Giáo trình Hệ thống tuần hoàn dung dịch (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Giáo trình Hệ thống tuần hoàn dung dịch được biên soạn với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của sàng rung, thiết bị tách khí, thiết bị tách cát và các thiết bị làm sạch dung dịch khác, bơm dung dịch khoan. Mời các bạn cùng tham khảo!

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan đóng vai trò thiết yếu trong quá trình khoan dầu khí, giúp kiểm soát hiệu quả các hạt rắn từ sàng rung đến cụm tách khí Hệ thống này hoạt động liên tục để đảm bảo dung dịch khoan luôn đạt chất lượng tối ưu, nâng cao hiệu quả công tác khoan và giảm thiểu thời gian ngưng trệ Việc duy trì hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan ổn định không chỉ quan trọng trong việc kiểm soát hạt rắn mà còn giúp nâng cao độ an toàn và hiệu suất của quá trình khoan giếng.

Hệ thống tuần hoàn dung dịch đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng lên bề mặt một cách nhanh chóng và hiệu quả, đảm bảo quá trình thi công diễn ra an toàn Việc duy trì hệ thống này giúp quá trình khoan diễn ra liên tục, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa năng suất làm việc Trong đó, hệ thống còn tạo điều kiện thuận lợi để kiểm soát chất lượng dung dịch khoan, đảm bảo an toàn cho toàn bộ quy trình khoan giếng.

Hình 1.1.Nguyên lý vận hành hệ thống tuần hoàn dung dịch

Hệ thống tuần hoàn dung dịch bao gồm:

Hệ thống làm sạch dung dịch, còn gọi là hệ thống kiểm soát hạt rắn, có nhiệm vụ quan trọng trong việc kiểm soát lượng hạt rắn trong dung dịch khoan Hệ thống này giúp xử lý dung dịch khoan hồi về, đảm bảo hiệu quả hoạt động và giảm thiểu tắc nghẽn trong quá trình khoan Việc duy trì dung dịch khoan sạch sẽ là yếu tố then chốt để đảm bảo quá trình khoan diễn ra suôn sẻ và an toàn.

Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch Trang 15 từ đáy giếng khoan, có nhiệm vụ tách lọc những hạt mùn khoan mịn khỏi dung dịch khoan nặng và không để mất quá nhiều barit và chất lỏng, đồng thời tạo điều kiện tốt nhất (thay đổi kịp thời tính chất của dung dịch phù hợp với thành hệ) để thi công giếng khoan an toàn và hiệu quả

Hình 1.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm sạch dung dịch

Hệ thống cao áp là thành phần quan trọng trong quá trình thi công, gồm các bộ phận chính như máy bơm dung dịch khoan (bảo đảm hoạt động liên tục với 2 máy bơm chính và 1 máy dự phòng), cụm phân dòng dung dịch, xi măng, hồi và dập giếng, cùng các thiết bị nguồn và bảng điều khiển điều chỉnh hệ thống Hệ thống còn bao gồm bình tách bùn khí, ống mềm cao áp cho dung dịch và xi măng, giúp đảm bảo quá trình truyền dẫn chất lỏng an toàn và chính xác Đường ống kết nối với cụm phân dòng xi măng dùng để làm sạch sau khi bơm trám xi măng, trong khi cụm bơm trám xi măng vận chuyển xi măng từ hệ thống qua đường ống cao áp vào cụm phân dòng, rồi qua ống đứng, ống mềm xuống giếng để thực hiện công tác trám xi măng hiệu quả.

Hệ thống gồm một đường ống kết nối với cụm phân dòng dung dịch hồi lưu và dập giếng, đảm bảo phân phối hiệu quả các dòng chảy Dung dịch được hướng theo các tuyến chính như xả xuống biển hoặc tàu dịch vụ, đổ về đường dập giếng để dập hoặc hồi về cụm theo đường hồi lưu, giúp kiểm soát áp lực và duy trì cấu trúc mỏ Dung dịch từ đường hồi lưu được đưa vào bình tách bùn, nơi khí được tách ra và đổ về máng hồi dung dịch, khí thải thoát tại đỉnh tháp khoan Trong trường hợp dung dịch chủ yếu là khí, khí đó được dẫn vào đường đốt để xử lý an toàn Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp đường thử để kiểm tra thiết bị rẽ nhánh, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của toàn bộ hệ thống khai thác.

Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch Trang 16

Hệ thống cao áp bao gồm các thành phần như hệ thống đường ống, các chi tiết nối ống, van đóng mở bằng điện và bằng tay, van an toàn, thiết bị đo lường và phụ tùng kèm theo, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả trong hệ thống.Coherence and SEO-friendly: Hệ thống cao áp bao gồm các thành phần như đường ống, chi tiết nối, van điều khiển điện và thủ công, van an toàn, thiết bị đo lường chính xác và phụ tùng đi kèm, giúp đảm bảo an toàn vận hành và độ tin cậy cao.

Hệ thống pha trộn và bồn chứa dung dịch khoan là thiết bị chính để sản xuất dung dịch khoan phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, kết hợp thêm các chất khác nhau theo liều lượng đã được pha chế sẵn Quá trình này đảm bảo dung dịch khoan đạt các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình khoan giếng dầu khí Việc điều chỉnh liều lượng các thành phần giúp duy trì hiệu quả và độ an toàn trong quá trình khoan, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của dự án dầu khí.

Hệ thống pha trộn dung dịch khoan đa dạng gồm các thiết bị chính như máy khuấy dung dịch, súng phun, bình trộn hóa chất, phễu trộn dung dịch và máy thu bụi giúp nâng cao hiệu quả công việc Ngoài ra, hệ thống còn có đầu trộn nhanh barite và các loại bồn bể chứa như đầu chứa sét bentonite/barite, xi măng, bồn chứa phụ, bể chứa dung dịch sạch, dung dịch nặng, nước khoan, nước mặn và bồn chứa dầu nền, đảm bảo quy trình pha trộn và lưu trữ diễn ra an toàn, chính xác Việc trang bị đầy đủ các thiết bị này giúp tối ưu hóa quá trình pha trộn dung dịch khoan, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng dịch vụ khoan.

Hệ thống làm sạch dung dịch khoan là thành phần thiết yếu trong hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan, đảm bảo hiệu quả tách cao nhất và loại bỏ chất rắn nhanh chóng, tiết kiệm chi phí Nó giúp giảm mức độ pha loãng, tối ưu hóa chất lượng HSE, từ đó giúp quá trình khoan diễn ra liên tục, an toàn và hiệu quả Trong hệ thống này, việc làm sạch dung dịch khoan rất quan trọng để tận dụng tối đa lượng dung dịch trong mùn khoan rắn được đưa lên từ giếng, đặc biệt quan trọng đối với các hoạt động khoan ngoài biển Khi hệ thống làm sạch trên biển không đáp ứng yêu cầu, một phần dung dịch hồi lưu sẽ được bơm xuống tàu bồn để vận chuyển về đất liền xử lý sạch sẽ rồi tiếp tục đưa ra giàn khoan vào quá trình tuần hoàn, đảm bảo hoạt động khoan diễn ra liên tục và hiệu quả.

Hệ thống làm sạch dung dịch khoan gồm một bộ phân dòng dung dịch hồi về từ giếng khoan, lắp sau máng hồi dung dịch khoan để phân phối dòng dung dịch đến các thiết bị xử lý như sàng rung, máy tách cát, máy tách bùn, máy làm sạch, máy tách ly tâm, cũng như thiết bị khử khí trong bùn khoan và máy cắt bùn khô Dung dịch sau khi được làm sạch theo hệ thống bể lắng sẽ chảy về bể chứa dung dịch khoan, sẵn sàng cho chu kỳ tuần hoàn mới, đảm bảo hiệu quả vận hành và tiết kiệm chi phí cho quá trình khoan.

Hệ thống thấp áp bao gồm các máy bơm ly tâm, thường được gọi là máy bơm theo vị trí lắp đặt trong hệ thống, như máy bơm mồi cho máy bơm dung dịch khoan Các máy bơm này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp áp lực thấp để đảm bảo hoạt động hiệu quả của toàn bộ hệ thống Việc lựa chọn và lắp đặt máy bơm phù hợp giúp duy trì hiệu suất ổn định và tăng tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống thấp áp.

Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch Trang 17 trộn; bơm cho máy tách cát, máy tách bùn, bơm cho máy làm sạch bùn khoan; hệ thống cấp nước, dầu, hệ thống xả cặn và hệ thống đường ống, cùng các van điều tiết và van an toàn được lắp trong hệ thống

Tất cả các thiết bị trong hệ thống làm sạch dung dịch đều được thiết kế phù hợp để hoạt động trong vùng Zone 1 theo tiêu chuẩn API RP500, đảm bảo an toàn khi hệ thống vận hành Vùng Zone 1 là khu vực có chứa các chất dễ cháy và nổ như khí, dầu, parafin, đòi hỏi các thiết bị phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn để tránh nguy cơ cháy nổ Việc chọn lựa thiết bị phù hợp theo tiêu chuẩn API RP500 giúp giảm thiểu rủi ro, nâng cao hiệu quả và độ an toàn của hệ thống làm sạch dung dịch.

Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan ngày càng hoàn thiện với hiệu quả cao và năng suất vượt trội, nhờ vào sự nghiên cứu phát triển các thiết bị và hệ thống đơn lẻ trong lĩnh vực này Đặc biệt, hệ thống xử lý bùn khoan – làm sạch dung dịch khoan hồi về – là khu vực được quan tâm nghiên cứu và cải tiến nhiều nhất, vì đây là phần vận hành liên tục trong điều kiện khắc nghiệt Các công ty và tập đoàn sản xuất thiết bị hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan thường là những đơn vị chủ trì các nghiên cứu và phát triển, bởi họ có đủ tiềm lực tài chính và động lực mở rộng thị trường.

Hình 1.3.Hệ thống tuần hoàn dung dịch

SƠ ĐỒ CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

Hình 1.4.Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch

1.2.1 Hệ thống xử lý (làm sạch) dung dịch khoan hồi về từ giếng khoan

Hệ thống làm sạch dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các hạt rắn và khí lẫn trong dung dịch khoan, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của quá trình khoan Việc duy trì hệ thống sạch sẽ không chỉ giúp giảm thiểu chi phí khoan mà còn kéo dài tuổi thọ của các thiết bị, đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu trong các dự án khoan dầu khí Tác động của hệ thống này trực tiếp đến giá thành và hiệu quả của toàn bộ hệ thống khoan, nhấn mạnh vai trò then chốt của việc bảo trì và vận hành đúng quy trình.

Sàng rung là thiết bị làm sạch dung dịch đầu tiên được lắp đặt ngay sau máng hồi dung dịch khi dung dịch về từ đáy giếng khoan Hệ thống sàng rung máng lắng có chức năng chính là tách các hạt rắn ra khỏi dung dịch, với các tấm lưới lọc xác định theo số mắt lưới và phân loại theo số giếng trên 1 inch chiều dài.

Máy tách tổng hợp là thiết bị quan trọng trong quá trình xử lý dung dịch khoan có tỷ trọng nặng Khi sử dụng dung dịch khoan chứa bột barite, chỉ dùng máy tách cát và máy tách bùn để làm sạch dung dịch dẫn đến việc mất lượng bột barite còn lại trong hệ thống Để thu hồi tối đa lượng bột barite này và giảm thiểu thất thoát vật liệu, máy tách tổng hợp được sử dụng nhằm đảm bảo quá trình tái sử dụng dung dịch khoan hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

- Máy tách cát và tách bùn được lắp sau sàng rung dùng để tách các hạt cát và hạt bùn còn lẫn trong dung dịch khoan

Máy tách khí là thiết bị Quan trọng giúp loại bỏ khí khỏi dung dịch nhiễm khí, ngăn chặn hiện tượng kick và phun trào tự do, đồng thời bảo đảm hiệu suất hoạt động của máy bơm dung dịch áp suất cao.

Máy bơm ly tâm là loại máy bơm phổ biến, thường được gọi theo vị trí lắp đặt, như máy bơm mồi cho máy bơm khoan, máy bơm trộn hay máy bơm cho các bộ xử lý khác Chúng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cung cấp chất lỏng, giúp chuyển dịch dung dịch hiệu quả và ổn định Máy bơm ly tâm gồm nhiều loại, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng, đảm bảo hiệu suất cao và độ ổn định lâu dài Việc lựa chọn máy bơm ly tâm phù hợp sẽ góp phần tối ưu hóa hoạt động hệ thống và giảm thiểu chi phí vận hành.

Bài 1: Khái quát hệ thống tuần hoàn dung dịch Trang 20 tách cát, bộ tách bùn, máy bơm cho máy làm sạch bùn khoan, hệ thống cấp nước, dầu, hệ thống xả cặn… và hệ thống đường ống, cùng các van điều tiết và van an toàn được lắp trong hệ thống

Máy sấy khô mùn khoan là thiết bị giúp thu hồi dung dịch khoan từ mùn khoan hiệu quả Sau khi mùn khoan được thải ra từ sàng rung và các máy tách cát, tách bùn ở dạng dung dịch sệt, máy sấy sẽ làm khô mùn khoan và thải ra ngoài Việc này không chỉ giúp giảm lượng chất thải mà còn tối ưu hóa quá trình xử lý mùn khoan trong hoạt động khoan công nghiệp.

1.2.2 Hệ thống bể chứa dung dịch khoan, bồn chứa hóa phẩm dạng bột

Hệ thống bao gồm các bể chứa dung dịch khoan và bồn chứa hoá phẩm dạng bột làm bằng thép tấm hàn chắc chắn, với mặt bể mở và thành bể được gia cố bằng các thanh thép định hình Các bể chứa được kết nối với nhau qua các giếng thông, đảm bảo tính liên tục trong quá trình vận hành Đường ra của bể chứa được nối với đường hút của máy bơm dung dịch nhằm đảm bảo cung cấp dung dịch khoan hiệu quả Cửa xả đặt ở dưới đáy bể giúp dễ dàng xả các chất rắn lắng đọng sau thời gian định kỳ, giảm thiểu khả năng tắc nghẽn và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống.

Hình 1.6 Hệ thống bể chứa dung dịch khoan

Hệ thống các bể chứa dung dịch khoan bao gồm nhiều bể khác nhau, được kết nối nhằm tạo thành một hệ thống đồng bộ Mỗi bể có mục đích riêng và đảm bảo cung cấp dung dịch khoan phù hợp cho toàn bộ quá trình khoan Tổng thể, hệ thống bể chứa dung dịch đảm bảo chứa đựng toàn bộ thể tích dung dịch cần thiết cho một giếng khoan, giúp duy trì hoạt động khoan an toàn và hiệu quả.

Bể hoạt động, hay còn gọi là bể làm việc (Active tanks), là loại bể chứa dung dịch dùng để tuần hoàn trong quá trình khoan, đã được xử lý theo đúng yêu cầu để đảm bảo các chức năng cần thiết.

Bể lắng (Sand trap) là bể chứa dung dịch đầu tiên trong hệ thống, đặt ngay dưới sàng rung để tách các phần tử rắn lớn hơn mắt lưới sàng rung Nó có vai trò giữ lại các vật thể không mong muốn trong dung dịch khoan, đảm bảo dung dịch đạt yêu cầu kỹ thuật Sau khi qua bể lắng, dung dịch cần qua nhiều bể chức năng khác để xử lý phù hợp trước khi đến bể hút - bể làm việc chính của hệ thống.

Bể dự trữ (Reserve tanks) là các bể chứa dung dịch độc lập, có vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý, giúp đảm bảo lượng dung dịch sẵn có và liên tục vận hành Chúng được kết nối với hệ thống bể lắng hoạt động (active tanks) qua các ống thép có van khóa, giúp dễ dàng kiểm soát và điều phối dòng chảy dung dịch giữa các thành phần của hệ thống Việc sử dụng bể dự trữ góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và đảm bảo duy trì hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống xử lý nước.

Bể trộn (slug tanks) có chức năng trộn thêm một lượng nhỏ dung dịch nặng, thường được đặt gần bể lắng và bể làm việc (active tanks) Nó giúp trộn thêm barite vào dung dịch khoan, từ đó tăng tỷ trọng của dung dịch nhằm đảm bảo hiệu quả công việc khoan và ổn định quá trình hoạt động.

Bể hóa chất là nơi chứa các loại dung dịch như axit, sút nhằm xử lý theo các thông số kỹ thuật yêu cầu Được đặt ngay cạnh bể làm việc để thuận tiện trong quá trình vận hành và đảm bảo quy trình xử lý hóa chất diễn ra hiệu quả.

