Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy bơm khoan W-2215 chuyên dụng trong khoan dầu khí

Máng lắng

Được dùng để tách bớt một phần chất rắn trong dung dịch đã lọt qua sàng rung.

Máy tách khí

Nguyên lý cơ bản là sử dụng chênh lệch áp suất trong bình chân không của buồng máy với áp suất của các bọt khí lẫn trong dung dịch. Điều quan trọng nhất của máy tách khí là máy hút chân không để hút hết không khí trong bình tạo ra một áp suất nhỏ hơn áp suất bên ngoài.

Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan

Thùng trộn dung dịch khoan được cấu tạo đơn giản, thường để trộn sét khô, hóa phẩm và nước lã để tạo thành dung dịch khoan. Phễu trộn dùng để gia công dung dịch khoan từ sét bột, dưới sự tác động của dòng xoáy lực, xoáy cuộn để trộn đều sét, hóa phẩm và nước.

Những yêu cầu công nghệ của máy bơm dung dịch khoan

Phần cơ khí có nhiệm vụ nhận mômen truyền động từ hệ thống dẫn động và biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến trên con trượt cũng như trục trung gian truyền đến phần thủy lực để máy hút và đẩy chất lỏng vào giếng khoan. Phần thủy lực của máy bơm là nơi tiếp nhận năng lượng từ phần cơ của máy bơm để truyền năng lượng đó tới chất lỏng và di chuyển chất lỏng đó từ bể chứa qua đường ống xả vào giếng khoan.

Phần cơ khí

Bánh răng (11) được liên kết chặt với trục (9) nên trục (9) quay theo và biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến trên con trượt cũng như ty trung gian (1) để thực hiện quá trình hút và nén chất lỏng về đường cao áp. Cặp bánh răng sẽ quay như hình vẽ, dầu sẽ văng lên ngăn buồng dưới nắp (2) và chảy qua lỗ dẫn vào con trượt để bôi trơn cho con trượt ở mặt đầu của máng trượt dưới (18) người ta lắp tấm chắn dầu (26) nhờ vậy mà trong lòng máng trượt luôn luôn có một lượng dầu bôi trơn cho cụm con trượt.

Phần thủy lực

Bộ làm kín ty pittông

Nhưng con trượt thì luôn có dầu trong khoang chứa dầu của phần truyền động bôi trơn làm mát, còn cặp ma sát xylanh- pittông thì cũng luôn được làm mát bằng chính dung dịch khoan, nên hệ thống bôi trơn và làm mát ở đây chính là hệ thống bôi trơn ty bơm. Ở đây chuyển động được truyền qua các cặp bánh răng của hộp số làm thay đổi tốc độ truyền tới trục khuỷu.Từ chuyển động của trục khuỷu qua hệ thống cần bơm và chạc chữ thập truyền chuyển động quay của trục thành chuyển động tính tiến của pittông (3).

Chạy thử bơm

Nếu nóng cần xem xét chế độ bôi trơn, xem các vị trí tương quan của ổ có bị sai lệch không, nếu sai lệch đường tâm thì cần phải điều chỉnh lại. - Huỷ hoại độ nhám ban đầu của bề mặt và tạo ra độ nhám mới có các thông số và hướng xác định cho mỗi bề mặt ma sát khi chúng làm việc trong chế độ sử dụng lâu dài.

Lưu ý khi vận hành

Đặc biệt, chú ý đến các mối ghép chịu tải trọng của khối thuỷ lực vì các mối ghép này dù chỉ hơi yếu cũng dẫn đến sự phá hỏng các liên kết ren, làm mài mòn bề mặt lắp ráp, hư hỏng đệm kín. - Phải rửa sạch dung dịch ở hộp thuỷ lực khi bơm ngừng hoạt động trong thời gian dài, để tránh hiện tượng lắng đọng các hạt sét và các hạt mài trong hộp thuỷ lực, nhằm ngăn ngừa quá trình ăn mòn kim loại.

