Tài liệu CHƯƠNG 3 CƠ CẤU NÂNG THẢ CỦA THIẾT BỊ KHOAN pdf

CHƯƠNG 3
CƠ CẤU NÂNG THẢ CỦA THIẾT BỊ KHOAN
3.1. Khái niệm về quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan
Quá trình nâng thả bộ dụng cụ khoan bao gồm các thao tác được lặp
lại theo một chu trình. Thời gian để thực hiện quá trình nâng thả chia làm
hai loại:
- Thời gian máy.
- Thời gian tay - máy (tháo, vặn cần dựng, dựng cần vào giá đỡ
cần…).
Thời gian chi phí cho nâng và thả một đoạn cột cần có chiều dài 1
cần dựng có thể xác định bằng các thành phần:
1
'
nm e tm me t tm
T t t t t t t
     
là thời gian nâng bằng máy;
là thời gian thả elevator không tải;
là thời gian nâng cần dựng kết hợp tay-máy;
là thời gian nâng elevator bằng máy;
là thời gian thả đoạn cần dài bằng 1 cần dựng;
là thời gian thả 1 cần dựng kết hợp tay máy.
Thời gian nâng cột cần lên 1 quãng dài = chiều dài cần dựng bằng
máy:
là hệ số kể đến chiều cao nâng dự trữ;
là chiều dài cần dựng;
là tốc độ trung bình của elevator khi nâng cần dựng
nm
t
e
t

tm
t
me
t
t
t
'
tm
t
.
c
nm
tb
l
t
v


1,02 1,05

 
c
l
tb
v
3.2. Tháp khoan
Tháp khoan là kết cấu kim loại bằng thép được đặt trên giàn khoan
với mục đích sau:
- Để treo bộ ròng rọc động, tĩnh và móc tải.
- Để tựa bộ cần khoan khi kéo lên.

- Để treo các loại khoá vặn cần, ống chống.
- Tạo khoảng trống thẳng đứng cần thiết để nâng hạ cột cần khoan,
ống chống.
- Lắp sàn làm việc cho thợ ở trên cao,…
Tháp khoan có một số loại: tháp 4 chân, tháp 3 chân, tháp chữ
A…Nhưng hiện nay trong khoan dầu khí thường sử dụng tháp 4 chân vì nó
có những ưu điểm sau:
- Có độ ổn định cao trong quá trình làm việc.
- Dễ chế tạo và lắp ráp.
- Có độ ổn định cao, ngay cả trong việc dịch chuyển
Tháp khoan trên Jack up
3.2.1. Cấu tạo tháp
Trong quá trình làm việc các phần tử của tháp chịu tác động của các
tải trọng động, chúng khác nhau cả về phương, chiều, độ lớn và đặc tính tác
dụng. Để hệ số an toàn các phần tử của tháp bằng nhau thì kích thước của
chúng phải khác nhau. Để đơn giản trong chế tạo, xây lắp thì tháp phaỉ thoả
mãn các điều kiện sau :
+ 4 chân cột của tháp phải cùng tiết diện.
+ Các thanh ngang cùng 1 tiết diện.
+ Các thanh giằng cùng tiết diện.
+ Chiều cao của các tầng phải bằng nhau.
3.2.2. Các thông số kỹ thuật của tháp.
1. Chiều cao của tháp ( H ).
Là khoảng cách từ ròng rọc tĩnh tới điểm tựa của chân tháp theo
chiều thẳng đứng. H được xác định theo:
H = K
1
( L
1
+ L

cd
)
K
1
: Hệ số dự trữ nâng ( K
1
= 1,2 – 1,3 ).
L
1
: Chiều dài cơ cấu nâng ( chiều cao từ chân tháp tới mặt
bàn rôto ).
L
cd
: Chiều dài cần dựng.
Để đơn giản hơn dùng công thức, theo:
H = K
2
. L
cd
K
2
: Là hệ số phụ thuộc vào chiều dài cơ cấu nâng và chiều
cao dự trữ khi nâng ( K
2
= 1,3 – 1,5 ).
2. Sức nâng của tháp ( Q).
+ Sức nâng định mức của tháp theo:
Trong đó :
Q
đm