Kho chứa là nơi lưu trữ các nguyên vật liệu dạng bột để gia công dung dịch, đảm bảo nguồn nguyên liệu luôn sẵn có và an toàn Các thùng chứa phụ có kích thước lớn dùng để bảo quản các nguyên liệu và hóa phẩm rời cần thiết trong quá trình gia công dung dịch, gọi là bồn chứa hóa phẩm dạng bột Việc quản lý kho chứa hiệu quả giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2.3 Máy bơm dung dịch khoan

VẬN HÀNH BƠM DUNG DỊCH KHOAN

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BƠM PISTON

Máy bơm dung dịch khoan hút dung dịch từ các bể chứa và đẩy chúng theo đường ống cao áp đến cụm phân dòng dung dịch, qua các thiết bị như đầu thủy lực, cần chủ đạo và chuỗi cần khoan, phục vụ quá trình khoan mổ đá xuống giếng Để đảm nhiệm chức năng này, máy bơm khoan chủ yếu là loại piston, nhờ vào những ưu điểm vượt trội như khả năng tạo áp suất cao, hoạt động ổn định và độ bền vượt trội trong điều kiện vận hành khắc nghiệt Máy bơm piston là thiết bị không thể thiếu trong các hoạt động khoan dầu khí, giúp đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình khai thác.

- Có thể bơm được các dung dịch có trọng lượng riêng khác nhau

- Có thể tạo ra áp suất lớn

- Áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào nhau Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan

- Cấu tạo đơn giản, dễ thay thế, bảo dưỡng

- Độ bền cao và dễ vận chuyển

Bơm piston hoạt động dựa trên nguyên lý thể tích, trong đó piston chuyển động tịnh tiến trong xi lanh để hút và đẩy chất lỏng qua hai van Đây là loại máy bơm thủy lực thể tích đơn giản nhất, ra đời sớm nhất và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động thủy lực Bơm piston có khả năng cung cấp áp lực cao và hiệu suất ổn định, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan Trang 26

Hình 2.1.Bơm 3 piston tác dụng đơn

Dựa vào các đặc điểm của bơm piston mà bơm piston sẽ có nhiều cách phân loại khác nhau Có 4 cách phân loại bơm piston chủ yếu sau:

2.1.2.1 Theo số lần tác dụng trong một chu kỳ làm việc

Theo số lần tác dụng trong một chu kỳ làm việc thì bơm piston được chia ra làm

Bơm tác dụng đơn, còn gọi là bơm tác dụng một chiều, là loại bơm trong đó chất lỏng làm việc chỉ di chuyển ở một phía của piston Mỗi chu kỳ hoạt động của piston chỉ gồm có một quá trình hút và một quá trình đẩy diễn ra liên tiếp, đảm bảo hiệu quả vận hành ổn định.

Bơm tác dụng kép, còn gọi là bơm tác dụng hai chiều, hoạt động với piston làm việc ở cả hai phía, tạo ra hai buồng làm việc riêng biệt Loại bơm này có hệ thống van hút và van đẩy tương ứng cho mỗi buồng, giúp thực hiện quá trình hút và đẩy chất lỏng một cách hiệu quả Trong một chu kỳ hoạt động, bơm tác dụng kép thực hiện hai quá trình hút và hai quá trình đẩy, đảm bảo dòng chảy liên tục và ổn định Đây là loại bơm phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu lưu lượng cao và hiệu suất hoạt động tốt.

- Bơm tác dụng nhiều lần (có 2 loại):

Bơm tác dụng 3 lần hoạt động trong một chu kỳ, gồm có 3 quá trình hút và 3 quá trình đẩy Điều này nhờ vào sự ghép lại của 3 bơm tác dụng đơn, các piston được dẫn động bởi một trục khuỷu và chỉ có một ống hút cùng một ống đẩy Để giảm thiểu dao động lưu lượng, các tay quay được bố trí lệch nhau mỗi góc 120°, giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của bơm.

+ Bơm tác dụng 4 lần: Đây là kiểu bơm do 2 bơm tác dụng kép ghép lại với nhau Tay quay của hai bơm lệch nhau một góc 90

Theo hình dáng piston thì bơm piston được chia ra làm 2 loại:

+ Bơm piston dạng đĩa: piston dạng hình đĩa, mặt xung quanh của piston tiếp xúc với thành xi lanh nên còn gọi là piston giáp thành

Yêu cầu chính của loại bơm này là piston và xi lanh phải được chế tạo với độ chính xác cao để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu Để đảm bảo kín khí hoặc chất lỏng, người ta thường sử dụng các vòng găng (xéc măng) hoặc kết hợp piston lõi sắt với phần làm kín bằng cao su, giúp nâng cao độ bền và độ kín của bơm.

Bơm piston dạng trụ có piston hình trụ với đường kính nhỏ, không tiếp xúc với thành xi lanh giúp giảm mài mòn và dễ dàng chế tạo Mặt xi lanh không bị mài mòn do piston không tiếp xúc trực tiếp, và bộ phận lót kín là các đệm lót không gắn liền với piston, tạo điều kiện cho việc chế tạo chính xác và lót kín tốt hơn Loại bơm này thường phù hợp với áp suất lớn, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng cần áp suất mạnh.

Theo áp suất bơm piston thì bơm piston thường được chia thành 3 loại sau : + Bơm áp suất thấp: P < 10at

+ Bơm áp suất trung bình: P = 10  20at

+ Bơm áp suất cao: P > 20at

Theo lưu lượng bơm thì bơm piston cũng được chia ra làm 3 loại:

Bơm piston đã được sử dụng rộng rãi trên các giàn khoan để bơm dung dịch rửa giếng, đóng vai trò quan trọng trong quy trình khai thác dầu khí Mỗi loại máy bơm piston đều có khả năng thực hiện các chức năng khác nhau, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của từng công đoạn Công nghệ bơm piston giúp nâng cao hiệu quả làm việc, tối ưu hóa quá trình xử lý dung dịch và đảm bảo an toàn cho hệ thống khoan Việc lựa chọn loại bơm piston phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu suất hoạt động của giàn khoan và giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

Máy bơm 2 piston tác dụng kép được sử dụng để bơm rửa dung dịch khoan, tối ưu hóa quá trình khoan và làm sạch trong các hoạt động khai thác dầu khí Trong khi đó, máy bơm 3 piston tác dụng đơn phù hợp để bơm trám xi măng, bơm dung dịch dập giếng, và ép vỉa, đảm bảo hiệu quả cao trong các quy trình khoan và khai thác dầu khí.

CẤU TẠO BƠM PISTON

2.2.1 Cấu tạo chung của bơm piston

Máy bơm piston có cấu tạo gồm hai phần chính: phần cơ khí và phần thủy lực Phần cơ khí chịu trách nhiệm tạo ra công cần thiết để vận hành phần thủy lực, đảm bảo hoạt động hiệu quả của máy bơm Trong đó, phần thủy lực giúp chuyển đổi năng lượng từ cơ khí thành năng lượng thủy tĩnh, nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống.

Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan Trang 28 lực là phần quan trọng nhất, sự làm việc của nó sẽ tạo ra được áp suất và lưu lượng yêu cầu của máy

Ngoài ra, bơm piston còn gồm một số bộ phận khác như: thiết bị làm kín, hệ thống bôi trơn và làm mát

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo chung máy bơm piston 2.2.2 Cấu tạo chi tiết của bơm piston

2.2.2.1 Phần cơ khí Đây là phần dẫn động của bơm, nó có nhiệm vụ dẫn động và truyền công suất cho phần thuỷ lực làm việc

Phần cơ khí bao gồm các bộ phận, chi tiết sau: bánh đà, bộ truyền động bánh răng, hệ thống tay quay – thanh truyền và kết cấu con trượt

Bánh đà được làm bằng gang, có cấu tạo đơn giản nhưng rất quan trọng trong hệ thống truyền động Nó hoạt động như một bộ phận dự trữ năng lượng, nhận chuyển động quay từ động cơ rồi truyền tới bộ truyền động bánh răng, giúp duy trì vòng quay ổn định cho hệ thống vận hành.

