CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN 1.1. Cấu tạo tời khoan: 1.1.1. Trục tang tời: Trục tang tời là bộ phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài của máy. Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành và bảo dường đòi hỏi chính xác và chất lượng. 1.1.2. Tang tời: Tang tời là thiêt bị hình trụ được lắp trên trục tang tời. Trên tang tời được xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít. Hai đầu tang được luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh. Có tang tời chính và tang tời phụ. 1.1.3. Hệ thống phanh (hãm tời): Dùng để phanh và dừng hẳn để treo bộ khoan cụ vào móc nâng trong quá trình khoan hay chống ống. Treo bộ cần khoan để điều chỉnh tải trọng. Điều chỉnh tốc độ nâng thả. 1.1.4. Côn của tời: Côn ly hợp dùng truyền momen nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn. Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn. 1.1.5. Hộp số của tời: Dùng để thay đổi tốc độ cuốn cáp của tang tời. Bao gồm: trục vào, trục ra, các trục trung gian, côn ly hợp bánh răng, bánh răng xích, xích. 1.1.6. Đầu mèo: Là tang tời nhỏ được lắp hai bên tời khoan trên một trục riêng. Đầu mèo dùng để cuốn các sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống. Có đầu mèo văn ren và tháo ren ống chống. 1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan: Là bộ phận tập trung các hoạt động điều khiển tời khoan. Có các thiết bị kiểm tra thông số tời khoan trong quá trình làm việc.
Trong giai đoạn phát triển ngành dầu khí, ngành Thiết bị dầu khí & công trình đóng góp phần quan trọng Việc áp dụng công nghệ cán kỹ thuật cấp ngành quan tâm hàng đầu Trong việc sử dụng máy móc phục vụ cho công tác khoan khai thác dầu khí, không nhắc đến tầm quan trọng tời khoan Sự vận hành nội tời khoan có ảnh hưởng lớn đến toàn hệ thống nâng thả giàn khoan Ngoài có công dụng truyền tải trọng cho choòng khoan, kéo thả dụng cụ… Việc tính toán thông số làm việc hệ thống nâng thả nói chung tời khoan nói riêng rât quan trọng, dựa vào ta lựa chọn chế độ làm việc cho hệ thống nâng thả trình khoan, thi công giàn Đây yêu cầu đặt với đồ án môn Thiết bị khoan Để hoàn thành đồ án môn Thiết bị khoan này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Thanh Tuấn, môn Thiết bị dầu khí công trình Em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy bạn cho đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Phan CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN 1.1 Cấu tạo tời khoan: 1.1.1 Trục tang tời: Trục tang tời phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài máy Vì công việc thiết kế, chế tạo, lắp 1.1.2 ráp, vận hành bảo dường đòi hỏi xác chất lượng Tang tời: Tang tời thiêt bị hình trụ lắp trục tang tời Trên tang tời xẻ rãnh xoắn theo chiều cáp để cáp khít Hai đầu tang 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 luyện cứng chống mài mòn, lắp hai băng phanh Có tang tời tang tời phụ Hệ thống phanh (hãm tời): Dùng để phanh dừng hẳn để treo khoan cụ vào móc nâng trình khoan hay chống ống Treo cần khoan để điều chỉnh tải trọng Điều chỉnh tốc độ nâng thả Côn tời: Côn ly hợp dùng truyền