Đồ án Quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 -500/500 trên giàn khoan Tam đảo – 01

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐẠI CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 trên giàn khoan Tam đảo – 01” Nguyễn Sỹ Cường Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 2 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu LỜI NÓI ĐẦU Nghành dầu khí là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước. Để phát triển nó cần rất nhiều các yếu tố, trong đó sự phát triển về thiết bị cũng là một nhân tố rất quan trọng. Trong quá trình đi thực tập trên giàn Tam Đảo 01. Bản thân em đã được tiếp xúc với rất nhiều thiết bị. Nhưng bộ phận tương đối mới mẻ chính là động cơ khoan topdriver. Và được sự nhất trí của giáo viên hướng dẫn, thầy Trần Văn Bản em đã được chọn đề tài tốt nghiệp làm về: ” quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 trên giàn khoan Tam đảo – 01” Chuyên đề: “tính toán thông số công suất của động cơ điện GE752 trong quá trình khoan trên biển” Mục đích của đồ án là nghiên cứu và lập quy trình công nghệ sửa chữa tổ hợp đầu quay di động dựa trên những tài liệu thu thập trong quá trình học tập và qua thực tế tại giàn khoan Tam Đảo 01 - Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro, sự giúp đỡ của quý thầy cô. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội 6/2009 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 3 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu PHẦN I: CÔNG TÁC KHOAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG CHƯƠNG I: CÔNG TÁC KHOAN Với trình độ khoa học hiện nay chưa có một phương pháp nào mà từ trên mặt đất có thể phát hiện dầu khí nằm sâu trong lòng đất hoặc trong lòng đại dương một cách chính xác. Các giếng khoan dầu khí đã được thực hiện nhằm xác định được khả năng chứa dầu, tính chất về địa chất của vùng dầu sau đó mới đem vào khai thác. chiều sâu của một giếng khoan dầu khí, để đạt được mục tiêu của nó, có thể thay đổi từ vài trăm mét đến 10.000m. Nhưng trung bình là khoảng 2.500m, giếng khoan sâu trên 3.500m, giếng khoan cực sâu là trên 4.500m, giếng khoan sâu nhất trên thế giới được biết là khoảng 15.000m . Giếng khoan là một công trình rất tốn kém, vì vậy cũng như mọi vấn đề đâu tư làm các công trình khác, cần phải nghiên cứu và lập kế hoạch hết sức kỹ càng mới thực hiện được nó. Bước đầu tiên của việc nghiên cứu này nhằm xác định cấu trúc địa tầng của tầng đất đá, sau đó mới phác hoạ được cấu trúc mặt cắt của giếng khoan trên lý thuyết. Việc xây dựng mặt cắt và các phương pháp để đạt tới mục tiêu là kết quả làm việc tập thể của nhiều người thuộc nhiều bộ phận chuyên môn khác nhau. Sau khi thiết kế và được sự đồng ý về kế hoạch khoan. dưới sự chỉ đạo của phòng công nghệ khoan và các ban nghành liên quan bao gồm đội khoan, cán bộ kĩ thuật mới bắt đầu thực hiên. Nói chung công tác khoan bao gồm các bước sau: - Công tác xây lắp và chuẩn bị mọi mặt cho công tác thi công. - Công tác khoan thuần tuý. Choòng trực tiếp phá huỷ đất đá ở đáy và tuần hoàn dung dịch. Đây là thao tác cơ bản tạo ra giếng khoan nhưng nó cần ít người tham gia nhất. Chỉ có kíp trưởng khoan trực tiếp điều Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 4 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu khiển thông qua tời, bàn quay rôto và dẫn động bộ dụng cụ phá huỷ nhờ cột cần khoan và cần chủ đạo hoặc thông các loại khoan khác. - Tiếp cần khoan: Khi khoan hết chiều dài làm việc của cần chủ đạo ta cần nối dài thêm bộ khoan cụ bằng cách gắn thêm đoạn cần khác( có chiều dài bé hơn chiều dài làm việc của cần chủ đạo) và được lắp vào cột cần khoan phía dưới. Cứ như thế cần được lặp đi lặp lại sau mỗi lần khoan hết chiều dài làm việc của cần vuông. - Công tác kéo thả: Khi choòng khoan đã mòn, cần thay choòng mới hay khi đã đạt đến chiều sâu dự kiến, bộ dụng cụ khoan phải kéo lên để thay choòng mới hay hạ ống chống. - Công tác chống ống: Hạ xuống giếng cột ống chống đã được tính toán trước và tiến hành trám xi măng theo thiết kế được duyệt. - Công tác lắp đặt đầu ống chống (đầu giếng): khi thả ống chống và trám xi măng xong, bước tiếp theo là lắp đặt các thiết bị giá treo đầu ống chống và làm phủ kín ở đầu mút phía trên của nó giữa các cột ống chống( trừ ống bảo vệ không được liên kết). Các thao tác này được thực hiện bằng tay đối với các đầu giếng trên mặt đất. các thiết bị này cũng cho phép lắp đặt các đối áp và các đường ống cao áp, trong đó có đường dập giếng và đường xả. Sau khi lắp đặt cần kiểm tra độ an toàn của giá treo ống, đối áp, và áp suất làm việc của đầu ống chống. - Công tác hoàn thiện giếng khoan: Đây là công đoạn cuối cùng( sau khi thả ống cột ống chống khai thác) gồm có công việc thả vào giếng các thiết bị cần thiết theo thiết kế như pake, ống khai thác, van an toàn thông giếng với tầng sản phẩm bằng bắn vỉa, thông tầng bằng các phương pháp xử lý axit, mở vỉa bằng phương pháp thủy lực sau đó bàn giao giếng khoan cho các công ty khai thác quản lý. - bước tiếp theo là thu dọn khoan trường và chuyển đến địa điểm mới. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 5 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG KHOAN Dầu khí là một dạng năng lượng hóa thạch tồn tại chủ yếu trong lòng đất đá nằm ở trên đất liền hoặc ở dưới biển dưới dạng các mỏ còn gọi là mỏ dầu. Để khai thác được chúng con người cần tạo một lỗ khoan vào sâu trong lòng đất. Để làm được điều đó cần có động cơ dẫn động choòng khoan. Sau đây là các phương pháp dẫn động cho choòng. 2.1 . Khoan bằng động cơ đáy Trong công tác khoan dầu khí việc sử dụng động cơ dẫn động cho choòng khoan là một vấn đề cần thiết và được tính toán hết sức cẩn trọng. Bởi nó không chỉ ảnh hưởng tới cả quá trình khoan sau này, mà còn ảnh hưởng tới kinh tế khi thi công một giếng khoan dầu khí trên biển. Trên thực tế việc sử dụng những loại động cơ dẫn động cho choòng, đã được các nhà thầu khoan áp dụng từ lâu. Qua những kiến thức trên lớp và thực tế tôi sẽ giới thiệu sơ qua về nguyên lý cấu tạo và tính năng tác dụng của những loại động cơ dùng để dẫn động quay cho choòng khoan. Có 3 loại động cơ chính dẫn động cho choòng:  Động cơ khoan điện;  Tua bin khoan;  Động cơ trục vít. 2.2.1. Khoan tuabin Từ đầu thế kỷ XX ở Liên Xô (nay là Liên Bang Nga ) đã dùng động cơ chìm để quay choòng. Vào đầu năm 1924, Tuabin khoan đầu tiên trên thế giới ra đời, chỉ có một tầng từ đó phát triển rất nhanh tới loại có hàng trăm tầng. Vào năm 1934, Nga và Mỹ đã chế tạo thành công tuabin nhiều tầng có thể từ 100 – 150 tầng, tăng công suất từ 10 – 20 lần, do đó giảm được tốc độ quay và không cần đến dùng hộp số. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 6 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Sau năm 1954, khoan tuabin là chủ yếu, hiện nay song song với các phương pháp khoan khác, tuabin vẫn được sử dụng rộng rãi. Hình 2.1: tuabin khoan Nguyên lý làm việc: Tuabin dùng cho khoan là tuabin dọc nhiều tầng giống nhau, vỏ của tuabin được nối với phần dưới của cột cần khoan bằng ren, còn trục của tuabin nối với choòng khoan. Mỗi một tầng gồm hai phần chính, phần quay được nối với trục tuốc bin gọi là Rôto. Phần đứng yên nối với vỏ gọi là Stato, Stato gồm 1 vòng thép trong đó có gắn các cánh uốn cong. Rôto cũng gồm một vòng thép bên trong cũng được gắn các bản thép cánh uốn cong nhưng ngược chiều với các cánh Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 7 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu cong của Stato. Giữa Rôto và Stato có khoảng cách hở để Rôto quay tự do, trong các cánh quạt của tuabin năng lượng thuỷ lực của dòng nước rửa được chuyển hoá thành cơ năng để quay trục tuabin được nối với choòng khoan. Dung dịch qua các rãnh uốn cong của đĩa Stato, dòng dung dịch đó bị đổi hướng, khi ra khỏi Stato có vận tốc tuyệt đối lớn đi vào các rãnh Rôto uốn cong, và vận tốc ở rãnh khi vào Rôto dòng dung dịch tác dụng xuống các cánh cong của Rôto làm đĩa Rôto quay dẫn đến trục Rôto quay. Ở Rôto chất lỏng tham gia 2 chuyển động với 2 vận tốc. Vận tốc tương đối U1 (thành phần nằm ngang) làm quay đĩa Rôto và W1 (thành phần thẳng đứng) theo hướng của cánh cong, véctơ của vận tốc tuyệt đối tiếp tục đổi hướng, và đi ra khỏi Rôto là C2, với vận tốc này dòng dung dịch đi vào rãnh của đĩa Stato. Ở tầng tiếp theo với vận tốc tuyệt đối C2 và ở đây lại lặp lại như ở tầng 1. Cấu trúc của tuabin:  Tuabin đơn: Được tạo thành bằng vỏ tuabin và gắn chặt với đĩa Stato của tuabin, ở phía bên trong có trục tuabin gắn với đĩa Rôto để treo trục. Bên trong tuabin phải có một ổ tựa dọc (ổ tựa chính) để giữ cho dung dịch khoan không xâm nhập vào ổ trục chính, do vậy người ta có thể đặt ổ tựa chính ở phía dưới để nâng toàn bộ khối Rôto. Tuỳ theo chiều dài của tuabin người ta có thể lắp từ 2-3 ổ tựa ngang. Ở phần trên cùng của tuabin là đầu nối chuyển tiếp để nối với đầu dưới của cột cần khoan. Phía dưới cùng của tuabin có đế tuabin, đế này được bịt kín giữa phần tuabin và trục tuabin nhờ một đệm đặc biệt nhằm đảm bảo áp suất làm việc của tuabin không bị hao hụt trong quá trình làm việc. *Tuabin kép: Khi khoan các tầng đất đá dẻo để thực hiện quá trình phá huỷ đất đá ở các giếng có chiều sâu lớn, do lưu lượng dung dịch nhỏ do vậy giá trị mômen và công suất của tuabin không đủ đáp ứng quá trình khoan. Vậy để đáp ứng được điều đó mà không phải thay đổi đường kính tuabin, dẫn đến tăng ổ tựa Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 8 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu số tầng tuabin, cần chế tạo tuabin dài 150-200 tầng nối với nhau. Điều này khó khăn cho vận chuyển, chính vì thế mà người ta chế tạo nhiều tuabin để nối với nhau tạo thành tuabin kép. Tuabin kép có 3 kiểu:  Các trục nối với nhau bằng khớp nối có rãnh (nối kiểu then hoa).  Các trục của các đoạn tuabin đơn nối với nhau bằng ma sát hình nón cụt.  Các trục của các đoạn tuabin được nối với nhau thông qua khớp nối kép tức là kết hợp giữa nối ma sát hình nón cụt và côn, rãnh vỏ nối với nhau bằng ren. Ưu, nhược điểm của tuabin khoan: Có thể nói Tuabin khoan là một động cơ thuỷ lực trên đáy, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thuỷ lực của dòng nước rửa thành cơ năng làm quay trục động cơ để truyền chuyển động quay trực tiếp cho choòng khoan trong quá trình phá huỷ đất đá. *Ưu điểm:  Không phải chi phí công suất để quay cột cần khoan.  Do công suất của tuabin sinh ra được truyền trực tiếp lên choòng, cho nên choòng có thể quay với vận tốc rất lớn, vì thế có thể đạt được vận tốc cơ học khoan cao hơn nhiều so với khoan Rôto.  Cột cần khoan ít chịu tải hơn, ít mòn hơn nên giảm được sự cố về cần khoan trong quá trình làm việc.  