Đồ án thiết bị khoan .............

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN 1.1. Cấu tạo tời khoan: 1.1.1. Trục tang tời: Trục tang tời là bộ phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài của máy. Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành và bảo dường đòi hỏi chính xác và chất lượng. 1.1.2. Tang tời: Tang tời là thiêt bị hình trụ được lắp trên trục tang tời. Trên tang tời được xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít. Hai đầu tang được luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh. Có tang tời chính và tang tời phụ. 1.1.3. Hệ thống phanh (hãm tời): Dùng để phanh và dừng hẳn để treo bộ khoan cụ vào móc nâng trong quá trình khoan hay chống ống. Treo bộ cần khoan để điều chỉnh tải trọng. Điều chỉnh tốc độ nâng thả. 1.1.4. Côn của tời: Côn ly hợp dùng truyền momen nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn. Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn. 1.1.5. Hộp số của tời: Dùng để thay đổi tốc độ cuốn cáp của tang tời. Bao gồm: trục vào, trục ra, các trục trung gian, côn ly hợp bánh răng, bánh răng xích, xích. 1.1.6. Đầu mèo: Là tang tời nhỏ được lắp hai bên tời khoan trên một trục riêng. Đầu mèo dùng để cuốn các sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống. Có đầu mèo văn ren và tháo ren ống chống. 1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan: Là bộ phận tập trung các hoạt động điều khiển tời khoan. Có các thiết bị kiểm tra thông số tời khoan trong quá trình làm việc.

Trong giai đoạn phát triển hiện nay của ngành dầu khí, ngành Thiết bị dầu khí &công trình đóng góp một phần rất quan trọng Việc áp dụng công nghệ mới đã vàđang được các cán bộ kỹ thuật và các cấp trong ngành quan tâm hàng đầu Trongviệc sử dụng máy móc phục vụ cho công tác khoan và khai thác dầu khí, chúng

ta không thể không nhắc đến tầm quan trọng của tời khoan Sự vận hành nội bộ của tời khoan có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hệ thống nâng thả trên giàn khoan Ngoài ra nó còn có công dụng truyền tải trọng cho choòng khoan, kéo thả bộ dụng cụ…

Việc tính toán các thông số làm việc của hệ thống nâng thả nói chung và tời khoan nói riêng là rât quan trọng, dựa vào đó ta có thể lựa chọn các chế độ làm việc cho hệ thống nâng thả trong quá trình khoan, thi công trên giàn Đây cũng

là yêu cầu đặt ra với đồ án môn Thiết bị khoan này

Để hoàn thành được đồ án môn Thiết bị khoan này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Thanh Tuấn, bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình Em mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy vàcác bạn cho đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Phan

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN

1.1.Cấu tạo tời khoan:

1.1.1. Trục tang tời:

Trục tang tời là bộ phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài của máy Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành và bảo dường đòi hỏi chính xác và chất lượng

1.1.2. Tang tời:

Tang tời là thiêt bị hình trụ được lắp trên trục tang tời Trên tang tời được

xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít Hai đầu tang được luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh

Có tang tời chính và tang tời phụ

1.1.4. Côn của tời:

Côn ly hợp dùng truyền momen nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn.Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn

1.1.5. Hộp số của tời:

Dùng để thay đổi tốc độ cuốn cáp của tang tời

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

1.1.6. Đầu mèo:

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

Đầu mèo dùng để cuốn các sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống

Có đầu mèo văn ren và tháo ren ống chống

1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan:

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

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

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo tời khoan

1 Cáp khoan 6 Bảng điều khiển

2 Phanh điện từ 7 Phanh cơ học

3 Xích truyền động cho bàn Rotor 8 Môtơ điện

4 Răng để tựa cáp khoan 9 Đầu mèo

5 Tay phanh cơ học 10 Đường rãnh cáp địa vật lý

1.2 Sơ đồ động học của tời khoan.

Qua hình vẽ 1.2, ta thấy tời Y2 - 55 có 5 vận tốc, trong đó có 4 vận tốccủa trục nâng IV được truyền từ trục số qua trục các đăng I và trục cao tốc II củahộp số Sau đó qua các cặp bánh răng có tỉ số truyền 27/93 để truyền tới trụcgiảm tốc III Từ lực này chuyền qua sang trục IV bằng côn hơi kép 15 Để cônhơi làm việc thì khí nén được nạp vào miệng 16 và được điều khiển từ bảng điềukhiển

Vận tốc thứ 5 là vận tốc độc lập, dùng để nâng êlêvatơ Nó được truyền từhộp số dẫn động qua trục các đăng VIII đến IX Sau đó truyền đến trục IV thôngqua bánh xích 7, xích 6 và cụm bánh xích 13.