momen định từ trục dẫn sang trục bị dẫn Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh hoạt động hiệu tác dụng tải trọng lớn Hộp số tời: Dùng để thay đổi tốc độ cáp tang tời Bao gồm: trục vào, trục ra, trục trung gian, côn ly hợp bánh răng, bánh xích, xích Đầu mèo: Là tang tời nhỏ lắp hai bên tời khoan trục riêng Đầu mèo dùng để sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống Có đầu mèo văn ren tháo ren ống chống Hệ thống điều khiển tời khoan: Là phận tập trung hoạt động điều khiển tời khoan Có thiết bị kiểm tra thông số tời khoan trình làm việc Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo tời khoan Cáp khoan Bảng điều khiển Phanh điện từ Phanh học Xích truyền động cho bàn Rotor Môtơ điện Răng để tựa cáp khoan Đầu mèo Tay phanh học 10 Đường rãnh cáp địa vật lý 1.2 Sơ đồ động học tời khoan Qua hình vẽ 1.2, ta thấy tời Y2 - 55 có vận tốc, có vận tốc trục nâng IV truyền từ trục số qua trục đăng I trục cao tốc II hộp số Sau qua cặp bánh có tỉ số truyền 27/93 để truyền tới trục giảm tốc III Từ lực chuyền qua sang trục IV côn kép 15 Để côn làm việc khí nén nạp vào miệng 16 điều khiển từ bảng điều khiển Vận tốc thứ vận tốc độc lập, dùng để nâng êlêvatơ Nó truyền từ hộp số dẫn động qua trục đăng VIII đến IX Sau truyền đến trục IV thông qua bánh xích 7, xích cụm bánh xích 13 Cụm bánh xích 13 lắp hai vòng bi đũa Nó dùng để truyền chuyển động cho trục tời phụ X Việc đóng ngắt vận tốc số thực côn 14 thông qua miệng nạp khí 16 để cung cấp nguồn khí cho côn từ bảng điều khiển Tời phụ nhận chuyển động qua bánh xích 13, cặp bánh 19/35, xích 6, trục tời X Trục tời quay truyền chuyển động đến bánh hành tinh, đóng côn ma sát tời phụ tời phụ làm việc Để truyền chuyển động cho Rotor thông qua trục đăng trục II Cặp bánh 27/44 tiếp tục truyền chuyển động tốc độ cho trục VI Nếu đóng khớp nối vấu 19, côn MP500 bánh xích 21 truyền lực quay đến rotor với cấp tốc độ khác Ở đầu trục VII có miệng nạp khí 22 để đóng côn MP500 (20) Việc đóng ngắt côn thực từ bảng điều khiển Cấu tạo tời Y2 - 55 cho phép trục nâng tời hoạt động Rotor nhận chuyển động quay, đồng thời nguyên công quay Rotor thả khoan cụ Trong nguyên công quay thả khoan cụ, trục nâng tách khỏi nguồn cấp lực ngắt côn MP1070 (15) nối với phanh thuỷ lực khớp nối vấu Chuyển động quay lúc trọng lực ròng rọc động khoan cụ tác động Vận tốc thả khoan cụ điều chỉnh phanh học 12 mực nước vào phanh thuỷ lực Như thả khoan cụ vận tốc đều, từ từ không gây hư hỏng khoan cụ làm hỏng phanh học Hình 1.2 Sơ đồ động học tời Y2-55 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 Bảng 1.1: Các thông số tời Y2-55 STT Nội dung Đơn vị Đặc tính Công suất KW 810 Đường kính cáp Mm Ф 32 Số vận tốc Vận tốc cáp m/s 2,5 ÷ 15,8 Đường kính tang tời mm 800 Chiều dài tang tời mm 1000 Đường kính tang phanh mm 1450 Chiều rộng tang phanh mm 250 Chiều dài m cáp Ф 18 mm 3000 10 Chiều dài m cáp Ф 32 mm 900 Nguyên lý hoạt động tời khoan Trước vận hành tời, phải vào cột cần khoan ống chống để lựa 1.2.1 chọn chế độ điện cho động lựa chọn tốc độ nâng tang tời chính, lựa chọn đầu tời phụ chế độ tháo cần hay siết cần để chọn chuyển động