế quan trọng của đất nước
Trong giai đoạn hiện nay của ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí là một phần rất quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn được sử dụng với hiệu quả tốt nhất thì ta phải biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ đúng tiêu chuẩn và bộ môn thiết bị dầu khí đã đáp ứng được điều đó Việc tính toán các thông số kỹ thuật và thông số làm việc của hệ thống nâng thả nói chung và tời khoan nói riêng là rất quan trọng, dựa vào đó ta có thể lựa chọn các chế độ làm việc cho hệ thống nâng thả trong quá trình khoan, thi công trên giàn
Đây cũng là yêu cầu cần đạt ra với đồ án môn Thiết bị khoan này
Đề hoàn thành được đồ án môn thiết bị khoan này, em xin chân thành gửi lời cmả
ơn đến thầy Nguyễn Thanh Tuấn , bộ môn thiết bị dầu khí Em rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp quý báu các thầy
Hà Nội, ngày 26 tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện
VŨ VĂN TÚ
Trang 2PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
I.1 Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với tời khoan
I.1.1 Chức năng, nhiệm vụ của tời khoan
Trong quá trình thi công giếng khoan dầu khí thì tời khoan sẽ thực hiện các nhiệm vụ chính như sau:
- Thực hiện công tác kéo thả cột cần khoan để tiến hành tháo, lắp cần khoan, thay choòng khoan và bộ khoan cụ
- Tiến hành thả và treo giữ ống chống trong quá trình chống ống trám xi măng
- Điều chỉnh tốc độ truyền tải tọng cho choòng khoan trong quá trình phá hủy đất đá (chủ yếu thực hiện đối với quá trình khoan giảm tải cho choòng bằng cách treo một phần trọng lượng của cột cần khoan trên móc nâng trong khi khoan đối với những giếng khoan có chiều sâu lớn)
Ngoài ra, tời khoan còn thực hiện một số công tác phụ trợ trong quá trình xây lắp, trong quá trình khoan và trong quá trình khai thác
I.1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với tời khoan
Khi tính toán thiết kế lựa chọn tời khoan phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chính như sau:
- Công suất của tời khoan phải đủ lớn, đáp ứng được yêu cầu của quá trình khoan thả cột cần khoan và ống chống
- Phải có số tốc độ (k) cũng như việc bố trí các tốc độ trung gian một cách hợp lý để giảm thời gian của quá trình kéo thả
- Có sơ đồ động học đơn giản và các tốc độ phải sử dụng tối đa công suất của động cơ dẫn động
- Hệ thống hãm (phanh) của tời phải làm việc an toàn với độ tin cậy cao
- Phải thiết kế một tốc độ lớn nhất để thực hiện quá trình kéo thả móc nâng không tải (đó là quá trình móc nâng chuyển động lên hoặc xuống mà không có treo cột cần khoan hoặc ống chống)
- Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh được tốc độ truyền tải trọng cho choòng khoan tỏng quá trình phá hủy đất đá
I.2 Cấu tạo của tời khoan.
Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời và cơ cấu truyền động
mà có thể phân ra các loại tời khoan khác nhau Theo nguyên lý cấu tạo có thể chia tời khoan ra làm 3 loại: tời khoan loại 1, tời khoan loại 2 và tời khoan loại 3
Trang 3I.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1
Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền ra trục (1), từ đây
thông qua bộ truyền động xích hoặc truyền động bánh răng (6,7,8) truyền chuyển động đến trục nâng có gắn tời chính (3) và trục trung gian (4) để truyền chuyển động cho bàn Roto Tời khoan (9) được gắn cố định trên trục nâng (3) và để tời khoan quay ta sử dụng ly hợp ma sát (10) lắp ở hai đầu của tang tời Chuyển động quay từ trục trung gian (4) sẽ truyền cho bàn roto, tại bàn roto có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục (4) theo chiều nằm ngang thành chuyển động quay thẳng đứng của cột cần khoan Còn trên trục nâng (2) có thể được bố trí thêm tời khoan phụ tùy theo yêu cầu của quá trình khoan
Hình I.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan loại 1
1 - Trục ra cảu hộp tốc độ 2- Trục nâng phụ
Trang 43 – Trục nâng gắn với tời chính 4 – Trục trung gian.
