Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng tời Y2-55. Tính toán sử dụng hợp lý công suất nâng của tời

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
LỜI NÓI ĐẦU
Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập năm 1981. Sự kiện
này đánh dấu bước phát triển mới rất quan trọng với ngành công nghiệp dầu
khí nói riêng và ngành công nghiệp Việt Nam nói chung. Trong những năm
gần đây, ngành công nghiệp dầu khí đã phát triển không ngừng và trở thành
ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, là nguồn tài nguyên thiên nhiên đem lại
lợi nhuận rất lớn cho nền kinh tế quốc dân. Để phục vụ cho ngành công
nghiệp này, việc khoan - khai thác và trước đó là tìm kiếm, thăm dò đóng vai
trò quan trọng. Trong công nghệ khoan thăm dò, khoan khai thác cũng như
vận chuyển sản phẩm,…thì thiết bị phục vụ không thể thiếu và đóng vai trò
thiết yếu. Tuỳ theo mỗi thiết bị mà chức năng của nó khác nhau. Để phát huy
được tính năng cũng như công dụng, nâng cao hiệu suất, kéo dài tuổi thọ thiết
bị, điều quan trọng là bảo đảm chúng luôn được làm việc ở trạng thái kỹ thuật
tốt nhất. Muốn vậy các thiết bị phải có chế độ bảo dưỡng, sửa chữa đúng thời
gian và đúng kỹ thuật đã quy định vì vậy phải nắm vững được nguyên lý hoạt
động cũng như kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữa.
Tời khoan là một trong những thiết bị không thể thiếu trong khai thác
dầu khí, là thiết bị cần thiết phục vụ trong công tác nâng thả bộ dụng cụ
khoan. Vì vậy em đã chọn đề tài: “ Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình
bảo dưỡng tời Y2-55. Tính toán sử dụng hợp lý công suất nâng của tời ”
nhằm tìm hiểu về sự làm việc, vận hành cũng như tính năng và đặc biệt là tính
toán thế nào để sử dụng công suất một cách hợp lý nhất.
Đồ án của em được chia thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống nâng thả.
Chương 2: Cấu tạo, nguyên lý làm việc của tời Y2-55.
Chương 3: Quy trình vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa tời khoan.
Chương 4: Tính toán sử dụng hợp lý công suất nâng của tời.
Qua quá trình học tập, thực tập sản xuất, thực tập tốt nghiệp tại xí
nghiệp Vietsovpetro cũng như sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô giáo trường
đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội và các cán bộ, công nhân của xí nghiệp, em đã

hoàn thành cuốn đồ án này. Tuy nhiên do hiểu biết còn hạn chế và thời gian
tìm hiểu chưa nhiều nên cuốn đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót,
song đây là cơ hội rất tốt để em nâng cao nhận thức và hiểu biết về các thiết bị
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
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 các thầy cô giáo trong khoa Dầu khí và bộ
môn Máy thiết bị dầu khí và Công trình của trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà
Nội cũng như các cán bộ, công nhân của xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro,
đặc biệt là thầy giáo NGUYỄN VĂN GIÁP đã tận tình giúp đỡ em hoàn
thành cuốn đồ án này.
Hà nội, tháng 6 năm 2010.
Sinh viên thực hiện:
Phạm Ngọc Chiến.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG THẢ
1.1. Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống nâng thả
1.1.1. Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống nâng thả
a) Chức năng
Hệ thống nâng thả bảo đảm các chức năng sau:
- Dùng để biến chuyển động quay của tang tời thành chuyển động
thẳng đứng của móc nâng.
- Giảm lực căng trên nhánh cáp cuốn tang tời.
- Cùng với thiết bị và dụng cụ nâng hạ khác phục vụ trong các quá
trình nâng hạ dụng cụ khoan, thả ống chống, truyền tiến độ cho choòng

