Đầu quay di động dùng trong tổ hợp khoan tam đảo 02 kiểm toán công suất động cơ dẫn động topdriver

Phương pháp khoan bằng động cơ đáy Khoan tuabin là phương pháp khoan trong đó chuyển động quay của choòng được truyền trực tiếp từ động cơ đặt ngay phía trên choòng, nét đặc trưng của p

`

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, công tác thăm dò và khai thác dầu khí đang được phát triển rất nhanh chóng và trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân Hàng năm nộp ngân sách nhà nước hàng ngàn tỷ đồng, đóng góp rất nhiều vào sự tăng trưởng và phát triển kinh tế đất nước

Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng lên rất nhiều Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế nó đã gây nên những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên những bất ổn chính trị

Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam

ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng là rất cần thiết vì vậy một trong những giải pháp quan trọng là đẩy mạnh công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất nước và xuất khẩu

Để nâng cao hiệu quả công tác khoan Dầu khí việc trang bị công nghệ cũng như các thiết bị hiện đại là cần thiết Trong số các thiết bị công nghệ mới được áp dụng có tổ hợp đầu quay di động đã cho kết quả khả quan

Sử dụng tổ hợp đầu quay di động đã gia tăng được khối lượng công việc khoan, thăm dò và khai thác dầu khí, giảm chi phí cho một giếng khoan, sớm đưa giếng khoan vào khai thác

Được sự đồng ý của các Thầy trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình,

tôi mạnh dạn thực hiện bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Đầu quay di động dùng trong tổ hợp khoan Tam Đảo 02 Kiểm toán công suất động cơ dẫn động topdriver” Đồ án chia làm 4 chương:

 Chương 1:Giới thiệu về tổ hợp đầu quay di động và các phương pháp khoan;

 Chương 2Cấu tạo và nguyên lý làm việc của đầu quay di động Varco TDS – 8SA;

 Chương 3: Quy trình vận hành, các dạng hỏng hóc,nguyên nhân,biện pháp khắc phục và công tác kiểm tra bảo dưỡng;

 Chương 4: Kiểm toán công suất động cơ dẫn động

Trong điều kiện hạn chế về tài liệu, do ngành dầu khí nước ta còn non trẻ nên tài liệu Tiếng Việt còn rất ít, do đó nhiều thuật ngữ sử dụng trong đồ án chưa thật chính xác Bên cạnh đó còn hạn chế về mặt thực tiễn sản xuất, thời gian làm đồ án Mặc dù vậy với sự cố gắng của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo-GVC: Trần Văn Bản, các thầy giáo trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã

giúp tôi hoàn thành bản đồ án này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình, đặc biệt là thầy giáo GVC: Trần Văn Bản và các bạn đồng nghiệp đã

tận tình chỉ bảo giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hà nội tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện: Hoàng Quốc Trưởng

`

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP ĐẦU QUAY DI 1.1 Giới thiệu về tổ hợp đầu quay di động

1.1.1 Đặc điểm chung

Đầu quay di động được sử dụng trên thế giới lần đầu tiên vào năm 1982 và

ngày càng trở nên phổ biến, việc sử dụng đầu quay di động trong thực tiễn cho thấy tính ưu việt của chúng trong thi công các giếng xiên và giếng nằm ngang Sự cần thiết của chúng trong việc cải thiện quá trình khoan, đem lại chi phí thấp nhất

Khoan bằng động cơ Top Drive cũng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như trong phương pháp khoan Roto, chuyển động xoay được truyền tới choòng khoan thông qua cột cần khoan để phá huỷ đất đá Tuy nhiên chuyển động xoay này được truyền từ động cơ Top Drive, thay vì được truyền động từ bàn roto như trong phương pháp khoan Roto Chính vì vậy, khoan bằng động cơ Top Drive có đầy đủ các đặc điểm giống khoan Roto như: Các thông số chế độ khoan có thể được điều chỉnh độc lập, yêu cầu về công suất máy bơm khoan không cần lớn như trong khoan bằng động cơ đáy, cho phép khoan với tải trọng đáy cao Mặc dù vậy khoan bằng động cơ Top Drive cũng có một số nét khác biệt với phương pháp khoan Roto

Hình 1.1 Hình ảnh một tổ hợp đầu quay di động

Phần lớn đầu quay di động được dẫn động bằng động cơ điện một chiều, có một số ít dẫn động bằng động cơ xoay chiều hoặc động cơ thủy lực Công suất dẫn động đến 800 (kW), mômen quay 2,5÷4,5 (kN.m)

Các hãng cung cấp lớn trên thế giới có thể kể đến như: Varco BJ; Tesco; Maritime Hydraulic A.S

Công dụng chính của đầu quay di động là:

• Truyền mômen quay cho choòng khoan phá hủy đất đá;

• Tháo lắp và xiết chặt cần khoan, thực hiện thao tác kéo thả.,

1.1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại, sau đây là cách phân loại dựa vào dạng động cơ

• Các loại: TDX-1250; TDX-1000; HPS-1000; TDS-1000; TDS-8SA; TDS-4; TDS-12; TDS-11SA; TDS-4A; IDS-350PE; TDS-10SA Những loại này cho mô men xoắn lớn, tải trọng nâng lớn và công suất của động cơ lớn, cho phép

1.1.3 Ưu, nhược điểm

1.1.3.1 Ưu điểm

• Không phải dùng cần chủ đạo do đó việc tiếp cần khoan nhanh chóng và thuận lợi, an toàn cho kíp khoan;

• Tiến hành tháo lắp bộ khoan cụ ở mọi độ cao;

• Có thể doa ngược được;

• Lấy được mẫu khoan tốt trong khoan lấy mẫu;