: Sức nâng định mức
α Là hệ số đầu nối (α = 1,05 – 1,1 ).
q : Trọng lượng 1m cần khoan ( kg/ m) .
L: Chiều dài bộ dụng cụ khoan ( m) .
γ
d
,γ
t
Trọng lượng riêng của dung dịch khoan và vật liệu chế
tạo cần khoan ( G/ cm
3
) .
+ Sức nâng tính toán :
Sức nâng tính toán được tính bằng tải trọng tác dụng lên móc nâng
trong quá trình kéo, theo:
Q
tt
= K
c
. Q
đm
K
c
: Hệ số kể đến lực cản khi nâng ( lực ma sát, lực quán tính )
Trong khoan thăm dò : K
c
= 1,5 – 2
Trong khoan sâu : K
c
= 1,25 – 1,5

)1.(
t
d
dm
LqQ




+ Sức nâng cực đại :
Sức nâng cực đại là tải trọng lớn nhất tác dụng lên tháp
khoan. Nếu bỏ qua góc lệch giữa các nhánh cáp với phương thẳng đứng,
theo:
Q
o
= Q
tt
+ P
t
+ P
c
Trong đó :
P
t
: Sức căng của nhánh cáp đi vào tời
P
c
: Sức căng của nhánh cáp chết
Nếu coi sức căng của các nhánh cáp bằng nhau thì:
P

1
= P
2
= P
3
= … = P
t
= P
c
=
P
1
,P
2
,P
3
,… : Sức căng của nhánh cáp đi vào tời
m : Số nhánh cáp động
Thay vào, ta có :
Q
o
= Q
tt
( 1 +γ
d
/γ
t
)
i : Hệ số phụ thuộc vào cách mắc
Có đầu cáp chết : i = 2

Không
có
đầu
cáp
chết
:
i
=
1
Kích thước khung nền và khung đỉnh phụ thuộc vào các yếu tố sau :
+ Việc bố trí thiết bị khoan
+ Việc bố trí hệ ròng rọc tĩnh
+ Sự an toàn trong quá trình làm việc
+ Phụ thuộc vào hình dáng tối ưu để đảm bảo độ bền và độ
ổn định của tháp khoan.
Khi thiết kế tháp khoan, phải làm sao cho Q
tt
đạt giá trị min.
- Khả năng chứa cần dựng của tháp ( S ):
S = K .n . f ( m
2
)
Trong đó :
S : Khả năng chứa cần dựng của tháp ( m
2
)
K : Hệ số phụ thuộc vào khoảng hở giữa các cần dựng
n : Số cần dựng
f : Diện tích chiếm chỗ của một cần dựng ( m
2

)
* Các tải trọng tác dụng lên tháp
Trong quá trình làm việc, các thành phần tải trọng tác dụng lên tháp
rất đa dạng gây nên sự mất ổn định chung của tháp. Các thành phần tải
trọng tác dụng theo nhiều phương khác nhau, tuy nhiên có thể quy về hai
nhóm chính đó là tải trọng tác dụng theo phương đứng và tải trọng tác dụng
theo phương ngang.
Tải trọng tác dụng theo phương đứng bao gồm :
- Trọng lượng bộ khoan cụ trên móc nâng.
- Trọng lượng bản thân của tháp.
- Thành phần thẳng đứng của sức căng trong nhánh cáp cuốn tời và
trọng lượng bộ cần dựng trong tháp.
Thành phần tải trọng ngang.
- Sức đẩy của gió tác dụng lên tháp.
- Tải trọng gió tác dụng lên bộ cần dựng để trong tháp ( nếu có ).
- Thành phần nằm ngang của sức căng trong nhánh cáp cuốn vào tời
và thành phần nằm ngang do bộ cần dựng trong tháp.
3.3. Hệ ròng rọc động – tĩnh
Khi trọng lượng của bộ dụng cụ khoan tăng đến một giá trị nào đó
thì sức nâng của tời không đủ để nâng thả trực tiếp bộ dụng cụ khoan. Khi
đó ta cần sử dụng hệ ròng rọc (lợi về lực nhưng thiệt về đường đi).
Mục đích là biến chuyển động quay của tời thành chuyển động lên
xuống của vật nâng hạ toàn bộ tải trọng của bộ dụng cụ, biến chuyển động
ma sát trượt thành ma sát lăn, chịu tác dụng của lực đột ngột, giảm tải trọng
cho sợi cáp, vì vậy nó cho phép tăng sức kéo của tời tùy theo số nhánh cáp.
Tuỳ theo tải trọng và số nhánh dây cáp, hệ thống ròng rọc được chia
ra nhiều cỡ. Với tải trọng từ 50 đến 75 tấn, dùng hệ ròng rọc 2x3 hoặc 3x4
con lăn; tải trọng từ 100 đến 300 tấn, dùng hệ ròng rọc 4x5, 5x6 hoặc 6x7
con lăn, (trong ký hiệu này, số thứ nhất chỉ số con lăn của hệ ròng rọc động,
số thứ hai chỉ số con lăn của hệ ròng rọc tĩnh).