khoan, tham gia dựng tháp…
b) Nhiệm vụ
Hệ thống nâng thả là tổ hợp thiết bị trên giàn khoan. Chúng hoạt động
đồng bộ với nhau để thực hiện các nhiệm vụ quan trọng:
- Kéo thả cần khoan, ống chống, treo bộ khoan cụ trong quá trình
khoan hoặc bơm rửa.
- Kết hợp với các thiết bị khác thực hiện chức năng: truyền chuyển
động quay cho Rotor để tiến hành việc khoan giếng.
- Kéo thả các vật dụng, thiết bị khác phục vụ cho công tác khai thác và
thăm dò dầu khí.
1.1.2. Các thành phần của hệ thống nâng thả
Hệ thống nâng thả bao gồm: tời khoan, hệ thống ròng rọc động-tĩnh,
dây cáp và Elêvatơ.
1.1.2.1. Tời khoan
Tời khoan là một trong những thiết bị dùng trong khai thác dầu khí, nó
thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Dùng để kéo thả cần khoan và ống chống.
- Dùng để treo bộ khoan cụ trong quá trình khoan hoặc bơm rửa.
- Khi kéo cần thì thực hiện một mômen xoắn ở trong tời, ngược lại khi
thả cần thì thực hiện quá trình phanh.
- Truyền chuyển động cho bàn Rotor.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
3
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
- Phụ trợ công tác địa vật lý giếng khoan.
- Trong trường hợp sử dụng tháp chữ A, tời dùng để dựng tháp.
- Điều chỉnh tốc độ truyền tải.
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
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
1.1.2.2. Hệ thống ròng rọc
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ ròng rọc
1. Cáp khoan 5. Cuộn dây dự trữ
2. Ròng rọc động 6. Tời khoan
3.Neo cáp cố định 7. Ròng rọc tĩnh
4. Kẹp
Trong quá trình khoan với độ sâu khá lớn và thiết bị dùng trong công
tác khoan có trọng lượng lớn. Do vậy sức nâng của tời không đủ khả năng
nâng thả trực tiếp bộ khoan cụ đó. Vì vậy để giảm tải trọng cho tời khoan ta
phải dùng đến hệ thống ròng rọc gồm khối ròng rọc động hay ròng rọc cố
định trên đỉnh tháp khoan. Số pully của ròng rọc cố định nhiều hơn số pully
ròng rọc động. Hệ thống ròng rọc có mục đích biến chuyển động quay của tời
thành chuyển động lên xuống của vật nâng hạ, biến chuyển động ma sát trượt
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
5
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
thành chuyển động ma sát lăn, chịu tác động của lực đột ngột, giảm tải trọng
cho sợi cáp.
a) Ròng rọc cố định
Hình 1.3: Ròng rọc cố định
Là ròng rọc chỉ tham gia một chuyển động quay quanh trục của nó.
Ròng rọc cố định được lắp cố định trên đỉnh tháp khoan, gồm nhiều pully lắp
trên một trục hoặc hai trục song song với nhau. Các pully quay trên trục nhờ
các ổ bi, phía ngoài có tấm che chắn bảo vệ. Kích thước rãnh và độ cứng bề

