Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 4 ppsx

-
43
-


1. §Çu nèi
2. Th©n
3. Mò èc
4. B¹c lãt
5. §Öm ch¾n dÇu
6. Vá
7. æ bi ®ì
8. æ bi chÆn
9. Vßng tùa
10. æ bi ®òa chÆn
11. Chèt
12. §Öm ch¾n ®Çu trªn
13. §Öm ch¾n níc;
14. èng cao ¸p
15. Quang treo

H×nh 22: CÊu t¹o ®Çu xa nhÝch



-
44
-

2.2.3.Đầu quay di động (Top Driver)
Đầu quay di động có nhiệm vụ nh đầu xoay thuỷ lực thông thờng vừa
truyền động lên trục quay. Động cơ có thể là động cơ điện 1 chiều hoặc động
cơ thuỷ lực. Loại động cơ thuỷ lực ít dùng vì cần phải lắp thêm một thiết bị có
công suất thuỷ lực đặc biệt nên rất phức tạp.




















Hình 23: Cụm đầu quay di động



-

45
-

2.2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của đầu quay di động.













Hình 24: Cấu tạo của đầu quay di động

2.2.3.2.Ưu điểm của đầu quay di động
+ Ưu điểm:
- Không phải dùng cần chủ đạo
- Lắp với bộ khoan cụ ở mọi độ cao
- Có thể tiếp cần dựng (cần ba)
- Có thể khoan doa ngợc.
- Lấy mẫu lõi dài
+ Nhợc điểm
- Phải lắp hệ thống dẫn hớng trong tháp để khử mô men cản
- Phải gia cố kết cấu do phát sinh lực xoắn phụ
- Phải tăng chiều cao của tháp vì đầu quay dài hơn đầu xoay thuỷ lực

thông thờng.
- Cần có ống mềm và cáp tải điện phụ trong tháp khoan
- Tăng giá thành thiết bị và tốn công chăm sóc bão dỡng so với bàn
Roto và đầu quay thuỷ lực.
2.3 Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch
2.3.1.Máy bơm khoan và thiết bị đờng ống cao cáp
2.3.1.1.Máy bơm khoan
+ Công dụng và đặc điểm máy bơm khoan
Máy bơm khoan dùng để bơm dung dịch tuần hoàn trong quá trình


-
46
-

Hình 25: Sơ đồ động học của bơm piston

khoan. Trong khoan dầu khí thờng sử dụng các loại máy bơm piston, đó là
máy bơm 2 xi lanh nằm ngang tác dụng kép hoặc máy bơm 3 xi lanh nằm
ngang tác dụng đơn.
Yêu cầu đối với máy bơm khoan là: Bơm đợc dung dịch có độ nhớt
cao, trọng lợng riêng lớn và chứa các pha rắn mài mòn nh cát, chất làm
nặng v.V Đồng thời có đợc lu lợng và áp suất làm việc cao đảm bảo
thắng đợc sức cản thuỷ lực khi tuần hoàn. Máy bơm bền chắc, hệ số tin tởng
cao, lắp đặt và vận hành đơn giản.
+ Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy bơm 2 xi lanh tác dụng kép.
1:Piston
2:xi lanh
3:Van hút
5,6:van đẩy

7:Cần piston
8:con trợt
9:Thanh truyền
10:Tay quay
11:ống hút
12:Bể dung dịch
13:Bình điều hoà
14:Khoá nớc

Nguyên lý làm việc của máy bơm là: Chuyển động từ động cơ qua hộp
giảm tốc đợc truyền tới bánh đà, qua cơ cấu tay quay thanh truyền 10, 9 đã
biến chuyển động quay của bánh đà thành chuyển động tịnh tiến nằm ngang
của piston trong xi lanh.
Giả sử piston chuyển động từ trái sang phải thì van hút 3 mở ra van đẩy
5 đóng lại, trong khi ở bên phải thì van 4 đóng lại và van 6 đợc mở ra, dung
dịch qua van 6 đợc đẩy ra ngoài. Nếu piston chuyển động từ phải qua trái thì
5
2
14

