Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 3 pdf

Chọn chế độ thuỷ lực cho tuốc bin ở phần trên chúng ta đã nghiên cứu việc xác định lưu lượng bơm tối ưu trong điều kiệnP0= const và L = const Nhưng thực tế công suất của bơm không thay

169

M = k Q. g rct(C1u - C2u ) (12) Thay (11) vào (12) ta được: M= k Q.g rct.u (13) Công thức tổn thất áp suất bên trong tuốc bin:

Pt = Hth  = K ug (C1u -C2u) = k  u

2

u = g Pt

Thay (15) vào (13) chúng ta thu được

áp uất cung cấp cho tuốc bin:

Pct= Pb- (B L + A ) Q2 (17) Thay (17) vào (16) chúng ta thu được:

M= k g rct PbQ2 - (BL + A) .Q4) (18) Biểu diễn của hàm số: M = f(Q) chúng ta được đồ thị là:

Điều kiện xác định Q0 d Q d M = 0

2 P0Q - 4 (A L + B)  Q03 = 0 (19)

áp suất cung cấp cho tuốc bin sẽ là:

Pct0 = Pb (A L + B)  Q02 = Pb - (A L + B )  Pb

2 (A L + B)

Mmax

M

Hình20

Qo Qmax Q

Pct0 = 12 Pb (21)

Như vậy chúng ta đi đến kết luận: để thu được momen cực đại ở tuốc bin Pct0 = 12 Pb hay Nt0 = 12 Nb

Để tuốc bin tiêu thụ hết công suất do bơm cung cấp : Pt0 = Pct0

Apk0  Q2= P 2b  Ap h0 Pb

(A L + B ) 2 =

Pb

2 /

Từ đây chúng ta rút ra:

k0= B L + A A

p

Từ công thức (20) và (23) chúng ta cũng nhận thấy rằng chiều sâu l càng lớn thì Q0 càng giảm và k0 càng tăng

b) Trong trường hợp công suất bơm không đổi Nb = const

Nếu ở biểu thức (18) chúng ta thấy Pb= Q Nb

Biểu thức của momen sẽ trở thành

M = k g rct NbQ - (A L + B)  Q4 (24)

Với N0= const

dM

dQ = 0 Nb- 4(B L + A )  Q03 = 0

Q0=

4 (B L + A) (25) Nếu chúng thay Q0vào công thức sau :

Nt0= N0- Nth =Nb - (B L + A)  Q03 = Nb- (B L + A )  Nb

4 (B L + A)

Nct0 = 34 Nb (26)

Ptc0 = 34 Pb (27)

171

Từ công thức (6) , (21) , (27) chúng ta rút ra rằng để sử dụng một cách hợp lý thiết bị bơm, tuốc bin khoan phải sử dụng ít nhất1/2áp suất bơm Chiều sâu làm việc càng tăng, do khả năng giới hạn của bơm, lưu lượng dung dịch càng giảm đi, số tầng của tuốc bin cũng dần dần tăng lên Chúng ta cũng sẽ sử dụng từ tuốc bin đơn sang tuốc bin nối từ hai đến ba đoạn

5.9 Chọn chế độ thuỷ lực cho tuốc bin

ở phần trên chúng ta đã nghiên cứu việc xác định lưu lượng bơm tối ưu trong điều kiệnP0= const và L = const

Nhưng thực tế công suất của bơm không thay đổi Nb = const và chiều sâu giếng tăng dần từ nhỏ tới lớn

Như vậy công suất của bơm được tính bằng công thức:

Nb = Nt+ Nth= PtQ+ Pth Q (1)

N0 = Ap  Q3 + (BL + A)  Q3

Qnax = Nb

(B L + A + Ap). (2) Chúng ta cũng xác định được một lượng tối thiểu Qmin cần thiết để nâng hạt mùn khoan lên mặt:

Q min = 4 (Dc2- D2) Vmin (3)

Như vậy lưu lượng Q chọn nằm trong khoảng:

Chiều sâu làm việc giới hạn với một giá trị của lưu lượng Q từ công thức (1) ta rút ra:

L = Nb- (Ap +A)  Q

3

Chúng ta sẽ vẽ đồ thị biến thiên giữa Nb, Q, Pb, Pt, P0, n, N theo chiều sâu

L3 L2

L1

Q1

n1

Pt1

Pt2 Nt2

Q2

Q3 n3 Pt3

Nt3 Pb3

Nb3 Nb2

Nb1

Pb1

Pb2 Nt1

L

H Hì ì ìn n nh h h 2 2 21 1

Giữa hai chiều sâu liên tục Q1 không đổi, nếu l tăng lên thì áp suất ở bơm sẽ tăng lên tiến đến giá trị cực đại Pbmax Tương ứng vớiđường kính Xi lanh 1 Và công suất cũng tăng lên tiến dần đến giá trị cực đại của bơm