mặt rãnh là yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của cáp.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
6
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
b) Ròng rọc động
Hình 1.4: Ròng rọc động
Là những ròng rọc trong suốt quá trình làm việc, tham gia đồng thời hai
chuyển động: chuyển động quay quanh trục bản thân và chuyển động tịnh tiến
lên xuống.
Càng nhiều pully trong hệ thống dây cáp thì cáp bị cuốn càng nhiều lần,
nhưng nếu số pully ít thì tải trọng trong dây cáp sẽ lớn, hơn nữa tải trọng tác
dụng lên tời khoan sẽ lớn hơn. Điều này không có lợi cho thiết bị khai thác,
nhất là kích thước dây cáp thay đổi, ảnh hưởng đến mối tương quan giữa rãnh
pully và đường kính dây cáp. Nếu ta tăng đường kính của pully để giảm độ
cong dây cáp thì độ bền của dây cáp sẽ lớn hơn là ta dùng hệ thống nhiều
pully, nhưng số pully càng tăng thì tải trọng càng nhẹ và vận tốc lên xuống
càng chậm. Do vậy số pully, đường kính cáp và tải trọng phải tính toán tối ưu
về phương diện kỹ thuật cũng như về kinh tế.
1.1.2.3. Dây cáp
Cáp khoan được tết bằng các sợi thép xoắn lại với nhau. Các sợi thép
được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội, có đường kính từ 0,3 – 3 mm và giới
hạn bền 14000 – 20000N/mm, bền gấp 2,3 lần so với thép cùng loại cùng mác
được chế tạo bằng phương pháp cán.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
7
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Người ta thường sử dụng cáp tròn có 6 bó, mỗi bó có từ 19 – 37 sợi
cáp, các sợi cáp được cuốn thành từng bó nhỏ, các bó nhỏ xoắn quanh một
ruộ bằng kim loại hay chất hữu cơ, đường kính phụ thuộc vào đường kính và
cấu tạo cáp.

Ruột cáp làm bằng sợi thép gai vì dây cáp có nhiều lớp, loại chịu lực
căng lớn. Người ta còn sử dụng kim loại làm ruột cáp nhằm tránh hiện tượng
chèn, dập.
Cáp khoan thường có đường kính 25, 28, 32, 35 mm ( loại 32mm được
sử dụng nhiều nhất ) có ruột bằng vật liệu hữu cơ. Khi lỗ khoan sâu, tải trọng
gần bằng tải trọng định mức thì phải dùng cáp có ruột bằng kim loại.
Có hai cách mắc cáp:
 Cách thứ nhất gọi là cách mắc cáp 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 khoan sẽ lớn hơn.
 Cách mắc thứ hai gọi là cách mắc không có đầu cáp chết: cách
mắc này ngược lại với cách mắc thứ nhất.

( a ) ( b )
Hình 1.5: Sơ đồ hai cách mắc cáp.
( a ): Cách mắc cáp có đầu cáp chết.
( b ): Cách mắc cáp không có đầu cáp chết.
Trong đó:
- P
t
: sức căng nhánh cáp vào tang tời ( KN ).
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
- P
c
: sức căng nhánh cáp chết ( KN ).
- Q
m

: tải trọng tác dụng lên móc ( tấn ).
1.1.2.4. Êlêvatơ
Êlêvatơ dùng để kéo thả tự động cần khoan, ống chống trong quá trình
nâng thả. 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.
Các thông số kỹ thuật của Êlêvatơ EA-320:
- Lực nâng lớn nhất: 320, ( KN );
- Đường kính: - Ống khoan: 89; 114; 127; 140; 146, (mm);
- Cần nặng : 146; 178,(mm);
- Đường kính ống thay thế: D
max
= 200 (mm); D
min
= 160, (mm);
- Kích thước bao: - Dài : 1140, (mm);
- Rộng : 740, (mm);
- Cao : 1965, (mm);
- Khối lượng: 2025, (kg);
- Kiểu hệ thống đòn bẩy: PC – 200;
- Phương pháp kẹp chặt chấu: Tháo lắp nhanh.
1.2. Các loại tời trong công tác khoan dầu khí ở Vietsovpetro. Những ý
kiến đánh giá và nhận xét
1.2.1. Các loại tời sử dụng trong công tác khoan dầu khí ở Vietsovpetro
Các loại tời khoan được chế tạo trên thế giới sử dụng trong công tác
khoan dầu khí ở Vietsovpetro được trình bày ở bảng 1-1; 1-2.
Bảng 1.1: Các loại tời chế tạo ở Rumani.
Chỉ tiêu
Đơn