5 – Ổ đỡ trục 6,7,8–Bộ phận truyền chuyển động
9 – Tời khoan 10 – Ly hợp ma sát
11– Ly hợp cam 12 – Truyền chuyển động ra Roto
I.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2
Nguyên lý làm việc: Loại tời này được trang bị một tang tời chính (12) và một
tang tời phụ (11) Trong quá trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền
ra trục (1), nhờ li hợp cam (10) và bộ truyền động (6) để truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (11) được gắn trên trục nâng (2) thông qua các ổ đỡ (5)
và tang tời phụ làm việc được là nhờ li hợp cam (10) Chuyển động từ trục (2) được truyền đến trục (3) thông qua bộ truyền chuyển động (7,8) đều được bố trí về phía bên trái của tang tời chính (12), bộ truyền động (7,8) được lắp đặt cố định trên trục (2) còn trên trục (3) được lắp bởi các li hợp cam (10) và li hợp bánh hơi (13) Tang tời chính (12) được gắn cố định trên trục nâng (3), khi làm việc ở dài tốc độ cao nhờ li hợp bánh hơi (13) còn khi làm việc ở dài tốc độ thấp là nhờ li hợp cam (10) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua bộ truyền (9) và truyền ra bàn roto (15) là nhờ li hợp bánh hơi (14)
Trang 5Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan 2
1 – Trục ra của hộp số tốc độ 2 – Trục nâng gắn với tời phụ
3 – Trục nâng gắn với tời chính 4 – Trục trung gian truyền ra bàn roto
5 - Ổ đỡ trục 6,7,8,9 – Bộ phận truyền chuyển động
10 – Ly hợp cam 11 – Tời khoan phụ;
12 – Tời khoan chính 13,14 – Ly hợp bánh hơi
15 – Truyền chuyển động quay ra bàn roto
I.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan 3
Trang 6Nguyên lý làm việc: Loại tời này được trang bị một tang tời chính (11) và một
tang tời phụ (10) Trong quá trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền
ra trục (1), nhờ ly hợp cam (9) và bộ truyền động (6) truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (10) được gắn trên trục nâng (2) thông qua các ổ đỡ (5) và tang tời phụ làm việc được là nhờ li hợp cam (9) Tang tời chính (11) được gắn cố định trên trục nâng (3) và nhận truyền động trực tiếp từ trục (1) thông qua hai bộ truyền động (7,8) và các ly hợp ma sát đĩa (12) Trục trung gian (4) cũng nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua bộ truyền động (8) và các ly hợp ma sát đĩa (12,13) và sau đó trục trung gian (4) sẽ truyền chuyển động ra bàn roto (15)
Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan 3
Trang 71 – Trục ra của hộp tốc độ 2 – Trục nâng gắn với tời phụ
3 – Trục nâng gắn với tời chính 4 – Trục trung gian
5 - Ổ đỡ trục 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động
9 – Ly hợp ca 10 – Tời khoan phụ
11 – Tời khoan chính 12 – Ly hợp ma sát đĩa
13 – Truyền chuyển động quya ra bàn roto
I.3 Một số loại tời khoan được sử dụng trong các công tác khoan dầu khí
Trong thực tế công tác khoan dầu khí thì việc phân loại tời khoan rất khác nhau có thể căn cứ vào sức căng trên nhánh cáp chủ động, công suất nâng trên trục tời hoặc dạng động cơ dẫn động, … Chính vì vậy, mà khi lựa chọn tời khoan ta phải dựa vào yêu cầu cụ thể của công tác khoan để chọn sao cho phù hợp nhất Các loại tời khoan hiện đang sử dụng có hiệu quả trong công tác khoan là các loại tời khoan của Nga, Mỹ và một số nước khác
- Các loại tời khoan của Nga thường dùng gồm có , , , ,… Trong đó, những
ký hiệu của các loại tời khoan trên có ý nghĩa như sau:
y: tên nhà sản xuất
2: số thứ tự của cụm tời trong tổ hợp thiết bị khoan
4: số tốc độ của tời
8: Số mô đen
2: Số thứ tự của cụm tời trong tổ hợp thiết bị khoan 300: Sức nâng lớn nhất của tời