- Bộ truyền động bánh răng

Hệ thống truyền động bánh răng của bơm, còn gọi là bộ truyền động bánh răng, đảm nhiệm vai trò chuyển đổi chuyển động quay từ bánh đà sang tay biên giúp bơm hoạt động hiệu quả Đây là thành phần quan trọng trong quá trình hút và đẩy chất lỏng, đảm bảo bơm hoạt động ổn định và hiệu quả.

- Hệ thống tay quay – thanh truyền:

Tay quay, còn gọi là trục khuỷu, và thanh truyền (tay biên) được chế tạo từ thép chất lượng cao để đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu Các bộ phận này có hình dạng phù hợp với đặc điểm chịu tải của máy móc, giúp tối ưu hóa về mặt sức bền và kích thước Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế đúng cách đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ, đồng thời đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các bộ phận cơ khí này.

Trục khuỷu nhận chuyển động quay từ động cơ, truyền chuyển động tịnh tiến cho tay biên và piston Quá trình này giúp piston chuyển động lên xuống, thực hiện các giai đoạn hút nhiên liệu và đẩy khí ra ngoài hiệu quả.

Thanh truyền có nhiệm vụ biến đổi chuyển động quay từ trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xy-lanh, góp phần vào quá trình nén khí hiệu quả Đầu nhỏ của thanh truyền không tháo rời và được ép bạc đồng bên trong, giúp tăng khả năng hoạt động bền bỉ và giảm ma sát Đầu lớn của thanh truyền có thể tháo ra, được tráng lớp babít để giảm mài mòn, đồng thời nắp đầu lớn của tay biên được cố định chặt với tay biên bằng hai bulông biên, đảm bảo kết cấu chắc chắn Bulông biên là thành phần quan trọng của máy nén khí, làm bằng thép CT45, yêu cầu khi lắp đặt không có bất kỳ khuyết tật nào như rạn nứt hoặc hư hỏng phần ren để đảm bảo an toàn và độ bền của máy.

Con trượt di chuyển nhờ vào tay quay quay truyền lực qua thanh truyền, giúp đảm bảo sự đồng tâm giữa xilanh, piston và cần piston trong quá trình hoạt động Quá trình này dẫn đến piston chuyển động tịnh tiến qua lại, tạo thành một chu trình kín hút và đẩy chất lỏng, đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Phần thủy lực đóng vai trò quan trọng nhất trong bơm, có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng thủy lực để đảm bảo quá trình hút và đẩy của xy lanh – piston hoạt động hiệu quả.

Xylanh của bơm là loại chi tiết có thể thay thế được, có dạng hình trụ, được chế tạo từ thép thấm cácbon

Xylanh được bắt chặt vào hộp thuỷ lực bằng bulông và đai ốc Muốn thay đổi lưu lượng và áp suất ta thay đổi đường kính trong của xylanh

Piston thường được chế tạo từ thép hợp kim, nhiệt luyện đạt độ cứng 58-62 HRC để chịu ma sát và chống mài mòn cao, giúp tăng độ bền và tuổi thọ Đầu piston được thiết kế dạng cầu hoặc parabol để giảm trở lực khi chuyển động, đồng thời có lỗ để nối với cần piston Độ chính xác gia công của piston thường cao hơn của xilanh, ảnh hưởng đến độ chính xác bề mặt làm việc, lắp ráp và khe hở giữa piston và xilanh, đều phụ thuộc vào kiểu làm kín phù hợp với áp suất làm việc Cần piston là thanh kim loại cứng, có lớp phủ kim loại chống ma sát và mài mòn, đầu dưới tiện ren để kết nối với thanh nối của máng trượt, còn đầu trên tiện ren để giữ piston, có tác dụng truyền chuyển động từ hệ thống thủy lực hoặc khí nén vào piston trong quá trình hoạt động.

Máy bơm piston có thể sử dụng hai loại van chính là van thuỷ lực và van an toàn + Van thuỷ lực:

Van thuỷ lực có nhiệm vụ để ngăn cách khoảng không giữa buồng làm việc và các đường ống hút, ống đẩy

Van thuỷ lực là loại van ngược chỉ cho phép dung dịch đi theo một chiều nhất định, nó có cấu tạo đơn giản với kết cấu như sau:

Hình 2.5Kết cấu van thuỷ lực

Khi van thủy lực hoạt động, nắp van 1 được mở hoặc đóng thông qua sự dịch chuyển của xupáp 4 nhờ bộ phận dẫn hướng 3 Trên bộ phận dẫn hướng này, có êcu 6 và đệm kín 7, có tác dụng bịt kín khoảng không giữa khoang làm việc và đường ống, giúp giảm lực đẩy của xupáp 4 xuống đế van 8 và bảo vệ bề mặt của êcu 6 Đặc biệt, trên êcu 6 còn có các lò xo 5 để tự động đóng nắp van 1 khi áp suất trong buồng làm việc thay đổi, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của van thủy lực.

Van thủy lực của bơm piston thường là loại van ngược, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi áp suất trong buồng làm việc để điều khiển việc mở hoặc đóng của nắp van 1 Khi áp suất trong buồng tăng hoặc giảm so với áp suất đường ống hút hoặc xả do sự dịch chuyển của piston, nắp van 1 sẽ tự động mở hoặc đóng nhằm điều chỉnh quá trình bơm Khi nắp van 1 mở, bộ phận dẫn hướng 3 sẽ hướng dòng chảy đi qua để vào khoang làm việc hoặc thoát ra ngoài qua đường ống xả, tùy thuộc vào quá trình hút hoặc đẩy Sau đó, áp suất trong khoang làm việc sẽ thay đổi, làm cho lò xo 5 kéo và đóng nắp van 1 lại, cách ly khoang làm việc khỏi đường ống, bắt đầu một chu trình bơm mới.

Van an toàn nối vào ống xả của buồng thủy lực có vai trò chính trong việc ngăn ngừa quá áp suất, bảo vệ màng cao su của bình điều hòa và hệ thống ống dẫn, thiết bị khác khỏi hư hỏng do áp lực bơm vượt mức an toàn.

Khi áp suất làm việc của bơm đột ngột tăng vượt quá giới hạn của van an toàn, van sẽ tự hoạt động nhằm bảo vệ hệ thống Việc này làm rách màng đàn hồi của van, cho phép một phần chất lỏng trở về bể hút để giảm áp suất làm việc của bơm Nhờ đó, hệ thống được duy trì an toàn, tránh gây hư hỏng cho các thiết bị khác trong quá trình hoạt động.

Theo cấu tạo của bình điều hòa có 3 dạng sau:

+ Bình điều hòa có màng cao su

+ Bình điều hòa loại piston

+ Bình điều hòa không màng

Hình 2.6 Cấu tạo bình điều hòa

1 – Phần nối ống ; 4 – Van nạp và xả khí

2 – Bình điều hòa ; 5 – Áp kế

Màng cao su và van an toàn là các thành phần quan trọng của bình điều hòa (ổn áp) Để hệ thống hoạt động hiệu quả, bình cần được duy trì liên tục với một lượng khí Nitơ cần thiết Việc đảm bảo mức khí Nitơ ổn định giúp bình điều hòa hoạt động an toàn và bền bỉ hơn trong quá trình sử dụng.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BƠM PISTON

2.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy bơm piston tác dụng đơn

Hình 2.7.Sơ đồ cấu tạo của máy bơm piston tác dụng đơn

1 – đường ống đẩy; 6 – thanh nối

4 – đường ống hút; 9 – trục khuỷu

Máy bơm piston tác dụng đơn hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động của piston 5, chạy qua lại trong xilanh để tạo ra quá trình nén và hút chất lỏng Cơ cấu chuyển động của piston được truyền từ động cơ thông qua các bộ phận chính gồm trục khuỷu 9, thanh truyền 7, con trượt 8 và thanh nối 6, giúp chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực một cách hiệu quả Cấu tạo của máy bơm piston tác dụng đơn gồm các thành phần chính giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động cao, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu cấp bách và chính xác trong truyền tải chất lỏng.

Khi piston chuyển động sang phải, thể tích trong buồng xylanh A tăng dần, gây giảm áp suất trong buồng Khi áp suất giảm xuống thấp hơn áp suất khí quyển ở mặt thoáng của bể hút, van 3 mở để chất lỏng từ bể hút vào xylanh, trong khi van 2 đã đóng từ trước Khi piston đến điểm chết bên phải, quá trình hút hoàn thành Ngược lại, khi piston chuyển sang trái, thể tích trong buồng giảm, làm áp suất tăng lên đến mức vượt quá áp suất trong ống đẩy, khiến van 2 mở ra để đẩy chất lỏng lên bể chứa qua ống đẩy 1; van 3 đóng lại Khi piston đến điểm chết trái, quá trình đẩy kết thúc Mỗi vòng quay của trục thực hiện một chu trình gồm hút và đẩy, gọi là chu kỳ làm việc của bơm Quá trình hút hoặc đẩy của bơm tương ứng với hành trình của piston, là quãng đường s = 2r, trong đó r là bán kính tay quay.