Cụm bánh xích 13 được lắp trên hai vòng bi đũa Nó còn được dùng đểtruyền chuyển động cho trục tời phụ X Việc đóng ngắt vận tốc số 5 được thựchiện bằng côn hơi 14 thông qua miệng nạp khí 16 để cung cấp nguồn khí chocôn hơi này từ bảng điều khiển

Tời phụ nhận được chuyển động qua bộ bánh xích 13, cặp bánh răng19/35, xích 6, trục tời X Trục tời quay sẽ truyền chuyển động đến bộ bánh rănghành tinh, nếu đóng côn ma sát của tời phụ thì tời phụ sẽ làm việc

Để truyền chuyển động cho Rotor thông qua trục các đăng trục II Cặpbánh răng 27/44 sẽ được tiếp tục truyền chuyển động các tốc độ cho trục VI.Nếu đóng khớp nối vấu 19, côn hơi MP500 thì bánh xích 21 sẽ truyền lực quayđến rotor với các cấp tốc độ khác nhau Ở đầu trục VII có miệng nạp khí 22 đểđóng côn hơi MP500 (20) Việc đóng ngắt côn hơi này được thực hiện từ bảngđiều khiển Cấu tạo của tời Y2 - 55 cho phép trong khi trục nâng của tời vẫnhoạt động thì Rotor vẫn nhận được chuyển động quay, đồng thời nguyên côngquay Rotor trong khi thả bộ khoan cụ

Trong nguyên công quay thả bộ khoan cụ, trục nâng tách khỏi nguồn cấplực bằng ngắt côn hơi MP1070 (15) và được nối với phanh thuỷ lực bởi khớpnối vấu 9 Chuyển động quay lúc này do trọng lực của bộ ròng rọc động và bộkhoan cụ tác động Vận tốc thả khoan cụ sẽ được điều chỉnh bằng phanh cơ học

12 và mực nước vào phanh thuỷ lực 8

Như vậy khi thả bộkhoan cụ vận tốc sẽ đều, từ từ không gây hư hỏng bộ khoan cụ cũng như làm

hỏng phanh cơ học.

Hình 1.2 Sơ đồ động học của tời Y2-55.

I: Trục các đăng

Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của tời Y2-55.

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của tời khoan

Trước khi vận hành tời, phải căn cứ vào cột cần khoan hoặc ống chống để lựachọn chế độ điện cho động cơ và lựa chọn tốc độ nâng của tang tời chính, lựachọn đầu tời phụ ở chế độ tháo cần hay siết cần để chọn chuyển động điện.Sau khi chọn xong các chế độ trên, bật công tắc khởi động để hai động cơđiện (17) làm việc Động cơ điện truyền chuyển động qua khớp nối răng (Z =

25 và Z = 28) làm quay trục trung gian và quay hai đĩa răng xích ở hai đầutrục Từ hai đĩa xích này, truyền chuyển động qua bộ truyền xích (Z= 28 và Z

= 38) làm quay đĩa xích tốc độ nhanh (Z = 38) và bộ truyền xích (Z = 25 và Z

= 77)

Khi đó nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ thả nhanh (thả cần, kéocác vật nhẹ,…) thì đĩa xích tốc độ nhanh sẽ làm quay côn nhanh (3) để truyềnchuyển động quay đến trục tời

Nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ chậm (kéo cần, kéo các vậtnặng,…) thì đĩa xích tốc độ chậm sẽ làm quay côn chậm (2) để truyền chuyểnđộng quay đến trục tời.

Tời khoan muốn làm việc phải thông qua hệ thống ròng rọc động và ròngrọc tĩnh, như vậy đòi hỏi tháp phải có sự ổn định vững chắc để đóng vai trònhư là ổ tựa cho hệ thống tời khoan làm việc

Trong quá trình làm việc, tời khoan phải tạo được mômen thắng trọnglượng bản thân của tời Cơ cấu dẫn động của tang tời tạo lên được mômenhãm lớn để thắng mômen quán tính của các phần quay vì thế khi khởi độngthì mômen và công suất của tời đạt giá trị cực đại

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tời.

1: Cụm trục tang tời 11 Dầm đỡ

2: Côn ly hợp chậm 12 Trục truyền trung gian

3: Côn ly hợp nhanh 13 Cụm trục truyền động

4: Cụm phanh chính 14 Bộ phận cấp dầu bôi trơn

5: Đầu nối không khí với nước 15 Buồng điều khiển chính6: Ly hợp an toàn 16 Buồng điều khiển phụ

7: Cụm trục tời phụ 17 Động cơ điện

8: Khớp ly hợp 18 Bộ hãm quán tính

9: Đầu mèo 19 Phanh điện

10: Bộ hãm tời phụ 20 Bộ điều khiển mực nước

21 Cụm khớp ly hợp

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN

BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

05 Trọng lượng riêng của

Ƞ là hệ số hiệu dụng của puli, lấy ƞ = 0,97.

