Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 4 ppsx

2.3 Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch 2.3.1.Máy bơm khoan và thiết bị đường ống cao cáp 2.3.1.1.Máy bơm khoan + Công dụng và đặc điểm máy bơm khoan Máy bơm khoan dùng

1 Đầu nối

2 Thân

3 Mũ ốc

4 Bạc lót

5 Đệm chắn dầu

6 Vỏ

7 ổ bi đỡ

8 ổ bi chặn

9 Vòng tựa

10 ổ bi đũa chặn

11 Chốt

12 Đệm chắn đầu trên

13 Đệm chắn nước;

14 ống cao áp

15 Quang treo

Hình 22: Cấu tạo đầu xa nhích

2.2.3.Đầu quay di động (Top Driver)

Đầu quay di động có nhiệm vụ như đầu xoay thuỷ lực thông thường vừa truyền động lên trục quay Động cơ có thể là động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ thuỷ lực Loại động cơ thuỷ lực ít dùng vì cần phải lắp thêm một thiết bị có công suất thuỷ lực đặc biệt nên rất phức tạp

Hình 23: Cụm đầu quay di động

2.2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của đầu quay di động

Hình 24: Cấu tạo của đầu quay di động 2.2.3.2.Ưu điểm của đầu quay di động

+ Ưu điểm:

- Không phải dùng cần chủ đạo

- Lắp với bộ khoan cụ ở mọi độ cao

- Có thể tiếp cần dựng (cần ba)

- Có thể khoan doa ngược

- Lấy mẫu lõi dài

+ Nhược điểm

- Phải lắp hệ thống dẫn hướng trong tháp để khử mô men cản

- Phải gia cố kết cấu do phát sinh lực xoắn phụ

- Phải tăng chiều cao của tháp vì đầu quay dài hơn đầu xoay thuỷ lực thông thường

- Cần có ống mềm và cáp tải điện phụ trong tháp khoan

- Tăng giá thành thiết bị và tốn công chăm sóc bão dưỡng so với bàn Roto và đầu quay thuỷ lực

2.3 Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch

2.3.1.Máy bơm khoan và thiết bị đường ống cao cáp

2.3.1.1.Máy bơm khoan

+ Công dụng và đặc điểm máy bơm khoan

Máy bơm khoan dùng để bơm dung dịch tuần hoàn trong quá trình

Hình 25: Sơ đồ động học của bơm piston

khoan Trong khoan dầu khí thường sử dụng các loại máy bơm piston, đó là máy bơm 2 xi lanh nằm ngang tác dụng kép hoặc máy bơm 3 xi lanh nằm ngang tác dụng đơn

Yêu cầu đối với máy bơm khoan là: Bơm được dung dịch có độ nhớt cao, trọng lượng riêng lớn và chứa các pha rắn mài mòn như cát, chất làm nặng v.V Đồng thời có được lưu lượng và áp suất làm việc cao đảm bảo thắng được sức cản thuỷ lực khi tuần hoàn Máy bơm bền chắc, hệ số tin tưởng cao, lắp đặt và vận hành đơn giản

+ Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy bơm 2 xi lanh tác dụng kép 1:Piston

2:xi lanh

3:Van hút

5,6:van đẩy

7:Cần piston

8:con trượt

9:Thanh truyền

10:Tay quay

11:ống hút

12:Bể dung dịch

13:Bình điều hoà

14:Khoá nước

Nguyên lý làm việc của máy bơm là: Chuyển động từ động cơ qua hộp giảm tốc được truyền tới bánh đà, qua cơ cấu tay quay thanh truyền 10, 9 đã biến chuyển động quay của bánh đà thành chuyển động tịnh tiến nằm ngang của piston trong xi lanh

Giả sử piston chuyển động từ trái sang phải thì van hút 3 mở ra van đẩy

5 đóng lại, trong khi ở bên phải thì van 4 đóng lại và van 6 được mở ra, dung dịch qua van 6 được đẩy ra ngoài Nếu piston chuyển động từ phải qua trái thì

5

2

1

9

10

3

12

8

quá trình xảy ra ngược lại Như vậy trong một hành trình của piston xảy ra 2 lần hút và 2 lần xả gọi là tác dụng kép