điện Sau chọn xong chế độ trên, bật công tắc khởi động để hai động điện (17) làm việc Động điện truyền chuyển động qua khớp nối (Z = 25 Z = 28) làm quay trục trung gian quay hai đĩa xích hai đầu trục Từ hai đĩa xích này, truyền chuyển động qua truyền xích (Z= 28 Z = 38) làm quay đĩa xích tốc độ nhanh (Z = 38) truyền xích (Z = 25 Z = 77) Khi chọn chế độ làm việc tời tốc độ thả nhanh (thả cần, kéo vật nhẹ,…) đĩa xích tốc độ nhanh làm quay côn nhanh (3) để truyền chuyển động quay đến trục tời Nếu chọn chế độ làm việc tời tốc độ chậm (kéo cần, kéo vật nặng,…) đĩa xích tốc độ chậm làm quay côn chậm (2) để truyền chuyển động quay đến trục tời Tời khoan muốn làm việc phải thông qua hệ thống ròng rọc động ròng rọc tĩnh, đòi hỏi tháp phải có ổn định vững để đóng vai trò ổ tựa cho hệ thống tời khoan làm việc Trong trình làm việc, tời khoan phải tạo mômen thắng trọng lượng thân tời Cơ cấu dẫn động tang tời tạo lên mômen hãm lớn để thắng mômen quán tính phần quay khởi động mômen công suất tời đạt giá trị cực đại Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc tời 1: Cụm trục tang tời 11 Dầm đỡ 2: Côn ly hợp chậm 12 Trục truyền trung gian 3: Côn ly hợp nhanh 13 Cụm trục truyền động 4: Cụm phanh 14 Bộ phận cấp dầu bôi trơn 5: Đầu nối không khí với nước 15 Buồng điều khiển 6: Ly hợp an toàn 16 Buồng điều khiển phụ 7: Cụm trục tời phụ 17 Động điện 8: Khớp ly hợp 18 Bộ hãm quán tính 9: Đầu mèo 19 Phanh điện 10: Bộ hãm tời phụ 20 Bộ điều khiển mực nước 21 Cụm khớp ly hợp CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN STT Các thông số 01 Công suất trục tời 02 Chiều sâu giếng 03 Hệ ròng rọc 04 Loại cần khoan Đơn vị HP m III 600 6000 5x6 mm 141 05 Trọng lượng riêng dung dịch G/cm 1,5 06 Tốc độ quay chòong v/ph 270 07 Đường kính chòong mm 215 08 Tốc độ vào hộp số tời v/ph 350 θo 16 09 Góc nghiêng trung bình giếng 10 Tải trọng lên đáy khoan 10 11 Chiều cao tháp m 56 12 Đường kính tang tời mm 800 13 Loại động dẫn động 14 Tải trọng móc Diezen 330 Tìm lấy sơ đồ động học tời khoan (bánh phải có số ) choòng 2.1 Xác định tốc độ từ : * Các thông số tời: - Tải trọng móc Q = 330 T - Công suất trục tời N = 600HP = 600 x 0,736 = 441,6 kw - Hệ ròng rọc 5x6 - Số nhánh cáp làm việc m = 10 - Đường kính tang tời = 800 mm - Tốc độ từ trục dẫn động vào tời = 350 v/ph * Xác định thông số tời: - Tốc độ trục truyền: = = 350 = 158 (v/ph) - Tốc độ trục trung gian: = = 158 = 57 (v/ph) = = 158 = 62 (v/ph) = = 158 =152 (v/ph) = = 158 = 274 - (v/ph) Tốc độ trục nâng: = = 57 = 39 (v/ph) = = 62 = 43 (v/ph) = = 152 = 105 (v/ph) = = 274 = 190 (v/ph) 2.2 Xác định tốc độ móc: 2.2.1 Xác định cáp: Với hệ ròng rọc x mắc đối xứng ta có số nhánh cáp làm việc m=10 Hệ số hiệu dụng ròng rọc là: Ƞr = Trong đó: m số nhánh cáp làm việc, m = 10 Ƞ hệ số hiệu dụng puli, lấy ƞ = 0,97 Thay vào ta có Ƞr = 0,86 Sức căng lớn cáp nâng khoan cụ là: Pt = Trong đó: tải trọng lớn móc, λ hệ số tải động diesel, λ = 1,1 Ta có được: ≥ với n = hệ số an toàn ứng lực kéo đứt cáp Từ suy ≥ Thay số vào ta có ≥ 61,4 T Căn vào bảng đặc tính cáp tời ta chọn loại cáp K-PO có đặc tính sau: - Cáp có 186 sợi Đường kính cáp = 32mm Ứng