БY-3000 БY: Kí hiệu của tời
3000: Công suất lớn nhất trên trục tời
Ngoài ra ta còn gặp các kí hiệu khác như: Д (tời được dẫn động bằng động cơ diezen); Э (tời được dẫn động bằng động cơ điện); (tời không có chế độ làm mát bằng hơi nước); (tời không có chế độ làm mát bằng hơi nước)
- Các loại tời khoan của Mỹ thường được dùng bao gồm các loại ở bảng dưới đây:
Bảng I.1: Một số loại tời khoan của Mỹ
Trang 8Loại tời
Thông số cơ bản
80B 80VE
110M 110VE
1320M 1320UE
1625M 1625UE Công suất định mức Nđm
(kw)
Số tốc độ (K) của tời 4 hoặc 6 4 hoặc 6 4 hoặc 6 4 hoặc 6 Chiều sâu khoan tối đa L
(m)
PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN
II.1 Sơ đồ động học của tời khoan
Trang 10I: Trục các đăng II: Trục cao tốc III: Trục thấp tốc IV: Trục nâng V: Trục phanh thuỷ lực VI: Trục của hộp giảm tốc truyền động cho Rotor VII: Trục truyền chuyển động cho Rotor
VIII: Trục các đăng truyền vận tốc thứ năm IX: Trục dẫn động vận tốc thứ năm
X: Trục tời phụ XI: Trục chủ động của tời 1: Bộ ma sát
2-7-10-21: Bánh xích 3: Cặp bánh răng 4: Hộp số
5: Hộp giảm tốc 6: Xích
8: Phanh thuỷ lực 9: Khớp nối vấu 11-12: Phanh đai 13: Cụm bánh xích 14-15-20: Côn hơi 16-22: Van nạp khí nén 17-18: Bánh răng 19: Khớp nối cứng Tời khoan có 4 tốc độ
Trang 11II.2 Thông số tính toán
Bảng II.1: Thông số tính toán
05 Trọng lượng riêng của dung dịch
G/cm
15 Trọng lượng riêng của thép vật liệu
làm cần
Trang 1216 Đường kính cáp mm 32
II.3 Tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ
1 Xác định các tốc độ quay (n) của tời:
Tốc độ trục truyền:
ntt = n0 = 300 = 136 (v/p)
Tốc độ của trục trung gian:
n1 tg = ntt = 136 = 49 (v/p)
n2 tg = ntt = 136 = 54 (v/p)
n3 tg = ntt = 136 = 130 (v/p)
n4 tg = ntt = 136 = 236 (v/p) Tốc độ của trục nâng:
n1 tn = n 1 tg = 49 = 34 (v/p)
n2 tn = n 2 tg = 54 = 37 (v/p)
n3 tn = n 3 tg = 130 = 90 (v/p)
n4 tn = n 4 tg = 236 = 163 (v/p)
2 Xác định đường kính tang tời theo các lớp cáp trên tang tời.
- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ nhất:
Dt1 = Dt + dc Trong đó:
Dt: Đường kính tang tời (mm) dc: Đường kính cáp (mm)
- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ hai:
Dt2 = Dt + 2dc
- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ ba:
Trang 13Dt3 = Dt + 4dc
- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ tư:
Dt4 = Dt + 6dc
Từ thông số cơ bản của tời: Dt = 800 (mm), dc = 32 (mm), nên ta có:
Dt1 = Dt + dc = 770+ 32 =802 (mm) Dt2 = Dt + 2dc = 770 + 2.32 = 834 (mm) Dt3 = Dt1 + 4dc= 770 + 4.32 = 898 (mm) Dt4 = Dt1 + 6dc= 770 + 6.32 = 962 (mm)
3 Tính toán hệ ròng rọc.
a Xác định tốc độ móc nâng:
Tốc độ của móc nâng được tính theo công thức:
Vmóc = Trong đó:
Dp: Đường kính tính toán của tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) Vmóc: Tốc độ móc, (m/s)
ni tn: Số vòng quay của trục nâng ở tốc độ i (i = 1÷ 4) m: Số nhánh cáp làm việc Giả sử hệ hệ ròng rọc 5x6 nên: m=10 Tốc độ của móc nâng ở các cấp độ vân tốc:
V1 móc = = = 0.17(m/s)
V2 móc = = = 0.19 (m/s)
V3 móc = = = 0.46 (m/s)
V4 móc = = = 0.84 (m/s)
b Hiệu suất hệ thống nâng thả:
ξ = Trong đó: β=1,03: Chỉ tiêu ngược của hiệu suất
Trang 14z=5: Là số ròng rọc động.
Thay số ta có: ξ=0,85
c Tải trọng móc ở các cấp độ:
Ta có công thức:
Qm=
Trong đó :
Qm : Là tải trọng định mức của móc nâng
N : Là công suất của tang tời
ξ : Là hiệu suất nâng thả
Vm : Là vận tốc móc
Vậy ta có :
Q1 m = = 2500 (tấn)
Q2 m = = 2236 (tấn)
Q3 m = = 924 (tấn)
Q4 m = = 510 (tấn)
d Tính toán trọng lượng bộ khoan cụ.
