Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2 CỦA TỜI KHOAN 2 1.1. Cấu tạo tời khoan: 2 1.1.1. Trục tang tời: 2 1.1.2. Tang tời: 2 1.1.3. Hệ thống phanh (hãm tời): 2 1.1.4. Côn của tời: 2 1.1.5. Hộp số của tời: 2 1.1.6. Đầu mèo: 2 1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan: 3 1.2. Cấu tạo của tời khoan. 3 1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1 4 1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2 5 1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan 3 6 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN 8 2.1. Xác định các tốc độ ni từ n0: 9 2.2. Xác định tốc độ móc: 10 2.2.1. Xác định cáp: 10 2.2.2. Xác định đường kính tính toán của tang tời: 12 2.2.3. Tốc độ móc nâng được tính theo công thức sau: 12 2.3. Xác định hiệu suất hệ thống thả: 12 2.4. Xác định tải trọng móc ở các tốc dộ khác nhau: 13 2.5. Tính toán trọng lượng bộ khoan cụ. 14 2.6. Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ: 16 KẾT LUẬN: 18
Trang 1Mục Lục
Trang 2
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp dầu khí của nước ta hiện nay đang rất phát triển, nó đóng góp khoảng 25% GDP mỗi năm Nó được coi là ngành kinh tế mũi nhọn, nằm trong chiến lược phát triển kinh tế quan trọng của đất nước
Trong giai đoạn hiện nay của ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí là một phần rất quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn được sử dụng với hiệu quả tốt nhất thì ta phải biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định 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 cho công tác nâng, thả bộ dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để
phá hủy đất đá Em đã được nhận 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 ".
Đồ án của em được chia thành 2 chương:
Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tời khoan
Chương 2: Tính toán động học của tời khoan
Qua quá trình học tập tại trường, cũng như sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy
Nguyễn Thanh Tuấn, em đã hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên trong quá trình
tìm hiểu và tiếp xúc chưa nhiều nên cuốn đồ án này còn nhiều hạn chế, song đây
là cơ hội rất tốt để em nâng cao nhận thức và hiểu biết về các thiết bị trong công tác dầu khí mà cụ thể là tời khoan Kính mong các thầy cô giáo, các bạn đọc đóng góp ý kiến quý báu để cuốn đồ án này được hoàn chỉnh hơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tuấn đã tận tình giúp đỡ
em hoàn thành cuốn đồ án này
Hà nội, tháng 5 năm 2017.
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Ngọc Quang
Trang 3CHƯƠNG 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
Trang 4Có 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 Cấu tạo của tời khoan.
Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời và cơ cấu truyền động mà có thể phân ra các loại tời khoan khác nhau Theo nguyên lý cấu tạo có thể chia tời khoan ra làm 3 loại : tời khoan loại 1, tời khoan loại 2 và tời khoan loại 3
Trang 51.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1
Hình I.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan loại 1
1 - Trục ra cảu hộp tốc độ 2- Trục nâng phụ
3 – Trục nâng gắn với tời chính 4 – Trục trung gian
5 – Ổ đỡ trục 6,7,8 - Bộ phận truyền chuyển động
9 – Tời khoan 10 – Ly hợp ma sát
11- Ly hợp cam 12 – Truyền chuyển động ra Roto
Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền ra trục (1), từ
đây thông qua bộ truyền động xích hoặc truyền động bánh răng (6,7,8) truyền chuyển động đến trục nâng có gắn tời chính (3) và trục trung gian (4) để truyền chuyển động cho bàn Roto Tời khoan (9) được gắn cố định trên trục nâng (3)và
để tời khoan quay ta sử dụng ly hợp ma sát (10) lắp ở hai đầu của tang tời Chuyển động quay từ trục trung gian (4) sẽ truyền cho bàn roto, tại bàn roto có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục (4) theo chiều nằm ngang thành chuyển động quay thẳng đứng của cột cần khoan Còn trên trục nâng (2) có thể được bố trí thêm tời khoan phụ tùy theo yêu cầu của quá trình khoan
Trang 61.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2
Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan 2
1 – Trục ra của hộp số tốc độ; 2 – Trục nâng gắn với tời phụ;
3 – Trục nâng gắn với tời chính; 4 – Trục trung gian truyền ra bàn roto;