lực kéo đứt cáp = 62,6 T 2.2.2 Xác định đường kính tính toán tang tời: - Số lớp cáp tang lớp để tránh hỏng mòn cho cáp Lớp thứ nhất: = + = 800 + 32 = 832 (mm) - Lớp thứ hai : = + = 800 + 2.32 = 864 (mm) Lớp thứ ba : = + = 800 + 4.32 = 928 (mm) Lớp thứ tư : = + = 800 + 6.32 = 992 (mm) 2.2.3 Tốc độ móc nâng tính theo công thức sau: = Trong đó: tốc độ móc nâng đường kính tính toán tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) số vòng quay trục nâng cấp tốc độ số nhánh cáp làm việc - = = = = 0,21 (m/s) = = 0,23 (m/s) = = = 0,57 (m/s) = = = 1,0 (m/s) 2.3 Xác định hiệu suất hệ thống thả: - Ta có công thức tính: = Trong đó: β tiêu ngược hiệu suất (β = 1,03) Z số rong rọc động Thay số ta có = 0,85 2.4 Xác định tải trọng móc tốc dộ khác nhau: - Ta có công thức tính: = Trong đó: tải trọng định mức móc nâng N công suất tang tời hiệu suất nâng thả tốc độ móc - Vậy ta có được: Q1m = Q2m = Q3m = Q4m = = 1638,1 (T) = 1495,6 (T) = 603,5 (T) = 344 (T) d Tính toán trọng lượng khoan cụ Tính toán cần nặng: Dcn= (0,75÷ 0,85).Dc = 0,8.215 = 172 (mm) Chiều dài cần nặng: Lcn = KG c q cn cosθ (1- gd ) gt Trong đó: K = 1,25: Là hệ số cứu kẹt Lcn: Là chiều dài cần nặng qcn = 138 (kG/m): Trọng lượng 1m cần nặng Gc = 10 (tấn): Tải trọng đáy θ = 160: 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 = 118 (m) Trọng lượng cần nặng: Qcn= 118.0,138 = 16,28 (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 = (6000-118).0,0319.(1- ) = 150,1 (tấn) Tính toán trọng lượng dụng cụ khoan: Q = Qcn + Qck + Qchoong + Qđt Trong đó: Qck : Là trọng lượng dụng cụ khoan Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choòng Qđt = 0,3 (tấn) trọng lượng định tâm Vậy: Q = 16,28 + 150,1+ 0,04 + 0,3 = 166,72 (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: N1 = = 403,82 (kW) N2 = = 442,3(kW) N3 = = 1096,1 (kW) N4 = = 1922,95 (kW) Nhìn vào kết ta thấy công suất nâng tốc độ nhỏ N1 = 403,82 (kW) < Ntời = 404,7 kw Do ta chọn tốc độ tốc độ để nâng dụng cụ khoan trọng lượng lớn Để sử dụng tốc độ lại thực trình nâng dụng cụ ta thực sau: tiến hành nâng khoan cụ có khối lượng lớn , sau lên đoạn dài ta thay đổi tốc độ khác lớn để nâng khoan cụ công suất nâng phù hợp với công suất tời Ta tính toán sau: Ta kéo khoan cụ với từ độ sâu 6000m lên đến 2800m: Trọng lượng khoan cụ lúc là: Qbkc = (2800-118).0,0319.(1- ) + 16,28 + 0,04 + 0,3 = 85,06 (T) Công suất nâng tốc độ = 0,23(m/s) là: N2 = = 225,65 (kW) < 404,7 kw Vậy từ 2800m trở lên ta dùng để nâng khoan cụ b Ta kéo khoan cụ với từ 2800m đến 1100m: Trọng lượng khoan cụ lúc là: Qbkc = (1100-118).0,0319.(1- ) + 16,28 + 0,04 + 0,3 = 41,7 (T) Công suất nâng tốc độ = 0,57(m/s) là: a - - N3 = = 274,15 (kW) < 404,7 kw Vậy từ 1100m trở lên ta dùng để nâng khoan cụ Còn tốc độ = m/s ta dùng để kéo làm việc chế độ không tải tải nhỏ KẾT LUẬN: Ta thực nâng thả khoan cụ với tốc độ độ sâu tương ứng sau: - Kéo khoan cụ với= 0,21 m/s từ độ sâu 6000m lên đến 2800m Kéo khoan cụ với = 0,23 m/s từ độ sâu 2800m lên đến 1100m Kéo khoan cụ với = 0,57 m/s từ độ sâu 1100m trở lên Kéo không tải tải nhỏ với = m/s 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