• Giảm tổn hao năng lượng và khống chế được mômen phản lực đáy trong quá trình khoan

• Khắc phục sự cố do kẹt bộ dụng cụ hiệu quả hơn so với khoan Roto vì động cơ Top Drive có khả năng vừa quay vừa kéo bộ khoan cụ

1.1.3.2 Nhược điểm

• Phải lắp đặt một hệ thống dẫn hướng trong tháp để làm mất momen cản,

và ra cố kết cấu tháp do có lực xoắn phụ

•phải có các ống mềm hoạc cắp tải điện phụ trong tháp khoan

• Phải lắp thêm hệ thống ray dẫn hướng ở trên tháp

• Làm tăng khối lượng ở trên cao;

• Tăng chiều cao của tháp vì đầu quay di động dài hơn đầu quay thủy lực thông thường;

• Tăng giá thành thiết bị khoan đặc biệt là công tác bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp hơn nhiều so với bàn rôto;

• Do cấu tạo phức tạp nên đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

1.2 Giới thiệu các phương pháp khoan

1.2.1 Phương pháp khoan bằng động cơ đáy

Khoan tuabin là phương pháp khoan trong đó chuyển động quay của choòng được truyền trực tiếp từ động cơ đặt ngay phía trên choòng, nét đặc trưng của phương pháp khoan này là cột cần khoan đứng im trong quá trình khoan Khoan

tuabin có thể được chia làm 3 dạng chính, dựa vào loại động cơ được sử dụng, đó là:

• Động cơ điện;

• Tuabin khoan;

• Động cơ trục vít

1.2.1.1 Khoan bằng động cơ điện

a Nguyên lý cấu tạo

Bộ dụng cụ khoan điện chìm bao gồm động cơ điện, trục truyền để lắp vào choòng khoan và bộ phận ngăn ngừa sự xâm nhập của dung dịch khoan vào bên trong của động cơ

Động cơ điện thường là động cơ không đồng bộ 3 pha ngậm dầu với rôto ngắn mạch gồm nhiều đoạn, thân rôto làm bằng sắt từ và được lắp trên trục truyền bằng các then hoa hoặc các ren côn Stato của động cơ gồm nhiều tấm ghép bằng sắt từ và phản từ, giữa các đoạn rôto và stato người ta lắp các ổ trục hướng tâm

Trục truyền có 2 loại chính là: trục ngậm dầu chạy trên các ổ bi và loại chạy trên các ổ trượt cao su

Phần dưới của động cơ có các ổ bi đỡ để tiếp nhận toàn bộ tải trọng chiều trục trong quá trình làm việc Đầu trên và đầu dưới của trục có lắp các phớt chắn dầu Khoảng trống trong động cơ được lấp đầy dầu,áp suất dầu trong động cơ luôn phải lớn hơn áp suất chất lỏng tuần hoàn bên ngoài từ 2÷3 (at), để ngăn không cho chất lỏng lọt vào động cơ

Phần trên của động cơ lắp 3 bộ điều áp kiểu piston: Một bộ chứa dầu máy bay dẫn vào bên trong phớt, 2 bộ còn lại chứa dầu biến áp liên thông với phần trong của thân động cơ để bổ sung áp suất cho dầu trong động cơ Do trong quá trình làm việc xảy ra sự rò rỉ dầu qua phớt cũng như quá trình động cơ bị đốt nóng áp suất sẽ giảm nên cần phải bù thêm

Quá trình truyền điện từ trên mặt xuống động cơ là nhờ cáp điện lắp phía trong cần khoan, chiều dài mỗi đoạn cáp tương ứng với chiều dài của cần khoan Khi lắp cần khoan thì các đoạn cáp điện tự động nối lại với nhau nhờ vào một đầu nối đặc biệt gắn trên zamốc

b Ưu, nhược điểm

Sử dụng động cơ điện chìm giúp ta dễ dàng điều chỉnh tốc độ và mômen khoan Ngoài ra, do cần khoan đứng im trong quá trình khoan do đó góp phần tăng tuổi thọ của cần khoan Bên cạnh những ưu điểm trên, khoan bằng động cơ điện chìm còn có những nhược điểm như sau:

• Yêu cầu kỹ thuật dẫn điện xuống động cơ phải an toàn tuyệt đối;

1.2.1.2 Khoan bằng tuabin khoan

a Nguyên lý cấu tạo

Trong cánh quạt tuabin, năng lượng thủy lực của dòng nước rửa được chuyển hóa thành cơ năng của trục quay, làm quay choòng khoan Tuabin gồm nhiều tầng giống nhau (có thể lên đến 200 tầng) Mỗi tầng gồm 2 phần, phần quay được nối với trục gọi là rôto, phần đứng yên được gắn với vỏ gọi là stato Bên trong tuabin có một ổ tựa dọc (ổ tựa chính) để giữ cho dung dịch khoan không xâm nhập vào ổ trục chính Ổ tựa chính được đặt ở phía dưới để nâng toàn bộ khối rôto Tùy theo chiều dài của tuabin mà người ta có thể lắp 2 hoặc 3 ổ tựa ngang Ở phần trên cùng của tuabin là đầu nối chuyển tiếp để nối vào đầu dưới của cột cần khoan Phía dưới cùng của tuabin có đế tuabin, đế này được bịt kín phần giữa tuabin và trục của tuabin nhờ một đệm đặc biệt nhằm bảo đảm áp suất làm việc của tuabin không bị hao hụt trong quá trình làm việc