vị
Loại tời
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
9
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
TF35 TF 25 TF 25* TF 21 TF15
Công suất KW 1500 1100 740 520 390
Đường kính cáp mm 35; 38 32 28 32; 38 25
Lực kéo cáp
max
KN 440 275 360 - 150
Vận tốc cáp m/s 4÷ 25 4÷ 25 4÷ 25 2,3÷ 17,2 2÷ 12,5
Lực kéo cáp KN 350 250 160 187,5 113
Đường kính
tang tời
mm 900 710 630 710 450
Số vận tốc 4+2 4+2 4+2 6 2+1
Đường kính
tang tời
mm 1510 1320 1180 1180 1100
Đường kính
phanh
mm 1570 1370 1570 1570 1100
Chiều rộng
phanh
mm 275 255 255 255 205
Bảng 1.2. Các loại tời chế tạo ở Liênxô.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
10
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất

1.2.2. Những ý kiến đánh giá và nhận xét các loại tời
Qua bảng thống kê các loại tời của hai nước Rumani và Liênxô ta thấy:
công suất làm việc của tời khoan Rumani lớn hơn công suất làm việc của tời
khoan Liênxô, do vậy nó có khả năng nâng thả tải trọng lớn hơn, thiết bị làm
việc tốt hơn. Để tương quan với công suất đó thì lực trong nhánh cáp cũng lớn
hơn. Khi đó kéo theo cấp độ đa dạng hơn, do vậy sự biến thiên về vận tốc
trong phạm vi rộng hơn.
Với các đặc tính kỹ thuật trên nên kích thước của tời Rumani lớn hơn,
các đường kính tang tời, chiều dài tời, đường kính phanh và chiều rộng phanh
cũng lớn hơn.
Như vậy với khả năng làm việc cao hơn, tời Rumani được dùng rộng
rãi hơn trong khoan khai thác dầu khí. Tuỳ theo mức độ khai thác, nâng thả
khoan cụ mà ta dùng tời Rumani hay tời Liênxô.
Từ trước tới nay, Vietsovpetro thường dùng thiết bị của Liênxô sản
xuất, trong đó có tời khoan. Tời Y2-55 có công suất khá lớn nên đường kính
cáp cũng như lực kéo và phạm vi vận tốc lớn hơn. Đường kính tang tời và
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
Đơn Loại tời
Y2- 47 Y2- 48 RY200B
r
BY75Br BY50B
r
BY40Br
Công suất KW 900 440 810 400 300 190
Đường kính cáp mm 28 28 33 25 24 25
Lực kéo cáp
max
KN 153 153 232 125 98 80
Vận tốc cáp m/s
5,7÷

20,6
2,25÷
12,6
3,5÷
17,7
3,2÷ 16
2,6÷
11,6
2,8÷ 10,4
Số vận tốc 5 4 4 4 4 4
Đường kính
tang tời
mm 650 650 850 600 450 400
Chiều dài tang
tời
mm 840 840 1100 865 700 550
Đường kính
phanh
mm 1180 1450 1450 1180 1000 1000
Chiều rộng
phanh
mm 250 250 250 250 180 200
11
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
chiều dài tang tời lớn hơn các tời khác nên khả năng cuốn cáp được nhiều
hơn. Do vậy tời Y2-55 thường dùng trong khoan khai thác có độ sâu lớn.
a) Những kết quả đã đạt được
- Có công suất lớn do trọng lượng của cột cần và ống chống lớn.
- Có số tốc độ trung gian hợp lý để giảm thời gian nâng thả.
- Sơ đồ động học đơn giản tận dụng hết công suất động cơ.