Có thể sử dụng Tuabin khoan để khoan giếng khoan xiên định hướng và khoan ngang rất hiệu quả.  Do trên miệng giếng bàn Rôto không quay cho nên giảm được tiếng ồn và cải thiện điều kiện lao động. * Nhược điểm: Tuabin làm việc với số vòng lớn ít phù hợp với đa số loại choòng chóp xoay (vì choòng chóp xoay làm việc với tải trọng lớn, số vòng quay chậm) Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 9 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Cần có máy bơm công suất lớn để bơm chất lỏng xuống dẫn động tuabin, đặc biệt đối với các giếng khoan sâu thì việc này rất khó thực hiện. Việc điều chỉnh tốc độ quay của choòng rất khó khăn, phức tạp. Quá trình bảo dưỡng, sữa chữa tốn nhiều thời gian hơn so với đầu quay di động hoặc bàn Rôto. 2.1.2. Khoan bằng động cơ trục vít (Positive Displaycement Mud Motor) Hình 2.2. mặt cắt ngang của động cơ trục vít. Hình 2.3. Hình dạng ngoài của động cơ trục vít * Động cơ trục vít có ba kiểu chính:  Động cơ trục vít tốc độ thấp  tốc độ trung bình  Động cơ trục vít tốc độ cao Có mômen quay cao rất phù hợp với quá trình cắt xiên và khoan ngang, đặc biệt việc tăng đường kính giếng mở rộng thân giếng khoan và ống chống hoặc khoan lấy mẫu đạt hiệu quả tốt. Động cơ trục vít tốc độ trung bình: Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 10 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Có thể tăng vận tốc cơ học khoan khi duy trì thời gian làm việc dài của choòng. Thường được sử dụng khi khoan giếng thẳng đứng và khoan giếng có khoảng dịch đáy lớn. Động cơ trục vít tốc độ cao: Mômen quay nhỏ được dùng để khoan ngắn hoặc cắt thân giếng khoan vì trong từng điều kiện cụ thể mà ta chỉ có thể lựa chọn chính xác phương của thân giếng, góc lệch phương thân giếng. Điều này chỉ có thể được xác định khi tải trọng tác dụng lên choòng thấp. => Động cơ trục vít có kích thước không lớn, phù hợp khi sử dụng chúng với ống mềm quấn vào tang tời, khoan các giếng có đường kính bé chiều sâu lớn. Đặc biệt khoan cắt xiên, khoan ngang và khoan những giếng có thân giếng yếu. * Ưu, nhược điểm: Mômen quay không phụ thuộc vào đặc điểm lưu lượng dòng dung dịch của máy bơm mà vẫn cho hiệu suất cao, có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm áp, có kết cấu đơn giản, tiết kiệm vật liệu chế tạo động cơ. Động cơ có đặc điểm nổi bật là tương đối bền khi bơm chất lỏng có chứa tạp chất và không có tính chất bôi trơn, bởi vì các chi tiết ít bị mài mòn, sự phân bố chất lỏng trong động cơ được tự động nhờ sự thay đổi liên tục vị trí không gian của đường tiếp xúc. Động cơ trục vít dùng để khoan các giếng khoan xiên, ngang, định hướng đặc biệt đối với các giếng khoan sâu khi khoan bằng choòng có đường kính bé và trong công tác sửa chữa giếng. 2.1.3. Động cơ khoan điện. Nguyên lý cấu tạo: Bộ dụng cụ khoan điện chìm bao gồm động cơ điện, trục truyền để lắp vào choòng khoan và bộ phận ngăn ngừa sự xâm nhập dung dịch khoan vào bên trong của động cơ. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 11 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Động cơ điện thường là động cơ không đồng bộ 3 pha ngậm dầu với Rôto ngắn mạch gồm nhiều đoạn, thân rôto làm bằng sắt từ và được lắp trên trục truyền bằng các then hoa hoặc các ren côn. Stato của động cơ gồm nhiều tấm ghép bằng sắt từ và phản từ, giữa các đoạn Rôto và Stato người ta lắp các ổ trục hướng tâm. Trục truyền có 2 loại chính là: trục ngâm dầu chạy trên các ổ bi và loại chạy trên các ổ trượt cao su. Phần dưới của động cơ có các ổ bi đỡ để tiếp nhận toàn bộ tải trọng chiều trục trong quá trình làm việc. Đầu trên và đầu dưới của trục có lắp các phớt chắn dầu. Khoảng trống trong động cơ được lấp đầy dầu, áp suất dầu trong động cơ luôn phải lớn hơn áp suất chất lỏng tuần hoàn ở bên ngoài từ 2- 3 at, để không cho chất lỏng khoan lọt vào động cơ. Phần trên của động cơ lắp 3 bộ điều áp kiểu piston: Một cái chứa dầu máy bay dẫn vào bên trong phớt, còn 2 cái chứa dầu biến áp liên thông với phần trong của thân động cơ để bổ sung áp suất cho dầu trong động cơ. Bời trong quá trình làm việc xảy ra sự rò rỉ dầu qua phớt cũng như quá trình động cơ bị đốt nóng thì áp suất sẽ giảm cần phải bù thêm. Đặc tính không tải của động cơ là dòng tăng rất nhanh khi số vòng quay tăng ít. Vì vậy khi khởi động và chất tải cần phải tăng điện áp trong quá trình làm việc thì trị số mômen cực đại thường gấp 2 lần mômen định mức. Quá trình truyền điện từ trên mặt xuống động cơ là nhờ cáp điện lắp phía trong cần khoan, chiều dài mỗi đoạn cáp tương ứng với chiều dài của cần khoan. Khi lắp cần khoan thì các đoạn cáp điện tự động nối với nhau bằng một đầu nối đặc biệt gắn trong gia mốc. * Ưu nhược điểm: Khoan bằng động cơ điện chìm về lý thuyết tỏ ra lợi thế như khoan tuabin và khoan trục vít tuy nhiên có hạn chế về mặt đặc tính của động cơ số vòng quay cao, yêu cầu kỹ thuật dẫn điện xuống động cơ phải an toàn tuyệt đối. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 12 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Tuổi thọ của động cơ không cao do phải làm việc dưới nhiệt độ, áp suất tương đối cao, khả năng bảo dưỡng phức tạp, khó khăn. Chi phí cho công tác vận hành tốn kém, động cơ cồng kềnh, phức tạp.  Qua ưu nhược điểm của động cơ điện chìm thì trên thực tế ít được ứng dụng rộng rãi do nó mang lại hiệu quả kinh tế không cao. Hiện nay loại động cơ này đang ở trong giai đoạn thử nghiệm. 2.2. Khoan bằng động cơ trên bề mặt Có 2 loại chính cơ bản: - Bàn rôto (bàn xoay); - Đầu quay di động (topdriver). 2.2.1. Bàn Rôto Chức năng và nguyên lý cấu tạo Chức năng của bàn quay rôto: Đóng vai trò là bộ truyền trung gian, biến chuyển động quay của trục nằm ngang thành chuyển động quay của trục thẳng đứng (cột cần khoan) để truyền mômen quay từ trên bề mặt xuống choòng khoan. - Chịu tải trọng của bộ dụng cụ khoan hoặc ống chống. - Tiếp nhận các phản lực từ đáy trong quá trình khoan. - Trong công tác khoan dầu khí tùy theo yêu cầu mà có thể thiết kế truyền động cho rôto bằng 2 phương án: dùng động cơ dẫn động riêng hoặc từ hộp tốc độ của tời qua bộ truyền xích hay các đăng. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 13 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 2.4. Các bộ phận chính của bàn rôto Nguyên lý cấu tạo : Bao gồm các bộ phận chính sau: trục dẫn, cặp bánh răng nón, bàn quay và hệ thống ổ đỡ (vòng bi). Cặp bánh răng nón dùng để truyền chuyển động quay từ trục dẫn nằm ngang đến bàn quay xung quanh trục thẳng đứng. Tất cả các hệ thống ổ đỡ và cặp bánh răng đều được bôi trơn bằng dầu. Đặc tính kỹ thuật của bàn rôto là: tần số quay và số tốc độ truyền công suất, tải trọng tĩnh cho phép lên rôto và đường kính lỗ bàn rôto. Để truyền chuyển động quay lên cần chủ đạo thì phía trong lỗ rôto được đặt các bạc hãm định hình theo kích thước và tiết diện cần chủ đạo (hay còn gọi là các chấu chèn). Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn rôto trong công tác khoan dầu khí thì điều kiện lỗ bàn rôto từ (400 – 700) mm. Rôto có từ 3 đến 6 tốc độ truyền và một tốc độ quay ngược để tháo cần khoan hoặc cứu chữa sự cố. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 14 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Tùy theo cách bố trí cặp bánh răng nón và các ổ đỡ (Có 2 loại ổ đỡ là ổ đỡ chính và ổ đỡ phụ) mà bàn rôto được phân ra làm 2 loại là bàn rôto có ổ đỡ chính ở trên và bàn rôto có ổ đỡ chính ở dưới. Ổ đỡ chính là ổ đỡ mà trong quá trình làm việc chịu tác dụng của toàn bộ trọng lượng cột cần khoan hoặc ống chống treo trên nó và lực ma sát giữa cần chủ đạo với bàn rôto. Ổ đỡ phụ chỉ chịu tác dụng của tải trọng từ đáy do rung động của cột khoan và phản lực đáy gây nên. a) Ưu, nhược điểm: * Ưu điểm: Bộ phận cơ khí này có kết cấu đơn giản và rất ít phải bảo dưỡng. Thời gian cho việc chuẩn bị và kết thúc các thao tác trong quá trình kéo thả dụng cụ khoan và tiếp cần rất nhanh gọn. * Nhược điểm: Không dùng để khoan lấy mẫu do phải kéo bộ dụng cụ khoan lên khỏi đáy khi tiếp cần nên dễ làm vỡ mẫu, sập thành lỗ khoan trong đất đá không ổn định. Sử dụng thiết bị đầu quay rôto không dùng được tần số cao. 2.2.2 Đầu quay di động (TopDrive) Như tên gọi, thiết bị này ngoài việc thực hiện các chức năng như đầu xoay thủy lực thông thường mà nó có thể truyền động lên trục quay. Động cơ này có thể giống với động cơ của bàn rô to độc lập, có nghĩa là động cơ điện một chiểu hoặc động cơ thủy lực. Loại động cơ thủy lực ít phổ biến vì cần lắp đặt thêm một thiết bị có công suất thủy lực đặc biệt. Thiết bị này thường được sử dụng trong các hoạt động khai thác của giếng khoan tốn kém (như ở biển bắc ) vì nó có các ưu điểm sau : - Không phải dùng cần chủ đạo - Thao tác lắp với bộ khoan cụ làm việc ở mọi độ cao - Có thể tiếp cần dựng Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 15 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Làm quay bộ khoan cụ khi nâng và tuần hoàn dung dịch (doa ngược) - Lấy lõi khoan dài - Không cần tháo rời bộ khoan cụ giữa hai giếng khoan khai thác khi việc dịch chuyển thiết bị khoan có thể thực hiện với tháp khoan đứng và cần dựng trong tháp. - Có khả năng tác động ngẩu lực tĩnh trong thời gian không xác định (chỉ trong trường hợp đầu quay lắp động cơ thủy lực) Hình 2.5. động cơ topdriver Tuy vậy, việc lắp đặt đầu quay có một số nhược điểm sau : - Phải lắp đặt một hệ thống dẫn hướng trong tháp để làm mất mômen cản - Phải gia cố kết cấu do lực xoắn phụ Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 16 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Phải tăng chiều cao tháp vì đầu quay dài hơn đầu xoay thủy lực thông thường - Phải có các ống mềm và cáp điện trong tháp khoan - Tăng khối lượng đáng kể ở trên cao - Tăng giá thành thiết bị và nhất là phải bảo dưỡng cẩn thận hơn nhiều so với hệ thống bàn rô to và cần chủ đạo. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 17 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu PHẦN II: SỬ DỤNG, BẢO DƯỠNG ĐẦU QUAY DI ĐỘNG PS2- 500/500 TẠI GIÀN KHOAN TAM ĐẢO 01 CHƯƠNG III: CẤU TẠO CHỨC NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐẦU QUAY DI ĐỘNG 3.1 Lịch sử phát triển và nguyên lý cấu tạo Từ việc khoan chủ yếu bằng phương pháp khoan đập trong những năm cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ 20 thì trong những thập niên sau này phương pháp khoan roto đã chứng minh được khả năng ưu việt của nó. Để khoan được chiều sâu lớn. Thời gian khoan nhanh, đem đến hiệu quả cao về kinh tế. Trong những năm 80 của thế kỉ 20 thì trên thế giới xuất hiện một thiết bị khoan mà chúng kết hợp với đầu xoay thuỷ lực cộng với sự quay của cột cần nhờ động cơ gắn trực tiếp. Thiết bị này người ta gọi là đầu quay di động hay con gọi là topdriver. Tập đoàn dầu khí VIETSOVPETRO đã đem vào sữ dụng đầu quay di động ps2-500/500 của hãng national oilwell (Mĩ) vào năm 1996 đã thể hiện được tính năng ưu việt của nó trên giàn tụ nâng Tam Đảo và Cửu Long. Đây cũng là dấu hiệu cho sự phát triển của nghành dầu khí nước ta sau này. Trong công tác khoan dầu khí dùng bàn Roto, cần vuông là tiêu chuẩn công nghiệp trong thời gian nhiều năm. Để lắp ráp cần khoan phải sử dụng cùng lúc nhiều thiết bị và dụng cụ. Phương pháp khoan này làm việc tốn nhiều sức lao động, làm giảm đi hiệu quả và sự cản trở phát triển. Topdrive thay đổi đáng kể việc tiếp cần khoan, truyền chuyển động quay, tăng thêm sự an toàn và hiệu quả khi khoan. Đặc biệt Topdrive làm giảm đáng kể khả năng kẹt bộ khoan cụ trong giếng khoan. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 18 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Topdrive là tổ hợp thiết bị quay gắn liền với thiết bị nâng. Vòng bi quay gắn vào thân hộp số, điều này cho phép nó vừa quay cột cần khoan vừa để đỡ cụm thiết bị. Topdrive còn tách biệt tải khi khoan và tải khi kéo thả bộ cần khoan, ống chống. Việc tách biệt tải như trên làm tăng an toàn và tăng độ bền của vòng bi quay. Topdrive bao gồm hệ thống giữ cần để vặn vào, tháo ra các mối nối trong quá trình khoan. Khi vặn vào, tháo ra các mối nối cần khoan với mômen tăng hoặc giảm được thực hiện bằng việc tăng hoặc giảm mômen vặn ở động cơ điện thông qua hộp số. Mối nối ren giữa van cầu trên và đầu nối chủ lực, van cầu trên và van giữ dung dịch, van giữ dung dịch và van cầu dưới, van cầu dưới và đầu nối làm việc được hãm bởi vành kẹp để các mối nối đó không tự tháo ra được trong khi tiếp cần và tháo bớt cần khoan. - Elevator có thể thay đổi vị trí nhờ các xi lanh gắn vào quang treo. - Elevator có thể đưa tới lỗ phụ, đẩy ra phía trước, phía sau của Topdrive để tránh giếng khoan trong khi khoan. Khả năng di chuyển đó cung cấp cho thợ khoan thao tác thuận tiện với cột cần khoan. Hệ thống cân bằng cho phép thợ khoan vặn tháo các mối nối cần khoan với sự làm giảm mòn và hư hỏng ren của mối nối. Ba chế độ của hệ thống được chọn bởi thợ khoan. Các chế độ này dùng để tách mối nối, nối các mối nối với sự kiểm soát tải lên ren và đặt xấp xỉ tải Topdrive để thả ống chống. Topdrive có nhiều cách để quay cột cần khoan khi khoan các giếng dầu khí và khi tiếp cần. Hệ thống giữ cần của Topdrive để thiết kế tiếp cần dựng. Do đó giảm được 2/3 thời gian tiếp, tháo cần khi khoan. Topdrive linh hoạt hơn bàn Roto, có thể kéo cần cùng với sự tuần hoàn dung dịch khoan, quay cùng với kéo cần, thả ống chống với cột ống dựng. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 19 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Topdrive được liên kết với hệ ròng rọc động bằng quang treo động cơ thủy lực. Một trục chính dẫn đường từ động cơ điện 1 chiều qua hộp số, một hệ thống van cầu được gắn bên trục chính, sự thiết kế này đã tạo ra tải trọng tập trung vào ổ đỡ của đầu thủy lực trong khi khoan. Topdrive làm việc có hiệu quả hơn, khả năng đặc biệt của nó là có thể doa ngược, tức là vừa kéo cần vừa quay bộ khoan cụ. Bục điều khiển của thợ khoan được thiết kế để thợ khoan thao tác đơn giản nhất. Bục điều khiển bao gồm các đèn chỉ thị để thợ khoan theo dõi tình trạng hiện hữu của các bộ phận trong Topdrive. Đồng hồ đo mômen, đồng hồ đo tốc độ quay cũng nằm trong bục điều khiển * Một số hãng chế tạo tổ hợp đầu quay di động trên thế giới - Hãng Tesco Đây là hãng chế tạo thiết bị khoan Canađa đã nghiên cứu chế tạo thành công Topdrive từ năm 1986. Sản phẩm của hãng Tesco được sử dụng trên cả đất liền và trên biển. Nó có khối lượng là 12.000pounds, do đó làm giảm tải trọng cho tháp khoan và lắp ráp cũng như vận chuyển dễ dàng. Các sản phẩm của hãng: Tesco-500T, Tesco-350T Các thông số kỹ thuật: Tesco-350T,Tesco-500T Mômen quay lớn nhất: 40000f -L6 Tốc độ quay lớn nhất : 200(v/p) Công suất: 200 - 400HP Áp suất làm việc của hệ thống thủy lực: (1000 -2000) PSi Tải trọng làm việc ( 350 - 500) T Trọng lượng: (11000 - 12000) pounds Dùng với tháp khoan có chiều cao 142ft - Hãng Rarco-BJ Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 20 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Đây là hãng sản xuất của Mỹ với nhiều loại sản phẩm TDS-3S, TDS- 4S, TDS-6S. Động cơ trên tổ hợp đầu quay là động cơ điện một chiều có công suất 1100 - 1300HP. - Hãng Maritime Hydraulics A.S Đây là hãng sản xuất Topdrive của Nauy, sản phẩm của hãng là: DDM500-DC Các thông số kỹ thuật: + Động cơ điện một chiều: GE 753USI + Áp suất thủy lực: 180 (bar) (2650PSi) + Áp suất khí nén: 7bar + Mômen quay liên tục: 44.000 N - m + Mômen quay gián đoạn: 50.000 N - m + Tốc độ quay lớn nhất: 186 v/p + Tải trọng làm việc: 500T + Chiều dài: 6935mm + Trọng lượng: 16T - National Oilwell Đây là hãng sản xuất của Mỹ, các sản phẩm chính của hãng: PS2- 500/500, PS-500/500, PS-350/500. thông số cơ bản: - tốc độ quay không tải lớn nhất : 1200 vòng/phút. - mômen lớn nhất 66200 ft-lb tuong đương với 99300 N.m. - Áp suất làm việc lớn nhất của cụm ống rữa 500 psi. - Tải trọng móc nâng lớn nhất 500 tấn Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 21 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3.2. Cấu tạo và chức năng hoạt động của đầu quay di động PS2-500/500 Topdriver là thiết bị khoan hiện đại, đạt năng suất khi khoan. Do đó nó có cấu tạo tương đối phức tạp. Do vậy, để biết rõ nó ta phải tìm hiểu kĩ. Hình 3.1. Hình dáng bên ngoài của topdriver PS2-500/500 1 – Hệ thống vành đĩa chịu lực; 2 – vành quay; 3 – Hệ thống xi lanh khí nén điều khiển elevator; 4 – elevator; 5 – Đường ống dung dịch; 6 – Hệ thống kẹp cần khoan; 7 – Hệ thống van cầu và bộ vòng kẹp. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 22 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3.2.1 Blốck cân bằng Hình 3.2. blôck cân bằng a) Cấu tạo: Block cân bằng có cấu tạo bao gồm 8 xilanh khí nén được bố trí đối xứng hai bên của dầm treo. Cơ cấu điều khiển block cân bằng bao gồm một van điều chỉnh áp suất. Hệ thống cung cấp khí nén. Tại bảng điều khiển có một áp kế đo áp suất của tính hiệu điều kiển từ van điều chỉnh áp suất và 3 bộ tiết lưu. b) Chức năng, hoạt động: Chức năng chính của hệ thống cân bằng là treo toàn bộ khối lượng của đẩu quay di động hoặc thêm khối lượng của một cần dựng hoặc khối lượng của một ống chống nhằm hổ trợ quá trình tháo và vặn cần khoan hoặc ống Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 23 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu chống. Hệ thống khí nén trong 8 xilanh khí giúp cho quá trình điều chỉnh sự thẳng đứng của cần dựng hoặc ống chống tốt hơn. Khi khối lượng kéo quá lớn toàn bộ khối lượng của topdriver sẽ được truyền cho dầm di động thông qua chốt liên kết. Sức tải của chốt này có thể lên đến 500 tấn. Chiều dài di chuyển của chốt liên kết là 11 inch do đó độ dịch chuyển của pittong trong xi lanh khí củng là 11 inch. 3.2.2. Hộp số hai tốc độ Hộp số được gắn phía trên của vành chịu lực và nằm phía dưới khung động cơ. - Thân hộp số Vỏ hộp số được kết cấu bằng hàn. Nó được lắp với vành chịu lực thông qua nhiều mối nối bằng bulong. Nắp phía trên hộp số là bệ đỡ để lắp khung giá động cơ và cổ ngổng (tuy ô khoan). Nắp hộp số cũng được liên kết với thân hộp số thông qua bulông. Phía sau và phía bên cạnh hộp số có nhiều nắp có thể tháo lắp nhằm cho phép kiểm tra toàn bộ hộp số, bánh răng, bầu lọc và cho phép bơm dầu. Hai tấm kính phía sau hộp số và que đo nhớt cho phép dễ dàng đo được mức dầu. - Hệ thống bánh răng và ổ bi Hộp số có kết cấu là một cặp bánh răng nghiêng giảm tốc. Hộp số có hai cấp tốc độ đó là : 4,05 : 1 cho tốc độ cao mômen nhỏ và 8,23 : 1 cho tốc độ thấp mômen lớn. Hệ thống ổ bi của đầu xoay di động là các ổ bi có độ côn nên có khả năng chịu lực dọc trục. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 24 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.3 Hộp số Topdrive  Hệ thống bôi trơn hộp số. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 25 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.4. Hệ thống bơm dầu bôi trơn Do hộp số đặt thẳng đứng vì vậy cân phải có hệ thông bơm dầu bôi trơn cho các bánh răng nằm phía trên. Có hai bầu lọc đảm bảo dầu bôi trơn được lọc sạch. Bầu lọc này nằm ở phía ngoài hộp số cho phép có thể thay thế nếu cần thiết. Một cái cảm biến áp suất được lắp phía trong bầu lọc có thể cho thợ khoan biết được sự mất áp suất dầu trong bơm. Trong trường hợp thợ khoan thử tháo bầu lọc ra trong quá trình vận hành đường hút dầu của bơm sẻ tự động bị van ngắt. Khả năng chứa của hộp số là 41 gallon. - Cơ cấu chuyển đổi số: Cơ cấu chuyển đổi số bao gồm một vòng thẳng đứng ăn khớp với trục trung gian tại hai cấp tốc độ thấp và cao của hộp số. Vòng này được liên kết với một xilanh thủy lực vận hành bằng khí nén. Thợ khoan điều khiển tốc độ quay của topdriver thông qua hệ thống khí nén của xilanh này. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 26 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.5. Cơ cấu chuyển đổi số 3.2.3. Cụm ống rửa Cụm ống rửa được liên kết với thân trục của đầu quay di động thông qua tuyu ô cao áp nằm ở phía trên và hộp số ở phía dưói. chức năng của nó là liên kết phần không quay là ống dung dịch với trục của hộp số nhằm tuần hoàn dung dịch khoan. cấu tạo như hình . Phía ngoài được bao kín bằng vỏ ống tuyu ô cao áp. Cụm ống rửa chỉ hoạt động tôt khi đặt nó nằm thẳng đứng. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 27 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.6. Cụm ống rửa 3.2.4. Vành quay Vành quay có cấu tạo hình trụ rỗng , bên ngoài ở hai phía đối diện có hai móc để lắp quang treo Elevator, vành quay tựa vào thân trên ổ bi con lăn và ổ trượt , phía trên vành quay có lắp bánh răng ăn khớp với bánh răng truyền chuyển động quay mômen từ mô tơ khí nén qua hộp giảm tốc đến vành quay. Bên hông vành quay ở hai phía đối diện có giá lắp ống thủy lực và giá lắp các xilanh nâng hạ quang treo Elevator. Trên thân vành quay có hàng lỗ có tác dụng như các kênh dẫn khí nén nguồn cho các xilanh nâng hạ quang treo Elevator, khí nén điều khiển van cầu trên, khí nén điều khiển van thủy lực bộ ngàm kẹp , khí nén nguồn cấp cho bộ ngàm kẹp. Vành quay có lắp hai chốt khóa, hai chốt này được điều khiển bởi hệ thống thủy lực đảm bảo ngăn chặn sự quay của vanh quay. Nó được khóa khi hệ thống kẹp ngàm hoạt động để tháo hoặc vặn cần khoan hoặc ống chống. Vành quay là nơi lắp Elevator, là một thành phần trong hệ thống chịu tải khi kéo thả bộ khoan cụ, ống chống. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 28 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.7. Vành quay 3.2.5. Cơ cấu điều khiển quang treo Elevator Do cơ cấu được gắn trên vành xoay nên Cơ cấu điều khiển quang treo Elevator cho phép điều khiển Elevator theo bốn vị trí khi khoan, vị trí trung gian, vị trí tiếp cần lỗ phụ và vị trí tiếp cần chung. Cơ cấu được trang bị hệ thống khí nén, với hai xi lanh tác dụng kép gắn với hai cánh tay móc với elevator, hệ thống khí này được nối với hệ thống hộp điều khiển bằng van điện từ giúp cho quá trình điều khiển elevator trở nên dễ dàng. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 29 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.8. Cơ cấu điều khiển quang treo Elevator 3.2.6. Bộ đẩy Elevator Bộ đẩy Elevator hoạt động bằng khí nén với các công tắc thao tác trên bảng điều khiển có tác dụng làm thay đổi vị trí quang treo và Elevator. Khi khoan Elevator được đẩy ngược lại, tùy theo vị trí của Elevator mà thực hiện công tác kẹp cần hay thao tác cáp địa vật lý. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 30 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Công tắc trên bảng điều khiển bộ đẩy Elevator “LINH TILT: DRILLING/NEUTRAL/MOUSE HOLE/RACKING” - Công tắc có bốn vị trí lựa chọn cho phép Elevator có thể di chuyển theo phương ngang so với giếng. - Ở vị trí DRILLING: Elevator được đẩy ngược trở lại không gây cản trở cho cột cần khoan. - NEWTRAL: Elevator được treo tự do thẳng hàng với giếng khoan. - MOUSE HOLE: Elevator được đẩy ra xa so với ống thủy lực. - RACKING: Elevator được đẩy ra xa để thực hiện công tác gắp cần khoan phục vụ cho công tác ghép nối. Elevator thuộc hệ thống khí nén Topdrive PS2 - 500/500 3.2.7. Bộ ngàm kẹp cần Bộ kẹp cần hạn chế sự vặn xoắn của chuỗi cần khoan và ống chống trong suốt quá trình tháo và lắp. Hai xilanh thủy lực được bố trí đối diện hoạt động được nhờ khí nén. Hệ thống kẹp có thể có áp suất lên đến 2000 PSI. Khi hệ thống kẹp nhả áp suất trong xi lanh thường cố định với áp suất từ 100 đến 200 PSI. Trong xilanh có hệ thống lò xo để kéo bộ kẹp trở lại vị trí ban đầu. Bộ kẹp cần được điều khiển tại bảng điều khiển của đốc công khoan bằng nút bấm “grab” gồm hai lựa chọn pull và push. Nút pull là hệ thống kẹp cần hoạt động. Một đèn tín hiệu được bật sáng để chỉ thị. Tính hiệu này là tính hiệu điều khiển được gửi đến bộ kẹp. Hình3.9. Hệ thống kẹp cần Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 31 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3.2.8. Ống thủy lực Ống thủy lực được kết nối với vành quay và bộ ngàm kẹp cần. Có chức năng chuyển đổi mômen từ bộ kẹp tới vành quay để tháo vặn cột cần khoan và ống chống. Ống thủy lực là buồng chứa dầu thủy lực. Có bầu lọc và hệ thống ống thủy lực bơm thủy lực van an toàn cụm van điều khiển định hướng. Hình 3.10. Ống thủy lực/ Bộ ngàm kẹp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 32 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3.2.9. Hệ thống van cầu Hình 3.11. Bộ van cầu chống phun 1 – đèn tính hiệu điều khiển van cầu trên 2,4,6 – vòng kẹp 3 – van khống chế dung dịch 5 - elevator IBOP (Internal Blow Out Preventor) là thiết bị chống phun bên trong cần. Đó là một loại van đối áp được đặt giữa đầu quay và cột cần khoan có tác dụng phòng ngừa dầu khí phun trong cần. Hệ thống van cầu gồm có van cầu trên điều khiển từ xa bằng khí nén, van cầu dưới điều khiển bằng tay, mối nối ren giữa các van và đầu nối sau khi vặn chặt được khóa bởi các vòng kẹp giữa van cầu trên và van cầu dưới. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 33 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3.2.9.1. Van cầu trên Van cầu trên được gắn trực tiếp với đầu trên của trục chính với một đầu nối ren thuận đường kính 7"5/8 theo tiêu chuẩn của API. Bên trong có một van cầu với đường kính lỗ 3". Hai cơ cấu dẫn động khí nén dùng để điều chỉnh van đóng mở. Mỗi bên của van được gắn với một cơ cấu dẫn động để cung cấp một mômen quay 400lb.ft để đóng van. Ngoài ra trục của cơ cấu dẫn động có chỗ để clê vào đóng mở bằng tay khi cần thiết. 3.2.9.2. Van cầu dưới Van cầu dưới được lắp ráp nhằm cho phép tháo lắp hệ thống van khi cần thiết. Nó cũng có một quả cầu, quả cầu này tương đương với quả cầu trong van cầu trên. Nó được đóng bởi một cần khóa nằm phía ngoài. Đầu trên được nối với van khống chế dung dịch, đầu dưới được gắn với thiết bị chống mòn. 3.2.9.3. Bộ vòng kẹp Khi động cơ truyền động để quay choòng khoan hoặc khi doa ngược mô men từ động cơ có thể làm chặt hay nới lỏng các mối nối của hệ thống van cầu do đó cần có hệ thống kẹp nhằm giữ chặt các mối nối một cách cố định. Cấu tạo của bộ vòng kẹp tương tự cấu tạo của hệ thống tăng đơ giúp chúng ta có thể nới lỏng hoặc xiết chặt dễ dàng. Bộ phần tiếp xúc là các vấu ma sát. 3.2.9.4. Van khống chế dung dịch khoan Phần giữa của van cầu là van khống chế dung dịch khoan. Nó là đầu nối chuyển tiếp giữa van cầu trên và van cầu dưới, đầu trên của nó có kích thước cỡ ren 6"5/8 ăn khớp với ren đầu dưới của van cầu trên; đầu dưới nối với van cầu dưới. Chức năng của van khống chế dung dịch là tự động đóng mở, duy trì áp suất dung dịch tới 90PSi trên đường ống sau khi bơm dung dịch ngừng hoạt Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 34 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu động. Để làm được điều này tại khoảng không vành xuyến giữa van khống chế dung dịch và luôn được cung cấp bởi áp suất Áp suất làm việc của van: - Lớn nhất: 150PSi - Nhỏ nhất: 90PSi 3.2.10. Cơ cấu dẫn hướng Xe lăn dẫn đường gồm có 4 cụm xe lăn, hai cụm dưới gắn vào thân Topdrive PS2 - 500/500, hai thanh trên gắn vào khung giá động cơ điện. Mỗi cụm xe lăn có cấu tạo: con lăn gắn vào thanh đàn hồi . Topdrive được hướng dẫn trong đường ray bởi hệ thống con lăn lò xo nên thiết bị dễ dàng di chuyển theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên yêu cầu với đường ray phải thẳng hàng không cong vặn, bóp méo, các con lăn có khả năng tự điều chỉnh khe hở giữa nó và đường ray. Với hai tầng lò xo cho phép giới hạn chuyển động con lăn, với hệ thống lò xo này giúp con lăn luôn tiếp xúc với bề mặt của đường ray. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 35 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.12. Hệ thống dẫn hướng 3.2.11. Hệ thống làm mát Topdrive PS2 - 500/500 được làm mát bởi một hệ thống thổi, phin lọc, bộ phận thải chất bẩn, bộ phận phun tia lửa điện. Tất cả các hệ thống này gắn trên khung động cơ và cách ly với động cơ bởi một vòng cao su được đặt giữa khung hệ thống thổi, khung động cơ. Động cơ ba pha 15HP cung cấp khí sạch qua phin lọc vào khoang động cơ và hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra khi làm việc. Hệ thống làm mát này được điều khiển bởi cơ cấu cung cấp khí đặt trên giàn khoan. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 36 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.13. hệ thống làm mát động cơ điện Chú thích : 1: Động cơ khoan 2: Cửa kiểm tra 3: Cổng vào của không khí làm mát 4: Máy quạt không khí 5: Đường ống quay vòng dòng khí 6: Vỏ bọc bằng cao su 7: Thiết bị lọc 3.2.12. Các đường ống phụ trợ Những thông tin điều khiển nguồn khí nén ở dưới điều chỉnh hệ thống cân bằng được chuyển tới Topdrive qua các đường ống phụ trợ, các đường ống này đuợc bao bọc bởi một lớp mạ kẽm chống gỉ, một lớp vỏ bọc bên ngoài gắn chặt hệ thống dây có tác dụng đỡ trọng lượng hệ thống và đảm bảo an toàn cho hệ thống dây. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 37 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Các hộp nối dùng cho việc nối các đầu ống dây của hệ thống, các đường phụ trợ, nó được đặt trên mặt bằng làm việc của tháp. 3.2.13. Hệ thống khí nén Yêu cầu của nguồn khí nén là phải sạch, có nhiệt độ hóa hơi thấp hơn nhiệt độ của môi trường với áp suất nhỏ nhất là 100Psi. Khí nén luôn được sấy khô và lọc sạch bởi một hệ thống phin lọc có thể lọc hạt bụi cỡ 25μm. Các thành phần được điều khiển bằng hệ thống khí nén gồm các bộ phận dưới đây:  Hệ thống cân bằng  Hệ thống tín hiệu của dầm cân bằng  Hệ thống khóa hộp số và hệ thống kẹp cần  Bộ hãm động cơ khoan  Hệ thống bơm thủy lực của hệ thống kẹp  Hệ thống tính hiệu điều khiển hệ thống kẹp  Động cơ khí quay vành quay  Bộ hãm của động cơ khí quay vành quay  Chốt khóa của vành quay  Bộ điều khiển hệ thống van cầu  Hệ thống lọc  Bộ phận chuyển đổi  Hệ thống điều khiển quang treo elevator Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 38 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 3.14. sơ đồ phân phối khí nén 3.2.14. Hệ thống điều khiển tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 Hệ thống điều khiển tổ hợp đầu quay Topdrive PS2 - 500/500 được biểu diễn qua bảng điều khiển mà trên đó thể hiện tất cả các chức năng của Topdrive. Các thành phần chính của hệ thống điều khiển:  Thiết bị cho người vận hành, bảng điều khiển.  Bảng chuyển tiếp tín hiệu điều khiển  Các hệ thống dây điện và thiết bị phụ trợ Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 39 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Bảng chuyển tiếp gồm có các bộ phận tiếp xúc một chiều để mở nguồn điện cho động cơ. Một chương trình điều khiển các chức năng của hệ thống một cách chính xác và hợp lý. Hình 3.14 Sơ đồ hệ thống điều khiển Topdrive PS2 - 500/500 3.2.14.1. Thiết bị và bảng điều khiển cho người vận hành Đồng hồ mômen quay, đồng hồ vận tốc động cơ và các loại đèn báo cùng với công tắc điều khiển Các chức năng của hệ thống: Topdrive PS2 - 500/500 Hộp nối trên tháp Các thiết bị điều khiển bảng điều khiển Trung tâm điều khiển của giàn Bảng chuyển tiếp tín hiệu điểu khiển Động cơ điện Bàn Roto Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 40 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu  Điều khiển bộ đẩy Elevator.  Điều chỉnh mômen quay khi tháo vặn đầu nối.  Điều khiển từ xa đóng mở hệ thống van cầu trong cần.  Điều chỉnh phanh động cơ.  Điều khiển công tắc chuyển tiếp.  Điều khiển mômen quay động cơ, mômen quay giới hạn khi vặn. Bảng điều khiển có các đèn báo chỉ dẫn xác định trạng thái chức năng của từng thiết bị trong quá trình vận hành:  Phanh động cơ.  Hệ thống điều khiển từ xa van cầu trong.  Điều khiển bơm thủy lực.  Động cơ làm mát.  Nhiệt độ của đầu quay.  Hệ thống phòng chống cháy nổ.  Đèn báo trạng thái cho ta biết sự hoạt động của:  Hệ thống bơm thủy lực.  Độ cao của đầu quay so với ròng rọc tĩnh ở đỉnh tháp,  Trạng thái chất làm mát. 3.2.14.2. Bảng chuyển tiếp tín hiệu điều khiển Topdrive được điều khiển từ phòng SCR và nguồn điện được nối giữa chúng qua bảng chuyển tiếp tín hiệu. Các thiết bị trên bảng điều khiển chuyển tiếp tín hiệu gồm có:  Các bộ tiếp xúc một chiều.  