Để giảm công suất của bơm thì trong khoảng L 1 L2 ta phải giảm lưu lượng bơm Q2 < Q1thì lập tức công suấttại bơm cũng sẽ giảm xuống Nbgiảm và

áp suấtở bơm cũng giảm xuống Trong quá trình khoan vớiQ = Q2= const từ

L1 L2 Thì công suấtcủa bơm cũng tăng dàn đến Nb max và áp suấtở bơm cũng tăng dần đến giới hạn Pbmax

Và tương tự như thế từ L2 L3

Trong điều kiện trong các khoảng Q không đổi thì các thông số hoạt

động của tuốc bin Pt0, Nt0, nt0 sẽ không đổi

5.10 ảnh hưởng của độ mài mòn các chi tiết của tuốc bin đến các thông số hoạt động của tuốc bin

5.10.1 Mòn ở đĩa statơ và rô tơ

Các đĩa statô và rôtơ của tuốc bin bị mài mòn do các thành phần chất rắn chữa trong dung dịch Do ma sát giữa các đĩa statơ và rôtơ trong quá trình làm việc Do tuốc bin làm việc với thời gian tương đối lớn Đĩa rôtơ và statơ

bị mài mòn nhất là ở các mặt dưới của rìa ra, làm thay đổi góc cấu trúc c dẫn

đến thayđổi góc thuỷ

Sự tăng lên của góc csẽ làm giảm ctg  c và dẫn đếnM0giảm , N0 giảm

M0 = k ctg 

2g H  h 0

2 c Q 2

N0= K 1

g 







 ctg

H n dlth

2 3

0 c Q3

Hình22

 ’

c

c

173

Sự mài mòn ở mặt trên hay mặt dưới của đĩa rôtơ hay statơ sẽ làm tăng thêm độ hở dọc của tuốctbin Tạo nên những vùng quẩn của dung dịch khoan -

Do đó sự mất mát áp suất ở tuốc bin tăng lên Đồng thời nó cũng tăng góc thuỷ lực th và dẫn đến Momen và công suất giảm

5.10.2 ảnh hưởng của độ mài mòn ở các ổ tựa

Sự mài mòn ở các đĩa di động ở ổ tựa chính đưa đến việc xuất hiện sự không đông đều trên bề mặt tiếp xúc với phần có bọc cao su của đĩa đứng yên, làm tăng thêm hệ số ma sát và làm tăng thêm tiêu thụ năng lượng ở ổ tựa ở các đĩa đứng yên của các ổ tưạ, bọc cao su bị dứt bị nhổ hay bị phá huỷ khi chúng tiếp xúc với các sản phẩm dầu mỏ chứa trong dung dịch, kết quả là đưa

đến sự giảm hiệu suất cơ khí của tuốc bin

Các miếng cao su bị tách ra từ các đĩa đứng yên của ổ tựa chính nó đi vào các rãnh thoát nước của đĩa rôtơ và statơ gây ảnh hưởng xấu đến quá trình lưu thông của dung dịch khoan, có thể gây kẹt tuốc bin

Trong trường hợp bọc lót ở đế tuốc bin bị mài mòn, đưa đến hiện tượng mất một phần lớn lưu lượng dung dịch ở đây Do đó lưu lượng của dung dịchđi xuống choòng làm sạch đáy lỗ khoan bị giảm sút, làm quá trình làm sạch đáy

lỗ khoan cũng bị hạn chế

5.11 Vận hành tuốc bin khoan

5.11.1 Công tác chuẩn bị tuốc bin trước khi khoan

Bất kỳ là tuốc bin mới hay là tuốc bin vừa sửa chữa ở các xưởng tuốc bin, trước khi đưa ra sử dụng ở giếng khoan cần phải kiểm tra theo đúng các quy chuẩn Trước khi thả xuống giếng khoan cũng cần phải xác định khả năng làm việc của tuốc bin tương ứng

Trước khi đưa tuốc bin khoan tới các lỗ khoan, người ta tiến hành thử tuốc bin theo các quy chuẩn đơn giản và tổng hợp để tránh cho việc chuyên chở vô ích

và phải thử ở lỗ khoan

Để thử tuốc bin khoan theo quy chuẩn đơn giản, thông thường người ta sử dụng một thiết bị khoan cỡ nhỏ và phải có một máy bơm dung dịch bảo đảm một lưu lượng ít nhất từ 35 - 40 l/s với một áp suất 50 - 70 kG/cm2

