quy trình vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa đầu quay roto p-560, phục vụ công tác khoan thăm dò khai thác dầu khí, tại giếng n0-015, giàn msp-7 ”, mỏ bạch hổ

Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Trong những thập kỷ gần đây, cùng với những ngành công nghiệp khác
thì ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam luôn là ngành mũi nhọn, là động lực
thúc đẩy nhanh sự phát triển kinh tế, đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hoá
hiện đại hoá đất nước. Hiện nay các hoạt động của ngành dầu khí trên toàn
lãnh thổ Việt Nam và một số nước trên thế giới đang diễn ra hết sức sôi động
và cho nhiều hứa hẹn, nhiều dự án dầu khí quan trọng đã được chính phủ
thông qua phê duyệt.
Trong giai đoạn phát triển hiện nay của ngành dầu khí, ngành cơ khí thiết
bị khoan và công trình đóng góp một phần rất quan trọng. Việc áp dụng công
nghệ mới đã và đang được cán bộ kỹ thuật và các cấp trong ngành quan tâm,
để chọn ra những thiết bị có tính ưu việt nhất nhằm phát huy và nâng cao hiệu
quả sử dụng của chúng. Trong việc sử dụng những máy móc thiết bị phục vụ
cho công tác khoan, khai thác dầu khí, chúng ta không thể không nhắc tới tầm
quan trọng của đầu quay roto. Tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay để đưa một
tấn dầu thô lên mặt đất cần phải đầu tư nhân lực và chi phí rất lớn, các thiết bị
phục vụ cho công tác khoan, khai thác dầu khí đa số được nhập từ nước ngoài
về, chính vì vậy việc lựa chọn các thiết bị phù hợp, các phương pháp đánh
giá, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa là công việc hết sức quan trọng và cần
thiết.
Để tìm hiểu kĩ hơn về cấu tạo, cách vận hành của một số thiết bị khoan
dầu khí, em được giao đồ án với đề tài: “ Quy trình vận hành, bảo dưỡng và
sửa chữa đầu quay roto P-560, phục vụ công tác khoan thăm dò khai thác
dầu khí, tại giếng N
0
-015, giàn MSP-7 ”, mỏ Bạch Hổ.
Chuyên đề: tính toán lực tác dụng lên đầu quay roto
Cấu trúc bản đồ án bao gồm 5 chương:
Chương I: Tổng quan về việc sử dụng các loại đầu quay ở Vietsovpetro.
Chương II: Cấu tạo, nguyên lý làm việc của đầu quay roto P-560.
Chương III: Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa đầu quay roto P-560.

Chương IV: Quy trình xây lắp, vận hành và công tác an toàn trong sử dụng.
Chương V: Tính toán lực tác dụng lên đầu quay roto.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ, chỉ bảo tận tình của tầy giáo hướng dẫn Nguyễn Văn Giáp cùng các thầy
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
1
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
cô giáo trong Bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình, cùng bạn bè đã giúp đỡ
và hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức
thực tế, kiến thức bản thân, thời gian thực tập và nguồn tài liệu còn hạn chế
nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự đóng
góp ý kiến của thầy cô và bạn bè để xây dựng bản đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 6 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Đoàn Xuân Cường
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
2
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG CÁC LOẠI ĐẦU QUAY Ở
VIETSOVPETRO
1.1. Các loại đầu quay được sử dụng ở Vietsovpetro
1.1.1 Thiết bị quay
Thiết bị dùng để truyền chuyển động quay cho choòng khoan được gọi là
thiết bị quay bộ dụng cụ khoan. Nó được chia làm hai loại chính:
- Chuyển động quay được truyền trực tiếp từ trên bề mặt xuống choòng
thông qua cột cần khoan.
- Chuyển động quay được truyền trực tiếp cho choòng nhờ động cơ đáy.
Chính vì vậy mà thiết bị quay bộ dụng cụ khoan phải đáp ứng được

