Tài liệu CHƯƠNG 3 CƠ CẤU NÂNG THẢ CỦA THIẾT BỊ KHOAN pdf

Khái niệm về quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan Quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan bao gồm các thao tác được lặplại theo một chu trình.. Cấu tạo thápTrong quá trình làm việc các phần t

CHƯƠNG 3

CƠ CẤU NÂNG THẢ CỦA THIẾT BỊ KHOAN

3.1 Khái niệm về quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan

Quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan bao gồm các thao tác được lặplại theo một chu trình Thời gian để thực hiện quá trình nâng thả chia làmhai loại:

- Thời gian máy

- Thời gian tay - máy (tháo, vặn cần dựng, dựng cần vào giá đỡcần…)

Thời gian chi phí cho nâng và thả một đoạn cột cần có chiều dài 1cần dựng có thể xác định bằng các thành phần:

T  t  t  t  t   t t

là thời gian nâng bằng máy;

là thời gian thả elevator không tải;

là thời gian nâng cần dựng kết hợp tay-máy;

là thời gian nâng elevator bằng máy;

là thời gian thả đoạn cần dài bằng 1 cần dựng;

là thời gian thả 1 cần dựng kết hợp tay máy

Thời gian nâng cột cần lên 1 quãng dài = chiều dài cần dựng bằngmáy:

là hệ số kể đến chiều cao nâng dự trữ;

3.2 Tháp khoan

Tháp khoan là kết cấu kim loại bằng thép được đặt trên giàn khoanvới mục đích sau:

- Để treo bộ ròng rọc động, tĩnh và móc tải

- Để tựa bộ cần khoan khi kéo lên

- Để treo các loại khoá vặn cần, ống chống

- Tạo khoảng trống thẳng đứng cần thiết để nâng hạ cột cần khoan,ống chống

- Lắp sàn làm việc cho thợ ở trên cao,…

Tháp khoan có một số loại: tháp 4 chân, tháp 3 chân, tháp chữA…Nhưng hiện nay trong khoan dầu khí thường sử dụng tháp 4 chân vì nó

có những ưu điểm sau:

- Có độ ổn định cao trong quá trình làm việc

- Dễ chế tạo và lắp ráp

- Có độ ổn định cao, ngay cả trong việc dịch chuyển

Tháp khoan trên Jack up

3.2.1 Cấu tạo tháp

Trong quá trình làm việc các phần tử của tháp chịu tác động của cáctải trọng động, chúng khác nhau cả về phương, chiều, độ lớn và đặc tính tácdụng Để hệ số an toàn các phần tử của tháp bằng nhau thì kích thước củachúng phải khác nhau Để đơn giản trong chế tạo, xây lắp thì tháp phaỉ thoảmãn các điều kiện sau :

+ 4 chân cột của tháp phải cùng tiết diện

+ Các thanh ngang cùng 1 tiết diện

+ Các thanh giằng cùng tiết diện

+ Chiều cao của các tầng phải bằng nhau

3.2.2 Các thông số kỹ thuật của tháp

1 Chiều cao của tháp ( H )

Là khoảng cách từ ròng rọc tĩnh tới điểm tựa của chân tháp theochiều thẳng đứng H được xác định theo:

γd,γt Trọng lượng riêng của dung dịch khoan và vật liệu chếtạo cần khoan ( G/ cm3 )

+ Sức nâng tính toán :Sức nâng tính toán được tính bằng tải trọng tác dụng lên móc nângtrong quá trình kéo, theo:

Qtt = Kc Qđm

Kc : Hệ số kể đến lực cản khi nâng ( lực ma sát, lực quán tính )

Trong khoan thăm dò : Kc = 1,5 – 2Trong khoan sâu : Kc = 1,25 – 1,5

)1

.(

+ Sức nâng cực đại :

Sức nâng cực đại là tải trọng lớn nhất tác dụng lên thápkhoan Nếu bỏ qua góc lệch giữa các nhánh cáp với phương thẳng đứng,theo:

Qo = Qtt + Pt + PcTrong đó :

Pt : Sức căng của nhánh cáp đi vào tời

Pc : Sức căng của nhánh cáp chếtNếu coi sức căng của các nhánh cáp bằng nhau thì:

P1 = P2 = P3 = … = Pt = Pc =

P1,P2,P3,… : Sức căng của nhánh cáp đi vào tời

m : Số nhánh cáp độngThay vào, ta có :

Qo = Qtt ( 1 +γd/γt )

i : Hệ số phụ thuộc vào cách mắc

Có đầu cáp chết : i = 2Không có đầu cáp chết : i = 1

Kích thước khung nền và khung đỉnh phụ thuộc vào các yếu tố sau :