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của máy bơm piston tác dụng kép

Bơm piston tác dụng kép có piston dạng tấm hoạt động linh hoạt bằng cách chuyển động từ A đến B, trong đó khoang A thực hiện quá trình hút như bơm tác dụng đơn, còn khoang B thực hiện quá trình đẩy Khi piston di chuyển từ A đến B, quá trình hút khoang A diễn ra đồng thời với việc đẩy khí trong khoang B, giúp nâng cao hiệu quả và công suất của hệ thống bơm Thiết kế này tối ưu hóa quá trình nén khí và giảm thời gian hoạt động, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và liên tục.

Trong quá trình ngược lại khi piston di chuyển từ B đến A, khoang B sẽ thực hiện quá trình hút, trong khi khoang A thực hiện quá trình đẩy Mỗi vòng quay của trục chính, bơm đều thực hiện hai lần hút và hai lần đẩy để đảm bảo hoạt động liên tục Khi tay quay tiếp tục quay, bơm lặp lại chu trình hút và đẩy đều đặn, duy trì hiệu suất hoạt động ổn định của hệ thống.

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo của máy bơm piston tác dụng kép

1 – van đường ống hút; 6 – thanh nối

2 – van đường ống đẩy; 7 – thanh truyền

Khác với bơm ly tâm, bơm piston không cần được mồi và có khả năng tự hút khí Trong quá trình hoạt động, thể tích không khí ở ống hút và buồng làm việc được gọi là Wo, khi piston ở vị trí A, thể tích này đạt giá trị tối ưu để đảm bảo hiệu quả hút khí.

Nếu piston chuyển động về vị trí B thì không khí giãn nở ra với thể tích lớn hơn

Wo + F.S (F.S: thể tích xi lanh) Cho rằng không khí giãn nở đoạn nhiệt thì áp suất không khí lúc bấy giờ trong buồng làm việc là P < Pa

Theo định luật: PV = const

Do P < Pa nên chất lỏng từ bể hút chảy vào ống hút và dâng lên được một độ cao h = (chưa kể tới tổn thất)

Nếu piston tiếp tục làm việc và điền đầy bơm, khi đó xem như bơm đã tự mồi xong

Bơm piston có thể tạo ra áp suất lớn hơn so với bơm ly tâm và bơm piston, nhưng lưu lượng của chúng thường dao động do chuyển động không đều của chất lỏng, đồng thời kết cấu của loại bơm này khá cồng kềnh Trong các ứng dụng yêu cầu áp suất thấp hoặc trung bình và lưu lượng lớn, bơm ly tâm thường phù hợp hơn so với bơm piston Tuy nhiên, khi cần áp suất cao từ 200 atm trở lên và lưu lượng nhỏ, bơm piston vẫn có lợi thế vượt trội Do đó, bơm piston thường được sử dụng trong các hệ thống truyền động thủy lực, truyền lực, bơm ép với áp suất cao, đặc biệt trong ngành khai thác và khoan dầu khí.

Chuyển động không ổn định của chất lỏng trong quá trình vận hành của bơm piston gây ra dao động lưu lượng và áp suất, làm tăng tổn thất thủy lực và gây chấn động hệ thống Những dao động này có thể dẫn đến va đập thủy lực, gây hư hỏng các bộ phận của bơm và hệ thống truyền động Khi nhiều bơm hoạt động cùng lúc trong một hệ thống, biên độ dao động áp suất càng tăng cao do hiện tượng cộng hưởng, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và độ bền của toàn bộ hệ thống.

Dao động của áp suất và lưu lượng bơm ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng hoạt động của hệ thống thủy lực Chính nhược điểm này khiến bơm piston có hệ số không đều và lưu lượng lớn không phù hợp cho các hệ thống truyền động hoặc điều khiển yêu cầu độ chính xác cao.

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

- Dùng bơm tác dụng 2 chiều (tác dụng kép)

Hình 2.9 Bình điều hòa hút

Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan Trang 37 chân không, vì thế mà chất lỏng chảy từ bể hút lên bình một cách liên tục và có thể xem như dòng chảy ổn định

Chuyển động không ổn định của dòng chảy chỉ xảy ra từ bình chứa đến mặt piston, giúp giảm lực quán tính trong ống hút Lực quán tính này chỉ xuất hiện ở đoạn ngắn từ bình điều hòa đến bơm, từ đó giảm tổn thất năng lượng trong hệ thống Đặt bình điều hòa gần sát với bơm mang lại lợi ích tối ưu cho hiệu quả vận hành.

Bình thường tất cả các bình điều hòa được nạp khí nitơ với áp suất bằng 0 Đặt bình điều hòa trên ống hút có thể cho phép :

- Tăng thêm được chiều cao hút của bơm

- Tăng số vòng quay làm việc của bơm

- Giảm được dao động áp suất của bơm trong quá trình hút b Bình điều hòa đẩy

Hình 2.10.Bình điều hòa đẩy

Trong quá trình đẩy một phần lưu lượng của bơm (lớn hơn lưu lượng trung bình) vào bình, mức chất lỏng sẽ dâng lên, gây nén khí ở phần trên của bình và tạo ra áp suất lớn Khi van đẩy đóng lại, áp suất lớn của khí trong khoang bị nén giúp chất lỏng tiếp tục đẩy ra ống đẩy, làm giảm lưu lượng và áp suất trong ống đẩy, từ đó dòng chảy trở nên điều hòa hơn.

VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG BƠM PISTON

2.3.3 Điều chỉnh lưu lượng của bơm piston Để phù hợp với nhu cầu sử dụng về áp suất cũng như lưu lượng trong hệ bơm piston người ta đã áp dụng các biện pháp thay đổi lưu lượng cơ bản sau:

- Thay đổi tần số làm việc của bơm tức thay đổi số hành trình của piston trong một đơn vị thời gian bằng các biện pháp sau:

+ Thay đổi số vòng quay của động cơ dẫn động

+ Thay đổi số vòng quay bơm bằng việc sử dụng các cơ cấu trung gian như sử dụng hộp thay đổi tốc độ (hộp số)

- Điều chỉnh bằng van tiết lưu để xả bớt môi chất công tác từ đường ra về đường vào hoặc bể chứa…

Thay đổi kích thước tiết diện bề mặt làm việc của bơm piston giúp điều chỉnh áp lực và lưu lượng dầu hiệu quả, đặc biệt khi thay thế cả bộ đôi piston và xi lanh có kích thước khác nhau Điều này mang lại khả năng tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống thủy lực, phù hợp với các yêu cầu về công suất và ứng dụng đa dạng Việc điều chỉnh kích thước bề mặt piston là yếu tố quan trọng để kiểm soát lưu lượng dầu, nâng cao độ chính xác và tuổi thọ của thiết bị.

- Thay đổi chiều dài của hành trình piston (S) bằng cách thay đổi chiều dài làm việc của tay quay

Biện pháp này áp dụng cho các bơm định lượng sử dụng bánh lệch tâm để điều chỉnh lưu lượng và chính xác của quá trình bơm Việc thay đổi vị trí bánh lệch tâm, tức là điều chỉnh khoảng cách lệch tâm (tâm sai) hoặc bán kính R của bơm, giúp kiểm soát đáng kể về lưu lượng và độ chính xác trong quá trình bơm Đây là phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống bơm định lượng dựa trên nguyên lý bánh lệch tâm.

