đồ án khoan dầu khí

LỜI NĨI ĐẦU Ngành cơng 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 Trên giàn khoan tời khoan vơ 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 rịng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để phá hủy đất đá Em nhận đề tài :"Dựa vào sơ đồ động học tời khoan, dựa vào bảng thông số cho, tính tốn cơng suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan" Đồ án em chia thành phần: Phần I: Tổng quan tời khoan khoan khai thác dầu khí Phần II: Tính tốn cơng suất nâng tời khoan Qua trình học tập trường, giúp đỡ nhiệt tình thầy NGUYỄN THANH TUẤN, em hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên trình tìm hiểu tiếp xúc chưa nhiều nên đồ án nhiều hạn chế, song hội tốt để em nâng cao nhận thức hiểu biết thiết bị cơng tác dầu khí mà cụ thể tời khoan Kính mong thầy giáo, bạn đọc đóng góp ý kiến quý báu để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tuấn tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên: Phạm Hoàng Tuấn 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 q trình thi cơng giếng khoan dầu khí tời khoan thực nhiệm vụ sau : - Thực cơng 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 chng khoan q trình phá hủy đất đá ( chủ yếu thực q trình khoan giảm tải cho chng cách treo phần trọng lượng cột cần khoan móc nâng khoan giếng khoan có chiều sâu lớn ) Ngồi ra, tời khoan cịn thực số cơng tác phụ trợ q trình xây lắp, trình khoan trình khai thác I.1.2 Yêu cầu kĩ thuật tời khoan Khi tính tốn 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 q 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 q trình kéo thả móc nâng khơng tải (đó q trình móc nâng chuyển động lên xuống mà khơng có treo cột cần khoan ống chống) - Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh tốc độ truyền tải trọng cho chng khoan tỏng q 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 thơng 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)và 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 – Trục trung gian – Ổ đỡ trục 6,7,8 - Bộ phận truyền chuyển động – Tời khoan 10 – Ly hợp ma sát 11- Ly hợp cam 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 chính; – 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 chính; 13,14 – Ly hợp bánh hơi; 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 chính; – Trục trung gian; - Ổ đỡ trục; 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động; – Ly hợp cam; 10 – Tời khoan phụ; 11 – Tời khoan chính; 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 cơng 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 Ngồi ta cịn gặp kí hiệu khác như: Д (tời dẫn động động diezen); Э (tời dẫn động động điện); (tời khơng có chế độ làm mát nước); (tời khơng có chế độ làm mát nước) Bảng I.1: Một số loại tời khoan Mỹ Loại tời 80B 110M 1320M 1625M Thông số 80VE 110VE 1320UE 1625UE Công suất định mức Nđm 750 1100 1500 2200 (kw) Số tốc độ (K) tời hoặc hoặc Chiều sâu khoan tối đa 4000 5000 6500 9000 L (m) Trọng lượng tời 22 26 45 45 (tấn)  Nguyên lý hoạt động tời khoan chọn Trước vận hành tời, phải vào cột cần khoan ống chống để lựa 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, địi hỏi tháp phải có ổn định vững để đóng vai trị 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 mơmen qn tính phần quay khởi động mơmen cơng suất tời đạt giá trị cực đại Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý làm việc tời 1: Cụm trục tang tời 2: Côn ly hợp chậm 3: Côn ly hợp nhanh 4: Cụm phanh 5: Đầu nối khơng khí với nước 6: Ly hợp an toàn 7: Cụm trục tời phụ 8: Khớp ly hợp 9: Đầu mèo 10: Bộ hãm tời phụ 11: Dầm đỡ 12: Trục truyền trung gian 13: Cụm trục truyền động 14: Bộ phận cấp dầu bơi trơn 15: Buồng điều khiển 16: Buồng điều khiển phụ 17: Động điện 18: Bộ hãm quán tính 19: Phanh điện 20: Bộ điều khiển mực nước 21: Cụm khớp ly hợp PHẦN II TÍNH TỐN CHI PHÍ CƠNG SUẤT CHO TỜI 2.1 Sử dụng hợp lý cơng suất nâng tời khoan BẢNG THƠNG SỐ TÍNH TỐN STT Các thơng số 01 Cơng suất trục tời 02 03 04 05 Chiều sâu giếng Hệ ròng rọc Loại cần khoan Trọng lượng riêng 06 07 08 09 dung dịch Tốc độ quay chịong Đường kính chịong Tốc độ vào hộp số tời Góc nghiêng trung bình 10 giếng Tải trọng lên đáy 11 12 13 14 khoan Chiều cao tháp Đường kính tang tời Loại động dẫn động Tải trọng móc 2.1.2 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) Đơn vị HP II 500 m 5500 5x6 141 1,5 mm G/cm v/ph mm v/ph