Đang tải... (xem toàn văn)
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.
LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí nước ta phát triển, đóng góp khoảng 25% GDP năm Nó coi ngành kinh tế mũi nhọn, nằm chiến lược phát triển kinh tế quan trọng đất nước Trong giai đoạn ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí phần quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn sử dụng với hiệu tốt ta phải biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ tiêu chuẩn môn thiết bị dầu khí đáp ứng điều Việc tính toán thông số kỹ thuật thông số làm việc hệ thống nâng thả nói chung tời khoan nói riêng quan trọng, dựa vào ta lựa chọn chế độ làm việc cho hệ thống nâng thả trình khoan, thi công giàn Đây yêu cầu cần đạt với đồ án môn Thiết bị khoan Đề hoàn thành đồ án môn thiết bị khoan này, em xin chân thành gửi lời cmả ơn đến thầy Nguyễn Thanh Tuấn , môn thiết bị dầu khí Em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy Hà Nội, ngày 26 tháng năm 2017 Sinh viên thực VŨ VĂN TÚ PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ I.1 Chức năng, nhiệm vụ yêu cầu kỹ thuật tời khoan I.1.1 Chức năng, nhiệm vụ tời khoan Trong trình thi công giếng khoan dầu khí tời khoan thực nhiệm vụ sau: - Thực công tác kéo thả cột cần khoan để tiến hành tháo, lắp cần khoan, thay choòng khoan khoan cụ - Tiến hành thả treo giữ ống chống trình chống ống trám xi măng - Điều chỉnh tốc độ truyền tải tọng cho choòng khoan trình phá hủy đất đá (chủ yếu thực trình khoan giảm tải cho choòng cách treo phần trọng lượng cột cần khoan móc nâng khoan giếng khoan có chiều sâu lớn) Ngoài ra, tời khoan thực số công tác phụ trợ trình xây lắp, trình khoan trình khai thác I.1.2 Yêu cầu kĩ thuật tời khoan Khi tính toán thiết kế lựa chọn tời khoan phải đảm bảo số yêu cầu kỹ thuật sau: - Công suất tời khoan phải đủ lớn, đáp ứng yêu cầu trình khoan thả cột cần khoan ống chống - Phải có số tốc độ (k) việc bố trí tốc độ trung gian cách hợp lý để giảm thời gian trình kéo thả - Có sơ đồ động học đơn giản tốc độ phải sử dụng tối đa công suất động dẫn động - Hệ thống hãm (phanh) tời phải làm việc an toàn với độ tin cậy cao - Phải thiết kế tốc độ lớn để thực trình kéo thả móc nâng không tải (đó trình móc nâng chuyển động lên xuống mà treo cột cần khoan ống chống) - Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh tốc độ truyền tải trọng cho choòng khoan tỏng trình phá hủy đất đá I.2 Cấu tạo tời khoan Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời cấu truyền động mà phân loại tời khoan khác Theo nguyên lý cấu tạo chia tời khoan làm loại: tời khoan loại 1, tời khoan loại tời khoan loại I.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), từ thông qua truyền động xích truyền động bánh (6,7,8) truyền chuyển động đến trục nâng có gắn tời (3) trục trung gian (4) để truyền chuyển động cho bàn Roto Tời khoan (9) gắn cố định trục nâng (3) để tời khoan quay ta sử dụng ly hợp ma sát (10) lắp hai đầu tang tời Chuyển động quay từ trục trung gian (4) truyền cho bàn roto, bàn roto có nhiệm vụ biến chuyển động quay trục (4) theo chiều nằm ngang thành chuyển động quay thẳng đứng cột cần khoan Còn trục nâng (2) bố trí thêm tời khoan phụ tùy theo yêu cầu trình khoan Hình I.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan loại 1 - Trục cảu hộp tốc độ 2- Trục nâng phụ – Trục nâng gắn với tời – Ổ đỡ trục – Tời khoan 11– Ly hợp cam – Trục trung gian 6,7,8–Bộ phận truyền chuyển động 10 – Ly hợp ma sát 12 – Truyền chuyển động Roto I.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (12) tang tời phụ (11) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ li hợp cam (10) truyền động (6) để truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (11) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (10) Chuyển động từ trục (2) truyền đến trục (3) thông qua truyền chuyển động (7,8) bố trí phía bên trái tang tời (12), truyền động (7,8) lắp đặt cố định trục (2) trục (3) lắp li hợp cam (10) li hợp bánh (13) Tang tời (12) gắn cố định trục nâng (3), làm việc dài tốc độ cao nhờ li hợp bánh (13) làm việc dài tốc độ thấp nhờ li hợp cam (10) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền (9) truyền bàn roto (15) nhờ li hợp bánh (14) Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp số tốc độ – Trục nâng gắn với tời phụ – Trục nâng gắn với tời – Trục trung gian truyền bàn roto - Ổ đỡ trục 6,7,8,9 – Bộ phận truyền chuyển động 10 – Ly hợp cam 11 – Tời khoan phụ; 12 – Tời khoan 13,14 – Ly hợp bánh 15 – Truyền chuyển động quay bàn roto I.