những yêu cầu cơ bản sau:
- Phải có khoảng điều chỉnh tốc độ phù hợp với các phương pháp khoan.
- Phải đảm bảo truyền được mômen xoắn cần thiết đến dụng cụ phá huỷ
đất đá.
- Phải đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
Tuỳ theo phương pháp khoan và yêu cầu về kỹ thuật mà chúng ta sử
dụng thiết bị quay cho phù hợp. Hiện tại trong công tác khoan dầu khí thì
dùng các thiết bị như: đầu quay roto, đầu quay di dộng (topdrive), động cơ
đáy để truyền chuyển động quay cho choòng tham gia vào quá trình phá huỷ
đất đá ở đáy giếng khoan.
1.1.1.1 Cần chủ đạo
Cần chủ đạo là khâu nối giữa cần khoan và đầu xoay thủy lực. Cần chủ
đạo tạo nên một môi trường trung gian nhận chuyển động quay từ đầu quay
roto truyền cho choòng qua cột cần khoan. Để nhận được chuyển động quay
này, cần chủ đạo phải có hình dáng bên ngoài được cấu tạo đặc biệt. Cần chủ
đạo có tiết diện hình vuông, hình sáu cạnh và hình tám cạnh. Cần chủ đạo
thường có các đường kính quy ước: 65; 80; 112; 140; 155 (mm). Chiều dài
cần chủ đạo thường cỡ 12÷14m; (40÷54ft).
Đầu cần có thể được chồn dày hoặc không chồn dày. Loại không chồn
dày ít được sử dụng vì đầu ren của cần yếu. Người ta sản xuất hoàng loạt các
cần chủ đạo đồng bộ với perekhốt trên và dưới của nó. Trên hình 1.1 thể hiện
vị trí lắp cần chủ đạo trong tổ hợp thiết bị khoan.
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
3
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.1 Vị trí lắp đặt cần chủ đạo trong tổ hợp thiết bị khoan
1. Đầu xoay thủy lực 8. Đầu nối cái
2. Đầu nối 9. Cần khoan
3. Van an toàn trên 10. Đầu nối đực
4. Đầu nối trên của cần chủ đạo 11. Đầu nối

5. Cần chủ đạo 12. Cần nặng
6. Đầu nối dưới của cần chủ đạo 13. Đầu nối choòng khoan
7. Đầu nối bảo vệ cần chủ đạo 14. Choòng khoan
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
4
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Trên hình 1.2 thể hiện hình dạng mặt cắt ngang của cần chủ đạo, mặt cắt
A-A.
Hình 1.2 Mặt cắt ngang cần chủ đạo
Do nguyên nhân an toàn đối với hiện tượng phun bên trong bộ khoan cụ,
người ta lắp các van cần chủ đạo ở dưới và van cần chủ đạo ở trên tại từng
đầu cần chủ đạo. Hai van này hoạt động nhờ quay ¼ vòng bằng khoá đặt sẵn
ở trên sàn khoan. Van dưới cần có kích thước sao cho nó có thể thả được
xuống giếng khi khoan. Cần chủ đạo quay được là nhờ đầu quay roto và khối
vuông dẫn động lắp xung quanh chiều dài thường dùng của nó. Khối vuông
dẫn động này gồm bốn trục lăn nằm ngang có hình dạng thích hợp để truyền
ngẫu lực cho cần, do vậy truyền cho bộ khoan cụ lắp dưới nó.
Hình 1.3 Khối vuông dẫn động
1. Đầu quay roto
2. Ổ lót chính
3. Ổ lót hình côn
4. Cần chủ đạo
5. Cơ cấu có lỗ vuông đặt cần chủ đạo
6. Chốt cài vào cơ cấu dẫn động
7. Lỗ dẫn động
1.1.1.2 Đầu nối chống mòn
Sau khi khoan hết chiều dài làm việc của cần chủ đạo, phải tiếp thêm cần
khoan. Muốn vậy phải tháo cần chủ đạo, sau đó vặn nó lại vào bộ khoan cụ.
Thao tác này phải làm thường xuyên nên dễ hao mòn và hỏng ren cần chủ
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49

5
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
đạo. Do đó trong thực tế, người ta thường thay bằng một đầu nối rẻ tiền hơn
để chống mòn ren cần chủ đạo. Đầu nối này quay bên trong thiết bị đối áp
BOP và để chống mòn lỗ trong của chúng, người ta thường lắp một vòng bảo
vệ bằng cao su quanh đường kính ngoài.
1.1.1.3 Đầu quay roto
Đầu quay roto được sử dụng rất phổ biến trong công tác khoan dầu khí vì
những chức năng sau:
- Đóng vai trò là bộ truyền trung gian biến chuyển động quay của trục
nằm ngang (trục dẫn) thành chuyển động quay của trục thẳng dứng (cột cần
khoan) để truyền momen quay từ trên bề mặt xuống choòng khoan.
- Treo toàn bộ tải trọng của cột cần khoan và ống chống.
- Tiếp nhận các phản lực từ đáy trong quá trình khoan.
Hình 1.4 Cấu tạo đầu quay roto
1. Chốt hãm 8. Gioăng làm kín
2. Gioăng làm kín dung dịch khoan 9. Ổ lăn bánh răng nhỏ
3. Miếng chèn chính 10. Cần chốt
4. Tấm 11. Ổ lăn tự lựa
5. Đầu vuông dẫn động 12. Ổ lăn chính
6. Mặt tựa hình nón 13. Trục chủ động
7. Bánh răng nón
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
6
Trng i Hc M- a-Cht ỏn tt nghip
Trờn hỡnh 1.4 l cu to ca u quay roto, u quay roto bao gm cỏc b
phn chớnh sau: trc dn, cp bỏnh rng nún, bn quay v h thng (vũng
bi). Cp bỏnh rng nún dựng truyn chuyn ng quay t trc dn nm
ngang n bn xoay xung quanh trc ng. Tt c cỏc h thng v cp
bỏnh rng u c bụi trn bng du. Nhng c tớnh k thut c bn ca