Các bước kiểm tra như sau:

5.11.1.1 Kiểm tra sự khởi động của tuốc bin

Tuốc bin được treo ở móc nâng của ròng rọc động và được nối với hệ thống tuần hoàn của dung dịch Trước khi bắt đầu khởi động bơm cần phải mở hoàn toàn van xả của bơm dẫn ra thùng chứa dung dịch Van xả được đóng lại

từ từ và theo dõi đồng hồ đo áp lực Trong điều kiện thông thường trục tuốc bin bắt đầu quay với áp suất10 - 15 kG/cm2 Trục tuốc bin cần phải quay với tốc độ nhanh dần đều và tránh giật cục Sau khi tắt bơm cũng cần phải theo doĩ tốc độ dừng của tuốc bin, chúng dừng từ từ không đột ngột

Trong khi kiểm tra nếu thấy áp suất tiêu thụ trong tuốc bin quá lớn so với hoạt động bình thường của tuốc bin với cùng lưu lượng và trục tuốc bin dừng đột ngột, chứng tỏ ma sát bên trong tuốc bin lớn, nhất là ở ổ tựa chính của nó Trong trường hợp này cần phải tiến hành chạy rốt đa tuốc bin bằng cách quay trục tuốc bin nhờ bàn quay rôtơ trong khoảng 10 - 15 phút Nếu như sau khi chạy rôđa tuốc bin vẫn không khởi động được thì cần đưa lại xưởng để sửa chữa

Trong trường hợp áp suất tiêu hao bên trong tuốc bin thử lớn hơn áp suất hoạt động bình thường cuả nó với cùng một lưu lượng Q khoảng 15 - 20% Điều nàychứng tỏ rằng đĩa statơ và rôtơ của tuốc bin bị mòn và tổn thất

áp suất ở tuốc bin tăng lên

Tuốc bin cũng cần gửi lại xưởng để sửa chữa

5.11.1.2 Đo độ hở dọc của tuốc bin

Phương pháp đo được tiến hành như sau: Tuốc bin treo ở Êlêvatơ và thả xuống cho đến khi đầu dưới của trục dựa hoàn toàn vào bàn quay rôtơ, lấy phấn đánh dấu ở mép dưới cùng của đế vào trục tuốc bin Sau đó nâng tuốc bin lên khỏi bàn quay rôtơ và cũng ở mép dưới cùng của đế tuốc bin , đánh dấu phấn thứ 2 lên trục tuốc bin Khoảng cách 2 đầu phấn đó chính là độ hở dọc của tuốc bin ở một tuốc bin mới hay vừa sửa chữa xong, độ hở dọc không vượt quá 34mm Trong trường hợp độ hở dọc của tuốc bin khá lớn, thì cần phải xác định nguyên nhân của nó Nếu như đế tuốc bin, đầu nối, và ốc của trục đã vặn chặt thì nguyên nhân sẽ là do lắp ráp không tương ứng của ổ tựa chính

175

5.11.1.3 Đo độ mất dung dịch ở để tuốc bin

Người ta lắp một dụng cụ đo ở đế tua bin (hình vẽ dưới)

Trong trường hợp lượng dung dịch bị mất lớn hơn khoảng 25% lưu lượng ở bơm thì cần phải thay thế đế mới Để nghiên cứu đặc tính hoạt động của từng loại tuốc bin, cần phải có một quy chuẩn tổng hợp để thử ở quy chuẩn tổng hợp ngoài những đặc tính đo ở quy chuẩn đơn giản nó còn đo thêm những đặc tính làm việc của tuốc bin như:

Thay đổi M, N, của tuốc bin theo số vòng quay với lưu lượng và đặc tính khác nhau của dung dịch Dựa vào cơ sở này để chúng ta xác định các thông

số làm việc của tuốc bin ở giếng khoan Bên cạnh thiết bị ở quy chuẩn đơn giản, quy chuẩn tổng hợp cần thêm

1 - Thân tua bin

2 - Đế 3- Trục

4 - Vỏ dụng cụ

5 - Bạc lót kín

6 - Đinh vít

7 - ống xả

- Một dụng cụ tạo tải trọng dọc

- Dụng cụ đo và ghi các số đo (Tải trọng, momen, công suất, số vòng quay, áp suất vv )