- Có số tốc độ lớn nhất để kéo thả móc không tải.
- Hệ thống hãm tời làm việc với độ tin cậy cao.
- Thuận tiện cho việc điều chỉnh tốc độ truyền tải choòng.
b) Những tồn tại cần tập trung nghiên cứu, giải quyết
- To, nặng, cồng kềnh.
- Các phụ kiện kèm theo lắp đặt rất khó khăn.
- Các chi tiết hay bị hỏng nên thay thế mất nhiều thời gian.
- Công suất nhỏ hơn các loại tời tư bản.
Vì vậy cần có các biện pháp khắc phục những vấn đề trên bằng cách
nghiên cứu sử dụng tối đa công suất của động cơ, kiểm tra và bảo dưỡng đúng
lịch và thời gian, thường xuyên kiểm tra toàn bộ hệ thống sau mỗi lần giao ca
hoặc nhận ca. Trình độ người điều khiển phải có trình độ cao và hiểu rõ từng
chi tiết trên tời.
1.3. Phương trình chuyển động của tời
Sự làm việc của tời tiến hành trong các điều kiện của quá trình thay đổi
liên tục. Thời gian của giai đoạn chuyển động liên tục được coi là hàm số
mômen thừa của động cơ. Phương trình của quá trình chuyển tiếp là phương
trình cân băng cơ học:
Khi tăng tốc: M
cm
- M
tc
= M
qt
( 1.1 )
Khi hãm : M
h
+ M
th
= M

qt
( 1.2 )
Trong đó :
M
cm
- Mômen tăng tốc, (KN.m);
M
tc
- Mômen kháng tĩnh khi tăng tốc, (KN.m);
M
th
- Mômen kháng tĩnh khi hãm, (KN.m);
M
h
- Mômen hãm, (KN.m);
M
qt
–Mômen quán tính ,(KN.m).
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
12
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Trong phương trình (1.1), (1.2) ta thấy sự thay đổi mômen trên tang tời
khi tăng tốc và khi hãm.
Tĩnh năng của hệ chuyển động được tính:

.
2
o o
J
T

ω
=
(1.3)
Trong đó:
J
o
- mômen quán tính chuyển tiếp đến vị trí bất kỳ trục nào của tời, (kN.m);
ω
o
- tốc độ quay của hệ chuyển động, (rad/s).
Mặt khác ta biết:

2
2
.
qt o
d
M J
dt
ϕ
=
(1.4)
Ở đây: φ - góc quay của trục trong giai đoạn chuyển tiếp, (rad/s).
Thay công thức (1.4) vào công thức (1.1) và (1.2) ta được:
M
cm


= M
qt

+

M
tc
=

M
tc
+

2
2
o
d
J
dt

(1.5)
M
h
= M
qt
-

M
th
= - M
th
+

2
2
.
o
d
J
dt
ϕ

(1.6)
Việc chạy máy được tiến hành bằng việc đóng côn ma sát hoặc cho
động cơ chạy. Trong trường hợp thứ nhất mômen lực quán tính của động cơ
được cộng thêm với mômen của các chi tiết chuyển động đồng thời trước khi
đóng côn ma sát. Trong trường hợp thứ hai động cơ phải thắng mômen của
lực quán tính của tất cả các cơ cấu trong hệ thống chuyển động và thắng lực ỳ
của Rotor trong khoan Rotor.
Mômen dư có thể tính gần đúng bằng cách có thể coi gia tốc chuyển
động thay đổi theo quy luật bậc nhất, khi đó:
M
d
= ± [ M
dcm
+
k
t
t
( M
”
d
- M

’
d
) ] (1.7)
Trong đó:
t - thời gian tăng tốc, (s);
t
k
- thời gian chuyển động liên tục của tời, (s);
M
’
d
- mômen dư tăng tốc khi bắt đầu chuyển động liên tục, (KN.m);
M
’’
d
- mômen dư ở cuối giai đoạn chuyển động liên tục, (KN.m);
Dấu “ + ” chỉ quá trình tăng tốc và dấu “ - ’’ chỉ quá trình hãm.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
13
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Từ phương trình (1.5) và (1.6) ta có thể tìm được quy luật chuyển động, các
quy luật này được nêu lên ở bảng sau:
Bảng 1.3: Các thông số của tời khi tăng tốc và khi hãm
Các thông số Tăng tốc Hãm
Đoạn đường φ (rad) φ
cm
=
1
3
ω

o
. t
cm
φ =
2
3
ω
o
. t
h
Thời gian t ( s ) t
cm
= 2 .
o o
dcm
J
M
ω
t
h
= 2 .
o o
dcm
J
M
ω
Tốc độ ω (rad/s) ω
cm
=
2.