u quay roto l: tn s quay, s tc, cụng sut truyn ti trng tnh cho
phộp lờn roto v ng kớnh l u quay roto.
truyn chuyn ng quay lờn cn ch o thỡ phớa trong l roto c
t cỏc bc hóm nh hỡnh theo kớch thc v tit din cn ch o (hay cũn
gi l cỏc chu chốn). Kớch thc danh ngha c c trng bng ng
kớnh l u quay roto, trong cụng tỏc khoan du khớ thỡ ng kớnh l u
quay roto t (400-700) mm.
Tựy theo cỏch b trớ cp bỏnh rng nún v cỏc (cú hai loi l
chớnh v ph) m u quay roto c chia ra lm hai loi l u quay
roto cú chớnh trờn v u quay roto cú chớnh di.
chớnh l m trong quỏ trỡnh lm vic chu tỏc dng ca ton b
trng lng ct cn khoan hoc ng chng treo trờn nú v lc ma sỏt gia cn
ch o vi u quay roto. ph ch chu tỏc dng ca ti trng t ỏy do
rung ng ca ct cn khoan v phn lc ỏy gõy nờn.
Trong cụng tỏc khoan du khớ tựy theo yờu cu m cú th thit k truyn
ng cho roto bng hai phng ỏn: dựng ng c dn ng riờng hoc t hp
tc ca ti qua b truyn xớch hay cỏc ng. Roto cú t 3ữ6 tc truyn
v mt tc quay ngc gp cn khoan hoc cu cha s c.
Bng 1.1 c tớnh k thut ca mt s u quay roto
Các thông số Kiểu bàn rôto
P 700 P 560
Kích thớc lỗ, mm
Tốc độ vòng quay của mâm rôto,
vg/ph
Mômen quay, kg.m
Kích thớc, mm: dài x rộng x cao
Trọng lợng, kg
700
250
8000

2272 x1545x620
4850
560
250
5000
2300x1625x750
6600
SV: on Xuõn Cng TBDK-K49
7
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
1.1.1.4 Đầu quay di động (topdrive)
Là loại thiết bị quay mà trong quá trình làm việc, nó có thể chuyển động
tịnh tiến lên xuống nhờ cơ cấu thuỷ lực hoặc cơ cấu xích. Nó làm nhiệm vụ
truyền chuyển động quay và tải trọng đáy cho choòng khoan.
Để có công suất lớn và ổn định, thông thường người ta sử dụng đầu quay
di động có hai động cơ lắp song song cùng độ cao như hình 1.5.
Đầu quay di động sử dụng hiệu quả khi khoan qua các tầng đất đá trương
nở hay tầng đất đá mềm, bở dời, dễ sập nở. Ngoài ra, nó còn có thể thi công
trong các giềng khoan xiên định hướng có thân giếng kéo dài, có góc lệch lớn
và khoan ngang.
Năng lượng điện năng khi mở nguồn điện, qua động cơ dẫn động được
chuyển hoá thành cơ năng truyền chuyển động tới trục chủ động của hộp số
và truyền chuyển động tới trục chính của đầu quay thông qua trục trung gian.
Trên trục chung gian có hai bánh răng trung gian, trung gian tốc độ cao và
thấp. Để truyền chuyển động tới bánh răng bị động của đầu quay có hai tốc độ
thì trên trục trung gian có gắn cần số hoặc cơ cấu chuyển đổi tốc độ đó là một
xi lanh khí đặt trong hộp số. Từ bánh răng bị động truyền chuyển động tới
trục chính của đầu quay là cho bộ dụng cụ khoan quay thông qua vành xuyến
quay bộ dụng cụ, bộ kẹp cần và đầu nối bảo vệ nối giữa đầu quay với đầu nối
cần khoan. Và quá trình này vẫn tiếp tục trong quá trình khoan. Trong quá