Các phương pháp thay đổi trên được chia ra trên cơ sở công thức:

Việc chạy thử bơm sau khi sửa chữa và lắp ráp là bước cực kỳ quan trọng để đảm bảo chất lượng công việc Qua quá trình này, chúng ta có thể đánh giá chính xác độ tin cậy và hiệu suất của bơm trước khi đưa vào vận hành thực tế Chạy thử giúp xác định phạm vi hoạt động của bơm, đảm bảo không có lỗi kỹ thuật và nâng cao độ bền, tuổi thọ của thiết bị trong quá trình sử dụng Đây là bước không thể bỏ qua trong quá trình bảo trì, sửa chữa hệ thống bơm để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

Trong quá trình sửa chữa, chạy thử máy có vai trò quan trọng để kiểm tra độ ổn định của các chi tiết, đặc biệt khi máy chứa nhiều loại linh kiện khác nhau như chi tiết mới, chi tiết đã qua gia công sửa chữa, hoặc chi tiết đã qua sử dụng còn sử dụng được Quá trình chạy thử nhằm rà soát các mối ghép trong cơ cấu máy, giúp san phẳng các nhấp nhô ban đầu, tăng diện tích tiếp xúc bề mặt và giảm áp lực đơn vị trong các mối ghép Điều này đảm bảo máy hoạt động ổn định, chính xác và an toàn sau sửa chữa.

Bài 2: Vận hành bơm dung dịch khoan Trang 39 việc lâu dài của mối ghép, tăng tuổi thọ của bơm Nhưng cũng có những mối ghép việc chạy thử chỉ là để kiểm tra hiệu chỉnh lại khe hở và các thông số kỹ thuật

Khi tiến hành chạy thử máy bơm ta cần thực hiện những bước sau:

Kiểm tra lần cuối các bộ phận của bơm để đảm bảo các mối ghép ren đã được xiết chặt đầy đủ, giúp đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị Đồng thời, tra dầu mỡ cho các mối ghép có sự chuyển động tương đối giữa các bề mặt chi tiết bơm, đặc biệt tại những vị trí có lỗ tra dầu hoặc vú mỡ, nhằm giảm ma sát và nâng cao tuổi thọ của bơm.

Vệ sinh sạch sẽ dụng cụ lắp ráp, ốc vít và mảnh vụn sắt thép xung quanh máy để đảm bảo an toàn vận hành Tránh để các vật dụng này trên thành máy hoặc các vị trí có thể gây vướng mắc hoặc rơi vào các bộ phận chuyển động của máy, giảm nguy cơ gây hỏng hóc hoặc tai nạn Việc kiểm tra và dọn dẹp định kỳ giúp máy hoạt động hiệu quả hơn và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

- Quay vài vòng khớp nối bằng tay đòn, xem xét hiện tượng kẹt vướng của bơm

Đóng điện chạy thử và xả trực tiếp chất lỏng ra ngoài, không đưa vào hệ thống ống dẫn để kiểm tra Quan trọng, kiểm tra áp suất và lưu lượng làm việc của bơm để đảm bảo hoạt động ổn định Tất cả các chi tiết của hộp thủy lực chịu áp suất 25MPa (250kg/cm²) cần phải chịu áp suất thử 37,5MPa (375kg/cm²) trong 5 phút để đảm bảo độ an toàn và độ bền của hệ thống.

Kiểm tra các thân ổ bằng cách đặt tay lên để cảm nhận có hiện tượng rung hoặc nóng Nếu ổ rung, cần siết chặt các ốc lắp thân ổ với bệ máy để đảm bảo sự ổn định Trong trường hợp ổ bị nóng, kiểm tra chế độ bôi trơn và xác định xem các vị trí của ổ có bị lệch hoặc sai lệch đường tâm không; nếu có, cần điều chỉnh lại để đảm bảo hoạt động chính xác và bền bỉ của thiết bị.

- Lắng nghe xem bơm chạy có xuất hiện tiếng ồn không, nếu có thì cần tìm nơi phát ra tiếng ồn và xử lý

Riêng đối với cụm xylanh – piston mới hoặc đã sửa chữa thì khi tiến hành chạy thử sẽ đạt được hai mục đích:

Làm mòn bề mặt là quá trình xử lý nhằm giảm độ nhám và sửa chữa các sai số công nghệ ban đầu trên các đỉnh bề mặt, góp phần cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm Quá trình này também giúp loại bỏ các khuyết tật do lắp ghép và biến dạng nhiệt gây ra, đảm bảo bề mặt tổng thể được mịn màng và đồng đều hơn Áp dụng làm mòn bề mặt không chỉ nâng cao độ bền của chi tiết mà còn tối ưu hóa hiệu suất vận hành của các linh kiện cơ khí.

Huỷ hoại độ nhám ban đầu của bề mặt và tạo ra độ nhám mới với các thông số và hướng xác định rõ ràng là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất làm việc của các bề mặt chịu ma sát lâu dài Quá trình này giúp cải thiện khả năng chống mài mòn và duy trì độ nhám phù hợp trong điều kiện vận hành kéo dài Việc xác định chính xác các thông số và hướng của độ nhám mới góp phần tối ưu hóa khả năng làm việc của các bộ phận trong hệ thống công nghiệp.

Trong quá trình vận hành máy bơm, để bơm hoạt động bình thường ta phải thực hiện các công việc sau:

- Kiểm tra lượng chất lỏng trong bơm sao cho trong suốt quá trình làm việc bơm không bị khí xâm thực vào

- Kiểm tra nhớt bôi trơn và các bộ phận của máy xem có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật không

- Kiểm tra áp suất khí nén trong bình điều hoà không được cao hơn hay thấp hơn so với áp suất được đánh dấu trên biểu đồ

Thực hiện kiểm tra định kỳ van an toàn ít nhất một lần sau 10 giờ làm việc để đảm bảo hoạt động hiệu quả Việc kiểm tra này giúp phòng ngừa sự tích tụ các chất lắng đọng trên bề mặt của van an toàn và các đường ống hút, từ đó duy trì hiệu suất vận hành an toàn và ổn định của hệ thống Đảm bảo kiểm tra đều đặn sẽ giảm thiểu rủi ro sự cố xảy ra do các chất cặn bám gây tắc nghẽn hoặc sai lệch chức năng của van.

Thường xuyên kiểm tra các mối ghép có liên kết ren của bulông, đai ốc để đảm bảo an toàn và độ bền của kết cấu Đặc biệt, cần chú ý đến các mối ghép chịu tải trọng của khối thủy lực, vì ngay cả khi yếu cũng có thể gây hỏng các liên kết ren, mài mòn bề mặt lắp ráp và làm hư hỏng đệm làm kín Việc bảo trì định kỳ giúp phát hiện kịp thời các vết nứt, rỉ sét hoặc hao mòn, từ đó xử lý nhanh chóng, kéo dài tuổi thọ của hệ thống Tăng cường kiểm tra các mối ghép giúp giảm thiểu rủi ro gây sự cố và đảm bảo hoạt động hiệu quả của thiết bị thủy lực.

Không được phép hoạt động lâu dài ở áp suất vượt quá các chỉ số kỹ thuật đã đề ra Trong trường hợp cần tăng công suất, chỉ được phép tăng không quá 10% trong vòng tối đa 5 phút để đảm bảo an toàn và độ bền của thiết bị.

- Hướng quay của trục chủ động phải đúng với hướng quay được chỉ ra trên khung máy (theo chiều kim đồng hồ)

VẬN HÀNH HỆ THỐNG LÀM SẠCH DUNG DỊCH

THIẾT BỊ TÁCH KHÍ

Trong quá trình tuần hoàn dung dịch, nếu áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch thấp hơn áp suất của thành hệ, khí trong thành hệ (nếu có) sẽ xâm nhập vào trong dung dịch Điều này ảnh hưởng đến quá trình tuần hoàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống Do đó, kiểm soát áp suất thủy tĩnh là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tránh hiện tượng khí lọt vào trong dung dịch.