13

1

9

10

11

4
3

1
2

8


-
47
-

quá trình xảy ra ngợc lại. Nh vậy trong một hành trình của piston xảy ra 2
lần hút và 2 lần xả gọi là tác dụng kép.
Lu lợng của máy bơm trong 1s đợc tính nh sau:
Q =
m (2F - f) . L . n
60
. K. l/s
F - diện tích tiết diện của xi lanh
F - diện tích tiết diện của cần piston (ty bơm)
L - Bớc piston
n - Số hành trình của piston
m - Số xi lanh
K - Hệ số hút đầy (Phụ thuộc vào sự hao mòn của van, piston và
xi lanh)
2.3.1.2.Các thiết bị trên đờng ống cao áp.
A - Bình điều hoà:
Công dụng của bình điều hoà là giảm

bớt dao động áp suất nớc rửa và điều
hoà lu lợng bơm trên đờng ống
cao cáp do bơm làm việc không đều.
Cấu tạo của nó là một bình chứa khí
N
2
(ngăn A) có tác dụng nh lò xo để
giảm bớt va đập thuỷ lực và đợc lắp
ngay trên máy bơm.



3
1.Thân
2. Buồng khí nén
3. Van 1
4. Màng A
2

B
4






Hình 26: Cấu tạo bình điều hoà hình cầu

Nếu áp suất ở B lớn hơn áp suất ở A thì dung dịch ở B sẽ ép màng chứa

khí đến khi áp suất ở B cân bằng với A. Nếu nh áp suất ở B nhỏ hơn A thì áp
suất trong buồng khí A sẽ ép màng chứa khí trở lại vị trí cũ. Nh vậy áp suất
trong đờng ống ra sẽ đợc điều tiết và lu lợng bơm cũng đợc điều hoà.
B), ống cao áp: Là đoạn dẫn dung dịch từ bình điều hoà đến ống đứng (chỗ
chân tháp khoan). ống cao áp làm bằng cần khoan và 2 đầu có mặt bích để bắt


-
48
-

vào bình điều hoà và ống đứng. Đờng kính ống cao áp bằng đờng kính ống
xả của máy bơm.
C), ống thẳng đứng: Đợc đặt trong tháp khoan (theo cột tháp) để dẫn
dung dịch từ ống cao áp vào tuy ô cao áp (ống mềm).
D), Khoá nớc: Dùng để điều chỉnh lu lợng dung dịch đi vào lỗ
khoan, đảm bảo chế độ không tải khi khởi động bơm khoan. Khi mới khởi
động phải mở khoá nớc để xả dung dịch vào bể chứa sau đó dần dần để cho
dung dịch đi vào lỗ khoan và áp suất cũng tăng dần lên theo lu lợng và áp
suất làm việc. Đờng kính lỗ khoá nớc bằng đờng kính ống cao áp.
E), Tuy ô cao áp: Đợc nối giữa ống đứng và cổ ngỗng của đầu xoay
thuỷ lực hoặc đầu xoay di động. Tuy ô đợc cấu tạo bởi nhiều lớp cao su lới
thép chịu áp suất cao nhng mềm dễ uốn, có đờng kính bằng đờng kính của
các ống cao áp, ống đứng.
2.3.2.Các thiết bị điều chế và làm sạch dung dịch
2.3.2.1.Các thiết bị điều chế và gia công hoá học dung dịch:
Để chế tạo dung dịch sét, tuỳ theo nguyên liệu sét ban đầu mà có thể
dùng một trong hai loại là: thùng trộn (từ sét nguyên khai) và phễu trộn (từ sét
bột).
+ Thùng trộn: Thờng có thể tích từ 4.000 12. 000 l. Bên trong lắp từ

1 đến 2 trục và trên đó đợc gắn các cánh, quay đợc nhờ động cơ điện.
Nguyên liệu sét, nớc đợc đa vào thùng trộn qua cửa ở phía trên.