Trong công tác vận chuyển tuốc bin, phải cẩn thận nhẹ nhàng, tránh va chạm đột ngột, ở hai đầu của tuốc bin phải có đầu bảo vệ Trước khi thả tuốc bin xuống giếng khoan, cũng cần phải kiểm tra lại giống như ở quy chuẩn

đơn giản Nếu như ở trên mặt tuốc bin không thể khởi động được, ngay cả sau khi dùng bàn quay rôtơ để quay trục, thì tuốc bin ấy không được thả xuống giếng khoan nữa

Hình23

5.11.2 Hoạt động của tuốc bin trong giếng khoan

Việc thả tuốc bin xuống giếng khoan được tiến hành với một tốc độ vừa phải Cần phải theo dõi đồng hồ đo trọng lượng và khi chúng ta thấy đồng hồ

đo trọng lượng giảm đi 2 - 3 vạch thì tuốc bin đã đến đáy Ta tiến hành khởi

động tuốc bin và mở rộng đường kính lỗ khoan theo đường kính thông thường của choòng

- Để tránh và loại trừ vật ngoại lai có kích thước lớn lẫn lộn vào trong dung dịch và có thể đưa đến tình trạng tắc tuốc bin, ở đường ống xả của bơm hay phía dưới của cần chủ đạo và đầu nối trên của tuốc bin ngươì ta lắp các dụng

cụ lọc

Khi tuốc bin gần đến đáy thì vận tốc thả phải giảm dần Khi tuốc bin gần đến

đáy thì cho bơm khởi động Van xả của bơm ra thùng dung dịch hoàn toàn ở trạng thái mở Van xả này sẽ được đóng dần theo từng nấc và sẽ được đóng hoàn toàn sau khi bơm hoạt động trong khoản 5 - 6 phút

Nếu thấy tuốc bin không hoạt động thì nên thả xuống choòngvới tải trọng

bé để giảm độ chịu tải ở ổ tựa chính tại điều kiện nhẹ nhàng cho tuốc bin khởi

động Thỉnh thoảng để khởi động tuốc bin người ta cho choòng khoan vá chạm nhẹ ở đáy giếng khoan Nhưng phương pháp này nguy hiểm dễ bị hỏng choòng khoan

- Nếu như các trường hợp trên không thành công thì chúng ta tiến hành cho tuốc bin chạy rôđa bằng cách quay cột cần khoan nhờ bàn quay rôtơ trong khoảng 10 - 15 phút và tạo tải trọng cho choòng khoan Sau khi cho chạy rôđa chúng ta sẽ kéo choòng lên cách đáy khoảng 10 - 30 m ở khoảng cách này

đường kính của choòng tương ứng với đường kính của giếng ở tại điểm này cho tuốc bin khởi động Nếu tuốc bin hoạt động thì cho tiến dần tới đáy và dùng choòng để mở rộng lỗ khoan đến đường kính bình thường Sau đó tiếp tục khoan bình thường Nếu tuốc bin không khởi động được thì phải kéo lên

Trong thời gian khoan việc kiểm tra hoạt động của tuốc bin cần được theo dõi qua đồng hồ đo trọng lượng, đồng hồ đo áp suất Chúng ta cũng biết rằng với tuốc bin thông thường, với một lưu lượng dung dịch không đổi thì tổn thất áp lực trong tuốc bin cũng khôngđổi Pt= const Ngay cả khi chế độ khoan

177

áp dụng có thay đổi Việc tăng hoặc giảm áp suấtở bơm báo hiệu những hư hỏng ở bơm hay hệ thống tuần hoàn

Thông thường chế độ làm việc của tuốc bin khoan được xác định qua việc chọn tải trọng đáy ở các thời điểm làm việc ban đầu của choòng với nhiều

tải trọng đáy khác nhau Chúng ta sẽ chọn tải trọng mà đảm bảo vận tốc cơ học lớn nhất

Trước khi kéo choòng tiếp tục cho dung dịch tuần hoàn ít nhất khoảng

8  10 phút Sau khi ngừng bơm tiến hành kéo choòng lên khỏi đáylỗ khoan Van xả được mở chỉ sau khi dừng bơm từ 3 - 5 phút

Chúng ta phải tiến hành như vậy để tránh cho mùn khoan ở khoảng không vành xuyến xâm nhập vào bên trong tuốc bin