Lưu lượng của máy bơm trong 1s được tính như sau:

Q = m (2F - f) L n

60 K l/s

F - diện tích tiết diện của xi lanh

F - diện tích tiết diện của cần piston (ty bơm)

L - Bước piston

n - Số hành trình của piston

m - Số xi lanh

K - Hệ số hút đầy (Phụ thuộc vào sự hao mòn của van, piston và

xi lanh)

2.3.1.2.Các thiết bị trên đường ống cao áp

A - Bình điều hoà:

Công dụng của bình điều hoà là giảm

bớt dao động áp suất nước rửa và điều

hoà lưu lượng bơm trên đường ống

cao cáp do bơm làm việc không đều

Cấu tạo của nó là một bình chứa khí

N2 (ngăn A) có tác dụng như lò xo để

giảm bớt va đập thuỷ lực và được lắp

ngay trên máy bơm

3

1.Thân 2 Buồng khí nén 3 Van 1

4 Màng A 2

B

4

Hình 26: Cấu tạo bình điều hoà hình cầu

Nếu áp suất ở B lớn hơn áp suất ở A thì dung dịch ở B sẽ ép màng chứa khí đến khi áp suất ở B cân bằng với A Nếu như áp suất ở B nhỏ hơn A thì áp suất trong buồng khí A sẽ ép màng chứa khí trở lại vị trí cũ Như vậy áp suất trong đường ống ra sẽ được điều tiết và lưu lượng bơm cũng được điều hoà B), ống cao áp: Là đoạn dẫn dung dịch từ bình điều hoà đến ống đứng (chỗ chân tháp khoan) ống cao áp làm bằng cần khoan và 2 đầu có mặt bích để bắt

vào bình điều hoà và ống đứng Đường kính ống cao áp bằng đường kính ống xả của máy bơm

C), ống thẳng đứng: Được đặt trong tháp khoan (theo cột tháp) để dẫn dung dịch từ ống cao áp vào tuy ô cao áp (ống mềm)

D), Khoá nước: Dùng để điều chỉnh lưu lượng dung dịch đi vào lỗ khoan, đảm bảo chế độ không tải khi khởi động bơm khoan Khi mới khởi

động phải mở khoá nước để xả dung dịch vào bể chứa sau đó dần dần để cho dung dịch đi vào lỗ khoan và áp suất cũng tăng dần lên theo lưu lượng và áp suất làm việc Đường kính lỗ khoá nước bằng đường kính ống cao áp

E), Tuy ô cao áp: Được nối giữa ống đứng và cổ ngỗng của đầu xoay thuỷ lực hoặc đầu xoay di động Tuy ô được cấu tạo bởi nhiều lớp cao su lưới thép chịu áp suất cao nhưng mềm dễ uốn, có đường kính bằng đường kính của các ống cao áp, ống đứng

2.3.2.Các thiết bị điều chế và làm sạch dung dịch

2.3.2.1.Các thiết bị điều chế và gia công hoá học dung dịch:

Để chế tạo dung dịch sét, tuỳ theo nguyên liệu sét ban đầu mà có thể dùng một trong hai loại là: thùng trộn (từ sét nguyên khai) và phễu trộn (từ sét bột)

+ Thùng trộn: Thường có thể tích từ 4.000  12 000 l Bên trong lắp từ

1 đến 2 trục và trên đó được gắn các cánh, quay được nhờ động cơ điện Nguyên liệu sét, nước được đưa vào thùng trộn qua cửa ở phía trên

1 Thùng

2 Trục

3 Cánh quạt

4 Bánh răng

5 Puly

6 Cửa bỏ đất

Hình 27: Thùng trộn

+ Phễu trộn:

Để điều chế dung dịch sét người ta cấp liên tục sét bột vào, phễu (1)

đồng thời bơm nước vào ống dẫn (2) qua vòi phun (3) ở buồng trộn (4) nước

sẽ trộn với sét bột để tạo thành hệ thống sét nước và đi ra ống (5) Người ta cũng dùng phễu trộn này để gia công hoá học dung dịch khoan