Chương trình điều khiển.  Các thiết bị điện xoay chiều phụ trợ.  Các thiết bị của giàn được liên kết để ghi lại tốc độ và mômen quay của trục chính. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 41 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu  Các tín hiệu điều khiển được nối với hệ thống bằng chương trình của người điều khiển. 3.2.14.3. Các hệ thống dây điện và chất lỏng phụ trợ Các hệ thống dây chuyển tiếp như: Hệ thống dây điện, dây dẫn khí và các đường ống thủy lực được nối giữa mặt đất và hộp nối, giữa các hộp với các đầu nối được đặt trên hệ thống đầu quay giúp cho tổ hợp làm việc thuận tiện và an toàn. 3.2.15. Nguyên tắc hoạt động của Topdrive PS2 - 500/500 3.2.15.1. Khoan thuận Đây là kiểu khoan cơ bản của các chủng loại thiết bị khoan xoay nói chung và của đầu quay di động nói riêng. Quá trình khoan như sau: Hệ thống đầu quay và bộ khoan cụ đi xuống Mở đầu nối giữa cột cần khoan và đầu nối bảo vệ, dùng mômen quay của động cơ dẫn động và mômen chống xoay của ống thủy lực Kéo đầu quay lên và mở Elevator Thợ trên cao cài chốt cho cần khoan trong Elevator, thợ ở dưới sàn đưa cột cần khoan vào trong để nối cần Hạ thấp đầu quay cho đến khi đầu nối bảo vệ tới hộp của cơ cấu vặn cần Xoay và vặn đầu nối, dùng động cơ dẫn động để giữ và kẹp cần trong quá trình nối cần người ta dùng ống thủy lực tạo mômen giữ chặt cần khoan lại Tiếp tục khoan đi xuống 3.2.15.2. Khoan ngược Bộ đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 cho phép doa ngược lỗ khoan để ngăn ngừa sự kẹt cần và giảm sự hình thành rãnh do quá trình tuần hoàn dung dịch. Quá trình doa ngược được thực hiện như sau: Kéo bộ đầu quay Topdrive trong khi vẫn thực hiện quá trình quay của động cơ dẫn động cho đến hết một cần dựng Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 42 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Ngừng quá trình tuần hoàn và quay Tháo đầu nối bên dưới dùng mômen quay của động cơ dẫn động Tháo đầu nối bên trên giữa cần khoan và đầu nối bảo vệ. Mômen giữ của bộ ôm kẹp cần và mômen xoay của động cơ dẫn động Nhấc cần khoan dùng Elevator, đặt cần khoan vào giá dựng Hạ thấp hệ thống đầu quay xuống sàn, nối đầu nối bảo vệ với đầu nối cần khoan dùng mômen quay của động cơ dẫn động và bộ ôm kẹp cần tạo mômen giữ Tiếp tục quá trình doa ngược Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 43 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu CHƯƠNG IV: CÁC DẠNG HỎNG HÓC, CÔNG TÁC SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG ĐẦU QUAY DI ĐỘNG Bất kì một thiết bị nào trong tất cả các lĩnh vực kinh tế đều phải có công tác kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa thiết bị. Topdriver là thiết bị hiện đại là thiết bị chính yếu trong công tác khoan. Vì vậy, kiểm tra bảo dưỡng có vai trò quan trọng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế. 4.1. CÁC DẠNG HỎNG HÓC, NGUYÊN NHÂN, CÁCH KHẮC PHỤC 4.1.1. Phanh động cơ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Phanh động cơ không hoạt động Nguồn khí đang ở trạng thái tắt Bật nút mở sự hoạt động của phanh Đường khí bị tắc, kẹt Thông hoặc thay đường khí bị tắc Ruột phanh bị thủng Thay ruột phanh bị thủng Má phanh bị mòn Thay má phanh Van xả nhanh bị hỏng Thay van xả nhanh hỏng 4.1.2. Hệ thống làm mát Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Quạt gió không quay Công tắc bị nhả Thay hoặc khởi động lại công tắc Bộ chuyển mạch khóa môtơ quạt gió bị đóng Nhả bộ chuyển mạch khóa Quạt gió quay nhưng môtơ khoan không khởi động Rơle áp suất hỏng hoặc không điều chỉnh được Chỉnh hoặc thay rơle áp suất Môtơ khoan khởi động nhưng không quay nhấp nút on và off Bộ trao đổi nhiệt bị hỏng Thay thế bộ trao đổi nhiệt Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 44 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Mạch điện điều kiển của nút ngắt nhả có thể bị lỗi. Thay thế mạch điện điều khiển Bộ quạt gió rung quá mức Quạt gió mất cân bằng do bị bụi hoặc mất trọng lượng hoặc quá mòn Nếu quạt gió bị bẩn có thể làm sạch, nếu quạt gió bị mòn hoặc mất trọng lượng cần gửi về xưởng để sửa chữa hoặc thay thế. Mô tơ quạt gió chạy song không đủ làm mát cho động cơ Nguồn điện cung cấp không đủ công suất hoặc đường khí thổi quá hẹp Xem lại hệ thống cung cấp dòng điện hoặc đường thổi khí Bộ cảm biến độ ẩm phát hiện có nước trong động cơ Bộ phận trao đổi nhiệt có thể bị hỏng Thay thế thiết bị trao đổi nhiệt Động cơ khoan bị quá nhiệt Hệ thống làm mát bằng nước cho động không phù hợp Kiểm tra hệ thống bơm làm mát và đường cung cấp nước tới thiết bị trao đổi nhiệt có bị hẹp hay không 4.1.3. Hệ thống cân bằng Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Khắc phục Hệ thống cân bằng không treo đầu quay di động đúng với tiêu chuẩn làm việc. Van cung cấp khí chính bị đóng Mở van cung cấp khí Van cung cấp khí cho hệ thống điều khiển phân phối, vị trí thợ khoan bị đóng Mở van Hệ thống điều chỉnh gắn trên bộ phận mở van không khớp Kiểm tra và điều chỉnh lại Hệ thống phân phối không vận hành đúng Thay thế hoặc điều chỉnh van này lại Van phân phối trể không nhận được khí vào Kiểm tra lại hệ thống cung cấp khí cho van Bộ tiêu âm không cho phép giải phóng khí Tháo bộ tiêu âm, sữa chữa hoặc thay thế Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 45 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu thải Bầu lọc bị tắc Kiểm tra lại bầu lọc thay thế các thành phần theo yêu cầu. Đảm bảo hệ thống đường tháo tự động làm việc Cửa thông của bầu cân bằng bị kẹt Kiểm tra lại cửa thông làm sạch bùn và lớp sơn chống rỉ Hệ thống túi cao su trong bầu lọc bị thủng Thay thế Bóng đèn tại vị trí trung tam không sáng Van giới hạn không được lắp ráp đúng Lắp ráp lại van Bóng đèn tại vị trí trung tâm bị cháy Thay lại bóng 4.1.4. Hộp số hai tốc độ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hộp số quá nóng, nhiệt độ trên 95°C Mức dầu trong hộp số quá thấp Đổ thêm dầu vào đúng mức Hệ thống bôi trơn bị thu hẹp Lau sạch phin hút, thay thế bầu lọc, kiểm tra lại miệng vòi Tính chất dầu bôi trơn bị mất hoặc bị nhiểm bẩn Tháo và làm sạch hộp số thay thế dầu theo đúng tiêu chuẩn kỉ thuật Vận hành với tốc độ cao và mô men lớn trong khi nhiệt độ môi trường xung quanh quá cao Lắp ráp lại hệ thống làm mát dầu trong hệ thống bôi trơn Hộp số bị rung và gây tiếng động bất thường Vận hành khi ổ bi bị hư hoặc răng hộp số bị rổ Thay thế lại ổ bi và gia công lại bánh răng 4.1.5. Bộ ngàm kẹp đầu nối cần khoan Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Bộ ngàm kẹp không đóng hoặc mở Bơm dầu không làm việc Bộ xả giảm thanh bị tắc, phin lọc khí bị tắc Xem hướng dẫn sử dụng bơm dầu Rửa hoặc thay bộ xả, thay lõi phin lọc khí, thông nút xả tự động Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 46 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Phin lọc dầu tắc Thiếu dầu trong ống chứa Lưới lọc đường hút dầu bị tắc Chất bẩn và dung dịch bám vào sau cụm chấu kẹp Cụm chấu kẹp cọ xát thành bộ ngàm kẹp Thay lõi phin lọc dầu Đổ thêm dầu đủ mức Làm sạch lưới lọc Tháo nút phía trên bộ ngàm kẹp và rửa sạch chất bẩn Làm sạch bôi trơn thành trong bộ ngàm kẹp 4.1.6 Vành quay Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Vành quay không quay Ống xả giảm thanh tại vị trí van áp suất có thể bị ngẹt hoặc mặt ngoài bị xước, mặt trong bị bám bẩn Lau sạch hoặc thay thế ông xả giảm thanh Chốt khóa không co lại Kiểm tra lại hệ thống xi lanh điều khiển chốt khóa Phanh hãm không nhả Kiểm tra lại hệ thống cung cấp khí, bé nhất là 50 psi. Rỉ sét hay chất bẩn đọng lại trong khe giữa vòng bi và ống lót thân chính Bơm dầu hộp số vào khe giữa ống lót và vòng bi Động cơ khí vận hành không đều theo hai chieu thuận và ngược Điều kiện nhiệt độ môi trường quá thấp. Băng đá tạo ra trong động cơ khí trong thời gian vận hành khiến cho động cơ hoạt động thất thường Làm tan băng trong động cơ, cung cấp khí áp suất cao cho động cơ Hộp số bị quá nhiệt. Nhiệt độ hộp số vượt Mức dầu trong hộp số quá thấp Thêm dầu đến mức cần thiết Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 47 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu quá 200 độ F Bánh răng của hộp số bị rổ hoặc vòng bi bị hỏng Thay thế vòng bi và bánh răng 4.1.7. Hệ thống van cầu Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống van cầu trên không đóng hoặc mở Nguồn khí bị đóng Đường khí bị tắc Cơ cấu khí nén không làm việc Mở nguồn khí Thông hoặc thay đường khí bị tắc Thay cơ cấu hỏng 4.1.8. Cơ cấu điều khiển quang treo Elevator Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Cơ cấu không làm việc Nguồn khí bị ngắt Van tăng áp bị hỏng Van xả nhanh bị hỏng Ti xilanh bị bám keo bẩn Mặt trong xilanh bị khô Kiểm tra nguồn khí Thay van tăng áp Thay van xả nhanh bị hỏng Làm sạch ti xilanh Bơm dầu bôi trơn vào trong khoang xilanh 4.1.9. Cơ cấu dẫn hướng Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Con lăn bị nghiêng Con lăn không quay Con lăn kêu cót cét Con lăn phát ra âm thanh lớn khi lăn Cụm con lăn không thẳng Vòng bi con lăn bị hỏng Vòng bi không được bôi trơn Con lăn bị mòn rát phẳng Căn chỉnh cụm con lăn Thay vòng bi hỏng Bơm mỡ vòng bi con lăn Thay con lăn bị mòn 4.1.10. Hệ thống phòng ngừa cháy nổ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống phòng ngừa Nguồn khí không có Mở nguồn khí Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 48 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu cháy nổ không làm việc hay áp suất dưới mức làm việc Nguồn khí không đủ cấp Khí lọt ra ngoài nhiều hơn lượng khí cung cấp Tăng lưu lượng của hệ thống cung cấp Sửa các vòng đệm làm kín, tăng lưu lượng khí 4.1.11. Hệ thống van điện từ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Van không hoạt động Nguồn khí chính cung cấp bị đóng Nguồn khí điện cung cấp bị ngắt Mở van cung cấp khí Mở nguồn khí điện cung cấp Van hoạt động không theo ý muốn Khí xả từ đường ống van bị cản Mở rộng làm sạch hay thay thế cửa van 4.1.12. Hệ thống lọc Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống lọc không lọc hoặc áp suất không đủ lớn Nguồn cung cấp khí bị đóng Mở nguồn cung cấp khí Tất cả các bộ phận đều sữ dụng nguồn khí Phải tăng dung lượng dòng chảy cho hệ thống cung cấp khi Nguồn khí thoát ra ngoài quá lớn vượt quá khả năng cung cấp Sửa chữa lại van xả khí hoặc gia tăng dòng khí 4.2. Công tác bảo dưỡng và chăm sóc kỷ thuật Để đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sử dụng tổ hợp đầu quay Topdrive PS2 - 500/500, chúng ta phải thực hiện công tác bảo dưỡng và chăm sóc một cách