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (11) tang tời phụ (10) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ ly hợp cam (9) truyền động (6) truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (10) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (9) Tang tời (11) gắn cố định trục nâng (3) nhận truyền động trực tiếp từ trục (1) thông qua hai truyền động (7,8) ly hợp ma sát đĩa (12) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền động (8) ly hợp ma sát đĩa (12,13) sau trục trung gian (4) truyền chuyển động bàn roto (15) Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp tốc độ – Trục nâng gắn với tời phụ – Trục nâng gắn với tời – Trục trung gian - Ổ đỡ trục 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động – Ly hợp ca 10 – Tời khoan phụ 11 – Tời khoan 12 – Ly hợp ma sát đĩa 13 – Truyền chuyển động quya bàn roto I.3 Một số loại tời khoan sử dụng công tác khoan dầu khí Trong thực tế công tác khoan dầu khí việc phân loại tời khoan khác vào sức căng nhánh cáp chủ động, công suất nâng trục tời dạng động dẫn động, … Chính vậy, mà lựa chọn tời khoan ta phải dựa vào yêu cầu cụ thể công tác khoan để chọn cho phù hợp Các loại tời khoan sử dụng có hiệu công tác khoan loại tời khoan Nga, Mỹ số nước khác - Các loại tời khoan Nga thường dùng gồm có , , , ,… Trong đó, ký hiệu loại tời khoan có ý nghĩa sau: y: tên nhà sản xuất 2: số thứ tự cụm tời tổ hợp thiết bị khoan 4: số tốc độ tời 8: Số mô đen 2: Số thứ tự cụm tời tổ hợp thiết bị khoan 300: Sức nâng lớn tời БY-3000 БY: Kí hiệu tời 3000: Công suất lớn trục tời Ngoài ta gặp kí hiệu khác như: Д (tời dẫn động động diezen); Э (tời dẫn động động điện); (tời chế độ làm mát nước); (tời chế độ làm mát nước) - Các loại tời khoan Mỹ thường dùng bao gồm loại bảng đây: Bảng I.1: Một số loại tời khoan Mỹ Loại tời Thông số Công suất định mức Nđm (kw) Số tốc độ (K) tời Chiều sâu khoan tối đa L (m) Trọng lượng tời (tấn) 80B 80VE 750 110M 110VE 1100 1320M 1320UE 1500 1625M 1625UE 2200 4000 5000 6500 9000 22 26 45 45 PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN II.1 Sơ đồ động học tời khoan I: Trục đăng II: Trục cao tốc III: Trục thấp tốc IV: Trục nâng V: Trục phanh thuỷ lực VI: Trục hộp giảm tốc truyền động cho Rotor VII: Trục truyền chuyển động cho Rotor VIII: Trục đăng truyền vận tốc thứ năm IX: Trục dẫn động vận tốc thứ năm X: Trục tời phụ XI: Trục chủ động tời 1: Bộ ma sát 2-7-10-21: Bánh xích 3: Cặp bánh 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 16-22: Van nạp khí nén 17-18: Bánh 19: Khớp nối cứng Tời khoan có tốc độ II.2 Thông số tính toán Bảng II.1: Thông số tính toán STT Các thông số Đơn vị Thông số 01 Công suất trục tời HP 500 02 Chiều sâu giếng m 5500 03 Hệ ròng rọc 04 Loại cần khoan 05 Trọng lượng riêng dung dịch 06 Tốc độ quay choòng v/ph 350 07 Đường kính choòng mm 215 08 Tốc độ vào hộp số tời v/ph 300 09 Góc nghiêng trung bình giếng θo 13 10 Tải trọng lên đáy khoan 12 11 Chiều cao tháp m 56 12 Đường kính tang tời mm 770 13 Loại động dẫn động 14 Tải trọng móc 15 Trọng lượng riêng thép vật liệu làm cần 5x6 mm 141 G/cm 1,5 Diezen 350 G/cm3 7,5 16 Đường kính cáp mm II.3 Tính toán công suất nâng tời khoan tốc độ Xác định tốc độ quay (n) tời: Tốc độ trục truyền: ntt = n0 = 300 = 136 (v/p) Tốc độ trục trung gian: n1tg = ntt = 136 = 49 (v/p) n2tg = ntt = 136 = 54 (v/p) n3tg = ntt = 136 = 130 (v/p) n4tg = ntt = 136 = 236 (v/p) Tốc độ trục nâng: n1tn = n1tg = 49 = 34 (v/p) n2tn = n2tg = 54 = 37 (v/p) n3tn = n3tg = 130 = 90 (v/p) n4tn = n4tg = 236 = 163 (v/p) Xác định đường kính tang tời theo lớp cáp tang tời - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ nhất: Dt1 = Dt + dc Trong đó: Dt: Đường kính tang tời (mm) dc: Đường kính cáp (mm) - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ hai: Dt2 = Dt + 2dc - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ ba: 32 Dt3 = Dt + 4dc - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ tư: Dt4 = Dt + 6dc Từ thông số 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) Tính toán hệ ròng rọc a Xác định tốc độ móc nâng: Tốc độ móc nâng tính theo công thức: Vmóc = Trong đó: Dp: Đường kính tính toán tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) Vmóc: Tốc độ móc, (m/s) nitn: Số vòng quay trục nâng tốc độ i (i = 1÷ 4) m: Số nhánh cáp làm việc Giả sử hệ hệ ròng rọc 5x6 nên: m=10 Tốc độ móc nâng cấp độ vân tốc: V1móc = = = 0.17(m/s) V2móc = = = 0.19 (m/s) V3móc = = = 0.46 (m/s) V4móc = = = 0.84 (m/s) b Hiệu suất hệ thống nâng thả: ξ= Trong đó: β=1,03: Chỉ tiêu ngược hiệu suất z=5: Là số ròng rọc động Thay số ta có: ξ=0,85 c Tải trọng móc cấp độ: Ta có công thức: Qm= Trong : Qm : Là tải trọng định mức móc nâng N : Là công suất tang tời ξ : Là hiệu suất nâng thả Vm : Là vận tốc móc Vậy ta có : Q1m = = 2500 (tấn) Q2m = = 2236 (tấn) Q3m = = 924 (tấn) Q4m = = 510 (tấn) d Tính toán trọng lượng khoan cụ Tính toán cần nặng: Dcn= (0,75÷ 0,85).dt = 0,8.215=172 (mm) Chiều dài cần nặng: Lcn = KG c q cn cosθ (1- Trong đó: K=1,25: Là hệ số cứu kẹt gd ) gt Lcn: Là chiều dài cần nặng qcn =138 (kG/m): Trọng lượng 1m cần nặng Gc =12 (tấn) : Tải trọng đáy θ0 =130 : Góc nghiêng giếng gd =1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan gt =7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng thép vật liệu làm cần Vậy ta có: Lcn = 139 (m) Trọng lượng cần nặng : Qcn= 139.0,138 = 19,18 (tấn) Tính toán trọng lượng cần khoan: Áp dụng công thức: Qck = L.qck (1- gd ) gt Trong đó: L: Chiều dài cột cần khoan Qck: Trọng lượng cột cần qck = 31,9(kG/m): Trọng lượng m cần khoan Vậy ta có : Qck = (5500-139).0,0319.(1-0,2) = 136,81 (tấn) Tính toán trọng lượng dụng cụ khoan : Q = Qcn + Qck + Qchoòng Trong : Qck : Là trọng lượng dụng cụ khoan Qchoòng = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choong Vậy: Q = 19,18 + 136,81 + 0,04 = 156,03 (tấn) Tính toán công suất nâng thả tời cấp tốc độ: Áp dụng công thức: N= Q.1000.Vmoc 102.ξ Thay số vào công thức ta kết quả: = = 306 (kW) = = 342 (kW) = = 828(kW) = = 1512(kW) Từ kết ta thấy công suất nâng tốc độ: Nhỏ : N2 = 342 (kW) < Ntời = 500 (kW) Lớn : N4 = 1512 (kW) > Ntời = 500 (kW) Ta thấy, công suất nâng thả tốc độ nhỏ n nhỏ công suất tời Trong phần ta giả sử cách mắc hệ ròng rọc 5x6 cách bố trí số ròng rọc nhỏ thỏa mãn yêu cầu đề nên ta sử dụng cách mắc để tránh lẵng phí Vì ta chọn cách bố trí hệ ròng rọc : 5x6 KẾT LUẬN Mọi thiết bị dầu khí muốn sử dụng với hiệu tốt ta phải biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ tiêu chuẩn môn thiết bị dầu khí đáp ứng điều Trên giàn khoan tời khoan vô quan trọng Nó đặc biệt cần thiết cho công tác nâng, thả dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay động 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 tời khoan, dựa vào bảng thông số cho, tính toán công suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan” giúp sử dụng tời khoan với công suất Tuy nhiên hạn hẹp thời gian hạn chế kiến thức kinh nghiệm chuyên môn nên đồ án chắn nhiều thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp chân thành thầy cô, cán chuyên môn bạn bè Từ tạo điều kiện cho em rút kinh nghiệm quý báu để vững vàng thực tế Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN THANH TUẤN giúp đỡ, tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO Quyển: Kỹ thuật khoan dầu NXB Giáo dục 1995 J.P Nguyễn, người dịch: Lê Phước Hào, Quyển: Máy thiết bị nâng NXB Khoa học kỹ thuật PTS Trương Quốc Thành, PTS Phạm Quang Dũng biên soạn Quyển: Bài giảng thiết bị khoan thăm NXB Hà Nội Trường Đại học Mỏ – Địa Chất TS Nguyễn Văn Giáp biên soạn Hướng dẫn sử dụng tời khoan Y2-55 Bài gảng thiết bị dầu thầy: Trần Văn Bản, môn thiết bị dầu khí, Đại học Mỏ - Địa Chất Cở sở tinh toán thiết kế dụng cụ khoan thầy Trần Văn Bản, môn thiết bị dầu khí, Đại học Mỏ - Địa Chất