5 - Ổ đỡ trục; 6,7,8,9 – Bộ phận truyền chuyển động;
10 – Ly hợp cam; 11 – Tời khoan phụ;
12 – Tời khoan chính; 13,14 – Ly hợp bánh hơi;
15 – Truyền chuyển động quay ra bàn roto
Nguyên lý làm việc: Loại tời này được trang bị một tang tời chính (12) và
một tang tời phụ (11) Trong quá trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền ra trục (1), nhờ li hợp cam (10) và bộ truyền động (6) để truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (11) được gắn trên trục nâng (2) thông qua các ổ đỡ (5) và tang tời phụ làm việc được là nhờ li hợp cam (10) Chuyển động
từ trục (2) được truyền đến trục (3) thông qua bộ truyền chuyển động (7,8) đều được bố trí về phía bên trái của tang tời chính (12), bộ truyền động (7,8) được lắp đặt cố định trên trục (2) còn trên trục (3) được lắp bởi các li hợp cam (10) và
Trang 7li hợp bánh hơi (13) Tang tời chính (12) được gắn cố định trên trục nâng (3), khi làm việc ở dài tốc độ cao nhờ li hợp bánh hơi (13) còn khi làm việc ở dài tốc độ thấp là nhờ li hợp cam (10) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua bộ truyền (9) và truyền ra bàn roto (15) là nhờ li hợp bánh hơi (14)
1.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan 3
Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tời khoan 3
1 – Trục ra của hộp tốc độ; 2 – Trục nâng gắn với tời phụ;
3 – Trục nâng gắn với tời chính; 4 – Trục trung gian;
5 - Ổ đỡ trục; 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động;
9 – Ly hợp cam; 10 – Tời khoan phụ;
11 – Tời khoan chính; 12 – Ly hợp ma sát đĩa;
13 – Truyền chuyển động quya ra bàn roto
Nguyên lý làm việc: Loại tời này được trang bị một tang tời chính (11) và
một tang tời phụ (10) Trong quá trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền ra trục (1), nhờ ly hợp cam (9) và bộ truyền động (6) truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (10) được gắn trên trục nâng (2) thông qua các ổ
Trang 8đỡ (5) và tang tời phụ làm việc được là nhờ li hợp cam (9) Tang tời chính (11) được gắn cố định trên trục nâng (3) và nhận truyền động trực tiếp từ trục (1) thông qua hai bộ truyền động (7,8) và các ly hợp ma sát đĩa (12) Trục trung gian (4) cũng nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua bộ truyền động (8) và các ly hợp ma sát đĩa (12,13) và sau đó trục trung gian (4) sẽ truyền chuyển động ra bàn roto (15)
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN
BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
Trang 903 Hệ ròng rọc 5x6
05 Trọng lượng riêng của
3
1,5
08 Tốc độ vào hộp số của tời v/ph 320
09 Góc nghiêng trung bình của
giếng
o
10 Tải trọng lên đáy khi khoan tấn 13
Với bảng thông số trên ta lựa chọn tời khoan loại 2, có 4 cấp tốc độ phục
vụ cho công tác khoan Sau khi khởi động, động cơ điện truyền chuyển động qua khớp nối và cho tốc độ ban đầu n0 đi vào tời Qua cặp bánh răng (32;58), tốc độ được truyền vào trục truyền n1 Thông qua các cặp bánh răng (35;27), (35,47), (22,47) sẽ có 3 cấp tốc độ truyền sang trục trung gian Từ trục này, thông qua cặp bánh răng (36,72) và từ trục truyền (43,33), tốc độ sẽ được truyền sang trục nâng
2.1 Xác định các tốc độ từ :
* Các thông số cơ bản của tời:
- Tải trọng móc Q = 300 T
- Công suất trục tời N = 550HP = 550 x 0,736 = 404,7 kw
- Hệ ròng rọc 5 x 6
- Số nhánh cáp làm việc m = 10
- Đường kính tang tời = 850 mm
- Tốc độ từ trục dẫn động vào tời = 320 v/ph
* Xác định các thông số của tời:
- Tốc độ trục truyền:
Trang 10= 58
32
= 320 58
32
= 176,5 (v/ph)
- Tốc độ của trục trung gian:
= 47
22
= 176,5 47
22
= 82,6 (v/ph)
= 47
35
= 176,5 47
35
= 131,4 (v/ph)
= 27
35
= 176,5 27
35
= 228,8 (v/ph)
- Tốc độ của trục nâng:
= 72
36
= 82,6 72
36
= 41,3 (v/ph)
= 72
36
= 131,4 72
36
= 65,7 (v/ph)
= 72
36
= 228,8 72
36
= 114,4 (v/ph)
= 33
43
= 176,5 33
43
= 230 (v/ph)
Trang 11- Tốc độ trên trục dẫn bàn Roto:
n1 roto = 41,3 = 31,8 (v/ph)
n2 roto = 65,7 = 50,7 (v/ph)
n3 roto = 114,4 = 88,2 (v/ph)
n4 roto = 230 = 177,3 (v/ph)
2.2 Xác định tốc độ móc:
2.2.1 Xác định cáp:
Với hệ ròng rọc 5 x 6 mắc đối xứng ta có số nhánh cáp làm việc m=10
Hệ số hiệu dụng của ròng rọc là:
Ƞr =
Trong đó: m là số nhánh cáp làm việc, m = 10
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,
Trang 12λ là hệ số quá tải động cơ diesel, λ = 1,1.