1. Thùng

2. Trục
3. Cánh quạt
4. Bánh răng
5. Puly
6. Cửa bỏ đất


Hình 27: Thùng trộn



-
49
-

+ Phễu trộn:
Để điều chế dung dịch sét ngời ta cấp liên tục sét bột vào, phễu (1)
đồng thời bơm nớc vào ống dẫn (2) qua vòi phun (3) ở buồng trộn (4) nớc
sẽ trộn với sét bột để tạo thành hệ thống sét nớc và đi ra ống (5). Ngời ta
cũng dùng phễu trộn này để gia công hoá học dung dịch khoan
1:Phễu nạp sét bột
2: ống dẫn nớc vào
3:Vòi phun
4:Buồng trộn
5:ống dẫn dung dịch ra

2.3.2.2. Các thiết bị làm sạch dung dịch
A.Sàng Rung:
1:Dung dịch từ lỗ khoan
2:Lò xo
3:Trục lệch tâm
4:Sàng
5:mùn khoan
6:Hố chứa mùn khoan
7:Bể chứa dung dịch sạch
8:Môtơ điện 4,5kw

Hình 29

Nguyên lý làm việc của sàng: Động cơ điện (8); truyền chuyển động
cho trục lệch tâm (3) làm cho sàng rung (4) rung với tần số 1750 2000
lần/phút, biên độ dao động từ 1,5 4,5 mm. Khi dung dịch qua sàng rung
mùn khoan đợc tách ra khỏi dung dịch và đợc chuyển động về phía hố chứa
mùn (6). Còn dung dịch đợc chảy vào bể chứa dung dịch sạch (7). Sàng đợc
đặt nghiêng một góc 13 15
0
. Có các loại sàng 3 x2; 6 x 5; 7 x 8; 10 x 8 mắt/
2

1

4

3

5

Hình 28:Phiễu trộn và gia công dung dịch

8

1

2

3

4

5

7

`



-
50
-

cm
2
. Lu lợng dung dịch cần làm sạch Q > 35 l/s ngời ta phải cho 2 sàng

cùng làm việc.
B.Máy xoáy lốc thuỷ lực ( máy lọc cát)
- Sơ đồ cấu tạo của máy xoáy lốc thuỷ lực
1,2:ống dẫn dung dịch vào ra
3:Lỗ thoát mùn
4:chỗ thu hẹp ở ống dẫn vào




- Nguyên lý làm việc: Hình 30

Dung dịch từ lỗ khoan chảy ra đợc bơm vào ống (1) gắn tiếp
tuyến với thành máy xoáy lốc thuỷ lực. Do tác dụng của lực ly tâm, các phần
tử nặng hơn (pha rắn nh các hạt cát có kích thớc 74 ) sẽ văng ra xa tâm
đập vào thành bình dịch chuyển xuống phía dới qua lỗ thoát (3). Dung dịch
nhẹ sẽ chảy xoáy ngợc trở lên qua lỗ thoát (2). Máy xoáy lốc thuỷ lực có áp
suất làm việc từ 25 KG/cm
2
(0,2 0,5 MN/m
2
). Trên thực tế đợc bố trí
thành từng cụm, mỗi cụm gồm có từ 3 - 4 máy.
C.Các thiết bị làm sạch dung dịch khác:
Để làm sạch dung dịch một cách triệt để (tách hạt mùn có kích thớc
nhỏ hơn 74 trong điều kiện dung dịch có độ nhớt cao) ngời ta phải sử dụng
các thiết bị khác nhau nh: Máy lắng bùn. Máy lắng bùn làm việc theo
nguyên lý là: hớng dòng dung dịch nặng chảy từ miệng rơi xuống lới rung
(có từ 100 đến 325 mắt/cm
2

).