4

5 6

7 8

1-Bao trong của stato 5-Đường đi của dòng nước

2-Bao trong của rôto 6-Cánh cong của rôto

3-Rãnh then 7-Cánh cong của stato

4-Vỏ ngoài của stato 8-Bao ngoài của rôto

Hình 1.2 Cấu tạo một tầng tua bin

Trong một số trường hợp khi khoan qua tầng đất dẻo, mômen quay của tuabin không đủ để thực hiện quá trình phá hủy, hay ở các giếng khoan sâu, lưu lượng dung dịch nhỏ do đó giá trị của mômen và công suất không đủ để đáp ứng quá trình khoan Để thu được mômen quay và công suất lớn mà không phải thay đổi đường kính của tuabin, chỉ có thể tăng số tầng của chúng lên, do đó phải chế tạo những tuabin dài Khi chế tạo những tua bin có độ dài quá lớn sẽ gây khó khăn trong việc nâng thả tuabin ở giếng khoan cũng như khi lắp ráp, vận chuyển Để giải quyết khó khăn trên người ta chế tạo các tuabin nối mà mỗi đoạn là một tuabin đơn

Vỏ của các tuabin được nối với nhau bằng ren, còn trục được nối bằng khớp nối có rãnh then (then hoa), bằng khớp ma sát hoặc bằng khớp nối kép (kết hợp giữa khớp

ma sát và rãnh then hoa)

Đặc điểm cơ bản của khoan tuabin là tốc độ quay của choòng luôn thay đổi tùy theo tải trọng và độ cứng của đất đá khoan qua Mômen quay choòng và tốc độ quay tỷ lệ nghịch với nhau, tải trọng tác dụng lên choòng càng lớn, tốc độ quay càng giảm

Quan hệ giữa mômen quay (M), công suất (N), hệ số hiệu dụng (η) và tốc độ

quay (n) của trục tuabin được thể hiện trên biểu đồ sau:

Sự biến thiên của hiệu suất (η) cũng tương ứng với sự biến thiên của N Chế

độ làm việc với ηmax gọi là chế độ “tối ưu” Tốc độ quay của chế độ tối ưu xấp xỉ bằng 1/ 2 tốc độ quay không tải, còn mômen quay xấp xỉ bằng 1/ 2 mômen hãm

Khác với mômen quay và công suất, tổn thất áp lực trong tuabin hầu như không thay đổi Khi chuyển từ chế độ không tải sang chế độ hãm, tổn thất áp lực chỉ tăng lên ít (10÷15 %).

Mọi nhận xét trên đều rút ra trong trường hợp lưu lượng dòng chảy (Q) không thay đổi Quan hệ giữa n, P, M, η và N khi Q không đổi gọi là đặc tính làm

việc của tuabin

Hình 1.4 Đường đặc tính làm việc của tua bin

b Ưu, nhược điểm của khoan tuabin

* Ưu điểm:

• Không phải chi phí công suất để quay cột cần khoan;

• Do công suất của tuabin sinh ra được truyền trực tiếp lên choòng nên choòng có thể quay với vận tốc rất lớn, vì thế có thể đạt vận tốc cơ học khoan cao hơn nhiều so với khoan rôto;

• Cột cần khoan ít chịu tải hơn, ít mòn hơn nên giảm được sự cố về cần khoan trong quá trình làm việc;

• Có thể sử dụng khoan tuabin để khoan giếng khoan xiên định hướng và khoan ngang rất hiệu quả;

• Giảm tiếng ồn so với khoan rôto do đó cải thiện điều kiện lao động

• Việc điều chỉnh tốc độ quay của choòng rất khó khăn phức tạp;

• Quá trình bảo dưỡng tốn nhiều thời gian hơn so với đầu quay di động hoặc bàn rôto

1.2.1.3 Khoan bằng động cơ đáy PDM (Positive Displacement mud Motor)

a Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Động cơ PDM hoạt động dựa trên nguyên lý Moinơ và được cấu tạo bởi các thành phần cơ bản sau:

Hình 1.5 Cấu tạo động cơ đáy PDM

Van xả: có tác dụng ngăn cho động cơ không bị quay trong quá trình kéo thả

và được đặt ở phần trên cùng của động cơ Van này có những lỗ cho phép sự lưu thông giữa cột cần khoan và khoảng không vành xuyến Các lỗ này được đóng trong suốt quá trình khoan để dung dịch đi qua động cơ Trong quá trình kéo thả, khi bơm

`

dung dịch ngừng hoạt động áp suất sẽ giảm xuống, các lỗ thoát được mở ra làm cho cột cần khoan được tháo hết dung dịch bên trong khi kéo hoặc đổ đầy khi hạ Khi bơm làm việc, áp suất tăng lên, các lỗ thoát được đóng kín lại

Rôto: Là một trục bằng thép có dạng múi xoắn ốc Đối với động cơ một múi

xoắn thì mặt cắt ngang của rôto là hình tròn Đầu trên của rôto được để tự do còn đầu dưới nối với khớp nối không gian

Stato: Được đúc bằng cao su dạng rãnh xoắn tương ứng với rôto (số rãnh

xoắn của stato bao giờ cũng nhiều hơn 1 so với số múi xoắn của rôto) và được đặt trong vỏ động cơ

Khi rôto được đặt trong stato, do hình dạng khác nhau chúng tạo ra hàng loạt các khoang kín Khi dung dịch khoan được bơm qua động cơ, nó sẽ chuyển động vào giữa rôto và stato, chuyển động đó làm dịch chuyển rôto và làm cho rôto quay

Ở những động cơ đơn múi (rôto có 1 múi xoắn) lưu lượng dòng chảy qua động cơ lớn vì vậy tốc độ vòng quay sẽ lớn và chỉ tạo ra được mômen quay nhỏ Để tăng mômen quay ta có thể tăng số múi xoắn của rôto (3, 5, 7, 9 múi) tương ứng với

số rãnh của stato là (4, 6, 8, 10), khi đó lưu lượng dòng chảy qua động cơ nhỏ dẫn đến số vòng quay nhỏ do đó tạo ra được mômen quay lớn