1:Phễu nạp sét bột

2: ống dẫn nước vào

3:Vòi phun

4:Buồng trộn

5:ống dẫn dung dịch ra

2.3.2.2 Các thiết bị làm sạch dung dịch

A.Sàng Rung:

1:Dung dịch từ lỗ khoan

2:Lò xo

3:Trục lệch tâm

4:Sàng

5:mùn khoan

6:Hố chứa mùn khoan

7:Bể chứa dung dịch sạch

8:Môtơ điện 4,5kw

Hình 29

Nguyên lý làm việc của sàng: Động cơ điện (8); truyền chuyển động cho trục lệch tâm (3) làm cho sàng rung (4) rung với tần số 1750  2000 lần/phút, biên độ dao động từ 1,5  4,5 mm Khi dung dịch qua sàng rung mùn khoan được tách ra khỏi dung dịch và được chuyển động về phía hố chứa mùn (6) Còn dung dịch được chảy vào bể chứa dung dịch sạch (7) Sàng được

đặt nghiêng một góc 13  150 Có các loại sàng 3 x2; 6 x 5; 7 x 8; 10 x 8 mắt/

2

1

4

3

5

Hình 28:Phiễu trộn và gia công dung dịch

8

1

5

cm2 Lưu lượng dung dịch cần làm sạch Q > 35 l/s người ta phải cho 2 sàng cùng làm việc

B.Máy xoáy lốc thuỷ lực ( máy lọc cát)

- Sơ đồ cấu tạo của máy xoáy lốc thuỷ lực

1,2:ống dẫn dung dịch vào ra

3:Lỗ thoát mùn

4:chỗ thu hẹp ở ống dẫn vào

- Nguyên lý làm việc: Hình 30

Dung dịch từ lỗ khoan chảy ra được bơm vào ống (1) gắn tiếp tuyến với thành máy xoáy lốc thuỷ lực Do tác dụng của lực ly tâm, các phần

tử nặng hơn (pha rắn như các hạt cát có kích thước  74 ) sẽ văng ra xa tâm

đập vào thành bình dịch chuyển xuống phía dưới qua lỗ thoát (3) Dung dịch nhẹ sẽ chảy xoáy ngược trở lên qua lỗ thoát (2) Máy xoáy lốc thuỷ lực có áp suất làm việc từ 25 KG/cm2 (0,2  0,5 MN/m2) Trên thực tế được bố trí thành từng cụm, mỗi cụm gồm có từ 3 - 4 máy

C.Các thiết bị làm sạch dung dịch khác:

Để làm sạch dung dịch một cách triệt để (tách hạt mùn có kích thước nhỏ hơn 74 trong điều kiện dung dịch có độ nhớt cao) người ta phải sử dụng các thiết bị khác nhau như: Máy lắng bùn Máy lắng bùn làm việc theo nguyên lý là: hướng dòng dung dịch nặng chảy từ miệng rơi xuống lưới rung (có từ 100 đến 325 mắt/cm2)

A-A

1

2

3

Máy xoáy lốc thuỷ lực

Máy li tâm: Đó là một hộp nằm ngang có bố trí một trục quay 1500 đến

3000 v/ph và một vít tải quay với vận tốc nhỏ hơn chút ít Thiết bị này cho phép xử lý một phần lưu lượng trở về

D Thiết bị tách khí

- Mục đích để tách khí bị xâm nhiễm trong quá trình tuần hoàn ra khỏi dung dịch

- Mô tả thiết bị

- Nguyên lý làm việc

Động cơ điện (2) truyền chuyển động quay cho bơm cánh quạt (1) Khi

được bơm vào bình tách khí (3), dung dịch đập vào đĩa chắn (4) và toả ra thành bình 1 lớp mỏng và chảy theo chế độ chảy rối Bọt khí tách ra khỏi dung dịch và bay ra ngoài khí quyển Dung dịch sạch chảy vào bể chứa bên cạnh

E Máng lắng mùn khoan:

Dùng để lắng đọng và tách mùn khoan sau khi đi qua sàng rung Thông thường máng lắng được làm bằng tôn theo tiết diện hình thang hoặc chữ nhật rông từ 0,6  0,8 m cao từ 0,3  0,4 m dài 30  50m và nghiêng từ 1  2,5%

Để dung dịch chảy trong máng có vận tốc 10  15 cm/s Cứ cách độ 22,5 m lại đặt một tấm ngăn trên suốt chiều dài máng để phá vỡ cấu trúc của dung dịch, tạo điều kiện cho mùn khoan lắng đọng tốt hơn Máng được bố trí gấp khúcvừa để giảm diện tích lắp đặt và ở mỗi chỗ gấp khúc lại bố trí một hố lắng để tạo điều kiện cho mùn khoan lắng đọng triệt để trước khi chảy vào bể chứa

2.4.Thiết bị động lực dùng cho công tác khoan

Thiết bị động lực là toàn bộ hệ thống để biến điện năng hoặc năng lượng của nhiên liệu thành cơ năng và hệ thống điều khiển cơ năng Công suất của thiết bị động lực chủ yếu dùng để quay cột cần khi khoan, dùng cho máy bơm để thực hiện công việc tuần hoàn nước rửa, dùng cho công việc nâng thả cột cần khoan, ống chống Ngoài ra còn được sử dụng đối với những công tác phụ khác Tháp sáng, gia công cơ khí sửa chữa, các công tác điều khiển v.v

Yêu cầu cơ bản đối với thiết bị động lực là phải có đường “đặc tính mềm” Nghĩa là có khả năng tự động hoặc có điều khiển thích ứng một cách nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải, bảo đảm sử dụng công suất động cơ một cách tốt nhất

“Ô Đặc tính mềm” được đặc trưng bởi hệ số chịu tải k và khoảng điều chỉnh tốc độ R Hệ số k còn thể hiện ở khả năng quá tải,

k = Mmax

Mđ.Km

Mmax - Mô men quay lớn nhất củ động cơ làm việc ở chế độ ổn định

Mđ.M - Mô men quay định mức

Khả năng điều chỉnh tốc độ R = nnmax

min

Nmax - Số vòng quay lớn nhất

Nmin - Số vòng quay nhỏ nhất

Động cơ điện 1 chiều và động cơ đốt trong có bộ truyền thuỷ lực sẽ có

được “đặc tính mềm cao” Nghĩa là có hệ số chịu tải và khoảng điều chỉnh tốc

độ tốt

Ngoài đặc tính cơ bản trên, yêu cầu động cơ chạy tời và Roto phải có là:

- Mômen khởi động cao (để thắng quán tính của cột cần khoan và lực

ma sát với thành lỗ khoan)

- Khởi động êm: Vì nếu gia tốc lớn thì ứng suất động trong cột cần sẽ lớn và như thế có thể gây ra sự cố

- Có thể đảo chiều quay dễ dàng

- Khả năng quá tải cao

Yêu cầu chung: Động cơ phải có cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn,

có thể dừng lại ngay khi cần thiết, an toàn cháy nổ và kinh tế

Động cơ cho máy bơm: Không cần đảo chiều quay, không cần mô men khởi động lớn, còn các yếu tố khác cũng giống như động cơ chạy tời và Roto

Sau đây là tóm tắt bảng phân bố thiết bị động lực trang bị trong một thiết bị khoan hoạt động

Bảng 4

Chiều sâu đạt

tới (m)

Tải trọng ở móc nâng (t)

Công suất ở tời (Kw)

Công suất ở các máy bơm (Kw)

Công suất tổng cộng (Kw) 60009000

40006000

30004000

9003000

400600 300400 200300 100170

1500

1100

750 300525

20002600 18002000 11001800 7501100

30003750 22503000 18502250 11001850

Hiện nay trong trang bị thiết bị động lực hiện đại có hai loại chủ yếu là:

Động cơ đốt trong (diezel) và động cơ điện Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm nhất định

+ Động cơ Diezel có ưu điểm là hoạt động độc lập, xa nguồn điện lưới quốc gia, tiêu hao nhiên liệu thấp Song nhược điểm cơ bản là: Không đảo