hợp lý theo một kế hoạch nhất định. Bởi vì chi phí cho thời gian khoan là rất lớn. 4.2.1. Các thiết bị đo và kiểm tra. - Đồng hồ đo công suất của đầu quay - Kiểm tra độ thăng bằng bằng thước và đồng hồ đo - Kiểm tra độ song song bằng các dụng cụ đo vạn năng Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 49 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Độ không tiếp xúc, khe hở được kiểm tra bằng vết sơn và thước căn ( thẳng hoặc nghiêng ) - Chiếu tia rơnghen : dùng để kiểm tra các mối hàn đặc biệt và chất lượng của vật đúc - Dùng phương pháp quan sát, các vết nứt, uốn, xoắn bằng cách quan sát bên ngoài bằng mắt hay các thiết bị quang học ( kính lúp, kính có độ phóng đại lớn ) Tất cả các thiết bị dùng để đo và kiểm tra tổ hợp đầu quay di động đều phải được kiểm tra, định giá trị đo và điều chỉnh theo sự hướng dẫn của nhà chế tạo 4.2.2. Tiêu chuẩn về chống ăn mòn các chi tiết - Bảo vệ tất cả các bề mặt kim loại tránh ảnh hưởng của thời tiết, nước biển và các loại hoá chất ăn mòn khác. - Làm sạch dầu mỡ, dung dịch khoan, muối và các chất nhiễm bẩn trên bề mặt bằng dung môi, hơi nước, alkali. - Tất cả các bề mặt phủ một lớp inorganic với độ dày từ 2 đến 4 mm. Sau đó phủ một lớp dầu tự do phenolic với độ dày từ 2 đến 4 mm và ngoài cùng phủ một lớp sơn an toàn alky anmel. - Phải để lớp phủ bên trong khô rồi mới phủ lớp kế tiếp lên trên 4.2.3. Dầu mỡ bôi trơn cho Topdrive Khi thêm dầu hoặc thay dầu cần phải ngăn chặn quá trình nhiểm bẩn hoặc không pha trộn thêm các loại khác vào dầu hoặc mỡ bôi trơn. Lúc đầu sử dụng cần thay trong vòng 3 tháng hoặc 6 tháng đối với lần sau. Bầu lọc của hộp số và các bộ phận khác cần phải thay 6 tháng một lần. 4.2.3.1. Dầu thủy lực - Lựa chọn 1 : mobil SHC 525 syntheic oil. Đặc trưng về độ nhớt là 8.2, chỉ số độ nhớt đặc trưng bé nhất 145, cấp độ nhớt theo tiêu chuẩn ISO là 46. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 50 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Lựa chọn 2 : mobil SHC 524 syntheic, đặc trưng về độ nhớt 6.1, chỉ số độ nhớt bé nhất là 140, cấp độ nhớt theo tiêu chuẩn ISD là 32. 4.2.3.2. Hộp số và ổ đỡ dọc chính Mobil SHC dùng cho hộp số và ổ đỡ. Độ nhớt đặc trưng 487 SUS, chỉ số độ nhớt 142, cấp độ nhớt theo tiêu chuẩn ISO là 100. 4.2.3.3. Vành quay - Lựa chọn 1 : mobil SHC dùng bôi trơn hộp số và ổ bi, độ nhớt đặc trưng 1122 SUS, cấp độ nhớt theo tiêu ISO là 100 - Lựa chọn 2 : mobil SHC dùng bôi trơn hộp số và ổ bi, độ nhớt đặc trưng 726 SUS, cấp độ nhớt theo tiêu chuẩn ISO là 150. 4.2.3.4. Động cơ khí, ổ đỡ vành quay, hệ thống điều khiển quang treo elevator và bộ phận bánh răng dẫn hướng. - Lựa chọn 1 : mỡ chịu áp lực CML, cấp 1.lithium 12, dạng bánh, dùng trong mùa đông. - Lựa chọn 2 : mỡ chịu áp lực CML, cấp 1. lithium dạng hổn hợp gốc, dùng trong mùa đông. 4.2.4. Kiểm tra, bảo dưỡng Topdrive PS2 - 500/500 4.2.4.1. Bảo dưỡng kiểm tra hàng ngày (Hình 3.1) a) Bôi trơn ( 1 đến 3 ống bơm bằng tay cho mỗi vị trí ) - Bơm mỡ tất cả các con lăn, xe lăn dẫn đường - Bơm mỡ bộ gioăng ống rửa mỗi lần sau 8 giờ làm việc - Bơm mỡ khớp nối xilanh nâng hạ quang treo Elevator - Bơm mỡ chốt giữ ngàm kẹp - Bơm mỡ hộp để trượt trên ống thủy lực - Bơm mỡ Elevator - Bơm mỡ vành tiếp hợp cho van cầu trên - Bơm mỡ đĩa của phần di động - Vành quay Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 51 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Vị trí tai treo elevator - Ống thủy lực - Xilanh hệ thống kẹp Hình 4.1. Các vị trí bảo dưỡng hàng ngày b) kiểm tra mức dầu - Kiểm tra que đo dầu của hộp số hoặc thông qua tấm kính nằm phía sau hộp số - Kiểm tra mức dầu trong ống thủy lực c) Xem xét hệ thống ống kẹp cần khoan. - Kiểm tra bằng mắt hàng ngày tại hệ thống kẹp cần 4.2.4.2. Bảo dưỡng kiểm tra hàng tuần (Hình 3.2) - Bơm mỡ phớt chắn đầu dưới ống rửa Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 52 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Bơm mỡ phớt vòng bi trên của trục vào hộp số - Bơm mỡ chốt móc - Lắp vú mỡ vào và bơm mỡ van cầu trên - Bơm mỡ vào vành tiếp khí - Bơm mỡ ngàm kẹp - Bơm mỡ chốt hãm vành quay - Bơm mỡ vành quay - Kiểm tra mức dầu trong hộp số - Kiểm tra độ xiết chặt của các bulông vòng kẹp khóa van cầu Hình 4.2 Các vị trí bảo dưỡng hàng tuần 4.2.4.3. Kiểm tra bảo dưỡng hàng tháng - Bơm mỡ khớp nối giữa trục động cơ và hộp số ( tháo nút bịt ra, lắp vú mỡ vào bơm, sau đó tháo vú mỡ ra, lắp nút bịt lại) Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 53 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Bôi mỡ lên vành răng của vành quay - Thay lưới lọc không khí làm mát động cơ điện. Hình 4.3 Các vị trí bảo dưỡng hàng tháng 4.2.4.4. Bảo dưỡng kiểm tra hàng quý - Thay phin lọc đường ra của bơm dầu hộp số - Bôi mỡ lên vành kẹp van cầu: tháo vành kẹp ra, bôi mỡ vào các mặt tiếp xúc 4.2.4.5. Bảo dưỡng kiểm tra nửa năm - Thay dầu hộp số - Thay dầu vành quay Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 54 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Thay dầu trong ống thủy lực - Bơm mỡ vòng bi động cơ điện - Kiểm tra phin lọc khí trên đường khí cấp vào 4.2.5. Kiểm tra hàng ngày hoạt động của hộp số - Kiểm tra mức dầu trong hộp số - Kiểm tra nhiệt độ tại đường ống dẫn dầu, hộp số sau 2 giờ làm việc - Kiểm tra phin lọc dầu - Kiểm tra độ rung động các đầu nối - Kiểm tra độ bẩn các bình tích - Kiểm tra hoạt động của bơm dầu 4.2.6. Kế hoạch kiểm tra và bảo dưỡng các thiết bị điện Đây là kế hoạch đặt ra để kiểm tra, bảo dưỡng động cơ dẫn động GE752, máy biến thế, động cơ làm mát, kế hoạch này dựa trên sự hoạt động tính theo giờ đã làm việc của các thiết bị. Tuy nhiên có thể điều chỉnh phù hợp với điều kiện cụ thể. Các thiết bị Công việc cần làm Số giờ làm việc Máy phát điện, động cơ dẫn động, động cơ làm mát Dùng khí nén làm sạch khu vực 500 Các thiết bị điều khiển công tắc tơ, các thiết bị báo và bảo vệ mạch điện kiểm tra tình trạng làm việc, thay thế sữa chữa Kiểm tra độ chính xác của các thiết bị 500 Bảng điều khiển Làm sạch tất cả các thiết bị, công tắc điều khiển 1000 Các bulông vít liên kết Kiểm tra độ chặt 2000 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 55 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Công tắc tơ, rơle điện và các đầu nối đồng hồ đo Làm sạch sữa chữa các đầu nối Các thiết bị cách điện nên thay thế nếu cần thiết kiểm tra các đầu nối đảm độ chặt liên kết kiểm tra độ chính xác của đồng hồ đo 5000 4.2.7. Kiểm tra bên ngoài các chi tiết 4.2.7.1. Cơ cấu quang treo Quang treo được tháo từ dầm cân bằng, các thành phần của quang treo gồm : - Chốt, chốt chính và dầm cân ngang. - Kiểm tra bằng mắt chốt. chốt chính và dầm ngang. Hàng ngày về sự rạn nứt, dấu hiệu mệt mỏi của thiết bị. - Hàng tuần kiểm tra các thành phần của quang treo về độ mài mòn và bóp méo, sự nới lỏng giảm khả năng làm việc, điều chỉnh và tra dầu mỡ bôi trơn. - Ngoài việc kiểm tra hàng ngày, hàng tuần, cứ sau hai năm quang treo lại được kiểm tra lại kĩ lưỡng. 4.2.7.2. Dầm cân bằng - Hệ thống cân dầm cân bằng được nối với móc nâng của hệ thống ròng rọc qua chốt chính. Hệ thống dầm cân bằng tiếp nhận tải trọng từ quang treo và truyền tới moóc nâng. - Hàng ngày kiểm tra bằng mắt hệ thống dầm chịu lực về sự rạn nứt và dấu hiệu của sự mệt mỏi. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 56 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu - Hàng tuần hay sau ca làm việc kiểm tra dầm chịu tải về độ mài mòn,về sự bóp méo, sự nới lỏng - Ngoài sự kiểm tra bằng mắt thường ha 4.2.7.3. Cơ cấu khung động cơ Hình 4.4. khung động cơ Khung động cơ là bộ phận liên kết các phần khác nhau của topdriver. Nó là nơi lắp đông cơ, gắn cơ cấu dẫn hướng, dầm cân bằng. Do đó đây là nơi chịu lực chính của topdriver. Kết cấu dạng khung được liên kết bằng các mối hàn. Các chi tiết khác liên kết với nó bằng bu lông và bằng đinh tán. Nó chịu Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 57 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu lực chính là lực dọc trục do trọng lượng của toàn bộ trọng lượng cẩn khoan, và chịu mô men xoắn do quá trình quay cần khoan gây ra. Vì vậy, hàng ngày phải kiểm tra khung đỡ tại các vị trí hàn, sự nới lỏng các mối nối bằng bu lông và các đinh tán. Trong vòng 6 tháng phải tiến hành kiểm tra sự ăn mòn của khung, sự bóp méo biến dạng do chịu lực. Sự mất các thành phần. Cứ 5 năm phải tháo các bộ phận để kiểm tra bằng bột từ 4.2.7.4. Vành xuyến quay bộ dụng cụ Hình 4.5 vị trí bảo dưỡng vành quay Nó được đồng trục với với trục chính của topdriver. Vành xuyến được nâng bởi ổ đỡ có tải trọng cho phép làm việc 500 tấn và có khả năng quay độc lập với trục chính của topdriver. Khi đặt tải lên ổ đỡ, ổ đỡ được đỡ bởi một vòng đỡ. Vòng đỡ này lại được đỡ bởi vòng liên kết, nó liên kết giữa thân trong và vòng đỡ do đó tải trọng sẽ được truyền từ vành xuyến tới thân trong và khung đỡ của topdriver. Hàng tuần hay sau khi có sự cố như va cham xung đột cần kiểm tra vết rạn nứt, dấu hiệu của sự làm việc mệt mỏi, sự mòn hỏng do ăn mòn do ma sát, hay sự bóp méo và nới lỏng. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 58 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hàng năm vành xuyến phải được tháo ra để kiểm tra bằng bột từ để kiểm tra vết nứt tế vi vết nứt bên trong mà mắt thường không nhìn thấy. Trình tự tháo vành xuyến quay bộ dụng cụ theo cac bước sau : Tháo hệ thống van cầu trong cần Tháo đầu tiếp hơi và thiết bị tạo mô men xoắn Tháo bộ xi lanh của chốt khóa và miếng đệm, tháo nắp bảo vệ các đường ống bên trên và ở mặt bên của vành xuyến quay bộ dụng cụ. Tháo hai miếng vòng liên kết, nhấc cẩn thận vòng đỡ, vòng đỡ ổ bi và ổ đỡ. 4.2.7.5. Vòng đỡ và vòng liên kết Hình 4.6. vòng đỡ và vòng liên kết Chú thích : 1 – vị trí chịu lực cắt 2 – bộ phận chịu lực đỡ của elevator Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 59 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu 3 - ổ bi đỡ Để có thể kiểm tra vòng đỡ và vòng liên kết thì cơ cấu vành xuyến quay bộ dụng cụ phải được nhấc lên 4 hoặc 5 inchs để có thể tháo vòng liên kết. Tháo cơ cấu xilanh chốt khóa, vòng đệm đặt giữa khung đỡ và vành xuyến quay bộ dụng cụ khoan. Vành xuyến quay bộ dụng cụ cần phải được đỡ khi vòng liên kết được tháo ra. Vòng liên kết gồm hai miếng hình bán nguyệt, chúng có thể dễ dàng được tháo ra trong khi ổ đỡ và vành xuyến được nhấc lên. Vòng liên kết sẽ được tháo ra từ thân trong. Hàng tuần hay sau ca làm việc kiểm tra thành phần phía dưới về sự rạn nứt hay dấu hiệu mòn mỏi. 4.2.7.6 Trục chính topdriver Hình 4.7. trục chính topdriver Cứ 5 năm thì tháo trục ra để kiểm tra. Việc tháo trục ra được tiến hành như sau : Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 60 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Tháo khung động cơ, hệ thống gioăng xoay, các đường ống phụ trợ nắp cổ ngổng, vỏ hộp số và ổ đỡ trên. Tháo hệ thống van cầu cơ cấu truyền động của nó. Tháo hệ thống xi lanh chốt khóa. Tháo các đường ống phía trên và bên cạnh của bộ vành xuyến quay bộ dụng cụ khoan. Tháo vành xuyến và thân ổ đỡ dưới. nhấc bộ vành xuyến ra. Hàng tuần kiểm tra bằng mắt phần dưới của trục về độ mài mòn, sự bóp méo, hỏng hóc, các vết nứt. Hàng năm phải kiểm tra từng phần của trục bằng bột từ. Cứ 5 năm kiểm tra từng phần của trục, đặc biệt là vai đỡ của trục, tháo ra nếu cần thiết. 