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

Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ 2 I.1. Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với tời khoan 2 I.1.1. Chức năng, nhiệm vụ của tời khoan 2 I.1.2. Yêu cầu kĩ thuật đối với tời khoan 2 I.2. Cấu tạo của tời khoan. 3 I.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1 3 I.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2 4 I.3. Một số loại tời khoan được sử dụng trong các công tác khoan dầu khí 7 PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN 8 II.1 Sơ đồ động học của tời khoan 8 II.2 Thông số tính toán 9 II.3 Tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ 10 KẾT LUẬN 16

Mục Lục

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 phần:

Phần I: Tổng quan về tời khoan trong khoan khai thác dầu khí

Phần II: Tính toán công suất nâng 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, 22 tháng 5 năm 2017.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mạnh Cường

[1]

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ I.1 Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với tời khoan

I.1.1 Chức năng, nhiệm vụ của tời khoan

Trong quá trình thi công giếng khoan dầu khí thì tời khoan sẽ thực hiện các nhiệm vụ chính như sau :

- Thực hiện công tác kéo thả cột cần khoan để tiến hành tháo, lắp cần khoan, thay choòng khoan và bộ khoan cụ

- Tiến hành thả và treo giữ ống chống trong quá trình chống ống trám xi măng

- Điều chỉnh tốc độ truyền tải tọng cho choòng khoan trong quá trình phá hủy đất đá ( chủ yếu thực hiện đối với quá trình khoan giảm tải cho choòng bằng cách treo một phần trọng lượng của cột cần khoan trên móc nâng trong khi khoan đối với những giếng khoan có chiều sâu lớn )

Ngoài ra, tời khoan còn thực hiện một số công tác phụ trợ trong quá trình xây lắp, trong quá trình khoan và trong quá trình khai thác

I.1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với tời khoan

Khi tính toán thiết kế lựa chọn tời khoan phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chính như sau:

- Công suất của tời khoan phải đủ lớn, đáp ứng được yêu cầu của quá trình khoan thả cột cần khoan và ống chống

- Phải có số tốc độ (k) cũng như việc bố trí các tốc độ trung gian một cách hợp lý để giảm thời gian của quá trình kéo thả

- Có sơ đồ động học đơn giản và các tốc độ phải sử dụng tối đa công suất của động cơ dẫn động

- Hệ thống hãm (phanh) của tời phải làm việc an toàn với độ tin cậy cao

- Phải thiết kế một tốc độ lớn nhất để thực hiện quá trình kéo thả móc nâng không tải (đó là quá trình móc nâng chuyển động lên hoặc xuống mà không có treo cột cần khoan hoặc ống chống)

- Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh được tốc độ truyền tải trọng cho choòng khoan tỏng quá trình phá hủy đất đá

I.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

I.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1

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

[3]

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

I.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2

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 li 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)

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

I.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan 3

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

[5]

nâng (2), tang tời phụ (10) được gắn trên trục nâng (2) thông qua các ổ đỡ (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)

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

I.3 Một số loại tời khoan được sử dụng trong các công tác khoan dầu khí

Trong thực tế công tác khoan dầu khí thì việc phân loại tời khoan rất khác nhau có thể căn cứ vào sức căng trên nhánh cáp chủ động, công suất nâng trên trục tời hoặc dạng động cơ dẫn động,… Chính vì vậy, mà khi lựa chọn tời khoan ta phải dựa vào yêu cầu cụ thể của công tác khoan để chọn sao cho phù hợp nhất

Các loại tời khoan hiện đang sử dụng có hiệu quả trong công tác khoan là các loại tời khoan của Nga, Mỹ và một số nước khác

- Các loại tời khoan của Nga thường dùng gồm có , , , ,… Trong đó, những

ký hiệu của các loại tời khoan trên có ý nghĩa như sau:

y: tên nhà sản xuất

2: số thứ tự của cụm tời trong tổ hợp thiết bị khoan

4: số tốc độ của tời

8: Số mô đen

2: Số thứ tự của cụm tời trong tổ hợp thiết bị khoan

300: Sức nâng lớn nhất của tời

БY-3000 БY: Kí hiệu của tời

3000: Công suất lớn nhất trên trục tời

Ngoài ra ta còn gặp các kí hiệu khác như: Д (tời được dẫn động bằng động cơ diezen); Э (tời được dẫn động bằng động cơ điện); (tời không có chế oddoj làm mát bằng hơi nước); (tời không có chế độ làm mát bằng hơi nước)

- Các loại tời khoan của Mỹ thường được dùng bao gồm các loại ở bảng dưới đây:

Bảng I.1: Một số loại tời khoan của Mỹ

Loại tời

Thông số cơ bản

80B 80VE

110M 110VE

1320M 1320UE

1625M 1625UE Công suất định mức Nđm

(kw)

Số tốc độ (K) của tời 4 hoặc 6 4 hoặc 6 4 hoặc 6 4 hoặc 6 Chiều sâu khoan tối đa L

(m)

[7]

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN

II.1 Sơ đồ động học của tời khoan

I: Trục các đăng II: Trục cao tốc III: Trục thấp tốc IV: Trục nâng V: Trục phanh thuỷ lực VI: Trục của hộp giảm tốc truyền động cho Rotor VII: Trục truyền chuyển động cho Rotor