Bài 3: Vận hành hệ thống làm sạch dung dịch Trang 50 dịch Nếu lượng khí xâm nhập vào là nhỏ thì nó chỉ làm giảm tỷ trọng của dung dịch, khi tỷ trọng của dung dịch giảm thì áp suất thủy tĩnh giảm và chênh lệch áp suất vỉa áp suất thủy tĩnh tăng nên lượng khí xâm nhập vào càng nhiều Khí xâm nhập vào trong giếng khoan sẽ gây nên rất nhiều sự cố cho công tác khoan như: phun trào, sập lở thành giếng,… Chính vì vậy mà khí xâm nhập này cần phải được loại bỏ trước khi tuần hoàn dung dịch lại vào trong giếng khoan Để tách khí ra khỏi dung dịch người ta có thể dùng một trong hai biện pháp là tách cơ học và tách hóa học

Hình 3.2 Máy tách khí (Degasser)

3.1.1 Tách khí bằng phương pháp cơ học

Khí trong dung dịch khoan có thể bị tách bằng cách cho dòng dung dịch chảy trên mặt thoáng và va đập vào các vách ngăn

Hình 3.3 Sơ đồ tách khí bằng phương pháp cơ học

Trên giàn, người ta dùng thiết bị tách khí hoạt động theo nguyên tắc sau:

Bài 3: Vận hành hệ thống làm sạch dung dịch Trang 51

▪ Dung dịch chứa khí được hút vào máy tách khí qua một ống lồng hình trụ bởi áp suất chân không tạo ra do máy bơm hoặc máy thổi

▪ Các cánh quạt đẩy gắn ở cuối ống trụ để tăng tốc cho dung dịch, đẩy dung dịch va chạm với vách ngăn

▪ Khí tách ra do chuyển động hỗn loạn và va chạm của dung dịch sẽ được bơm

▪ chân không hút và thải ra ngoài

▪ Dung dịch sạch khí rơi xuống và cũng được bơm ra khỏi máy tách khí bằng máy bơm ly tâm chống sục khí

Hình 3.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy tách khí

Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị tách bọt khí

Động cơ điện truyền chuyển động quay cho bơm cánh quạt, giúp đẩy dung dịch vào bình tách khí Tại đây, dung dịch đập vào đĩa chắn và tạo thành một lớp mỏng, chảy theo chế độ chảy rối Bọt khí được tách ra khỏi dung dịch và thoát ra ngoài vào khí quyển, trong khi dung dịch sạch tiếp tục chảy vào bể chứa bên cạnh, đảm bảo quá trình tách khí hiệu quả.

Hình 3.6.Thiết bị tách bọt khí

Hình 3.7 Thiết bị tách bọt khí đang làm việc tại khoan trường

Hình 3.8 Thiết bị tách khí

Hình 3.9 Máy tách khí (Degaser)

Hiện nay, ngoài thiết bị tách khí truyền thống, còn có nhiều loại thiết bị tách khí khác nhau phù hợp với từng nhà sản xuất Đối với các giếng có chiều sâu lớn và áp suất cao, người ta thường chọn sử dụng các loại thiết bị phù hợp để đảm bảo hiệu quả tách khí tối ưu.

• Lưu lượng dung dịch : 1000-1500 gpm

• Lưu lượng khí tách ra : 17.5 MMscf/d

• Áp suất làm việc : 125 psi

Hình 3.10.Cấu tạo máy tách khí

Hình 3.11.Máy tách khí áp suất cao 3.1.2 Tách khí bằng phương pháp hóa lý

Tách bọt khí bằng phương pháp hóa lý là quá trình thêm vào dung dịch các chất có khả năng làm giảm độ bền chắc của lớp vách ngăn quanh bọt khí Quá trình này giúp các bọt khí dễ dàng kết dính lại với nhau, nổi lên mặt thoáng một cách dễ dàng và sau đó vỡ ra nhanh chóng, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý khí trong quá trình sản xuất.

Bọt khí có kích thước lớn hơn có sức căng bề mặt nhỏ hơn, dẫn đến độ bền vững kém hơn Phương pháp hóa lý để xử lý bọt khí thường được sử dụng nhưng hạn chế vì chi phí cao.

THIẾT BỊ TÁCH CÁT

3.2.1 Máy xoáy lốc thuỷ lực

Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo của máy xoáy lốc thủy lực

1: ống dẫn dung dịch vào

2: ống dẫn dung dịch ra

4: chỗ thu hẹp ở ống dẫn vào

Dung dịch từ lỗ khoan chảy vào ống gắn tiếp tuyến với thành máy xoáy lốc thủy lực, nơi các phần tử nặng hơn như hạt cát có kích thước ≥ 74 μm bị tác động của lực ly tâm đẩy ra xa tâm, va vào thành bình và trôi xuống phía dưới qua lỗ thoát Trong khi đó, dung dịch nhẹ hơn sẽ xoáy ngược chiều và thoát qua lỗ thoát thứ hai Máy xoáy lốc thủy lực vận hành ở áp suất từ 2-5 kg/cm² và thường được bố trí thành các cụm gồm từ 3 đến 4 máy để nâng cao hiệu quả xử lý dòng chảy.

Hình 3.13.Máy xoáy lốc thủy lực

Các thiết bị xiclon thủy lực, hay còn gọi là máy xoáy lốc thủy lực, được sử dụng để cấp lọc hỗ trợ cho dung dịch trong quá trình khoan Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên việc tách các hạt nặng trong huyền phù nhờ tác dụng của lực quán tính của dòng xoáy trong xiclon thủy lực Trong thực tế khoan, máy tách cát và máy tách bùn là những loại xiclon thủy lực phổ biến nhất, giúp loại bỏ hiệu quả các tạp chất khỏi dung dịch khoan, nâng cao hiệu quả công việc và bảo vệ các thiết bị khác.

Máy tách cát – máy tách bùn hoạt động dựa trên nguyên lý dòng chảy xoáy ốc, trong đó dung dịch được bơm vào qua ống tiếp tuyến với thân máy, làm giảm tiết diện để tăng tốc dòng chảy Nhờ đó, các hạt mùn có khối lượng và kích thước lớn sẽ bị tách ra khỏi dung dịch một cách hiệu quả Công nghệ này giúp nâng cao hiệu suất xử lý chất thải rắn trong quy trình xử lý nước thải.

Máy tách cát, máy tách bùn thường được dùng cho dung dịch không chứa chất làm nặng (barite) do sẽ tách chất làm nặng ra khỏi dung dịch

Bảng 3-1.Thông số một số máy tách cát và máy tách bùn Đặc tính Máy tách cát

(desilter) Đường kính miệng, inches 10 - 12 4 - 6

Kích thước hạt rắn tách, μm 74 - 250 20 - 74

Lưu lượng làm việc, gal/min/cone 400 - 500 40 – 75

Tổng lưu lượng thiết kế hoạt động hiệu quả, % lưu lượng tuần hoàn (*) 125 150

Để đạt hiệu quả tách tối ưu, dòng thoát của dung dịch phải là tia chảy có dạng nón rỗng với cột khí ở giữa, giúp tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình phân tách Trường hợp dòng thoát liên tục sẽ khiến dung dịch và hạt rắn mất chuyển động xoáy trong máy, dẫn đến việc tách không hoàn toàn hiệu quả.

(*) – số lượng bình ly tâm cần chọn bằng tổng lưu lượng thiết kế chia cho công suất mỗi bình

Máy tách cát ПГ-50 là blok xiclon thủy lực 1, được lắp đặt trên khung giá thép có cấu tạo từ ống thép chắc chắn Khung giá có kết cấu gồm hai phần tiếp nhận xả, trong đó ống xả đồng thời hoạt động như trụ đứng vững chắc Khung giá được gắn cột (cột chống) bằng kết cấu hàn từ sắt U, giúp đảm bảo độ bền và ổn định Trên cột chống dưới xiclon thủy lực, được đặt thùng đựng mùn, dễ dàng thu gom chất thải và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống.

Máy tách mùn có phần đáy lắp cánh van 5 để xả mùn hiệu quả Xiclon thủy lực là bộ phận chính của hệ thống, được cấu tạo từ hợp kim silumin, với các phần như vòi rót, ống tháo cát, vỏ ống cát và ống tháo Dưới áp suất từ 0,2 đến 0,3 Mpa, dung dịch đã lọc sơ bộ qua sàng rung được đưa vào ống gom cấp để tiếp tục quá trình tách mùn Sau đó, dung dịch đi qua các xiclon để tách mùn, phần mùn sẽ chảy vào ống tháo cát rồi ra thùng chứa mùn Quá trình lọc tiếp tục khi dung dịch đi qua ống rót, vào ống gom, rồi qua cột chảy vào máng của bộ lọc, đảm bảo hiệu quả loại bỏ mùn và sạch sẽ trong quy trình xử lý.

Máy tách cát hoạt động theo hai chế độ chính: chế độ đầu tiên là ống tháo cát không ngập trong bùn của thùng mùn khi rút tấm chắn, giúp quá trình tách cát diễn ra hiệu quả mà không gây bẩn; chế độ thứ hai là ống tháo cát ngập trong bùn của thùng mùn khi đặt tấm chắn, tối ưu hóa khả năng xử lý cặn bẩn Máy tách cát ПГ-50 được lắp đặt trong bộ lọc, đặt sau sàn rung và trên máng để đảm bảo hiệu quả vận hành và dễ dàng bảo trì.