Tính toán cần nặng:
Dcn= (0,75÷ 0,85).dt = 0,8.215=172 (mm) Chiều dài cần nặng:
c cn
d cn
KG
gt
θ
=
Trong đó:
K=1,25: Là hệ số cứu kẹt
Trang 15Lcn: Là chiều dài cần nặng qcn =138 (kG/m): Trọng lượng 1m cần nặng
Gc =12 (tấn) : Tải trọng đáy
θ0 =130 : Góc nghiêng của giếng
gd =1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan
gt =7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng của thép vật liệu làm cần Vậy ta có:
Lcn = 139 (m)
Trọng lượng bộ cần nặng : Qcn= 139.0,138 = 19,18 (tấn)
Tính toán trọng lượng bộ cần khoan:
Áp dụng công thức:
d
g
g
t
L q
=
Trong đó:
L: Chiều dài cột cần khoan Qck: Trọng lượng cột cần qck = 31,9(kG/m): Trọng lượng 1 m cần khoan
Vậy ta có :
Qck = (5500-139).0,0319.(1-0,2) = 136,81 (tấn)
Tính toán trọng lượng bộ dụng cụ khoan :
Q = Qcn + Qck + Qchoòng Trong đó :
Qck : Là trọng lượng bộ dụng cụ khoan
Trang 16Qchoòng = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choong.
Vậy:
Q = 19,18 + 136,81 + 0,04 = 156,03 (tấn)
4 Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ:
Áp dụng công thức:
.1000
102
moc
Q V N
ξ
=
Thay số vào công thức trên ta được các kết quả:
= = 306 (kW)
= = 342 (kW)
= = 828(kW)
Từ các kết quả ta thấy công suất nâng ở tốc độ:
Nhỏ là : N2 = 342 (kW) < Ntời = 500 (kW)
Lớn nhất là : N4 = 1512 (kW) > Ntời = 500 (kW)
Ta thấy, công suất nâng thả ở tốc độ nhỏ n2 đã nhỏ hơn công suất của tời Trong phần này ta đã giả sử cách mắc của hệ ròng rọc là 5x6 là cách bố trí số ròng rọc nhỏ nhất đã thỏa mãn yêu cầu đề bài nên ta sử dụng luôn cách mắc này để tránh lẵng phí
Vì vậy ta chọn cách bố trí hệ ròng rọc : 5x6
Trang 17
KẾT LUẬN
Mọi thiết bị dầu khí muốn được sử dụng với hiệu quả tốt nhất thì ta phải biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định
kỳ đúng tiêu chuẩn và bộ môn thiết bị dầu khí đã đáp ứng được điều đó
Trên giàn khoan thì tời khoan vô cùng quan trọng Nó đặc biệt cần thiết cho công tác nâng, thả bộ dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để phá
hủy đất đá Đề tài:“Dựa vào sơ đồ động học của tời khoan, dựa vào bảng thông
Trang 18số đã cho, hãy tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ có thể có của tời khoan” giúp sử dụng tời khoan đúng với công suất của nó.
Tuy nhiên do sự hạn hẹp về thời gian cũng như sự hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn nên cuốn đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em mong nhận được nhưng ý kiến đóng góp chân thành của thầy cô, các cán bộ chuyên môn và bạn bè Từ đó tạo điều kiện cho em rút ra được những kinh nghiệm quý báu để vững vàng hơn khi ra ngoài thực tế
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN THANH TUẤN đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bản đồ án
này
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Quyển: Kỹ thuật khoan dầu khi của NXB Giáo dục 1995 do J.P Nguyễn,
người dịch: Lê Phước Hào,
2 Quyển: Máy và thiết bị nâng của NXB Khoa học và kỹ thuật
do PTS Trương Quốc Thành, PTS Phạm Quang Dũng biên soạn
3 Quyển: Bài giảng thiết bị khoan thăm do của NXB Hà Nội Trường Đại học Mỏ – Địa Chất do TS Nguyễn Văn Giáp biên soạn.
4 Hướng dẫn sử dụng tời khoan Y2-55.
5 Bài gảng thiết bị dầu khi của thầy: Trần Văn Bản, bộ môn thiết bị dầu khí,
Đại học Mỏ - Địa Chất
6 Cở sở tinh toán thiết kế dụng cụ khoan của thầy Trần Văn Bản, bộ môn
thiết bị dầu khí, Đại học Mỏ - Địa Chất