trình khoan bộ đầu quay di động có thể khoan thuận hoặc khoan ngược.
a) Khoan thuận:
Đây là khoan cơ bản của các chủng loại thiết bị khoan xoay nói chung và
của đầu quay di động nói riêng.
Quá trình khoan như sau:
- Hệ thống đầu quay và bộ khoan cụ đi xuống
- Mở đầu nối giữa cột cần khoan và đầu nối bảo vệ, dùng momen quay
của động cơ dẫn động và momen chống xoay của ống thuỷ lực.
- Kéo đầu quay lên và mở Elevator
- Thợ trên cao cài chốt cho cần khoan trong elevator, thợ ở dưới sàn đưa
cột cần khoan vào trong để nối cần.
- Hạ thấp đầu quay cho đến khi đầu nối bảo vệ tới hộp của cơ cấu vặn
cần.
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
8
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
- Xoay và vặn đầu nối, dùng động cơ dẫn động để giữ và kẹp cần trong
quá trình nối và dùng ống thuỷ lực tạo momen giữ chặt cần khoan lại.
- Tiếp tục khoan đi xuồng.
b) Khoan ngược:
Bộ đầu quay di động Topdrive cho phép doa ngược giếng khoan để ngăn
ngừa sự kẹt cần và giảm sự hình thành rãnh do quá trình tuần hoàn dung dịch.
Quá trình doa ngược được thực hiện như sau:
- Kéo bộ đầu quay Topdrive trong khi vẫn thực hiện quá trình quay của
động cơ dẫn động cho đến hết một cần dựng.
- Ngừng quá trình tuần hoàn và quay
- Tháo đầu nối bên dưới dùng momen quay của động dẫn động.
- Tháo đầu nối bên trên giữa cần khoan và đầu nối bảo vệ. Momen giữ
của bộ ôm kẹp cần và momen xoay của động cơ dẫn động.
- Nhấc cần khoan dùng Elevator, đặt cần khoan vào giá đựng.

- Hạ thấp hệ thống đầu quay xuống sàn, nối đầu nối bảo vệ với đầu nối
cần khoan dùng momen quay của động cơ dẫn động và bộ ôm kẹp cần tạo
momen giữ.
- Tiếp tục quá trình doa ngược, lắp lại các bước trên.
Các thông số kỹ thuật của tổ hợp đầu quay di động PS2-500/500:
- Tải trọng treo cần: 500T
- Động cơ điện một triều GE752 đặt thẳng đứng, với nhiệt độ môi trường
tối đa là 145
o
C.
Các thông số khác:
- Tốc độ quay không tải lớn nhất: 1200 v/p
- Tốc độ quay lớn nhất: 269 v/p
- Tốc độ quay nhỏ nhất: 145 v/p
- Tải trọng làm việc của ổ đỡ chính: 500T
- Công suất lớn nhất: 1130 HP
- Áp suất làm việc: 15000 Psi (1,3.10
12
N/cm
2
)
- Áp suất làm việc của ống rửa: 500 Psi (3,4.10
10
N/cm
2
)
Đường ray dẫn hướng:
- Chiều dài thanh ray: 35 m
- Khoảng cách giữa hai thanh: 1,676 m
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49

9
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo đầu quay di động
1.Quạt gió mô tơ 4.Ống dẫn dung
dịch
7.Dung dịch vào cần
2.Ống dẫn khí làm mát 5.Nắp chắn 8.Hộp truyền và ổ hướng
trục
3.Quang treo 6.Hãm thuỷ lực 9.Cần chuyển tiếp
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
10
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
1.1.1.5 Đầu xoay thủy lực
Đầu xoay thuỷ lực là bộ phận nối giữa hệ thống palăng với cột cần khoan
với mục đích quay và treo dụng cụ vào móc nâng, dẫn dung dịch khoan từ tuy
ô cao áp vào bên trong cột cần, nó được thiết kế để chịu được đồng thời cả tải
trọng và tốc độ quay cực đại mà đầu quay roto truyền cho cột cần khoan.Đồng
thời nhờ một giăng xoay cho phép bơm dung dịch khoan dưới áp suất cao nhờ
ống mềm nối với ống cổ ngỗng của đầu xoay thuỷ lực.
Hình 1.6 Cấu tạo đầu xa nhích
1.Đầu nối 6.Vỏ 11.Chốt
2.Thân 7.Ổ bi đỡ 12.Đệm chắn dầu trên
3.Mũ ốc 8.Ổ bi chặn 13.Đệm chắn nước
4.Bạc lót 9.Vòng tựa 14.Ống cao áp
5.Đệm chắn dầu 10.Ổ bi đũa chặn 15.Quang treo
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
11
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Quang treo cố định vào móc nâng của hệ thống palăng để điều chỉnh tiến