Ta có được: ≥ với n = 3 là hệ số an toàn
là ứng lực kéo đứt cáp
Từ đó suy ra ≥
Thay số vào ta có ≥ 61,4 T
Căn cứ vào bảng đặc tính của cáp tời ta chọn loại cáp K-PO có các đặc tính sau:
- Cáp có 186 sợi
- Đường kính cáp = 32mm
- Ứng lực kéo đứt cáp = 62,6 T
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: = + = 850 + 32 = 882 (mm)
- Lớp thứ hai : = + 2 = 850 + 2.32 = 914 (mm)
- Lớp thứ ba : = + 4 = 850 + 4.32 = 978 (mm)
2.2.3 Tốc độ móc nâng được tính theo công thức sau:
=
Trong đó:
- là tốc độ móc nâng
- 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
- là số nhánh cáp làm việc
Trang 13= = = 0,21 (m/s)
= = = 0,34 (m/s)
= = = 0,59 (m/s)
= = = 1,18 (m/s)
2.3 Xác định hiệu suất hệ thống thả:
- Ta có công thức tính:
=
Trong đó: β là chỉ tiêu ngược của hiệu suất (β = 1,03)
Z là số ròng 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
là tốc độ móc
Trang 14- Vậy ta có được:
Q1
m = = 1660,2 (T)
Q2
m = = 1019,3 (T)
Q3
m = = 587,4 (T)
Q4
m = = 293,7 (T)
2.5 Tính toán trọng lượng bộ khoan cụ.
Tính toán cần nặng:
Dcn= (0,75÷ 0,85).Dc = 0,8.215 = 172 (mm)
Chiều dài cần nặng:
c cn
d cn
KG
gt
θ
=
Trong đó:
K = 1,25: Là hệ số cứu kẹt
Lcn: Là chiều dài cần nặng
qcn = 138 (kG/m): Trọng lượng 1m cần nặng
Gc = 13 (tấn): Tải trọng đáy
θ = 180: Góc nghiêng của giếng
Trang 15gd = 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 = 155 (m)
Trọng lượng bộ cần nặng: Qcn= 155.0,138 = 21,39 (tấn)
Tính toán trọng lượng bộ cần khoan:
Áp dụng công thức:
d
g
g
ck ck
t
L q
=
Trong đó:
L: Chiều dài cột cần khoan
Qck: Trọng lượng cột cần
qck = 31,9(kG/m): Trọng lượng 1 m cần khoan
Vậy ta có:
Qck = (5000-155).0,0319.(1- ) = 123,64 (tấn)
Trang 16Tính toán trọng lượng bộ dụng cụ khoan:
Q = Qcn + Qck + Qchoong + Qđt
Trong đó:
Qck : Là trọng lượng bộ dụng cụ khoan
Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choòng
Qđt = 0,3 (tấn) trọng lượng định tâm
Vậy:
Q = 21,39 + 123,64+ 0,04 + 0,3 = 145,37 (tấn)
2.6 Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ:
Áp dụng công thức:
.1000
102
moc
Q V N
ξ
=
Thay số vào công thức trên ta được các kết quả:
N1 = = 352,11 (kW)
N2 = = 570,08 (kW)
N3 = = 989,25 (kW)
Trang 17N4 = = 1978,51 (kW).
Nhìn vào các kết quả trên ta thấy công suất nâng ở tốc độ nhỏ nhất là
N1 = 352,11 (kW) < Ntời = 404,7 kw Do vậy ta chọn tốc độ là tốc độ để nâng bộ dụng 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 ta thực 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 khi này 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 5000m lên đến 2800m:
- Trọng lượng bộ khoan cụ lúc này sẽ còn là:
Qbkc = (2800-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 89,23 (T)
- Công suất nâng ở tốc độ = 0,34(m/s) là:
N2 = = 349,9 (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 = (1100-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 46,2 (T)
- Công suất nâng ở tốc độ = 0,54(m/s) là:
N3 = = 287,8 (kW) < 404,7 kw
Vậy từ 1100m trở lên ta dùng để nâng bộ khoan cụ
Còn tốc độ = 1,18 m/s ta sẽ dùng để kéo khi làm việc ở chế độ không tải hoặc tải nhỏ
KẾT LUẬN:
Ta sẽ thực hiện nâng thả bộ khoan cụ với các tốc độ và độ sâu tương ứng như sau:
Trang 18- Kéo bộ khoan cụ với= 0,21 m/s từ độ sâu 5000m lên đến 2800m.
- Kéo bộ khoan cụ với = 0,34 m/s từ độ sâu 2800m lên đến 1100m
- Kéo bộ khoan cụ với = 0,59 m/s từ độ sâu 1100m trở lên
- Kéo không tải hoặc tải nhỏ với = 1,18 m/s