Trong quá trình làm việc các múi và rãnh xoắn của rôto và stato liên tục tiếp xúc với nhau để tạo ra những buồng áp suất kín, chính điều này làm bề mặt stato mòn đi rất nhanh, cho nên stato phải được chế tạo bằng vật liệu cao su có khả năng chịu mài mòn, chịu được nhiệt độ và áp suất cao

Khớp nối không gian: Do chuyển động lệch trục với stato nên đầu dưới của

rôto phải được nối với một khớp nối không gian Khớp nối này sẽ biến chuyển động lệch trục thành chuyển động đồng trục của choòng Có rất nhiều kiểu khớp nối không gian được sử dụng nhưng phổ biến nhất là khớp cầu Đầu dưới của khớp nối không gian được nối với trục truyền

Hệ thống ổ tựa: Đây là bộ phận thiết yếu nhất của động cơ Nó quyết định

tuổi thọ của động cơ và thực hiện hai chức năng:

• Truyền tải trọng dọc trục lên choòng;

• Duy trì vị trí đồng trục của trục truyền

b Ưu, nhược điểm của động cơ đáy

Mômen quay không phụ thuộc vào đặc điểm lưu lượng dòng dung dịch của máy bơm mà vẫn cho hiệu suất cao, có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm

áp, có kết cấu đơn giản tiết kiệm vật liệu

Động cơ có đặc điểm nổi bật là tương đối bền khi bơm chất lỏng có chứa tạp chất và không có tính chất bôi trơn, bởi vì các chi tiết ít bị mài mòn, sự phân bố chất

lỏng động cơ được tự động nhờ sự biến đổi liên tục vị trí không gian của đường tiếp xúc động cơ đáy

Động cơ đáy dùng để khoan các giếng khoan xiên, ngang định hướng đặc biệt đối với các giếng khoan sâu khi khoan bằng choòng có đường kính bé và trong công tác sửa chữa giếng

1.2.2 Phương pháp khoan xoay

Khoan xoay là phương pháp khoan mà trong đó chuyển động quay của choòng được truyền từ động cơ trên mặt thông qua cột cần khoan Có hai dạng chính là sử dụng bàn rôto và sử dụng đầu quay di động (top drive)

• Chịu tải trọng của bộ dụng cụ khoan hoặc ống chống;

• Tiếp nhận các phản lực từ đáy trong quá trình khoan.

Trong công tác khoan dầu khí tuỳ theo yêu cầu mà có thể thiết kế chuyển động cho bàn rôto theo 2 phương án đó là dùng động cơ dẫn động riêng cho rôto hoặc có thể lấy từ tốc độ của tời thông qua bộ truyền xích hay trục các đăng

* Nguyên lý cấu tạo:

• Bao gồm các bộ phận chính sau: trục dẫn, cặp bánh răng nón, bàn xoay và hệ thống ổ đỡ Cặp bánh răng nón dùng để truyền chuyển động quay từ trục dẫn nằm ngang đến bàn quay Tất cả các ổ đỡ và cặp bánh răng đều được bôi trơn bằng dầu;

• Để truyền chuyển động quay lên cần chủ đạo thì phía trong lỗ rôto được đặt các bạc hãm định hình theo kích thước và tiết diện của cần chủ đạo (hình vuông hoặc hình lục giác);

• Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn rôto trong công tác khoan dầu khí thường từ 400÷700 (mm);

`

Hình 1.6 Cấu tạo bàn rôto

• Rôto có từ 3 đến 6 tốc độ truyền và một tốc độ quay ngược để tháo cần khoan hoặc cứu chữa sự cố;

• Tùy theo cách bố trí cặp bánh răng nón và các ổ đỡ (có 2 loại ổ đỡ là ổ đỡ chính và ổ đỡ phụ) mà bàn rôto được phân thành 2 loại là bàn rôto có ổ đỡ chính ở trên và bàn rôto có ổ đỡ chính ở dưới Ổ đỡ chính là ổ đỡ mà trong quá trình làm việc chịu tác dụng của toàn bộ trọng lượng cột cần khoan hoặc ống chống treo trên

nó và lực ma sát giữa cần chủ đạo với bàn rôto Ổ đỡ phụ chỉ chịu tác dụng của tải trọng từ đáy do rung động của cột cần khoan và phản lực gây nên

b Ưu, nhược điểm của bàn xoay rôto

* Ưu điểm:

• Kết cấu đơn giản, ít phải bảo dưỡng.

• Thời gian cho việc chuẩn bị và kết thúc các thao tác trong quá trình kéo thả dụng cụ khoan và tiếp cần rất nhanh gọn

* Nhược điểm:

• Không dùng để khoan lấy mẫu do phải kéo bộ dụng cụ khoan lên khỏi đáy khi tiếp cần nên dễ làm vỡ mẫu, sập thành lỗ khoan trong đất đá không ổn định

• Không sử dụng được với tần số khoan cao.