Các biểu hiện thường gặp khi vận hành máy bơm. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

- Trong khi bơm làm việc, không được tiến hành bất cứ một công việc nào liên quan đến bơm, ngoại trừ các việc xiết chặt các đệm làm kín hoặc các đai ốc, nắp van. Ngoài ra, cán bộ công nhân viên trực tiếp vận hành máy móc, thiết bị phải được thường xuyên cập nhật quy trình bảo dưỡng, vận hành thiết bị, được học kiến thức về an toàn và tự mỗi người phải có ý thức thực hiện nghiêm túc các quy định về vận hành, bảo dưỡng máy móc, thiết bị tránh những hỏng hóc, sự cố đáng tiếc xảy ra.

An toàn khi vận hành máy bơm

Để ngăn ngừa hiện tượng này, giúp bơm làm việc có hiệu quả cao hơn, chống lại được các hư hỏng có thể xảy ra cho các chi tiết, bộ phận máy thì chúng ta phải có các biện pháp bảo dưỡng và chăm sóc toàn bộ hệ thống máy bơm theo một lịch trình nào đó. Nếu một số thiết bị hư hỏng mà không được sửa chữa thay thế kịp thời thì sẽ phá huỷ và gây hư hỏng cho các chi tiết, bộ phận khác, làm gián đoạn hoạt động của hệ thống, tăng khối lượng sửa chữa.

Vấn đề bôi trơn

Lưu ý, nên chọn chất bôi trơn có độ nhớt bé mà vẫn đảm bảo được màng bôi trơn mỏng trên các bề mặt tiếp xúc, lớp màng này phải bền vững để cho tất cả các điểm tiếp xúc làm việc êm trong suốt quá trình chuyển động. Bôi trơn hệ thống máy bơm tức là phải bôi trơn toàn bộ các cụm chi tiết quan trọng, có chuyển động ma sát tương đối với nhau: như cơ cấu tay quay– thanh truyền, hộp giảm tốc, bộ gioăng làm kín, cụm xilanh– pittông.

Vấn đề bảo dưỡng máy bơm

Những yếu tố này xuất hiện do chế độ vận hành máy không đúng, do điều chỉnh các thông số làm việc không phù hợp, do việc bôi trơn không đảm bảo, làm cho các chi tiết bị biến dạng, bị mỏi, dẫn đến hỏng đột ngột như : đứt, gãy, cong, kẹt,. Quá trình này giúp ta nắm được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng, để từ đó có các biện pháp hạn chế và khắc phục hư hỏng, lập được quy trình công nghệ sửa chữa một cách hợp lý, đạt được hiệu quả kinh tế cao và giúp bơm làm việc với hiệu quả cao nhất.

Cơ sở lý thuyết của sự mòn hỏng .1 Mòn tự nhiên

Trong môi trường khí khô: tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất kim loại, thành phần hợp kim của chúng, đặc tính của môi trường khí, nhiệt độ và tính chất của sản phẩm ăn mòn, thời gian tác động của môi trường lên kim loại. Không những thế, sự có mặt của những hoá chất có sẵn trong dung dịch cũng như các hoá chất cho vào trong quá trình gia công, làm sạch dung dịch, dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ cao của máy bơm trong quá trình làm việc, chúng sẽ tác dụng hoá – lý với kim loại ở bề mặt chi tiết và gây ra ăn mòn hoá học cho chúng, làm ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả của máy bơm.

Các dạng mòn hỏng của cụm xilanh- pittong

Khi trong bơm xuất hiện các bọt khí thì chúng sẽ tập trung lại và chiếm chỗ dòng chảy, dẫn đến xuất hiện các khoảng trống cục bộ và làm diện tích dòng chảy giảm, nên các chất lỏng xung quanh xô đến với vận tốc cực lớn, làm cho áp suất tại đó tăng đột ngột, hình thành lên một áp lực lớn tác động vào bề mặt xilanh. Khi máy bơm làm việc thì pittong chuyển động tịnh tiến trong xilanh, làm xuất hiện lực mat sát giữa hai bề mặt tiếp xúc, tạo ra áp lực riêng trên bề mặt tiếp xúc giữa xilanh và pittong rất lớn, cộng với sự tác động của các hạt mài, chất oxi hoá làm cho các nhấp nhô (vết xước, vết rỗ) trên bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết nhanh chóng bị cuốn đi cùng với các lớp oxít, dẫn đến bộ truyền xilanh – pittong bị mòn rất nhanh.