Thay vào ta có Ƞr = 0,86

Sức căng lớn nhất của cáp cuốn khi nâng bộ khoan cụ là:

Pt =

Trong đó: là tải trọng lớn nhất trên móc,

λ là hệ số quá tải động cơ diesel, λ = 1,1

Ta có được: ≥ với n = 3 là hệ số an toàn

2.2.2 Xác định đường kính tính toán của tang tời:

Số lớp cáp cuốn trên tang là 3 lớp vì để tránh hỏng mòn cho cáp

- Lớp thứ nhất: = + = 800 + 32 = 832 (mm)

- là đường kính tính toán của tang tời (ở lớp cáp cuối cùng).

- là số vòng quay của trục nâng ở các cấp tốc độ

Trong đó: β là chỉ tiêu ngược của hiệu suất (β = 1,03).

Z là số rong rọc động

Thay số ta có = 0,85

2.4 Xác định tải trọng móc ở các tốc dộ khác nhau:

- Ta có công thức tính: =

Trong đó: là tải trọng định mức của móc nâng

N là công suất tang tời

là hiệu suất nâng thả

Chiều dài cần nặng:

c cn

d cn

θ = 160: Góc nghiêng của giếng

gd = 1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan

gt = 7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng của thép vật liệu làm cần

Vậy ta có:

Lcn = 118 (m)

Trọng lượng bộ cần nặng: Qcn= 118.0,138 = 16,28 (tấn)

Tính toán trọng lượng bộ cần khoan:

Nhìn vào các kết quả trên ta thấy công suất nâng ở tốc độ nhỏ nhất là

N1 = 403,82 (kW) < Ntời = 404,7 kw Do vậy ta chọn tốc độ là tốc độ để nâng bộdụng cụ khoan khi trọng lượng lớn nhất

Để sử dụng các tốc độ còn lại khi thực hiện quá trình nâng bộ dụng cụ thì tathực hiện như sau: tiến hành nâng bộ khoan cụ có khối lượng lớn nhất bằng , sau

khi lên 1 đoạn dài ta sẽ thay đổi tốc độ khác lớn hơn để nâng bộ khoan cụ vì khinày công suất nâng sẽ phù hợp với công suất tời Ta có thể tính toán như sau:

a. Ta kéo bộ khoan cụ với từ độ sâu 6000m lên đến 2800m:

- Trọng lượng bộ khoan cụ lúc này sẽ còn là:

Qbkc = (2800-118).0,0319.(1- ) + 16,28 + 0,04 + 0,3 = 85,06 (T)

- Công suất nâng ở tốc độ = 0,23(m/s) là:

N2 = = 225,65 (kW) < 404,7 kw

Vậy từ 2800m trở lên ta dùng để nâng bộ khoan cụ

b. Ta kéo bộ khoan cụ với từ 2800m đến 1100m:

- Trọng lượng bộ khoan cụ lúc này sẽ còn là:

Qbkc = (1100-118).0,0319.(1- ) + 16,28 + 0,04 + 0,3 = 41,7 (T)

- Công suất nâng ở tốc độ = 0,57(m/s) là:

N3 = = 274,15 (kW) < 404,7 kw

Vậy từ 1100m trở lên ta dùng để nâng bộ khoan cụ

Còn tốc độ = 1 m/s ta sẽ dùng để kéo khi làm việc ở chế độ không tải hoặctải nhỏ

KẾT LUẬN:

Ta sẽ thực hiện nâng thả bộ khoan cụ với các tốc độ và độ sâu tương ứng nhưsau:

- Kéo bộ khoan cụ với= 0,21 m/s từ độ sâu 6000m lên đến 2800m

- Kéo bộ khoan cụ với = 0,23 m/s từ độ sâu 2800m lên đến 1100m

- Kéo bộ khoan cụ với = 0,57 m/s từ độ sâu 1100m trở lên

- Kéo không tải hoặc tải nhỏ với = 1 m/s

KẾT LUẬN

Mọi thiết bị dầu khí muốn được sử dụng với hiệu quả tốt nhất thì ta phảibiết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữađịnh kỳ đúng tiêu chuẩn và bộ môn thiết bị dầu khí đã đáp ứng được điều đó Trên giàn khoan thì tời khoan vô cùng quan trọng Nó đặc biệt cần thiết chocông tác nâng, thả bộ dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay của động cơthành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để

phá hủy đất đá Đề tài: “Dựa vào sơ đồ động học của tời khoan, dựa vào bảng

thông số đã cho, hãy tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ có thể có của tời khoan” giúp sử dụng tời khoan đúng với công suất của nó.

Tuy nhiên do sự hạn hẹp về thời gian cũng như sự hạn chế về kiến thức vàkinh nghiệm chuyên môn nên cuốn đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Emmong nhận được nhưng ý kiến đóng góp chân thành của thầy cô, các cán bộ

chuyên môn và bạn bè Từ đó tạo điều kiện cho em rút ra được những kinhnghiệm quý báu để vững vàng hơn khi ra ngoài thực tế.

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thanh Tuấn đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bản đồ án này.