độ khoan. Thân (4) có ren trái được nối với phía trên của cần chủ đạo được
quay nhờ đầu quay roto. Dung dịch khoan từ tuy ô cao áp đựơc dẫn vào ống
cổ ngỗng cao áp (11) và ống (10) vào trong cần khoan. Tất cả các đầu xoay
thuỷ lực đều có cấu tạo tương tự nhau, nó gồm hai phần chính:
- Phần không quay: Phần có quai treo và được treo vào móc nâng.
- Phần quay: Nối với cần khoan
Mặt khác, để làm kín khe hở giữa phần quay và phần đứng yên, cần dùng
ba vòng đệm, vòng đệm (13) đặt giữa ống cao áp (14) và thân (2) để ngăn
dòng nuớc rửa cao áp không bị dò ra ngoài. Hai vòng đệm (5) và (12) để ngăn
dầu bôi trơn. Một giăng xoay cho phép bơm dung dịch khoan dưới áp suất
nhờ ống mềm nối với cổ ngỗng của đầu xoay thủy lực.Tất cả các đầu nối phía
trên tiết diện làm việc của cần chủ đạo phải có ren trái để chống nới lỏng ren
do đầu quay roto quay về bên phải.
1.1.2 Động cơ đáy
Đặc trưng cơ bản của động cơ đáy là đựơc lắp trực tiếp ngay phía trên
choòng khoan.
Trong quá trình khoan thì cột cần khoan không quay nên tránh được ma
sát giữa cột cần và thành giếng, do đó ít gây ra hiện tượng sập lở do cần, ít
gây mòn và giảm hiện tượng đứt gãy trong quá trình làm việc. Ngoài ra động
cơ đáy còn có ưu điểm là truyền gần như toàn bộ công suất của động cơ cho
dụng cụ phá huỷ.
Động cơ đáy sử dụng trong quá trình khoan gồm ba loại: Tua bin khoan,
động cơ đáy trục vit và động cơ điện chìm.
1.1.2.1 Tua bin khoan
Là loại tua bin thuỷ lực nhiều tầng có cấu tạo giống nhau, mỗi tầng bao
gồm stato được gắn chặt với thân và roto đựơc gắn với trục. Dòng chất lỏng
đi qua cánh của stato và vào cánh roto theo một góc nhất định nào đó, làm cho
roto quay và dòng chất lỏng tiếp tục đi vào tầng tiếp theo.Cứ như vậy, năng
lượng của dòng chất lỏng đựơc các tầng tiếp nhận và biến thành chuyển động
quay cho chòng.

Tua bin dùng cho khoan là tua bin dọc nhiều tầng giống nhau, vỏ của tua
bin được nối với phần dưới của cột cần khoan, trục của tua bin nối choòng
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
12
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
khoan. Stato gồm vòng thép (1) trong đó có các cánh cong (5), mép trong của
các cánh đựoc liên kết với nhau bằng vòng (3). Roto gồm vòng (2) và các
cánh cong (6), các cánh cong này có chiều uốn cong ngựơc lại với chiều uốn
cong của stato, các mép ngoài của cánh được liên kết với nhau bằng vòng (4).
Giữa roto và stato có khoảng hở để roto có thể quay đựơc tự do.
Hình 1.7 Hoạt động của tua bin
1. Vòng thép stato
2. Vòng thép roto
3. Vòng liên kết cánh stato
4. Vòng liên kết cánh roto
5. Cánh cong stato
6. Cánh cong roto
1.1.2.2 Động cơ đáy trục vít
Động cơ đáy trục vit có kích thước không lớn, rất hiệu quả khi chúng ta
khoan các giếng khoan có đường kính bé và chiều sâu lớn, khoan cắt xiên,
khoan ngang, khoan các thân giếng cũ. Động cơ trục vit có ba kiểu chính,
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
13
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
động cơ trục vit tốc độ thấp, tốc độ trung bình và tốc độ cao. Nó có những ưu
điểm sau:
- Mômen quay không phụ thuộc nhiều vào lưu lựơng bơm.
- Hiệu suất làm việc cao có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm
áp.
- Kết cấu động cơ đơn giản, tiết kiệm vật liệu chế tạo.

- Tương đối bền khi bơm chất lỏng có chứa tạp chất.
1.1.2.3 Động cơ điện chìm
Đây là thiết bị quay đựơc truyền động bằng điện thông qua dây cáp lắp
phía trong cột cần khoan, chiều dài của dây cáp tương ứng với chiều dài của
cần khoan.
Khoan bằng động cơ điện chìm về mặt lý thuyết tỏ ra có nhiều lợi thế
như khi khoan bằng tua bin và động cơ trục vit. Tuy nhiên, nó có hạn chế về
mặt đặc tính cứng của động cơ, số vòng quay cao, yêu cầu kĩ thuật truyền
điện và dẫn điện xuống động cơ tuyệt đối an toàn, tuổi thọ động cơ thấp, nên
phạm vi ứng dụng chưa được rộng rãi.
1.2. Sơ đồ truyền động của thiết bị khoan
1.2.1 Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan dầu khí
Tổ hợp hợp thiết bị khoan dầu khí bao gồm tất cả các thiết bị được dùng
để thực hiện quy trình công nghệ khoan giếng khoan dầu khí. Nó bao gồm các
thiết bị:
- Thiết bị phục vụ công tác nâng thả: Tời khoan, bộ hãm tời, hệ dòng
dọc, tháp.
- Thiết bị để quay bộ dụng cụ khoan: Bàn roto, đầu xanhich, động cơ
đáy.
- Thiết bị dụng cụ làm sạch đáy giếng: Máy bơm, bình điều hoà, hệ thống
ống dẫn, hệ thống làm sạch giếng khoan.
- Thiết bị dưới đáy: Choòng khoan, cần khoan, đầu nối
- Thiết bị phụ trợ: máy nén khí, hệ thống cung cấp khí nén, máy bơm
phụ, máy cẩu để vận chuyển, lắp ráp thiết bị…
- Thiết bị làm kín miệng giếng: Hệ thống đối áp, mặt bích.
- Thiết bị dùng cho cơ cấu chuyển động: Hộp giảm tốc, các loại ly hợp,
trục các đăng, bánh đai, bánh xích…
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
14
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp

Dựa vào khẳ năng thực hiện các chức năng công nghệ của từng cụm máy
trong quá trình thi công xây dựng giếng khoan, đảm bảo đủ chiều cao cần
thiết, đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật an toàn trong quá trình vận hành thiết bị,
dạng động cơ dẫn động, phương pháp xây lắp, loại thiết bị và đặc điểm cấu
tạo của các cơ cấu trong tổ hợp thiết bị… Ta tiến hành thiết kế sơ đồ bố trí tổ
hợp thiết bị khoan hợp lý. Từ sơ đồ này ta có thể chọn phương pháp xây lắp,
tháo gỡ, vận chuyển và thành lập sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết bị một
cách hiệu quả nhất.
Có nhiều cách bố trí thiết bị khác nhau, nhưng chúng ta thường sử dụng
cách bố trí chúng trên mặt phẳng như sau:
Hình 1.8 Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan
1. Đầu quay roto 6. Hộp tốc độ của tời
2. Tời khoan 7. Cụm truyền động
3. Giá đựng cần 8. Động cơ dẫn động
4. Sàn chạy cần 9. Máy bơm khoan
5. Giá để cần khoan 10. Khung nền của tháp
Sau khi thiết kế được sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan, ta phải xây dựng
sơ đồ truyền động cho tổ hợp thiết bị khoan này.
Sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết bị khoan này phải thoả mãn một số
yêu cầu sau:
- Thoả mãn yêu cầu về quy trình công nghệ khoan: Đảm bảo tốc độ quay
của bộ dụng cụ và khoảng thay đổi tốc độ trong một giới hạn nào đó.
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
15
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
- Thời gian thao tác cho công tác nâng thả bộ dụng cụ phải nhỏ.
- Sơ đồ truyền động phải có cấu tạo đơn giản.
Từ sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan trên, ta có thể xây dựng sơ đồ truyền
động cho tổ hợp thiết bị khoan này như sau:
Hình 1.9 Sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết bị khoan

1. Choòng khoan 4. Tời 7. Biến tốc thuỷ lực
2. Đầu quay roto 5. Bộ truyền động 8. Động cơ dẫn động
3. Hệ ròng rọc 6. Hộp tốc độ 9. Máy bơm
1.2.2 Sơ đồ dẫn động đầu quay roto P-560
Đầu quay roto là bộ phận quan trọng trong cụm thiết bị khoan, nó nhận
chuyển động từ cụm truyền lực của tời khoan thông qua bộ truyền xích và
biến chuyển động quay của trục nằm ngang làm quay trục đứng thông qua bộ
truyền bánh răng nón. Nhờ cơ cấu kẹp cần mà truyền động này được truyền
tới bộ cần khoan thực hiện quá trình khoan các giếng khoan hoặc sửa giếng.
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
16
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.10 Sơ đồ động học dẫn động roto P-560
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
17
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
1. Trục các đăng 8. Đầu quay roto
2. Hộp giảm tốc 9. Bánh răng nón bị động
3. Côn 1070 10. Bánh răng nón chủ động
4. Côn 700 11. Trục ngang roto
5. Bộ truyền xích 12. Bánh xích
6. Tang tời 13. Xích roto
7. Phanh thuỷ lực 14. Côn roto
Trên hình 1.10 trình bày toàn bộ sơ đồ dẫn động từ cụm truyền lực các
đăng đến đầu quay roto. Quá trình truyền động như sau:
Trục các đăng (1) nhận truyền động quay từ hộp số tời khoan, làm quay
hộp giảm tốc (2). Hộp giảm tốc ngoài nhiệm vụ truyền chuyển động quay đến
tời khoan để cuộn hoặc nhả cáp còn có nhiệm vụ truyền chuyển động quay
cho côn hơi (14). Nhờ sự làm việc của côn hơi này sẽ truyền chuyển động
quay đến trục roto (11) thông qua bộ truyền xích (13). Với sự ăn khớp của cặp