VIII: Trục các đăng truyền vận tốc thứ năm IX: Trục dẫn động vận tốc thứ năm

X: Trục tời phụ XI: Trục chủ động của tời 1: Bộ ma sát

2-7-10-21: Bánh xích 3: Cặp bánh răng 4: Hộp số

5: Hộp giảm tốc 6: Xích

8: Phanh thuỷ lực 9: Khớp nối vấu 11-12: Phanh đai 13: Cụm bánh xích 14-15-20: Côn hơi 16-22: Van nạp khí nén 17-18: Bánh răng 19: Khớp nối cứng Tời khoan có 4 tốc độ

II.2 Thông số tính toán

Bảng II.1: Thông số tính toán

02 Chiều sâu giếng m 5000 5500 6000

05 Trọng lượng riêng của dung

3

09 Góc nghiêng trung bình của

giếng

o

II.3 Tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ

* Tính toán cho thông số I:

- Đường kính cáp: dc = 32 (mm)

- Tốc độ từ trục đẫn vào tời: n0 = 1045 (v/p)

- Công suất trục tời:N = 550 (HP)

- Chiều sâu giếng: l = 5000 (m)

- Trọng lượng riêng của dung dịch:g = 1,5 (G/cm

3

)

- Đường kính chòong:Dc = 215 (mm)

- Tốc độ vào hộp số của tời:n0 = 1045 (v/p)

- Góc nghiêng trung bình của giếng:θ = 180

- Đường kính tang tời:Dt = 800 (mm)

[11]

- Tải trọng móc:Qmoc = 300 (tấn)

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

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

1 Xác định các tốc độ quay (n) của tời:

- Tốc độ trục truyền:

ntt = n0 = 1045 = 473 (v/p)

- Tốc độ của trục trung gian:

n1

tg = ntt = 473 = 172 (v/p)

n2

tg = ntt = 473 = 187 (v/p)

n3

tg = ntt = 473 = 454 (v/p)

n4

tg = ntt = 473 = 821 (v/p)

- Tốc độ của trục nâng:

n1

tn = n1

tg = 172 = 119 (v/p)

n2

tn = n2

tg = 187 = 129 (v/p)

n3

tn = n3

tg = 454 = 314 (v/p)

n4

tn = n4

tg = 821 = 568 (v/p)

2 Xác định đường kính tang tời theo các lớp cáp trên tang tời.

- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ nhất:

Dt1 = Dt + dc

Trong đó:

Dt: Đường kính tang tời,b(mm);

dc: Đường kính cáp, (mm)

- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ hai:

Dt2 = Dt + 2dc

- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ ba:

Dt3 = Dt + 4dc

- Đường kính tang tời ở lớp cuộn thứ tư:

Dt4 = Dt + 6dc

Từ thông số cơ bản của tời : Dt = 800 (mm), dc = 32 (mm), nên ta có:

Dt1 = Dt + dc = 850 + 32 =882 (mm)

Dt2 = Dt + 2dc = 850 + 2.32 = 914 (mm)

Dt3 = Dt + 4dc= 850 + 4.32 = 878 (mm)

3 Tính toán hệ ròng rọc.

a Xác định tốc độ móc nâng:

Tốc độ của móc nâng được tính theo công thức:

Vmoc = Trong đó:

Dp: Đường kính tính toán của tang tời (ở lớp cáp cuối cùng)

Vmoc: Tốc độ móc, (m/s);

ni

tn: Số vòng quay của trục nâng ở tốc độ i (i = 1÷ 4);

m: Số nhánh cáp làm việc Giả sử hệ hệ ròng rọc 4x5 nên: m=8; Tốc độ của móc nâng ở các cấp độ vân tốc:

V1 moc = = = 0,65 (m/s)

V2 moc = = = 0,70 (m/s)

V3 moc = = = 1,71 (m/s)

V4 moc = = = 3,10 (m/s)

b Hiệu suất hệ thống nâng thả:

ξ = Trong đó:

β=1,03: Chỉ tiêu ngược của hiệu suất;

z= 5 : Là số ròng rọc động

Thay số ta có: ξ=0,85

c Tải trọng móc ở các cấp độ:

Ta có công thức:

Qm= Trong đó:

Qm : Là tải trọng định mức của móc nâng

N : Là công suất của tang tời

ξ : Là hiệu suất nâng thả

Vm : Là vận tốc móc

Vậy ta có:

Q1

m = = 719,23 (tấn)

Q2

m = = 667,86 (tấn)

Q3

m = = 273,39 (tấn)

Q4

m = = 150,81 (tấn)

[13]

d 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

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 = 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

Q (1- )

g

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)

Tính toán trọng lượng bộ dụng cụ khoan:

Q = Qcn + Qck + Qchoong

Trong đó:

Q : Là trọng lượng bộ dụng cụ khoan

Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượngchoòng Vậy:

Q = 21,39 + 123,64+ 0,0378 = 145,07 (tấn)

4 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 = = 1088 (HP)

N2 = = 1171 (HP)

N3 = = 2861 (HP)

N3 = = 5187 (HP)

Bảng II.2: Công suất nâng của tời khoan ở tốc độ I Công suất nâng

của tời khoan ở

các tốc độ

(HP)

I

[15]

KẾT LUẬN

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 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 và kinh nghiệm chuyên môn nên cuốn đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em mong 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 kinh nghiệm 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