Biện pháp thiết kế

Riêng đối với pittong thì trong quá trình làm việc, nó luôn phải tỳ sát vào thành xilanh, do đó bề mặt ngoài của pittong (làm từ kim loại cứng) phải lắp một gioăng cao su tổng hợp để đảm bảo sự ổn định trong quá trình làm việc của bơm. Vì vậy, trong quá trình thiết kế ta phải có các biện pháp để giảm biến dạng nhiệt này như : loại trừ sự nung nóng bơm bằng các tia mặt trời trực tiếp, đưa ra ngoài bơm hoặc làm mất các nguồn sinh nhiệt, sử dụng không khí để làm nguội động cơ dẫn động bơm,.

Biện pháp công nghệ

Ngoài ra, trong quá trình làm việc, do sự làm việc liên tục của xilanh – pittong nhằm tạo ra áp lực và lưu lượng yêu cầu nên làm nhiệt độ tại các chi tiết trong nó sẽ tăng lên, gây biến dạng nhiệt không đều theo chiều dài và chiều dày. Sự làm nhẵn bóng bề mặt bằng kim cương sẽ đảm bảo bề mặt làm việc của xilanh trong cụm thuỷ lực có độ nhám nhỏ Ra = (0,02 ÷ 0,16) μm, đồng thời biện pháp này cũng làm tăng độ cứng và độ bền mỏi lên gấp nhiều lần so với các phương pháp gia công tinh khác như mài tinh hoặc mài siêu tinh.

Biện pháp sử dụng

Quá trình mạ điện bề mặt làm việc của xilanh sẽ phủ một lớp kim loại mỏng dựa trên nguyên lý sự điện phân, mà không làm thay đổi tính chất kim loại của xilanh nhưng sẽ làm tăng thêm độ cứng, độ mài mòn và độ bóng cho nó. Nếu như ta đạt được sự hoàn thiện về kết cấu, công nghệ chế tạo và lắp đặt máy thì cũng chưa hẳn đã đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của xilanh cũng như của toàn hệ thống máy bơm, mà một điều kiện cần thiết nữa là phải có biện pháp sử dụng hiệu quả, tức là phải có quá trình vận hành kỹ thuật thành thạo và một hệ thống bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý.

Xác định hiện tượng, tình trạng, mức độ hư hỏng của chi tiết Sau khi tháo cụm xilanh – pittong ra và quan sát thấy

Dựa vào kích thước chế tạo của chi tiết và kích thước hiện tại của chi tiết, ta có thể đánh giá được mức độ và khả năng làm việc còn lại của chi tiết, để có biện pháp xử lý (còn dùng được, phải sửa hay loại bỏ). Chi tiết không dùng được là những chi tiết đã mòn quá giới hạn cho phép, không đảm bảo yêu cầu của mối ghép, không có khả năng sửa chữa phục hồi, hoặc những chi tiết có thể phục hồi được nhưng giá thành sửa chữa lớn hơn giá mua mới.

Lựa chọn phương pháp phục hồi

Nguyên nhân chính là do các hạt rắn và các chất ăn mòn hoá học có chứa trong dung dịch khoan, đồng thời cũng do hiện tượng xâm thực và do va đập, quá trình lắp ráp, bảo dưỡng, …. Với bề mặt trong của xilanh: để phục hồi lại khả năng làm việc của bề mặt này thì hiệu quả nhất là áp dụng phương pháp mạ Crôm vào vị trí ăn mòn để chống ăn mòn, tăng độ cứng, độ chịu mài mòn.

Các biện pháp sửa chữa

Đề tài này em đã trình bày một cách tổng quan về cấu tạo, đặc điểm và một số dạng mòn hỏng của máy bơm dung dịch khoan W- 2215, đồng thời cũng trình bày các biện pháp khắc phục để đảm bảo độ bền và hiệu quả sử dụng của bơm. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: T.S Nguyễn Văn Giáp, các thầy giáo bộ môn Thiết Bị Dầu Khí, Bộ môn Khoan – khai thai thác và các bộ môn thuộc Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsopertro đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian thực hiện đồ án.