Như chúng ta biết rằng trong quá trình khoan, nếu như vì lý do nào đó

mà ngừng bơm dung dịch Dung dịch khoan có chứa mùn khoan ở khoảng không vành xuyến có tỷ trọng lớn hơn sẽ xâm nhập vào bên trong tuốc bin Nếu như chúng ta cho bơm hoạt động trở lại đột ngột, mùn khoan trong tuốc bin sẽ làm ảnh hưởng xấu đến tuốc bin hay làm tắc tuốc bin

Vì vậy quá trình khởi động phải tiến hành từ từ bằng cách đóng dần từng nấc van xả ở ống xả của bơm

Sau khi kéo một choòng bị mòn, trước khi thả một choòng mới, tuốc bin

sẽ cần phải kiểm tra lại Đo độ hở dọc và ngang, kiểm ra trạng thái của các

đầu ren nối Nếu như độ hở dọc lớn hơn 3mm và độ hở ngang lớn hơn 2mm so với độ hở ban đầu, hoặc ren nối bị mòn, tuốc bin phải gửi về xưởng để kiểm tra sửa chữa

Hoạt động không bình thường của tuốc bin bằng cách theo dõi các đồng

hồ đo Các trường hợp không bình thường của tuốc bin thường gặp trong thực tế

5.11.2.1 Việc giảm áp suất ở bơm dung dịch:

Có liên quan đến việc giảm lưu lượng qua tuốc bin do đó M và N của tuốc bin cũng bị giảm Việc giảm áp suất ở bơm do những nguyên nhân :

- Bơm bị hỏng: Pittong, sơ mi, si lanh, các supáp bị mòn Các suppap hoạt

động không đồng bộ, tắc clabin ở đường ống hút Khí hoá dung dịch khoan, số

hành trình của bơm bị giảm do chùng dây côroa truyền từ động cơ đến bơm:

- Cột cần khoan bị rò: Ren không kín, cần bị rò

Để phát hiện chỗ hở cần phải kéo lên để kiểm tra

5.11.2.2 Tăng áp suất ở bơm: Tuốc bị bị tắc, tắc ở rãnh thoát nước cuả đĩa

rôtơ, statơ, ở ổ tựa chính, ở các ống lọc

5.11.2.3 Tuốc bin không nhận tải trọng đáy trong thời gian làm việc có

nghĩa là khi kéo choòng lên khởi động thì tuốc bin hoạt động

Có hoạt động thì vận tốc cơ học của choòng cũng rất bé

* Nguyên nhân gây nên hiện tượng này là:

- Nguyên nhân do hỏng choòng : Thường gặp là các nón xoay bị kẹt, trong trường hợp này đòi hỏi momen quay choòng lớn và tuốc bin không đảm bảo được

- Nguyên nhân do tuốc bị bị hỏng:

* Hỏng ở ổ tựa chính, các mặt tiếp xúc cớ bọc cao su bị mòn bị rách hay

bị dứt hay bị tách ra khỏi đĩa statơ do đó năng lượng tiêu hao ở đây rất lớn

* Đế của tuốc bin hay ốc của rôtơ vặn không chặt, do đó các đĩa statơ bị quay dưới tác dụng của mômen phản, còn các đĩa rôtơ tạo nên một momen không thoả mãn để bảo đảm quá trình khoan

* Đĩa của tuốc bin bị mòn, một phần lớn năng lượng sinh ra để thắng

ma sát giữa các đĩa với nhau

Mỗi một tuốc bin khoan cần phải kèm theo một lý lịch kỹ thuật theo dõi ,tất cả các số liệu liên quan đến sự kiểm tra và thử tuốc bin ở các quy chuẩn, ở giếng, làm việc của các tuốc bin ở giếng đều phải ghi lại

5.12 Hoàn thiện tuốc bin khoan

Sự phát triển của khoan tuốc bin di đôi với việc cải tiến những tuốc bin thông thường và chế tạo những loại tuốc bin mới để đáp ứng và phù hợp với yêu cầu khoan

5.12.1 Cải tiến cấu trúc của tuốc bin thông thường

5.12.1.1 Cải tiến các đĩa rôtơvà statơ

Trong phương hướng này thì đĩa rôtơ và statơ được đúc trong một khuôn đặc biệt với độ chính xác cao Các rìa của rôtơ và statơ hẹp và bề mặt của các cánh palít phẳng hơn so với tuốc bin thông thường Do đó dòng dung dịch chảy qua các tầng trong tuốc bin dễ dàng hơn và hạn chế được dòng chảy quẫn trong tua bin Hiệu quả là tăng được hiệu suấtcủa tuốc bin, tăng tuổi thọ của tuốc bin Hạn chế được sự mài mòn do dung dịch khoan Các đĩa statơ và