• Gây ồn trong quá trình làm việc

1.2.2.2 Khoan bằng đầu quay di động

Đầu quay di động dùng để nối giữa hệ thống palăng với cột cần khoan nhằm mục đích quay và treo cột cần khoan vào móc nâng, dẫn nước từ tuy ô cao áp vào bên trong cần khoan và truyền chuyển động quay cho cột cần khoan Động cơ của

nó có thể là động cơ điện hoặc động cơ thủy lực Loại động cơ thủy lực ít phổ biến

vì cần lắp đặt thêm một thiết bị có công suất thủy lực đặc biệt Động cơ được lắp phía đầu trên cột cần khoan ngay dưới đầu tiếp nhận chất lỏng Đầu quay được gắn trên xe lăn dẫn hướng, xe lăn di chuyển lên xuống dọc theo ray dẫn hướng lắp trên tháp khoan Hệ thống truyền động này cho phép tăng công suất truyền cho cột cần khoan mà nó không phụ thuộc vào công tác khoan, công nghệ khoan Thiết bị này làm việc rất ổn định, ít gây rung động, va đập, tiếng ồn và đặc biệt có thể khử được mômen phản lực đáy

Ta sẽ đi sâu tìm hiểu về đầu quay di động trong chương tiếp theo

`

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA ĐẦU QUAY DI ĐỘNG

VARCO TDS -8SA 2.1 Cấu tạo của đầu quay di động Varco TDS-8SA

2.1.1 Các thông số cơ bản của đầu quay VarcoTDS -8SA

Hình 2.1: Đầu quay di động VarcoTDS-8SA

Tổ hợp đầu xoay di động VarcoTDS-8SA có các thông số kĩ thuật như sau:

- Động cơ dẫn động: GEB-20A1 AC;

- Công suất động cơ: 1150 (HP);

- Chiều cao làm việc: 24 (ft);

- Trọng lượng: 38750 (lb);

- Hộp số: 1 tốc độ;

- Tỷ số truyền: 8,5:1;

- Tốc độ quay lớn nhất: 353 (v/p);

- Mômen quay liên tục lớn nhất: 62250 (ft.lb);

- Số vòng quay tương ứng mômen quay lớn nhất: 94 (v/p);

- Mômen quay không tải: 95000 (ft.lb);

- Sức nâng: 750 (tấn);

- Kích thước ống dẫn dung dịch khoan: 3.82 (in);

- Kích thước cần khoan sử dụng: 312÷658 (in);

- Đường kính ngoài lớn nhất của cần khoan:4÷8-1/2 (in);

- Dải nhiệt độ làm việc: − ° → + °20 C 40 C.

2.1.2 Các bộ phận chính của đầu quay di động

2.1.2.1 Bộ phận cơ khí chính của đầu quay di động

`

Hình 2.2 Hệ thống truyền động

1-Xilanh cân bằng 6-Bánh răng kép 11-Vỏ bọc trục dẫn2-Phanh động cơ 7-Đáy hộp tốc độ 12-Ổ đỡ chính3-Động cơ 8-Quang treo 13-Bánh răng chính4-Bánh răng chủ động 9-Cổ ngỗng 14-Giá đỡ

5-Nắp hộp tốc độ 10-Ống rửa 15-Trục dẫn

- Khối lượng động cơ: 5960 (lb);

- Tốc độ quay lớn nhất: 2300 (v/p);

- Dao động lớn nhất cho phép: 0,44 (in/s);

- Điện trở (tại 25°C- đối với mỗi cặp cực): 0,0088 (Ω)

* Phanh động cơ

Phanh của động cơ được đặt ngay phía trên của động cơ dẫn động Phanh hoạt động dựa vào khí nén, nguồn khí nén này được cấp qua hệ thống cấp khí, và được điều khiển từ bàn điều khiển với 2 vị trí “ON” và “OFF” Tại đây các tín hiệu được điều khiển đến hộp nối van điện từ (van solenoid) điều khiển phanh Dòng khí nén đi vào các ống cao su tạo ra lực ép, ép lên má phanh chống lại chuyển động quay của động

cơ Khi công tắc ở vị trí “ ON”, lúc này van ở trạng thái đóng đồng thời có đèn báo

và còi hú báo hiệu cho người vận hành biết Khi công tắc ở vị trí “OFF”, lúc này van mở và ta có thể tiến hành khoan bình thường

Hình 2.3 Phanh động cơ

Hộp tốc độ

Hộp tốc độ của TDS-8SA là hộp tốc độ đơn với tỷ số truyền từ động cơ sang trục dẫn là 8,5:1 Bên trong hộp tốc độ gồm 1 cặp bánh răng kép, 1 bánh răng chính, các bạc lót và các gioăng làm kín Ngoài ra còn có 2 cặp ổ đỡ chính, đây là thành phần chịu tải trong quá trình nâng, thả ống và quá trình khoan Vỏ hộp tốc độ tạo thành một khoang kín để chứa dầu bôi trơn cho hệ thống bánh răng và các ổ trục Bên sườn của vỏ hộp tốc độ có mắt thăm dầu để kiểm tra mức dầu bên trong Dầu bôi trơn luôn được tuần hoàn trong hộp tốc độ nhờ vào bơm dầu (bơm được đặt ở ngay trên vỏ hộp tốc độ) và hệ thống các kênh dẫn, điều này đảm bảo rằng các bánh răng và ổ chặn luôn được bôi trơn Bên sườn và dưới đáy hộp tốc độ có các gờ nhỏ

để làm tăng sự thoát nhiệt cho hộp tốc độ

Cổ ngỗng nằm ngay phía trên cụm ống rửa nối ống rửa và ống chữ S Cổ ngỗng có phần tĩnh và phần động, phần tĩnh được bắt chặt vào vỏ bọc trục dẫn còn phần động nối với ống chữ S Giữa phần tĩnh và phần động có đệm làm kín để ngăn sự rò rỉ của dung dịch

Hình 2.5 Cụm ống rửa

1-Vỏ bọc trục dẫn 2-Lò xo 3-Đai ốc hãm

4-Gioăng cố định 5-Thân dưới 6-Thân trên

7-Cơ cấu treo (Điều chỉnh sự lệch trục) 8-Gioăng xoay

Hệ thống cân bằng sử dụng khí nén

Hệ thống cân bằng có chức năng treo trọng lượng của hệ thống đầu quay dưới áp lực khí nén, có tác dụng điều khiển và giữ thăng bằng cho cột cần khoan và ống chống trong quá trình nối ống Nó được điều chỉnh để giảm tải trọng lên ren của đầu nối bảo vệ và cần khoan trong quá trình tiếp cần, qua đó bảo vệ các chi tiết này