A
-
A

1

2

3

A

A

Máy xoáy lốc thuỷ lực



-
51
-

Máy li tâm: Đó là một hộp nằm ngang có bố trí một trục quay 1500 đến
3000 v/ph và một vít tải quay với vận tốc nhỏ hơn chút ít. Thiết bị này cho
phép xử lý một phần lu lợng trở về.
D. Thiết bị tách khí.
- Mục đích để tách khí bị xâm nhiễm trong quá trình tuần hoàn ra khỏi
dung dịch

- Mô tả thiết bị
- Nguyên lý làm việc
Động cơ điện (2) truyền chuyển động quay cho bơm cánh quạt (1) Khi
đợc bơm vào bình tách khí (3), dung dịch đập vào đĩa chắn (4) và toả ra
thành bình 1 lớp mỏng và chảy theo chế độ chảy rối. Bọt khí tách ra khỏi dung
dịch và bay ra ngoài khí quyển. Dung dịch sạch chảy vào bể chứa bên cạnh.
E. Máng lắng mùn khoan:
Dùng để lắng đọng và tách mùn khoan sau khi đi qua sàng rung. Thông
thờng máng lắng đợc làm bằng tôn theo tiết diện hình thang hoặc chữ nhật
rông từ 0,6 0,8 m cao từ 0,3 0,4 m dài 30 50m và nghiêng từ 1 2,5%.
Để dung dịch chảy trong máng có vận tốc 10 15 cm/s. Cứ cách độ 22,5 m
lại đặt một tấm ngăn trên suốt chiều dài máng để phá vỡ cấu trúc của dung
dịch, tạo điều kiện cho mùn khoan lắng đọng tốt hơn. Máng đợc bố trí gấp
khúcvừa để giảm diện tích lắp đặt và ở mỗi chỗ gấp khúc lại bố trí một hố
lắng để tạo điều kiện cho mùn khoan lắng đọng triệt để trớc khi chảy vào bể
chứa.
2.4.Thiết bị động lực dùng cho công tác khoan.
Thiết bị động lực là toàn bộ hệ thống để biến điện năng hoặc năng
lợng của nhiên liệu thành cơ năng và hệ thống điều khiển cơ năng. Công suất
của thiết bị động lực chủ yếu dùng để quay cột cần khi khoan, dùng cho máy
bơm để thực hiện công việc tuần hoàn nớc rửa, dùng cho công việc nâng thả
cột cần khoan, ống chống. Ngoài ra còn đợc sử dụng đối với những công tác
phụ khác. Tháp sáng, gia công cơ khí sửa chữa, các công tác điều khiển v.v.


-
52
-

Yêu cầu cơ bản đối với thiết bị động lực là phải có đờng đặc tính

mềm Nghĩa là có khả năng tự động hoặc có điều khiển thích ứng một cách
nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải, bảo đảm sử dụng công suất động cơ
một cách tốt nhất.
Ô Đặc tính mềm đợc đặc trng bởi hệ số chịu tải k và khoảng điều
chỉnh tốc độ R. Hệ số k còn thể hiện ở khả năng quá tải,
k =
M
max
M
đ.Km

M
max
- Mô men quay lớn nhất củ động cơ làm việc ở chế độ ổn định
M
đ.M
- Mô men quay định mức.
Khả năng điều chỉnh tốc độ R =
n
max
n
min