Sơ đồ cấu tạo hệ ròng
rọc
1: Cáp khoan
2: Ròng rọc động
3: Neo cáp cố định
4: Kẹp
5: Cuộn dây dự trữ
6: Tời khoan
7: Ròng rọc tĩnh
- Ròng rọc tĩnh: Là những ròng rọc mà trong suốt quá trình làm việc
chỉ thực hiện một chuyển động quay quanh trục bản thân hoặc đứng yên.
- Ròng rọc động: Là những ròng rọc trong quá trình làm việc thì nó
tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động quay quanh trục bản thân
và chuyển động tịnh tiến lên xuống.
Ròng rọc tĩnh Ròng rọc động
Ròng rọc trên Jack up TD 03
Đặc tính kỹ thuật của một số loại ròng rọc tĩnh và động
Các thông số Kiểu ròng rọc tĩnh Kiểu ròng rọc động
БY- 50 БP Y3-200-2 5Y-75- БP Y4-200-2
Tải trọng định mức, T 50 200 75 200
Tải trọng tối đa trên
móc nâng, T
70 250 100 250
Số con lăn 5 6 4 5
Đường kính ròng rọc,
mm
800 1000 800 1000
Đường kính cáp, mm 25 33 28 33
Trọng lượng, kg 923 3815 2090 3565

3.4. Dây cáp
Cáp khoan thường có các đường kính 22, 28, 32, 38 mm (loại 32
mm thường được sử dụng nhiều nhất).
Có hai cách mắc cáp: Cách thứ nhất gọi là cách mắc có đầu cáp
chết. Nhánh cáp chết bao giờ cũng được mắc đối diện với nhánh cáp vào
tang tời, lúc đó nó có ưu điểm là hệ thống làm việc được ổn định và ít bị
rung, nhưng tải trọng tác dụng lên tháp sẽ lớn hơn. Cách mắc thứ hai gọi là
cách mắc không có đầu cáp chết, nó ngược lại với cách thứ nhất.
Cáp khoan cần được giám sát kĩ lưỡng và để đánh giá độ mỏi mà nó
có thể chịu được thì người phụ trách công việc này cần phải tính công hằng
ngày của cáp( bằng tích của tải trọng với đoạn chuyển vị của nó). Tổng hợp
công của cáp được tính bằng tấn x km ( hoặc tấn x dặm) cho các mốc bắt
đầu các công việc sửa chữa như kéo ra và sau đó cắt cáp.
Cáp khoan
Băng kẹp cáp
Cuộn cáp dự trữ
Sợi cáp
3.5. Êlêvatơ
Dùng để kéo thả tự động cần khoan, ống chống trong quá trình nâng
hạ, ngoài ra còn dùng để treo đầu thuỷ lực khi khoan giếng.
Cấu tạo: gồm hai phần chính: phần chịu lực và hệ thống đòn bẩy.
Phần chịu lực chịu sức nặng của cần khoan trong quá trình nâng thả và
khoan giếng, hệ thống đòn bẩy thực hiện quá trình nâng lên hạ xuống các
chấu kẹp.
3.6. Tời khoan
3.6.1. Cấu tạo tời khoan
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
rắp, vận hành và bảo dưỡng đòi hỏi chính xác và chất lượng.

2. Tang tời
Tang tời là thiết 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.
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.
4. Côn của tời
Côn ly hợp dùng truyền mô men 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.
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.
6. Đầu mèo
Là tang tời nhỏ được lắp hai bên tời khoan trên một trục riêng.
Đầu mèo dung để cuốn các sợi xích đê tháo lắp cần khoan, ống
chống.
Có đầu mèo vặn ren và tháo ren ống chống.
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 trong quá trình làm việc.
Sơ đồ cấu tạo tời khoan
1 : Cáp khoan 6 : Bảng điều khiển

2 : Phanh điện từ 7 : Phanh cơ học
4 : Răng để tựa cáp khoan 8 : Môtơ điện
5 : Tay phanh cơ học 9 : Đầu mèo
10 : Đường rãnh cáp địa vật lý
Hệ thống tời khoan trên TD 03