+ Việc bố trí thiết bị khoan+ Việc bố trí hệ ròng rọc tĩnh+ Sự an toàn trong quá trình làm việc+ Phụ thuộc vào hình dáng tối ưu để đảm bảo độ bền và độ

ổn định của tháp khoan

Khi thiết kế tháp khoan, phải làm sao cho Qtt đạt giá trị min

- Khả năng chứa cần dựng của tháp ( S ):

S = K n f ( m2 )Trong đó :

S : Khả năng chứa cần dựng của tháp ( m2)

K : Hệ số phụ thuộc vào khoảng hở giữa các cần dựng

n : Số cần dựng

f : Diện tích chiếm chỗ của một cần dựng ( m2 )

* Các tải trọng tác dụng lên tháp

Trong quá trình làm việc, các thành phần tải trọng tác dụng lên tháprất đa dạng gây nên sự mất ổn định chung của tháp Các thành phần tảitrọng tác dụng theo nhiều phương khác nhau, tuy nhiên có thể quy về hainhóm chính đó là tải trọng tác dụng theo phương đứng và tải trọng tác dụngtheo phương ngang

Tải trọng tác dụng theo phương đứng bao gồm :

- Trọng lượng bộ khoan cụ trên móc nâng

- Trọng lượng bản thân của tháp

- Thành phần thẳng đứng của sức căng trong nhánh cáp cuốn tời vàtrọng lượng bộ cần dựng trong tháp

Thành phần tải trọng ngang.

- Sức đẩy của gió tác dụng lên tháp

- Tải trọng gió tác dụng lên bộ cần dựng để trong tháp ( nếu có )

- Thành phần nằm ngang của sức căng trong nhánh cáp cuốn vào tời

và thành phần nằm ngang do bộ cần dựng trong tháp

3.3 Hệ ròng rọc động – tĩnh

Khi trọng lượng của bộ dụng cụ khoan tăng đến một giá trị nào đóthì sức nâng của tời không đủ để nâng thả trực tiếp bộ dụng cụ khoan Khi

đó ta cần sử dụng hệ ròng rọc (lợi về lực nhưng thiệt về đường đi)

Mục đích là biến chuyển động quay của tời thành chuyển động lênxuống của vật nâng hạ toàn bộ tải trọng của bộ dụng cụ, biến chuyển động

ma sát trượt thành ma sát lăn, chịu tác dụng của lực đột ngột, giảm tải trọngcho sợi cáp, vì vậy nó cho phép tăng sức kéo của tời tùy theo số nhánh cáp

Tuỳ theo tải trọng và số nhánh dây cáp, hệ thống ròng rọc được chia

ra nhiều cỡ Với tải trọng từ 50 đến 75 tấn, dùng hệ ròng rọc 2x3 hoặc 3x4con lăn; tải trọng từ 100 đến 300 tấn, dùng hệ ròng rọc 4x5, 5x6 hoặc 6x7con lăn, (trong ký hiệu này, số thứ nhất chỉ số con lăn của hệ ròng rọc động,

số thứ hai chỉ số con lăn của hệ ròng rọc tĩnh)

Sơ đồ cấu tạo hệ ròng rọc

- Ròng rọc tĩnh: Là những ròng rọc mà trong suốt quá trình làm việcchỉ thực hiện một chuyển động quay quanh trục bản thân hoặc đứng yên.

- Ròng rọc động: Là những ròng rọc trong quá trình làm việc thì nótham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động quay quanh trục bản thân

và chuyển động tịnh tiến lên xuống

Ròng rọc trên Jack up TD 03

Đặc tính kỹ thuật của một số loại ròng rọc tĩnh và động

Các thông số Kiểu ròng rọc tĩnh Kiểu ròng rọc động

БY - 50 БP Y3-200-2 5Y-75- БP Y4-200-2

3.4 Dây cáp

Cáp khoan thường có các đường kính 22, 28, 32, 38 mm (loại 32

mm thường được sử dụng nhiều nhất)

Có hai cách mắc cáp: Cách thứ nhất gọi là cách mắc có đầu cápchết Nhánh cáp chết bao giờ cũng được mắc đối diện với nhánh cáp vàotang tời, lúc đó nó có ưu điểm là hệ thống làm việc được ổn định và ít bịrung, nhưng tải trọng tác dụng lên tháp sẽ lớn hơn Cách mắc thứ hai gọi làcách mắc không có đầu cáp chết, nó ngược lại với cách thứ nhất