bánh răng nón (9) và (10). Làm trục đứng đầu quay roto quay theo, làm quay
cột cần khoan. Đầu quay roto có thể quay theo hai chiều khác nhau tuỳ thuộc
vào yêu cầu thực tế mà ta đổi số trái hay phải từ hộp số.
1.3. Những kết quả đã đạt được, những tồn tại cần tập trung nghiên cứu
giải quyết
1.3.1 Đầu quay di động
a)Ưu điểm:
- Không phải dùng cần chủ đạo việc tiếp cần dựng nhanh và thuận lợi
- Tháo lắp với bộ khoan cụ làm việc ở mọi độ cao
- Tiến hành doa xuôi và đặc biệt là doa ngược thực hiện một cách dễ
dàng tốn ít thời gian ( doa ngược là trong quá trình kéo lên bộ khoan cụ vẫn
quay và dung dịch vẫn được tuần hoàn).
- Trong quá trình khoan lấy mẫu thu được mẫu lõi với chất lượng cao.
- Giảm tổn hao năng lượng và khống chế momen trong quá trình khoan.
- Không cần tháo dời bộ khoan cụ giữa hai giếng khoan khai thác, khi
việc dịch chuyển thiết bị khoan có thể thực hiện với tháp khoan đứng và cần
dựng trong tháp (khi khoan các giếng trên cùng một giàn ).
- Giảm được giá thành khoan (so với khoan roto) vận hành thuận tiện, độ
an toàn cao.
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
18
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
b) Nhược điểm:
- Phải lắp thêm hệ thống dẫn hướng trên tháp làm tăng khối lượng thiết
bị trên cao.
- Phải gia cố kết cấu của hệ tháp chống lại lực xoắn phụ.
- Phải tăng chiều cao của tháp vì đầu xoay di động dài hơn đầu xoay thủy
lực thông thường.
- Phải có hệ thống ống mềm cao áp hoặc cáp tải điện phụ trong tháp
khoan.

- Tăng giá thành của thiết bị khoan và đặc biệt là công tác bảo dưỡng
phức tạp hơn nhiều so với hệ thống đầu quay roto.
Hiện tại việc sử dụng đầu quay di động trong công tác khoan khai thác
dầu khí tại Vietsovpetro bước đầu cho hiệu quả cao. Đặc biệt khi khoan trong
tầng đất đá trương lở hoặc tầng đất đá mềm bở rời dễ gây sập lở trong khi
khoan.
1.3.2 Tua bin khoan
a) Ưu điểm:
- Không phải chi phí công suất để quay cột cần
- Công suất của tua bin sinh ra được truyền trực tiếp lên choòng nên làm
nó có thể quay với vận tốc rất lớn, vì vậy có thể tạo được vận tốc cơ học
khoan cao so với khoan roto.
- Cột cần khoan ít chịu tải, ít mòn nên giảm được sự cố vì cần trong quá
trình khoan.
- Có thể sử dụng các tua bin khoan để khoan các giếng khoan xiên định
hướng rất hiệu quả.
- Trên miệng giếng: Đầu quay roto không quay nên giảm được tiếng ồn
và cải thiện điều kiện lao động.
b) Nhựơc điểm:
- Cần phải có máy bơm có công suất lớn để bơm chất lỏng xuống dẫn
động tua bin, đặc biệt trong trường hợp khoan sâu, việc này rất khó thực hiện.
- Việc điều chỉnh tốc độ quay của choòng rất khó khăn và phức tạp.
- Việc bảo dưỡng và sửa chữa mất nhiều thời gian.
1.3.3 Đầu quay roto
a) Ưu điểm:
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
19
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
- Bộ phận cơ khí này có kết cấu đơn giản và rất ít phải bảo dưỡng
- Thời gian cho việc chuẩn bị và kết thúc các thao tác trong quá trình kéo

thả dụng cụ khoan và tiếp cần rất nhanh gọn.
b) Nhược điểm:
- Không khoan lấy mẫu do phải kéo bộ dụng cụ khoan lên khỏi đáy khi
tiếp cần nên dễ làm vỡ mẫu, sập thành lỗ khoan trong đất đá không ổn định.
1.4. Tính năng một số đầu quay trên thế giới
1.4.1 Các bảng đặc tính kỹ thuật của một số đầu quay roto
Bảng 1.2: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng URSS
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Tải trọng
ở tốc độ
quay 100
vg/ph
Vòng
quay
(vg/ph)
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng
(kg)
R-
450
450 750 400 300 i = 2,27 2970

R-
520
520 2200 300 i = 3,22 5130
R-
560
559 1650 320 I = 2,76 5750
Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng GANERDENVER
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Tải trọng
ở tốc độ
quay 100
vg/ph
Vòng
quay
(vg/ph)
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng
(kg)
RT-17-1/2 444 250 117 400 i = 3,25 3170
RT-22-1/2 172 4100 189 400 i = 3,85 4080
RT-27-1/2 698 4700 216 350 i = 3,74 5080