4.2.7.7 Cụm van cầu Hình 4.8. cụm van cầu khống chế dung dịch Để tháo cụm van cầu trước hết ta tháo nắp bảo vệ và cơ cẩu truyền động. Đầu nối bảo vệ và van tiết kiệm dung dịch phải được kiểm tra theo catalogue của hảng chế tạo nation oilwell. Van cầu trên và van cầu dưới củng có thể tiếp xúc với nhà chế tạo để hỏi thông tin. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 61 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hàng tuần kiểm tra về sự mài mòn, sự bóp méo, sự nới lỏng, sự hư hại và các điều kiện bôi trơn. Hàng năm ngoài việc kiểm tra bằng mắt thì cụm van cầu phải được tháo ra để kiểm tra bằng bột từ. kiểm tra độ mài mòn, sự nới lỏng và các vết nứt. 4.2.7.8. Elevator Hình 4.8. elevator Elevator là bộ phận để kéo trực tiếp cần khoan và ống chống. vì vậy cần kiểm tra tại các bộ phận : 1 – sự hỏng để và bạc dẫn 2 – mòn hỏng bulông và các lổ 3 – vòng đai khóa cột cần và ống chống 4 – sự phá hủy của lò xo 5 – móc nối trực tiếp với cần elevator 6 – sự mòn hỏng của then 4.2.7.9. Bộ kẹp cần Bộ phận giữ và truyền mô men từ động cơ điện GE752 quay trục động cơ topdriver xuống cần khoan. Hổ trợ công tác tháo vặn cần khoan và ống chống. kiểm tra hệ thống chôngs và mối hàn của bộ kẹp nhằm duy trì áp suất trong xi lanh, tránh sự rò rỉ và giảm áp suất thủy lực. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 62 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 4.10. hệ thống kẹp cần 4.2.7.10 Cụm lò xo và con lăn Hình 4.11. cụm lò xo và con lăn 4.2.7.11 Ống thủy lực Các vị trí cần khiểm tra như hình dưới đây : Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 63 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Hình 4.12. ống thủy lực 4.2.7.12. Đường ray dẫn hướng Hình 4.13. hệ thống con lăn dẫn hướng Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 64 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu CHƯƠNG V: HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỮ DỤNG ĐẦU QUAY DI ĐỘNG TẠI XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO 5.4.1. Tăng hiệu quả và giảm giá thành khoan Không tốn thời gian lắp và nhấc cần vuông. Không phải tốn thời gian nhấc đầu thủy lực và cần vuông khi đang khoan. Thực hiện công việc nối vào ở bên dưới, trong khoan định hướng không cần các dụng cụ bề mặt sau mỗi lần nối. Tăng thời gian khoan thuần túy, giảm được công tác kéo thả. 5.4.2. Vừa xoay vừa đẩy cột cần khoan đi xuống Một đặc điểm quan trọng của Topdrive là vừa kéo cần vừa tuần hoàn dung dịch Việc liên tục xoay có ý nghĩa quan trọng là giảm ma sát khi chuyển cần khoan trong khoan định hướng hay khoan ngang. Giảm chi phí cho chất phụ gia và bôi trơn, ít bị kẹt cần. 5.4.3. Có thể tháo và vặn cần khoan tại vị trí bất kì Topdrive cho phép nối các mối nối ở bất kỳ vị trí nào trên tháp khoan; điều khiển vặn vào, tháo ra các mối nối từ xa nhanh chóng; tháo nối được nhiều loại đầu nối vì thế giảm rủi ro cho các thiết bị vặn cần và khóa càng cua. Van cầu trên và van cầu dưới kiểm soát an toàn áp suất trong cần. Do không phải dùng cần vuông nên giảm được độ mòn cho thiết bị chống phun BOP. 5.4.4. An toàn cho công nhân Trong quá trình tháo vặn cần khoan, găng tay của công nhân khoan rất dể bị cuốn vào các mối ren của cần, thực tế nếu khoan bằng khoan roto hiện tượng này xảy ra rất nhiều còn trong khoan bằng topdriver với sự trợ giúp của Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 65 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu máy vặn cần AR3200 thì hiện tượng này không xảy ra. mặt khác, công nhân rất ít khi sữ dụng khóa càng cua nên công nhân đỡ mệt hơn và an toàn hơn. 5.4.5. Tiết kiệm dung dịch khoan Van giữ dung dịch khoan được lắp trên thân của van cầu trên, tự động đóng khi áp suất dung dịch xuống khoảng 60PSi và tự động mở khi áp suất dung dịch tăng trở lại. 5.4.6. An toàn cho giếng khoan Do thời gian khoan nhanh hơn rất nhiều so với khoan bằng bàn rôto trong cùng một điều kiện cùng khoan một lỗ khoan. Vì thế, việc tránh được những tình huống bất lợi như sụt lở thành giếng khoan hoặc tránh được hiện tượng mất dung dịch hoặc phun trào của tầng địa chất bất thường. 5.4.7. Giảm nhẹ việc thả ống chống Tại giàn tự nâng Tam Đảo 01 ống chống được đặt trên hệ thống côngxôn của giàn. Mỗi khi chống ống chống với sự trợ giúp hệ thống cần cẩu và topdriver việc di chuyển cột ống chống trở nên dễ dàng hơn. Mặt khác, quá trình thả và vặn ống chống củng nhanh nhờ thiết bị vặn ARC3200 và hệ thống slip điều khiển bằng khí nén 5.4.8.Tăng năng suất khi khoan Hiện tại để thuê một giàn khoan như giàn tự nâng Tam Đảo 01 chúng ta phải trả 20 ngàn USD mỗi ngày tức là 0.6 triệu USD mỗi tháng. Nếu thời gian để khoan càng ngày càng kéo dài thì lợi ích kinh tế bị giảm xuống. Vì vậy, việc giảm thời gian khoan xuống là vấn đề bắt buộc. thời gian khoan cũng phụ thuộc rất nhiều yếu tố. ví dụ nó phụ thuộc vào yếu tố thiết bị, yếu tố môi trường, yếu tố địa chất của vùng đất khoan, yếu tố cấu trúc giếng khoan Theo thống kê được tại giàn khoan Tam Đảo 01 việc khoan bằng đầu quay di động đem lại hiệu quả rất cao. Thể hiện thông qua vận tốc thương mại là 1459 m/tháng.máy, chiều sâu trung bình khoan được là 5000 m. trong đó có giếng có góc nghiêng trung bình đến 70 độ, do đó độ dời đáy có thể 2500 m. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 66 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Để so sánh được tính hiệu quả khi sữ dụng đầu quay di động ta có thể so sánh với khoan bằng tổ hợp bàn rôto trong cùng một điều kiện khoan. Ta có bảng so sánh sau : phương pháp khoan Khoan Thuần Túy Kéo Thả Bơm Trám Phụ Trợ Sửa Chữa Chờ Đợi Khắc Phục Hỏng Hóc Tiếp Cần Tổng Rô to 167.4 62.16 88.58 357.9 16.62 8.76 13.29 714.7 topdriver 160.3 83.69 65.83 166.7 9.15 16.16 18.8 8.84 529.47 Bảng 5.1: bảng chi phí thời gian cho 1000 m khoan tính bằng giờ. Ta có thể so sánh hiệu quả của topdriver thông qua các loại vận tốc khoan. Ta có bảng sau : đoạn khoan Choòng Khoan Phưong Pháp Khoan số mét khoan thời gian khoan vận tốc cơ học vận tốc hiệp khoan 500 đến 2000 m 444.5 Max-G1 A962 983.7 39.48 24.91 10.67 Rô to 783.8 37.64 20.82 9.68 444.5 Max-G1 A962 566.1 34.35 16.48 8.39 Rô to 546 36.75 15.35 8.08 Oligocene thưọng 311.1 ATM-11H A962 A800 94.3 16.5 5.72 2.83 Rô to 96 26 3.69 2.24 Móng 215.9 ATM15 CGD A675 97.1 13.49 7.07 2.99 Rô to 143.1 28.49 5.02 2.92 2115.9 MF37OLD A675 94.7 13.62 6.95 2.94 Rô to 155.5 27.65 4.18 2.46 Bảng 5.2: So sánh vận tốc khoan giữa rô to và topdriver. 5.4.9. Những hạn chế khi sữ dụng đầu quay Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 67 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu  Phải lắp đặt một hệ thống dẫn hướng trong tháp để làm mất mômen cản  Phải gia cố kết cấu do lực xoắn phụ  Phải tăng chiều cao tháp vì đầu quay dài hơn đầu xoay thủy lực thông thường  Phải có các ống mềm và cáp điện trong tháp khoan  Tăng khối lượng đáng kể ở trên cao  Tăng giá thành thiết bị và nhất là phải bảo dưỡng cẩn thận hơn nhiều so với hệ thống bàn rô to và cần chủ đạo. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 68 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN GE752 TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN TRÊN BIỂN Điều kiện để động cơ điện nói chung và động cơ GE752 nói riêng là phải sinh ra một mômen và một lực khắc phục được lực và mômen do phụ tải ngoài gây ra, năng lượng hay phần công suất mà động cơ sinh ra phải bằng phần năng lượng tiêu thụ. Trong động cơ GE752 phần tiêu thụ bao gồm:  Năng lượng cung cấp cho động năng quay của hệ Ađ  Năng lượng tổn thất nhiệt của động cơ Q  Năng lượng do sức cản Ac  Năng lượng biến dạng đàn hồi Ađh Giả sử động cơ sinh ra một công A. theo định luật bảo toàn năng lượng ta có: A= Ađ + Q + Ac + Ađh Chia hai vế phương trình cho thời gian ta được phương trình công suất : N = Nđ + Ntn + Nc + Nđh Đây là phần công suất cần thiết của hệ thống topdriver. 6.1. Tính động năng của hệ thống Phần quay của động cơ bao gồm: Trục động cơ, trục và bánh răng hộp số, trục động cơ topdriver, cột cần khoan và choòng khoan. Trong quá trình hoạt động phần năng lương do động cơ GE752 cung cấp cho hệ thống chuyển động quay nên phần động năng là phần động năng quay không có phần động năng chuyển động tịnh tiến. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 69 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Xét trong một trường hợp cụ thể ta có bảng thông số sau: Mômen quán tính Vận tốc góc Trục động cơ điện Jđcđ ωđcđ Trục và bánh răng Hôp số J1,J2.,Jk ω1,ω2...,ωk Trục động cơ Jđc ωđc Cột cần khoan Jcc ωđc Choòng khoan Jck ωđc Tính toán : - phần đông năng quay của trục động cơ điện : Ađcđ = 2..2 1 đcđđcđJ  - phần động năng quay của trục và bánh răng hộp số : Ahs =   k iikk JJJJ 1 222 22 2 11 ..2 1).............. 2 1  - do trục động cơ, cột cần khoan và choòng khoan quay với cùng một vận tốc góc ω do đó phần động năng tổ hợp bao gồm : A =  2).. 2 1 đcckccđc JJJ  Do vậy : phần động năng quay của hệ thống Ađ = Ađcđ + Ahs + A theo công thức thực nghiệm: 7.12 .... nLDCA d trong đó : C - hệ số phụ thuộc độ cong của giếng lấy C = 22,6 .10-5 Góc nghiêng của giếng khoan Hệ số C 3 18,8 . 10-5 3 5 (22.628,8).10-5 6 9 (35,2 3.40 ).10-5 Bảng 6.1: bảng hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng d - Tỉ trọng dung dịch khoan lấy 310.53.,1d kg/m 3 L - Chiều sâu giếng khoan lấy L = 4500 m n- Tốc độ quay của choòng khoan lấy n = 63 vòng/phút D- Đường kính cần khoan lấy D = 135 mm Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 70 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu N0 Đường kính cần khoan 1 60.73 2 89.102 3 114127 4 127 146 5 140 168 Bảng 6.2: Bảng thông số đưòng kính cần khoan khoan công suât dùng cho động năng quay  N = 22,6 .10-5.1,53.13,52.4500.( 60 63 )1,7 = 380 (kw) 6.2. Năng lượng mất mát do sức cản Trong bất cứ máy móc nào đều có tổn thất về năng lượng. Trong động cơ topdriver cũng vậy nó cũng hao tổn một phần công suất. hao tổn này thể hiện ở các mặt sau :  Hao tổn do ma sát ở các bộ phận truyền động.  