Ba chế độ của hệ thống được chọn bởi kíp trưởng từ phòng điều khiển Các chế độ này dùng trong các quá trình tháo, lắp cần với sự kiểm soát tải lên ren và một chế độ dùng trong quá trình thả ống chống

TDS-8SA được treo bởi hệ ròng rọc 750 (tấn) Khi tải trọng nhẹ, chẳng hạn chỉ có đầu quay hay đầu quay với một đầu nối thì dầm chịu tải trọng chính được đỡ bởi 8 bình tích khí nén được liên kết với hệ thống quang treo

Áp suất trong bình tích khí nén có thể được điều chỉnh cho các tải trọng khác nhau Không khí sạch và khô từ giàn cung cấp tới van điều chỉnh, van này được gắn trên đường ống dẫn khí Hộp điều khiển tại bàn của kíp trưởng đưa tín hiệu tới van hoặc

để cung cấp cho các bình tích khí nén hoặc để xả khí từ bình tích

`

Hình 2.6 Hệ thống cân bằng

Các bình tích được liên kết với van điều chỉnh bằng hệ thống ống dẫn Hộp điều khiển được lắp bởi 3 bộ tiết lưu dùng để điều chỉnh áp suất với các điều kiện tải trọng khác nhau Mỗi bộ tiết lưu được liên kết với van và đồng hồ cho phép người vận hành dễ dàng điều chỉnh các mức áp suất khác nhau

Một thiết bị tăng áp suất khí nén với một bình dự trữ khí nén ở giàn khoan, một van điều chỉnh được dùng trong hệ thống giúp cho hệ thống cân bằng Có nguồn áp suất khí nén lớn để hoạt động khi các thiết bị phụ trợ khác cần lượng khí nén cao Việc giảm áp suất khí nén cho hệ thống cân bằng có thể dẫn đến phá huỷ đầu nối, hay gây ra một số hư hỏng khác

Hệ thống dẫn hướng

TDS-8SA được đặt trên xe lăn dẫn hướng, xe lăn này có thể di chuyển lên xuống trên thanh ray nhờ vào các con lăn Tuy nhiên các thanh ray phải thật sự thẳng hàng, không bị bóp méo và chúng phải song song với nhau Ở phía dưới cùng của mỗi thanh ray có các tấm đệm để giới hạn chuyển động của xe lăn dẫn hướng Các tấm đệm này phải đặt cách mặt sàn khoan tối thiểu là 11ft (3,04 m), điều này đảm bảo các ống cao áp không chạm sàn khoan khi xe lăn ở vị trí thấp nhất

Các con lăn có khả năng tự điều chỉnh khe hở giữa nó và thanh ray đảm bảo

sự di chuyển thuận lợi và an toàn khi mà các thanh ray không được hoàn hảo Với hai tầng lò xo cho phép giới hạn chuyển động của các con lăn với hệ thống lò xo đã tạo cho các con lăn luôn tiếp xúc với bề mặt của thanh ray Các con lăn được gắn lò

xo nên lực ép được giảm không chỉ cho thanh ray mà cho cả trục lăn do đó gia tăng tuổi thọ của các bộ phận này.

Hệ thống làm mát (Hình 2.7)

Hệ thống quạt gió thổi liên tục không khí tới làm mát động cơ, đồng thời tạo

ra đối lưu cưỡng bức đối với bộ trao đổi nhiệt của hệ thống truyền động, làm giảm nhiệt độ của dầu bôi trơn

Hệ thống làm mát bao gồm: quạt gió hướng trục (tác dụng làm giảm nhiệt độ của dầu bôi trơn); quạt gió làm mát động cơ; hệ thống ống dẫn khí và động cơ có 2 trục dẫn với công suất 20 (HP) Động cơ này đồng thời dẫn động cho cả quạt gió hướng trục, quạt gió làm mát động cơ

Một bộ khử ẩm được đặt ngay ở cửa nạp khí giúp loại bỏ bớt hơi nước có trong không khí nạp vào

Hình 2.7 Hệ thống làm mát

Hệ thống xilanh ổn định hướng cho đầu quay (Hình 2.8)

Hệ thống bao gồm xilanh, ắcqui thủy lực, cụm van điều áp và các thiết bị liên quan như buồng góp, ống dẫn Xilanh (hoạt động bằng thủy lực) nối phần đáy của hộp tốc độ với giá xe lăn dẫn hướng, được điều chỉnh thông qua một ắcqui nằm trên xe lăn dẫn hướng Ắcqui được nạp bằng nitơ và được giữ ở một mức áp suất nhất định

Cùng với hệ thống cân bằng, xilanh ổn định hướng có tác dụng giữ cho đầu nối bảovệ luôn ở trạng thái thẳng đứng khi tháo rời khỏi cột cần khoan (trong quá trình tháo lắp cần) làm cho quá trình tháo lắp cần dễ dàng hơn

`

Hình 2.8 Xilanh ổn định hướng

Hệ thống ôm, kẹp cần khoan PH-100

Hệ thống ôm, kẹp cần khoan (Hình 2.9) có hai chức năng chính đó là kéo

cần dựng và cung cấp mômen xoắn lên đến 100000 (ft.lb) để tháo, vặn cần khoan tại chiều cao bất kỳ của tháp khoan Hệ thống này bao gồm các bộ phận chính như sau:

Cơ cấu giá đỡ liên kết quay Elevator và quang treo elevator

Cụm bản lề nghiêng; Cụm van cầu (IBOP)

Cơ cấu tạo mômen xoắn;

Hình 2.9 Bộ kẹp cần PH-100

Cơ cấu giá đỡ liên kết quay

răng được dẫn động thông qua một động cơ thủy lực trên cụm ghim chốt, trong quá trình khoan ghim chốt giữ cho đầu quay đứng yên, khi cần nâng thả cần dựng, ghim chốt được tháo ra để giá đỡ có thể quay tự do 360° Giá đỡ là một bộ phận chịu tải trong quá trình nâng thả cột cần khoan.