Cáp khoan cần được giám sát kĩ lưỡng và để đánh giá độ mỏi mà nó

có thể chịu được thì người phụ trách công việc này cần phải tính công hằngngày của cáp( bằng tích của tải trọng với đoạn chuyển vị của nó) Tổng hợpcông của cáp được tính bằng tấn x km ( hoặc tấn x dặm) cho các mốc bắtđầu các công việc sửa chữa như kéo ra và sau đó cắt cáp

Cáp khoan

Băng kẹp cáp

Cuộn cáp dự trữ

Sợi cáp

3.5 Êlêvatơ

Dùng để kéo thả tự động cần khoan, ống chống trong quá trình nâng

hạ, ngoài ra còn dùng để treo đầu thuỷ lực khi khoan giếng

Cấu tạo: gồm hai phần chính: phần chịu lực và hệ thống đòn bẩy.Phần chịu lực chịu sức nặng của cần khoan trong quá trình nâng thả vàkhoan giếng, hệ thống đòn bẩy thực hiện quá trình nâng lên hạ xuống cácchấu kẹp

3.6 Tời khoan

3.6.1 Cấu tạo tời khoan

1 Trục tang tời

Trục tang tời là bộ phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết

bị khoan, tuổi thọ lâu dài của máy Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắprắp, vận hành và bảo dưỡng đòi hỏi chính xác và chất lượng

2 Tang tời

Tang tời là thiết bị hình trụ được lắp trên trục tang tời Trên tang tờiđược xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít Hai đầu tangđược luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh

Có tang tời chính và tang tời phụ

4 Côn của tời

Côn ly hợp dùng truyền mô men nhất định từ trục dẫn sang trục bịdẫn

Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dướitác dụng của tải trọng lớn

5 Hộp số của tời

Dùng để thay đổi tốc độ cuốn cáp của tang tời

Bao gồm: trục vào, trục ra, các trục trung gian, côn ly hợp, bánhrăng, bánh răng xích, xích

6 Đầu mèo

Là tang tời nhỏ được lắp hai bên tời khoan trên một trục riêng

Đầu mèo dung để cuốn các sợi xích đê tháo lắp cần khoan, ốngchống

Có đầu mèo vặn ren và tháo ren ống chống

7 Hệ thống điều khiển của tời khoan

Là bộ phận tập trung các hoạt động điều khiển tời khoan

Có các thiết bị kiểm tra thông số tời trong quá trình làm việc

Sơ đồ cấu tạo tời khoan

1 : Cáp khoan 6 : Bảng điều khiển

2 : Phanh điện từ 7 : Phanh cơ học

4 : Răng để tựa cáp khoan 8 : Môtơ điện

5 : Tay phanh cơ học 9 : Đầu mèo

10 : Đường rãnh cáp địa vật lý

Hệ thống tời khoan trên TD 03

* Nguyên lý làm việc:

Động cơ truyền mômen quay sang trục truyền số I thông qua cặpbánh răng (z1, z1’) tức trên trục I có 1 cấp tốc độ và trên trục này được lắpmột bánh hãm ma sát A Tiếp theo momen quay được truyền trực tiếp từtrục I xuống trục II thông qua các cặp bánh răng (z2, z2’), (z3, z3’) và (z4, z4’)tức là trên trục ta sẽ có 3 cấp tốc độ, để đảm bảo an toàn người ta lắp trêntrục II một bánh hãm ma sát B, tương tự vậy momen quay tiếp tục đượctruyền trực tiếp xuống trục III thông qua các cặp bánh răng (z5, z5’) và (z8,

z8’) thông qua các cặp bánh răng (z2, z2’), (z3, z3’) và (z4, z4’) do vậy trêntrục III sẽ có 4 cấp tốc độ Trên trục này cũng được lắp một bánh hãm masát C, do được lắp tang tời trên trục này nên trên trục này còn được lắp bộ lyhợp thuỷ lực để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc

Để dẫn động xuống rôto thì momen quay được truyền trực tiếp từtrục II xuống thông qua cặp bánh răng (z7, z7’) gắn với cặp bánh răng (z6,

z6’), do vậy trên rôto sẽ có 3 cấp tốc độ

Như vậy dẫn động cho tang tời có 4 cấp tốc độ, còn dẫn động chorôto sẽ có 3 cấp tốc độ

Bảng thông số tính toán tời khoan



* Tính toán tời khoan

Bước 1: Xác định các thông số của tời

) 1

r

c

m

Q n R



 . max



.





Bước 5: Xác định hiệu suất hệ thống nâng thả

Qm là tải trọng định mức của móc nâng

N là công suất tang tời

ηrlà hiệu suất nâng thả

Vm là tốc độ móc

) 1 (

2

z

m

r m

V

N

Q 



Bước 7: Tính toán cần nặng

Bước 8: tính toán trọng lượng bộ khoan cụ

Bước 9: Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ



102

1000