Sức cản thủy lực do cột cần xoay trong dung dịch khoan.  Sức cản của đất đá trong thành lỗ khoan. 6.2.1. Hao tổn ma sát do các bộ phận truyền động Việc truyền tải cơ năng từ trục động cơ đến choòng thông qua một hệ thống gồm hộp số và trục động cơ. Trong hộp số tổn thất ma sát chủ yếu từ các ổ bi. Sự trượt giữa các răng bánh răng hộp số. giữa các bộ phận vành quay, hệ thống điều khiển quang treo với trục động cơ. Tuy vậy, do quá trình bôi trơn đảm bảo và lượng năng lượng mất mát không đáng kể ta có thể bỏ qua sự tính toán này. 6.2.2. Sức cản thủy lực Trong quá trình khoan luôn luôn tuần hoàn dung dịch, dung dịch là tổ hợp gồm nhiều pha trong đó có pha rắn lỏng khí. Vi sự ảnh hưởng của nhiệt độ áp suất độ nhớt của dung dịch khoan có thể biến đổi, việc tính toán tổn thất thủy lực phải tính đến các yếu tố này là quá phức tạp. mặt khác trong giếng Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 71 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu khoan không thể thẳng hoàn toàn nên sẻ có một phần cột cần khoan tiếp xúc trực tiếp với thành lỗ khoan. Để tính được phần tổn thất này ta phải giả thiết cần khoan xoay trong dung dich đồng pha với độ nhớt dung dịch đo được bằng dụng cụ đo và dòng chảy coi như ổn định chất lỏng tuân theo chất lỏng niutơn. Tổn thất này gồm hai phần. Phần thủy lực chảy trong cột cần và phần thủy lực chảy trong khoảng không vành xuyến. Tính toán : Ta có: d  dzrdzr dr rddF dr dv ....2...2.....   Trong đó : μ độ nhớt của chất lỏng dv vận tốc tương đối của dung dịch và cột cần trong mặt cắt ngang dr: Vi phân bán kính dòng chảy ω: Vận tốc góc cột cần dz: Vi phân chiều dài cột cần r: Bán kín dòng chảy.  Lực hãm ma sát trong thành trong của ống d dzr.....21   Với r bán kính phía trong của cột cần Và lực hãm ma sát phía ngoài của thành ống: dzRd .....22   Với R bán kính phía ngoài thành ống Mômen cản thủy lực mặt trong: dzSdzrdrdM ....2.....2. 1211   Mômen cản thủy lực mặt ngoài của ống: dzSdzRdRdM ....2.....2. 2222   Trong đó S1, S2 là diện tích mặt cắt ngang thành trong và thành ngoài ống  Tổng mômen cản thủy lực lên cột cần khoan trong thành ống.  dzSSdMdMdM )...2 2121   Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 72 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu  Vi phân công suất dùng trong sức cản thủy lực dzSSdMdN )..(..2. 21 2   Công suất dùng để tiêu tán do sức cản thủy lực:   lSSdzSSdNN l tl )..(..2)..(..2 21 2 21 2 0  l: Chiều dài cột cần khoan Ntl =  4500.)041.005.0.(.23,460 63..2.2 22     = 43 (KW) 6.2.3. Công suất phá hủy đất đá Trong quá trình khoan, tại phần đáy lổ khoan choòng khoan luôn tiếp xúc trực tiếp với đáy lổ khoan và đè lên đáy lổ khoan một tải trọng đáy là G. Trong quá trình khoan đất đá bị choòng khoan một lực cắt trượt theo mặt cắt ngang và một sức kết dính của đất đá. Do đó tại một phân tố diện tích dF của choòng khoan sẽ chịu một lực ngang dFCfGd ..  trong đó : G – tải trọng đáy f – Hệ số ma sát trượt của choòng và đất đá C – Sức kết dính của đất đá dF – Diện tích một phân tố tiếp xúc trực tiếp Suy ra, mômen cản trên một phân tố dF: )...(. dFCfGrdrdM   Với drdF . (diện tích một phân tố cung tròn) Vậy: rdrCfGdM )...(  Mômen cản của đất đá tác dụng lên choòng khoan là : M =   FF rdrCfGdM )..,(  Công suất phá hủy đất đá: N = m.ω ( Kw). Theo thực nghiệm công suất phá hủy đất đá: Nc = 46,4 .10-4.k.Gc.Dc.n Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 73 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Dc: Đường kính choòng khoan K: Hệ số phụ thuộc độ mòn của choòng khoan k = 1 nếu choòng mới; k = 0.2 nếu choòng đã mòn. Gc - tải trọng đáy điều kiện Gc > F.σ với 2 .. knDF zc nz : Hệ số phủ của răng = 205.1  k: Hệ số mòn của răng k = 5.11 Dc : Đưòng kính của choòng lấy Dc = 200 mm N: tốc độ quay của choòng lấy n = 63 vòng/phút N0 Đường kính choòng khoan(mm) 1 118135 2 135161 3 190214 4 214243 5  243 Bảng 6.3: bảng thông số đường kính choòng khoan б: áp lực phá hủy của đất đá Có rất nhiều loại đất đá, ở đây ta lấy đất đá cứng trung bình khi đó áp lực σ = 25 Kg/cm2.  Nc = .2 1 46,4 .10-4.0,7.202.1,07.63 = 43,8 (Kw) 6.3. Năng lượng của quá trình tỏa nhiệt Trong quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng. Một phần năng lượng bị tiêu tán trong máy điện. phần năng lượng đó biểu thị dưới dạng công suất tổn thất ∆P. Phần năng lượng này sẻ biến thành nhiệt năng đốt nóng máy điện và tỏa ra môi trường xung quanh. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 74 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Thực tế, nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh tỉ lệ với nhiệt độ máy điện nên sau một thời gian nhiệt độ của máy điện trở nên ổn định. Nếu xét tất cả xảy ra trong quá trình phát nhiệt thì việc tính toán rất khó khăn bởi vì động cơ điện có cấu tạo bởi rất nhiều vật liệu khác nhau như thép kĩ thuật điện, dây cuốn bằng đồng, vật liệu cách điện. Các bộ phận lại làm việc trong những điều kiện khác nhau, có bộ phận tĩnh có bộ phận quay, hệ số dẫn nhiệt cũng khác nhau. Việc tính toán có thể không tính được. do vậy, ta phải đưa ra một số giả thiết : động cơ là một hệ thống gồm nhiều vật đồng chất trao đổi trực tiếp với môi trường thông qua hệ thống làm mát, có hệ số dẫn nhiệt λ như nhau, nhiệt độ mọi điểm là như nhau. Độ tỏa nhiệt tỉ lệ bậc nhất với nhiệt độ động cơ. Nhiệt độ của môi trường coi như không đổi và không phụ thuộc và nhiệt độ của động cơ. Tính toán: Giả sử công suất phát ra của động cơ là P, hiệu suất động cơ là μ, ta có tổn thất công suất ∆p = P.  1 Nhiệt lượng sinh ra trong động cơ trong khoản thời gian dt là: ∆q1= P.dt Phần nhiệt lượng làm nóng động cơ: ∆q2 =m.c.dt Trong đó: m: Khối lượng động cơ; C: Nhiệt dung riêng của động cơ (Ј/kg.độ). Phần nhiệt lượng tỏa ra cho môi trường : ∆q3 =A.τ.dt Trong đó : A hệ số tỏa nhiệt là nhiệt lượng tỏa ra mặt ngoài của động cơ trong thời gian một giây khi nhiệt độ của động cơ lớn hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh là 10. τ: Nhiệt sai của môi trường và động cơ Vậy phương trình cân bằng nhiệt: ∆P.dt = m.c.dt + A.τ.dt Giải phương trình vi phân trên với điều kiện biên t = 0, τ = τbđ ta được Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 75 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu t =  .ln((τôđ - τbđ)/(τôđ – τ) Trong đó : τôđ: Nhiệt sai ổn định; τbđ: Nhiệt sai ban đầu  = A C là hằng số thời gian tỏa nhiệt Thực tế để đạt đến trạng thái τôđ thì thời gian để đạt được là t = (3 ÷ 5 ) . Mặt khác, τbđ = 0 tại đa số các trường hợp. khi đó coi như ΔP = A.τôđ Khoan tại việt nam chọn τôđ = 250C A = 185 w/m2  P = 185.25 (w) 6.3.4. Năng lượng đàn hồi của cột cần khoan Trong quá trình khoan cột cần khoan chủ yếu chịu xoắn thuần túy. Tuy độ cứng của cột cần là rất lớn. Song với chiều dài của cột cần củng rất lớn bằng chiều sâu của giếng khoan vì vậy độ biến dạng của cột cần là không nhỏ. Phần năng lượng này tồn tại dưới dạng thế năng biến dạng của cột cần. Trong tính toán phần công suất của động cơ ta cũng phải xét đến phần năng lượng này. Bỏ qua sự tiếp xúc giữa cột cần với thành giếng khoan, chỉ tí nh đến mô men cản thủy lực, mô men cản của choòng khoan tiếp xúc với đất đá và coi như phần mô men cản thủy lực là phân bố đều ta có sơ đồ chịu lực của cột cần như sau: Nếu tách ra khỏi cần một phân tố thì phân tố này chịu trượt thuần túy. Khi đó thế năng riêng biến dạng đàn hồi đối với trạng thái này chỉ có thể là thế năng biến đổi hình dáng còn thế năng biến đổi thể tích là bằng không nghĩa là: U = Uđh = E.3 1  ( σ1 2 + σ2 2 + σ32 – σ1.σ2 – σ2.σ3 – σ1.σ3 ) Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 76 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu Thay các giá trị ứng suất chính có: σ1 = - σ3 = τ, σ2 = 0 vào biểu thức ta được: U = E.3 1  . τ2 = G.2 2 ; G = ; )1.(2  E Thế năng trong một đoạn dz là : du =  v udv =  F dFdzu .. =  F G dFdz .2 ..2 = G dz .2 dF J M p z 22         = p z JG dzM ..2 .2 lấy tích phân suốt chiều dài cột cần l ta được thế năng biến dạng đàn hồi : U =  l du 0 =  l p z JG M 0 2 ..2 .dz Với Mz = Mđđ + m.z  U =  dz JG mzMl p đđ  0 2 ..2 =  dz JG zmzmMMl p dddd  0 22 ..2 ....2 =   3 .... ..2 1 3222 lmlMmlM JG ddddp  Trong đó : σ1, σ2, σ3 : Các thành phần ứng suất chính. U, Uđh: Thế năng và thế năng biến dạng đàn hồi. Μ: Hệ số biến dạng góc hay còn gọi là hệ số poát-xông. E: Suất Iâng. τ: Ứng suất tiếp trên phương chính. dz: Một vi phân theo chiều dài của phân tố. dF: Diện tích của một phân tố chính. Mz: Mômen của cần khoan tại mặt cắt ngang. Jp: Mômen quán tính tâm của mặt cắt ngang trục. Mđđ: Mômen phá hủy đất đá tại vị trí choòng khoan m: Mômen cản thủy lực Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 77 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu U =  ) 3 4500.23.44500.110.23,44500.110. )041.005.0( 4 .10.06.,2.2 1 3222 447    = 1,24 .109 (J) Quá trình truyền năng lượng này phải mất một thời gian t bằng thời gian lúc bắt đầu khoan đến lúc dừng khoan lấy t = 20 giờ khi đó ta có công suất để cung cấp cho biến dạng cột cần: N =  t U 17.2 (kw) Tóm lại: Sau khi tính toán được các thành phần tiêu thụ năng lượng, ta có thể tính chọn động cơ điện về thông số năng lương cho phù hợp tùy vào từng điều kiện của việc quá trình khoan. Công suất tổng cộng: N = 484 (kw) Ta có: Thông số công suất của động cơ GE752 là: 1130 HP tương đương 831 Kw. Vì vậy, quá trình khoan đảm bảo cung cấp đủ công suất. Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 78 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu KẾT LUẬN Qua quá trình khảo sát thực tế em đã cố gắng thu thập tài liệu chuẩn bị cho việc làm đồ án tốt nghiệp. sau một thời nghiên cứu, tìm hiểu và làm đồ án đến nay đã hoàn thành. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong bộ môn thiết bị dầu khí và công trình, mà đặc biệt là thầy giáo Trần Văn Bản cùng với sự cổ vũ động viên của bạn bè trong lớp và gia đình đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Cấu tạo, nguyên lý làm việc, vận hành bảo dưỡng sữa chữa đầu qua di đông topdriver PS2-500/500”. Chuyên đề: “tính toán thông số công suất của hệ thống động cơ điện GE752 trong quá trình khoan trên biển” Với kiến thức có hạn, và kiến thức ngoại ngữ còn chưa tốt chắc chắn trong đồ án này còn có rất nhiều sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn để cho bản đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn! Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Sỹ Cường 79 Lớp thiết bị K49_Vũng Tàu TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1-National PS2-500/500 topdriver c&o. 2-Công nghệ khoan 3-Động cơ điện 4-sức bền vật liệu