được chiều quay (phải lắp thêm bộ phận đảo chiều), không cho phép quá tải trên 20%, cần công nhân vận hành tay nghề cao, gây ồn và ô nhiễm môi trường

+ Thiết bị động lực dùng điện xoay chiều (động cơ điện xoay chiều) có

ưu điểm cơ bản là lắp đặt và vận hành đơn giản chắc chắn và kinh tế Thích hợp cho vùng khoan khai thác tập trung có mạng lưới điện quốc gia chạy qua

Hệ số quá tải cao trên 20% Thế nhưng lại không thể trang bị ở những nơi không có điện lưới chạy qua Để khắc phục những hạn chế đó hiện nay người

ta sử dụng tổ hợp: Diezel - điện một chiều Tức là dùng động cơ Diezel chạy máy phát điện một chiều sẽ khắc phục được những hạn chế và phát huy được

ưu thế của mỗi một loại trang bị động lực đã nêu trên

2.5 các hệ thống thiết bị và dụng cụ công nghiệp trên sàn khoan

2.5.1 Hệ thống nén khí:

Hệ thống nén khí dùng để củang cấp khí nén cho mọi hoạt động của dàn khoan, cụ thể là tời khoan, bàn quay Roto và các máy bơm dung dịch thông qua bảng điều khiển và các côn hơi, côn cơ học

Hệ thống nén khí thực hiện một số chức năng như sau:

- Khởi động và điều khiển tốc độ cho động cơ Diezel

- Phát động các động cơ bằng khí như máy tháo vặn cần

- Vận chuyển xi măng khô và sét bột trong bình chứa

- Củang cấp khí nén cho dụng cụ phun sơn, các thiết bị đo

2.5.2 Hệ thống điều khiển đối áp

Là hệ thống tạo điều kiện đóng mở van đối áp Hệ thống này phải thuận tiện nhanh nhạy không cần đến động lực của máy khoan bởi vì trong trường hợp giếng khoan bị phun trào thì tất cả các máy điện, máy phát lực đều phải ngừng hoạt động để tránh hoả hoạn Hệ thống điều khiển đối áp gồm có các

bộ phận chính như sau:

- Bể chứa chất lỏng dưới áp suất khí trời

- Các bình nén chất lỏng đến áp suất yêu cầu

- Các bơm nén chất lỏng từ bể chứa

- Các đường ống dẫn

Bảng điều khiển đối áp được lắp gần người kíp trưởng hoặc trong phòng của đốc công

2.5.3 Các dụng cụ phục vụ cho công tác nâng thả:

* Móc nâng:

Được lắp ngay bên dưới ròng rọc động bằng hệ thống chốt có 2 lò xo

đồng tâm nhằm mục đích dự trữ một lực kéo để khi tháo cần, sức căng của lò

xo sẽ nâng cần ra khởi vị trí vừa tháo đồng thời còn có tác dụng giảm xóc Mỏ móc nâng thường có cơ cấu chốt an toàn ở miệng, nó tự động đóng kín khi có vật móc ở trong Hai bên có tai để gắn quang treo

* Quang treo:

Là bộ phận liên kết giữa móc nâng và Elêvatơ Tiết diện của nó tròn để bắt vào đầu cần có các đường kính 44, 57 ,70, 89 và 90mm và tương ứng với sức chịu tải

* Elêvatơ:

Được dùng để ôm lấy za mốc cần khoan khi kéo thả Elêvatơ có nhiều kiểu đường kính khác nhau phù hợp với đường kính cần khoan, ống chống Elêvatơ được ghép lại với nhau bằng chốt bản lề, hai bên có tai để gắn quang treo và chốt an toàn

* Chấu lót

Chấu lót gồm 2 mảnh lắp vừa trong lỗ bàn Roto, phân trên có tiết diện vuông để nhận chuyển động quay của bàn Roto

Ngoài ra để tháo vặn cần, ống chống còn có các loại khác kiểu càng củaa, khoá xích và thông thường đóng mở các khoá đều sử dụng khí nén, tời khoan để giảm sức lao động và tăng độ an toàn khi làm việc (xem hình vẽ)