Cụm bản lề nghiêng

Hình 2.11 Cụm bản lề nghiêng

Cụm bản lề nghiêng bao gồm một bản lề nghiêng được gắn trên thân của giá

đỡ liên kết quay, hai xilanh thủy lực, dây cáp điều khiển và cặp thanh truyền, vòng kẹp Bản lề nghiêng có thể xoay tự do trong một khoảng nhất định nhờ vào chốt xoay, xilanh thủy lực được điều khiển từ bàn điều khiển thông qua một van điện từ, van điện từ này điều chỉnh lượng chất lỏng nạp vào xilanh Bản lề nghiêng được nối với quang treo elevator qua cặp thanh truyền và vòng kẹp Dây cáp điều khiển dùng

để điều chỉnh khoảng cách giữa elevator và sàn dựng cần khoan trong quá trình tiếp cần giúp thợ khoan trên cao thực hiện thao tác dễ dàng hơn

Cơ cấu tạo mômen xoắn

Cơ cấu gồm ống thủy lực và bàn kẹp Bên trong ống thủy lực là hệ thống các ống dẫn, xilanh nâng và cáp nâng, dây cáp nâng nối đầu piston của xilanh nâng với bàn kẹp và được vắt qua một con lăn ở trên đỉnh ống thủy lực Nhờ hệ thống cáp

`

này mà bàn kẹp có thể chuyển động lên xuống ở trên ống thủy lực (khi tháo lắp IBOP)

Bàn kẹp (Hình 2.12) có phần thân được tách làm hai nửa và được nối với

nhau bằng hai chốt bản lề, mặt trên là bạc ổn định còn ở mặt dưới là vành dẫn hướng Các chi tiết này cũng được chế tạo làm hai nửa và được bắt bulông vào thân bàn kẹp Bên trong bàn kẹp gồm có hai má kìm và một xilanh khí nén để sinh lực kẹp, cụm chi tiết này dùng để kẹp chặt cột cần khoan trong quá trình lắp cột cần khoan vào van tiết kiệm dung dịch Các chi tiết má kìm, bạc ổn định và vành dẫn hướng có thể thay đổi được tùy thuộc vào kích cỡ của cần khoan sử dụng

Elevator và quang treo elevator

Elevator là bộ phận trực tiếp ôm, kẹp cần, được sử dụng trong quá trình tháo, lắp cần khoan Elevator được móc vào giá đỡ liên kết quay thông qua quang treo elevator Quang treo được điều khiển thông qua cụm bản lề nghiêng Khả năng linh động của elevator là rất cao, elevator có thể được đẩy ra trước, sau lỗ khoan hoặc đẩy tới lỗ chuột Trong quá trình khoan, quang treo elevator được đẩy ra phía sau và được giữ cố định ở vị trí nghiêng khoảng 20 30÷ ° để tránh giếng khoan Elevator được điều khiển từ bàn điều khiển thông qua việc điều chỉnh cụm bản lề nghiêng

Hình 2.12 Cấu tạo bàn kẹp

1-Vòng đệm xilanh 8-Chốt bản lề 17,23-Đai ốc

3,4-Vòng găng piston 10,11-Đệm làm kín 19-Vành dẫn hướng

6,14-Bạc ổn định 15-Thân lắp bạc ổn định 24-Má kẹp

7,13,22-Bulông 16-Vòng đệm

Cụm van cầu (IBOP)

Hình 2.13 Cấu tạo cụm van cầu

Cụm van cầu là một đoạn van đối áp được đặt giữa đầu quay di động và cột cần khoan, nó có tác dụng chống phun bên trong cột cần khoan

Cụm van cầu gồm có van cầu trên, van cầu dưới và đầu nối bảo vệ, các chi tiết này được nối với nhau bằng ren Ngoài ra còn có cụm 3 vành kẹp được lắp giữa trục dẫn và van cầu trên, van cầu trên và van cầu dưới, van cầu dưới và đầu nối bảo vệ Các vành kẹp này nhằm ngăn sự tự tháo ren giữa các chi tiết trên trong quá trình tháo lắp cần khoan Mỗi vành kẹp có cấu tạo gồm một ống lồng phía trong có dạng côn đôi

và hai vòng đệm bên ngoài Sự vặn xiết các bulông giữa hai vòng đệm làm cho hai vòng đệm cùng nhau ép chặt ống lồng, tạo ra lực kẹp Đối với các vành kẹp này, nếu được lắp đặt đúng theo tiêu chuẩn có thể chịu đựng được mômen xoắn đến 76000 (ft.lb)

Sự đóng, mở của van cầu trên được điều khiển từ bàn điều khiển, còn đối với van cầu dưới được thực hiện bằng tay

29

Van cầu trên được gắn trực tiếp vào đầu dưới của trục dẫn với một đầu nối ren thuận đường kính 7 5 (in) theo tiêu chuẩn của API (viện dầu mỏ Mỹ) Bên trong có một bi cầu với đường kính lỗ là 3 (in) Hai cơ cấu dẫn động khí nén dùng để điều chỉnh van đóng hay mở Trục của cơ cấu dẫn động có chỗ để cho cờ lê vào đóng hoặc

mở bằng tay khi cần thiết Trên thân van có lắp một ống bao, trên hai mặt bên của ống bao được gắn hai khuỷu dẫn động dùng để đóng mở van cầu trên thông qua tay đòn điều khiển