Bảng 3-2.Đặc tính kỹ thuật của máy tách cát ПГ-50

TT Các thông số Chỉ số

1 Khả năng thoát (l/s) dung dịch sạch với áp suất 0,25 Mpa 50-10

2 Áp suất cho phép vào xiclon thủy lực, Mpa

3 Kích thước hạt mùn tỉ trọng 2,5 tách hoàn toàn khỏi dung dịch, mm 0,08

7 Công suất động cơ, kW 11

Kích thước blôc lọc, mm

- Rộng, ổ trạng thái làm việc 5200

THIẾT BỊ TÁCH BÙN

Để loại bỏ triệt để hạt mùn có kích thước nhỏ hơn 74μ trong dung dịch có độ nhớt cao, cần sử dụng các thiết bị phù hợp như máy lắng bùn Máy lắng bùn hoạt động dựa trên nguyên tắc hướng dòng dung dịch nặng chảy từ miệng rơi xuống lưới rung, với mắt lưới từ 100 đến 325 mắt/cm², giúp tách các hạt mùn nhỏ hiệu quả và đảm bảo quá trình làm sạch được thực hiện tối ưu.

Hình 3.14.Thiết bị tách bùn

Máy li tâm là thiết bị hình hộp nằm ngang, có trục quay tốc độ từ 1500 đến 3000 vòng/phút, kèm theo một vít tải quay với vận tốc thấp hơn Thiết bị này phù hợp để xử lý một phần lưu lượng trở về, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lãng phí trong quá trình vận hành.

Hình 3.16 Bùn được tách ra khỏi dung dịch

SÀNG RUNG

Nguyên tắc làm việc: dùng các lưới kim loại có kích thước mắt lưới phù hợp để lọc dung dịch.

Hình 3.17.Cấu tạo sàng rung

Phương pháp này được sử dụng để tách mùn khỏi dung dịch nặng, vì mùn trong dung dịch nặng khó tách hơn so với dung dịch thường Phương pháp thủy lực dựa vào lực đẩy của nguyên lý Archimedes giúp nâng cao hiệu quả tách mùn trong quá trình xử lý dung dịch.

Hình 3.18.Sơ đồ nguyên lý làm việc của sàng rung

1 Đường dung dịch đi từ giếng khoan lên

7 Bể chứa dung dịch sạch

Nguyên lý hoạt động của sàng rung dựa trên động cơ điện (8) truyền động cho trục lệch tâm (3), tạo ra rung với tần số từ 1750 đến 2000 lần/phút và biên độ từ 1,5 đến 4,5 mm Khi dung dịch qua sàng rung mùn khoan, các phần rắn được tách ra khỏi dung dịch và chuyển về phía hố chứa mùn khoan (6), trong khi dung dịch sạch chảy vào bể chứa dung dịch sạch (7) Sàng được đặt nghiêng một góc khoảng 13-15 độ và có các loại kích thước mắt khác nhau như 3x2; 6x5; 7x8 và 10x8 mắt/cm² Đối với lưu lượng dung dịch cần làm sạch vượt trên 35 lít/giây, cần sử dụng hai sàng cùng hoạt động để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Hình 3.19 Một kiểu sàng rung

Vận hành sàng rung đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch mùn khoan, giúp loại bỏ các hạt mùn có kích thước lớn hơn lỗ sàng và tách chúng khỏi dung dịch Người thợ vận hành cần đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục bằng cách kiểm tra thường xuyên mô tơ điện, hệ thống dẫn động trục lệch tâm, lò xo và mắt sàng để phát hiện sự cố kịp thời Trong trường hợp xảy ra sự cố, cần ngừng hoạt động và tiến hành sửa chữa nhanh chóng nhằm duy trì hiệu quả của quá trình sàng lọc.

Hình 3.20 Sàng rung tại khoan trường

BỂ LẮNG

Dựa trên nguyên tắc trọng lực – vật thể có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của dung dịch sẽ bị lắng xuống

Tốc độ lắng của mùn khoan chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như đường kính hạt mùn, tốc độ dòng chảy và tính chất lưu biến của dung dịch Khi dòng chảy có tốc độ cao, dung dịch ổn định, và cấu trúc tốt sẽ làm cho hạt mùn khó lắng xuống Phương pháp thủy lực sử dụng máng lắng giúp giữ tốc độ dòng dung dịch thấp và phá vỡ cấu trúc của dung dịch, từ đó tăng tốc độ lắng của hạt mùn Máng lắng thường được ứng dụng trong các công trình khoan trên đất liền để nâng cao hiệu quả xử lý mùn khoan.

Máng lắng được làm từ kim loại, bêtông, gỗ hoặc có thể đào trực tiếp trên nền khu vực khoan, giúp xử lý dung dịch khoan hiệu quả Chiều dài của máng phụ thuộc vào lượng dung dịch tuần hoàn, đảm bảo quá trình xử lý diễn ra liên tục và hiệu quả Độ dốc của máng khoảng 1,5 – 20 độ giúp dung dịch chảy đều về phía hố lắng Dọc theo máng và trong hố lắng còn được lắp đặt các tấm chắn để phá vỡ cấu trúc của dung dịch và tách hạt mùn khoan, nâng cao hiệu quả làm sạch dung dịch trước khi tái sử dụng.

Hình 3.21.Sơ đồ hệ thống máng lắng

• Dung dịch từ miệng lỗ khoan sẽ di chuyển dọc theo máng lắng

• Tốc độ di chuyển của dung dịch trong máng chậm, các hạt mùn lớn có thể lắng xuống

• Khi tới tấm chắn, do tiết diện bị thu hẹp, tốc độ dòng chảy tăng, dung dịch va đập vào tấm chắn và cấu trúc dung dịch yếu đi

• Hạt mùn sẽ lắng xuống đáy máng

Hình 3.22 Quá trình di chuyển của dung dịch trong máng lắng

Máng lắng được sử dụng để lắng đọng và tách mùn khoan sau quá trình qua sàng rung, giúp loại bỏ tạp chất hiệu quả Thường thì máng được làm bằng tôn theo kiểu hình thang hoặc chữ nhật, rộng từ 0,6 đến 0,8 mét, cao từ 0,3 đến 0,4 mét, dài từ 30 đến 50 mét và có độ nghiêng từ 1 đến 2,5% để đảm bảo dòng chảy thuận tiện Để duy trì vận tốc dòng chảy từ 10 đến 15 cm/s, các tấm ngăn được lắp đặt cứ mỗi 2 đến 2,5 mét dọc theo chiều dài máng nhằm phá vỡ cấu trúc của dung dịch và tạo điều kiện tốt hơn cho mùn khoan lắng đọng Máng còn được bố trí theo dạng gấp khúc vừa để giảm diện tích lắp đặt, đồng thời mỗi điểm gấp khúc đều có đặt hố lắng, giúp mùn khoan lắng đọng triệt để trước khi dịch chảy vào bể chứa.

BÀI TẬP THỰC HÀNH TRÊN CÁC THIẾT BỊ LÀM SẠCH DUNG DỊCH

Hình 3.23.Thu thập mẫu tại sàng rung

Hình 3.24.Mẫu mùn khoan được thu thập tại sàng rung

Hình 3.25.Phơi mẫu khô thu được tại sàng rung

Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Thiết bị tách khí, cát bùn

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 3

Câu hỏi 1 Ghép hợp các thuật ngữ cho sẵn với nội dung tương ứng

1 Máy tách khí chuyển động quay của bơm cánh quạt được truyền từ đâu

2 phương pháp hóa lý được sử dụng rất hạn chế vì

3 Máy tách cát hoạt động theo nguyên tắc nào a Nguyên tắc ly tâm b Giá thành cao c Động cơ điện

Câu hỏi 2 Hệ thống làm sạch dung dịch khoan bao gồm?

Tình huống 3 Điều gì sẽ xảy ra nếu lượng khí có trong dung dịch khoan càng nhiều?

VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG VÀ BỂ CHỨA

Tiêu đề	Giáo trình Hệ thống tuần hoàn dung dịch (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp)
Tác giả	Nhóm tác giả
Trường học	Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Chuyên ngành	Hệ Thống Tuần Hoàn Dung Dịch
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Bà Rịa - Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	4,92 MB