Bảng1.4: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng IDECO
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
20
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Tải trọng ở
tốc độ
quay 100
vg/ph
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng (kg)
HS-175 444 3500 115 i = 3,7 2150
L-23 584 5170 150 i = 3,89 3840
HS-275 689 6300 170 i = 3,95 4230
Bảng 1.5: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng MIDCONTINENT
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q

t
)
Tải trọng
ở tốc độ
quay 100
vg/ph
Vòng
quay
(vg/ph)
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng
(kg)
S-17-1/2 444 2500 110 350 i = 3,5 2720
S-21 533 3300 137 350 i = 3,5 3680
S-27-1/2 698 5450 250 350 i = 3,76 4760
Bảng1.6: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng NATIONAL
Loại
Đường kính
lỗ (mm) Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng (kg)
B-175-L 38 2700 i = 3,6 3300
A-205 520 3500 i = 3,4 4680

B-275 698 5450 i = 3,16 5440
Bảng 1.7: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng OILWEEL
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
21
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Vòng
quay
(vg/ph)
Tỉ số
truyền
Trọng lượng (kg)
LA-17-1/2 444 3000 500 i = 3,28 2780
A-12-1/2 520 3500 500 i = 3,82 3600
A-027-1/2 698 5100 350 i = 3,84 4640
Bảng 1.8: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng
TRAUZLWERKEAUTRIA
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q

t
)
Tải trọng
ở tốc độ
quay 100
vg/ph
Tỉ số
truyền
Trọng
lượng (kg)
KS-16 406 100 i = 3,45 2220
P-20-1/2 520 160 i = 3,57 3600
P-27-1/2 698 2200 i = 3,88 4530
Bảng 1.9: Đặc tính kỹ thuật đầu quay roto của hãng EIRTHR.F.G
Loại
Đường
kính lỗ
(mm)
Tải trọng
tĩnh (Q
t
)
Tỉ số truyền Trọng
lượng
(kg)
RTS 17.1/2 445 2200 i = 3 2980
RTS-20-1/2 520 3000 i = 3,57 3530
RTS-27-1/2 698 4350 i = 3,1 5800
1.4.2 Đặc tính kỹ thuật một số đầu quay roto được sử dụng trong xí nghiệp
liên doanh dầu khí Vietsovpetro

1.4.2.1 Đầu quay roto P-700
- Đường kính lỗ mâm roto: 700 mm
- Tải trọng tĩnh lớn nhất: 500 tấn
- Tỉ số truyền của cặp bánh răng nón: i = 3,61
- Khoảng cách từ mâm roto đến vị trí trung gian của bánh xích: 1353
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
22
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
mm
- Khối lượng: 4850 kg
1.4.2.2 Đầu quay roto Y7-520-3
- Tải trọng tĩnh lớn nhất: 200 T
- Công suất lớn nhất: 404,25 kw
- Tốc độ quay lớn nhất:5 vòng/s
- Đường kính lỗ: 520mm
- Các kích thước:
+ Dài: 2000 mm
+ Rộng: 1500 mm
+ Cao: 750 mm
- Trọng lượng:5130 kg
1.4.3 Thông số kỹ thuật của một số đầu quay di dộng
Hãng TESCO:
Các sản phẩm của hãng: Tesco - 500T; Tesco – 300T.
Các thông số kỹ thuật:
+ Tốc độ quay: 200 v/ph
+ Công suất : 200 ÷ 400 HP
+ Tải trọng làm việc: 350 ÷ 500T
+ Trọng lượng: 5 ÷ 5,44T
+ Dùng với tháp có chiều cao: 145 ft (44,225 m)
Hãng NATIONAL OIL WELL:

Loại: PS 350/500
+ Tải trọng cho phép: 500T
+ Tốc độ quay không tải lớn nhất: 1200 v/ph
+ Áp suất làm việc của ống rửa: 350 Psi
+ Công suất lớn nhất:1130 v/ph
Hãng OMZ:
Loại CBП 320
+ Tải trọng cho phép: 320T
+ Tỷ số truyền : 6,345
+ Tốc độ quay tối đa: 1500 v/ph
+ Tốc độ quay định mức : 1000 v/ph
+ Công suất động cơ điện: 750 kw
+ Áp suất nén: 40 Mpa
Loại CBП500
+ Tải trọng cho phép: 500T
+Tỷ số truyền : 6,345
+Tốc độ quay tối đa: 1500 v/ph
+Tốc độ quay định mức : 1000 v/ph
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
23
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp
+Công suất động cơ điện: 750 kw
+Áp suất nén: 40 Mpa
CHƯƠNG II
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐẦU QUAY ROTO P-560
2.1. Sơ đồ cấu tạo của đầu quay roto P-560
Sơ đồ cấu tạo của đầu quay roto P-560 được thể hiện trên hình 2.1
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
24
Trường Đại Học Mỏ- Địa-Chất Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo đầu quay roto P-560
1. Mặt đầu quay roto 14. Ốc hãm đầu trục
2. Vòng bi cầu lớn 15. Nắp chặn gioăng
3. Thân roto 16. Phớt cổ trục
4. Bánh răng nón bị động 17. Đế roto
5. Trục dẫn động 18. Bánh răng nón chủ động
SV: Đoàn Xuân Cường TBDK-K49
25