Nmax - Số vòng quay lớn nhất.
Nmin - Số vòng quay nhỏ nhất
Động cơ điện 1 chiều và động cơ đốt trong có bộ truyền thuỷ lực sẽ có
đợc đặc tính mềm cao . Nghĩa là có hệ số chịu tải và khoảng điều chỉnh tốc
độ tốt.
Ngoài đặc tính cơ bản trên, yêu cầu động cơ chạy tời và Roto phải có là:
- Mômen khởi động cao (để thắng quán tính của cột cần khoan và lực

ma sát với thành lỗ khoan).
- Khởi động êm: Vì nếu gia tốc lớn thì ứng suất động trong cột cần sẽ
lớn và nh thế có thể gây ra sự cố
- Có thể đảo chiều quay dễ dàng.
- Khả năng quá tải cao.
Yêu cầu chung: Động cơ phải có cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn,
có thể dừng lại ngay khi cần thiết, an toàn cháy nổ và kinh tế.
Động cơ cho máy bơm: Không cần đảo chiều quay, không cần mô men
khởi động lớn, còn các yếu tố khác cũng giống nh động cơ chạy tời và Roto.
Sau đây là tóm tắt bảng phân bố thiết bị động lực trang bị trong một
thiết bị khoan hoạt động


-
53
-

Bảng 4.
Chiều sâu đạt
tới (m)
Tải trọng ở
móc nâng (t)

Công suất ở tời
(Kw)
Công suất ở các
máy bơm (Kw)

Công suất tổng
cộng (Kw)

60009000
40006000
30004000
9003000
400600
300400
200300
100170
1500
1100
750
300525
20002600
18002000
11001800
7501100
30003750
22503000
18502250
11001850

Hiện nay trong trang bị thiết bị động lực hiện đại có hai loại chủ yếu là:
Động cơ đốt trong (diezel) và động cơ điện. Mỗi loại đều có u và nhợc điểm
nhất định.
+ Động cơ Diezel có u điểm là hoạt động độc lập, xa nguồn điện lới
quốc gia, tiêu hao nhiên liệu thấp. Song nhợc điểm cơ bản là: Không đảo
đợc chiều quay (phải lắp thêm bộ phận đảo chiều), không cho phép quá tải
trên 20%, cần công nhân vận hành tay nghề cao, gây ồn và ô nhiễm môi
trờng.
+ Thiết bị động lực dùng điện xoay chiều (động cơ điện xoay chiều) có

u điểm cơ bản là lắp đặt và vận hành đơn giản chắc chắn và kinh tế. Thích
hợp cho vùng khoan khai thác tập trung có mạng lới điện quốc gia chạy qua.
Hệ số quá tải cao trên 20%. Thế nhng lại không thể trang bị ở những nơi
không có điện lới chạy qua. Để khắc phục những hạn chế đó hiện nay ngời
ta sử dụng tổ hợp: Diezel - điện một chiều. Tức là dùng động cơ Diezel chạy
máy phát điện một chiều sẽ khắc phục đợc những hạn chế và phát huy đợc
u thế của mỗi một loại trang bị động lực đã nêu trên.
2.5 các hệ thống thiết bị và dụng cụ công nghiệp trên sàn
khoan
2.5.1. Hệ thống nén khí:
Hệ thống nén khí dùng để củang cấp khí nén cho mọi hoạt động của
dàn khoan, cụ thể là tời khoan, bàn quay Roto và các máy bơm dung dịch
thông qua bảng điều khiển và các côn hơi, côn cơ học


-
54
-

Hệ thống nén khí thực hiện một số chức năng nh sau:
- Khởi động và điều khiển tốc độ cho động cơ Diezel.
- Phát động các động cơ bằng khí nh máy tháo vặn cần
- Vận chuyển xi măng khô và sét bột trong bình chứa
- Củang cấp khí nén cho dụng cụ phun sơn, các thiết bị đo
2.5.2. Hệ thống điều khiển đối áp.
Là hệ thống tạo điều kiện đóng mở van đối áp. Hệ thống này phải thuận
tiện nhanh nhạy không cần đến động lực của máy khoan bởi vì trong trờng
hợp giếng khoan bị phun trào thì tất cả các máy điện, máy phát lực đều phải
ngừng hoạt động để tránh hoả hoạn. Hệ thống điều khiển đối áp gồm có các
bộ phận chính nh sau:

- Bể chứa chất lỏng dới áp suất khí trời
- Các bình nén chất lỏng đến áp suất yêu cầu
- Các bơm nén chất lỏng từ bể chứa.
- Các đờng ống dẫn.
Bảng điều khiển đối áp đợc lắp gần ngời kíp trởng hoặc trong phòng
của đốc công.
2.5.3. Các dụng cụ phục vụ cho công tác nâng thả:
* Móc nâng:
Đợc lắp ngay bên dới ròng rọc động bằng hệ thống chốt có 2 lò xo
đồng tâm nhằm mục đích dự trữ một lực kéo để khi tháo cần, sức căng của lò
xo sẽ nâng cần ra khởi vị trí vừa tháo đồng thời còn có tác dụng giảm xóc. Mỏ
móc nâng thờng có cơ cấu chốt an toàn ở miệng, nó tự động đóng kín khi có
vật móc ở trong. Hai bên có tai để gắn quang treo.
* Quang treo:
Là bộ phận liên kết giữa móc nâng và Elêvatơ. Tiết diện của nó tròn để
bắt vào đầu cần có các đờng kính 44, 57 ,70, 89 và 90mm và tơng ứng với
sức chịu tải.
* Elêvatơ:


-
55
-

Đợc dùng để ôm lấy za mốc cần khoan khi kéo thả. Elêvatơ có nhiều
kiểu đờng kính khác nhau phù hợp với đờng kính cần khoan, ống chống.
Elêvatơ đợc ghép lại với nhau bằng chốt bản lề, hai bên có tai để gắn quang
treo và chốt an toàn.
* Chấu lót
Chấu lót gồm 2 mảnh lắp vừa trong lỗ bàn Roto, phân trên có tiết diện

vuông để nhận chuyển động quay của bàn Roto.
Ngoài ra để tháo vặn cần, ống chống còn có các loại khác kiểu càng
củaa, khoá xích và thông thờng đóng mở các khoá đều sử dụng khí nén, tời
khoan để giảm sức lao động và tăng độ an toàn khi làm việc (xem hình vẽ).




-
56
-

Chơng iii:
Cột cần khoan

3.1. Chức năng và thành phần cột cần khoan.
3.1.1 Chức năng
Là khâu nối giữa dụng cụ đáy và thiết bị trên mặt, thực hiện các nhiệm vụ:
- Truyền chuyển động quay cho choòng trong khoan Roto hoặc đầu
quay di động.
- Dẫn nớc rửa cho động cơ tuabin làm việc trong khoan tuabin.
- Dẫn nớc rửa làm sạch mùn, làm mát dụng cụ đáy trong quá trình
tuần hoàn.
- Truyền tải trọng cho choòng, kéo thả dụng cụ khoan.
- Thực hiện các công tác phụ trợ khác nh thử vỉa, cứu chữa sự cố
3.1.2. Thành phần cột cần khoan:
Cột cần khoan gồm có các bộ phận sau:
- Cần chủ đạo
- Cần khoan
- Za mốc cần khoan.

- Cần nặng
- Đầu nối chuyển tiếp
- Định tâm
3.2. Cấu tạo các bộ phận của cột cần khoan:
3.2.1. Cần chủ đạo:
Là khâu nối giữa cần khoan và đầu thuỷ lực. Cần chủ đạo tạo nên một
môi trờng trung gian nhận chuyển động quay từ bàn Roto truyền cho choòng
qua một cột cần khoan. Để nhận đợc chuyển động quay này, cần chủ đạo
phải có hình dáng bên ngoài đợc cấu tạo đặc biệt. Cần chủ đạo có tiết diện
hình vuông, hình sáu cạnh, và hình tám cạnh.
Cần chủ đạo thờng có các đờng kính quy ớc: 65; 80; 112; 140; 155 (mm).
Chiều dài cần chủ đạo thờng cỡ 1214m; (4054ft).