θo 350 215 300 13 12 m mm 56 770 Diezen 350 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) 2.1.3 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: Dt3 = Dt + 4dc - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ tư: Dt4 = Dt + 6dc Từ thông số tời : Dt = 770 (mm), dc = 30 (mm), nên ta có: Dt1 = Dt + dc = 770 + 30 = 800 (mm) Dt2 = Dt + 2dc = 770 + 2.30 = 830 (mm) Dt3 = Dt1 + 4dc= 770 + 4.30 = 890 (mm) Dt4 = Dt1 + 6dc= 770 + 6.30 = 950 (mm) 2.1.4 Tính tốn hệ rịng rọc 2.1.4.1 Xác định tốc độ móc nâng: Tốc độ móc nâng tính theo cơng thức: Vmoc = Trong đó: Dp: Đường kính tính toán tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) Vmoc: Tốc độ móc, (m/s); nitn: Số vịng 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: 3,14.0,95.34 = 0,169(m / s) 60.10 V1moc = = 3,14.0,95.37 = 0,184(m / s) 60.10 V2moc = = 3,14.0,95.90 = 0,45(m / s) 60.10 V3moc = = 3,14.0,95.163 = 0,81(m / s) 60.10 V4moc = = 2.1.4.2 Hiệu suất hệ thống nâng thả: ξ= Trong đó: β=1,03: Chỉ tiêu ngược hiệu suất; z=5: Là số rịng rọc động Thay số ta có: ξ=0,85 2.1.4.3 Tải trọng móc cấp độ: Ta có cơng thức: Qm= Trong đó: Qm : Là tải trọng định mức móc nâng N : Là cơng suất tang tời N = 500HP = 368(kW) ξ : Là hiệu suất nâng thả Vm : Là vận tốc móc Vậy ta có: 368.0,85 = 2031 0,154 Q1m = (tấn) 368.0,85 = 1862 0,168 Q2m = (tấn) 368.0,85 = 765 0,409 Q3m = (tấn) 368.0,85 = 423 0,74 Q4m = (tấn) 2.1.4.4 Tính tốn trọng lượng khoan cụ Tính tốn cần nặng: Dcn= (0,75÷ 0,85).dt = 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 =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 tốn 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 tốn trọng lượng dụng cụ khoan: Q = Qcn + Qck + Qchoong Trong đó: Qck : Là trọng lượng dụng cụ khoan Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choong Vậy: Q = 19,18 + 136,81 + 0,04 = 158,03 (tấn) 2.1.4.5 Tính tốn cơng 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 = 158, 03.1000.0,169 = 308(kW ) 102.0,85 N2 = 158,03.1000.0,184 = 335(kW ) 102.0,85 N3 = 158,03.1000.0, 45 = 820(kW ) 102.0,85 N4 = 158,03.1000.0,81 = 1476(kW ) 102.0,85 Từ kết ta thấy công suất nâng tốc độ: Nhỏ là: N2 = 335 (kW) < Ntoi = 500 (kW) Lớn là: N4 = 1476 (kW) > Ntoi = 500 (kW) Ta thấy, công suất nâng thả tốc độ nhỏ n nhỏ công suất tời Trong phần cách mắc hệ ròng rọc 5x6 cách bố trí số rịng rọc nhỏ thỏa mãn yêu cầu đề nên ta sử dụng cách mắc để tránh lẵng phí Vì ta chọn cách bố trí hệ rịng rọc: 5x6 2.1.5 Tính tốn hợp lý công suất nâng thả tời cấp độ Để sử dụng hợp lý công suất tời khoan tiết kiệm thời gian nâng tời ta phải tính tốn chọn vận tốc nâng tời: Ntoi ≥ Q.1000.Vmoc 102.ξ Hay là: Q≤ 102.Ntoi ξ 1000.Vmoc Do Ntoi ≥ N2 nên ta chọn V2moc = 0,184 vận tốc ban đầu kéo dụng cụ khoan từ 5500 (m) lên tới L3 Tính L3: Ta có: Q3 ≤ 102.Ntoi ξ 1000.V moc = 102.368.0,85 = 70,9(T ) 1000.0, 45 Mà: Q3 =Qcn + Qck + Qchoong ⇒ Qcn + Qck + Qchoong ≤ 78,01 ⇒ Qck ≤ 70,9 - Qcn - Qchoong =70,9 – 19,18 - 0,04 ⇒ Qck ≤ 50,87(T) Mà: qck (1⇒ ⇒ Qck = (L3-Lcn) = (L3-139).0,0319.(1-0,2) (L3-139).0,0319.(1-0,2) ≤ 50,87(T) L3 ≤ 2132 (m) Tính L4: Ta có: gd ) gt Q4 ≤ 102.Ntoi ξ 102.368.0,85 = = 38,93(T ) 1000.V 4moc 1000.0,81 Mà: Q4 = Qcn + Qck + Qchoong ⇒ Qcn + Qck + Qchoong ≤ 39,39(T) ⇒ Qck ≤ 38,93 - Qcn - Qchoong =39,39 – 19,18 - 0,04 ⇒ Qck ≤ 20,17 (T) Mà: qck (1⇒ ⇒ gd ) gt Qck = (L4-Lcn) = (L4 - 139).0,0319.(1-0,2) (L4-139).0,0319.(1-0,2) ≤ 20,17 (T) L4 ≤ 929 (m) Kết luận: Ta thực nâng thả khoan cụ với tốc độ độ sâu tương ứng sau: - Kéo khoan cụ với - Kéo khoan cụ với - Kéo khoan cụ với Vmoc Vmoc Vmoc = 0,168 (m/s) từ 5500 (m) lên đến 2132 (m) = 0,45 (m/s) từ 2132 (m) đến 929 (m) = 0,81 (m/s) từ 929 (m) trở lên 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 vơ 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 rịng 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 thơng số cho, tính tốn công suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan” giúp sử dụng tời khoan với cơng suất Tuy nhiên hạn hẹp thời gian hạn chế kiến thức kinh nghiệm chuyên môn nên đồ án chắn cịn 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  ... 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 q trình thi cơng giếng khoan dầu khí tời khoan thực... Tời khoan chính; 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 cơng tác khoan dầu khí việc phân loại tời khoan. .. 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