Hình 2.14 Cấu tạo van cầu trên

Van cầu dưới (Hình 2.15)

Van cầu dưới được đặt ở giữa đầu nối bảo vệ và van cầu trên Kích cỡ của van cầu dưới được chọn theo kích cỡ của đầu nối và kích cỡ van cầu trên Trên thân van

có cửa để đặt cờ lê đóng mở van bằng tay

Đầu nối bảo vệ

Là một đầu nối chuyển tiếp giữa van cầu dưới và cột cần khoan nhằm bảo vệ van cầu dưới, đầu nối này có thể được thay thế dễ dàng Đây là một bộ phận chịu tải thường xuyên do đó cần được kiểm tra đều đặn

30

Hình 2.15 Cấu tạo van cầu dưới

2.1.2.2 Hệ thống điều khiển của đầu quay di động

Hệ thống điều khiển chính của đầu quay di động

Hệ thống điều khiển của TDS-8SA có sơ đồ cấu tạo như Hình 2.16 Trong hệ thống

điều khiển có bàn điều khiển giúp người vận hành dễ dàng thao tác các chức năng của

tổ hợp đầu quay

Trên bàn điều khiển có các nút bấm để thực hiện các chức năng như: điều chỉnh bản

lề nghiêng qua đó điều chỉnh vị trí của elevator; đóng mở phanh động cơ; điều chỉnh mômen vặn, tháo cần; điều khiển các động cơ phụ trợ (quạt gió, bơm dầu…); điều chỉnh giá đỡ liên kết quay; đóng mở van cầu trên; thay đổi chiều quay của đầu quay Bàn điều khiển thực hiện các chức năng trên nhờ vào một hệ thống các van điện từ nối với các bộ phận đó

31

PLC

VFD: Variable Frequency Drive-Bé biÕn tÇn

PLC: Programmable Logic Control-Bé ®iÒu khiÓn logic

TÝn hiÖu

®iÒu khiÓn

TÝn hiÖu

®iÒu khiÓn

Hình 2.16 Mô hình hệ thống điều khiển

Bẩy đèn báo sáng trên bàn điều khiển cho ta biết các điều kiện sau:

- Hệ thống van cầu đã đóng;

- Phanh động cơ đang đóng (ở vị trí “ON”);

- Áp suất dầu bôi trơn bị giảm;

- Sự lưu thông không khí bị gián đoạn;

- Động cơ bị quá nhiệt;

1

MAX 0

IBOP BRAKE PIPEHANDLER

TILT DRILL LINK TILT OFF TORQUE WRENCH PUSH&HOLD

LINK TILT FLOAT RIGHT LEFTROTATE

DRILL MOTOR OVERTEMP AUTO POSITION

HYDRAULIC POWER ALARM SILENCE BLOWER LOSS TORQUE DRILL

OIL PRESS LOSS MAKE-UP

CURRENT LIMIT

DRIVE FAULT REVERSE FORWARD

MAX 0 DRILL TORQUE

THROTTLE

RPM TORQUE

R

A R G

R

R R

R

EMERGENCY STOP

1314

1516

17181920

2122

23

1211

109

87

65

Hình 2.17 Bàn điều khiển của TDS-8SA

Hệ thống dây điện và ống dẫn phụ trợ

Hệ thống dây điện bao gồm cáp điện và cáp điều khiền dùng để dẫn điện cho động cơ, hệ thống cảm biến và van điện từ (solenoid) Các dây cáp điện được xoắn lại với nhau và được đặt trong ống bảo vệ

Hệ thống ống dẫn phụ trợ bao gồm 3 đường ống dẫn 34 (in) dùng để dẫn chất lỏng, trong đó có một đường dự trữ và một đường ống 12 (in) dùng để dẫn khí Các đường dẫn này dẫn chất lỏng, khí tới các hệ thống điều khiển bằng khí nén, hoặc làm mát động cơ…

33

2.2.1 Nguyên lý truyền động

Hình 2.18 Bộ phận truyền động của đầu quay

Chuyển động quay từ động cơ (1) được truyền sang hộp tốc độ nhờ bánh răng chủ động (2) gắn trên trục động cơ, bánh răng này ăn khớp với bánh răng phía trên của cặp bánh răng kép (3) làm quay cặp bánh răng kép Bánh răng phía dưới của cặp bánh răng kép ăn khớp với bánh răng chính (4) gắn trên trục dẫn Trục dẫn được nối với cột cần khoan qua cụm van cầu, làm quay cột cần khoan(5) Dung dịch khoan được dẫn vào qua hệ thống cổ ngỗng vào ống rửa (6) đặt phía trên nắp hộp tốc độ

2.2.2 Khoan thuận

Trình tự tiến hành khi khoan thuận (tiếp cần dựng):

- Đặt chấu chèn để giữ cột cần khoan và cho dừng tuần hoàn dung dịch

34

- Tháo mối nối giữa cột cần khoan và đầu nối bảo vệ (trên cụm van cầu), sử dụng bàn kẹp và động cơ khoan ở chế độ đảo chiều (từ bàn điều khiển).

- Kéo ròng rọc lên và kẹp elevator vào đầu cần dựng nhờ thợ khoan ở trên cao

- Nhấc cần dựng lên, nối vào đầu nối bảo vệ và cột cần khoan

- Nhấc bỏ chấu chèn, tuần hoàn dung dịch và tiếp tục quá trình khoan.Với cần đơn việc tiến hành khoan cũng tương tự như khoan với cần dựng chỉ khác

ở giai đoạn đầu khi ta ngắt tuần hoàn và tháo mối nối giữa cột cần khoan và đầu nối bảo vệ ta dùng dùng link tilt để kéo cần đơn khỏi hố chứa cần

35