cm
o
M
J
.
2
cm
t
t
ω
h
= ω
o
-
2.
dcm
o
M
J
.
2
h
t
t
Gia tốc J (rad/s
2
)
J
cm
= 2 .

cm
cm
t
ω
J
max
= 2.
o
cm
t
ω
J
h
= - (
o
ω
-
h
ω
) .
2
t
J
max
= -2 .
o
h
t
ω
1.4. Xác định tải trọng khi nâng thả bộ khoan cụ

a) Quá trình nâng bộ khoan cụ từ lỗ khoan là tập hợp các công nghệ
sau:
- Nâng bộ dụng cụ lên một đoạn lớn hơn chiều dài của cần dựng.
- Hãm tời, giữ bộ dụng cụ ở trạng thái treo.
- Đặt bộ dụng cụ lên chạc, giải phóng cần dựng lên mặt đất khỏi lực kéo.
- Tháo cần khỏi bộ dụng cụ, đặt nó vào chỗ cần dựng.
- Tháo êlêvatơ.
- Hãm tời để êlêvatơ ngoạm lấy cần dựng.
- Nâng bộ khoan cụ lên một đoạn lớn hơn chiều dài cần dựng, quá trình lặp lại
như vậy đến khi nâng được toàn bộ cần dựng lên khỏi lỗ khoan.
b) Quá trình thả bộ khoan cụ tiến hành theo trình tự sau:
- Kéo êlêvatơ lên ngang đầu cần dựng ở đỉnh tháp.
- Hãm chuyển động của êlêvatơ đến cho nó ngoạm lấy đầu cần dựng.
- Nâng cần dựng lên một đoạn nhỏ hãm lại để đưa đầu phía dưới của cần dựng
vào khớp với đầu phía trên của cần dựng trước.
- Vặn chặt cần khoan để nối chúng lại với nhau.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
14
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
- Thả êlêvatơ và bộ dụng cụ đi xuống lỗ khoan.
- Hãm êlêvatơ đặt bộ dụng cụ lên chạc.
- Giải phóng êlêvatơ, nâng êlêvatơ lên ngang đầu cần dựng ở đỉnh tháp, quá
trình lặp lại theo trình tự trên.
Trong quá trình nâng bộ dụng cụ, móc chịu tải trọng lớn, khi nó chuyển
động từ duới lên trên và chuyển động không tải từ trên xuống. Trong thời gian
thả bộ dụng cụ thì ngược lại, khi móc nâng chuyển động cùng với êlêvatơ từ
dưới lên trên nó sẽ không chịu tác dụng của tải trọng, khi nó chuyển động từ
trên xuống nó chịu trọng lượng của bộ khoan cụ.
Lực kéo lớn nhất sinh ra trong quá trình nâng thả ở vị trí trên cùng của
cần và được xác định bằng công thức:

t
Q
uur
=
dc ms qt
Q Q Q
+ +
uuur uuur uuur
(1.8)
Trong đó :
dc
Q
- trọng lượng bản thân của bộ cần, (KN);
Q
ms
- lực ma sát của bộ cần lên thành lỗ khoan và lực ma sát do mùn
khoan gây ra,(KN);
Q
qt
- lực quán tính, (KN).
a) Trọng lượng bản thân của cần :
Q
dc
= α . F . L. ( γ - γ
d
) (1.9)
Trong đ ó :
F =
4
∏

( d
2
- d
2
1
) là diện tích tiết diện của cần khoan, (cm
2
);
d, d
1
là đường kính trong và ngoài của cần khoan, (cm);
γ là trọng riêng của thép (γ = 7,86 G/cm
3
);
γ
d
là trọng lượng riêng của dung dịch (γ
d
= 1,38 G/cm
3
);
L là chiều dài cần khoan, (m).
b) Lực ma sát:
Lực ma sát khi khoan sinh ra do tác dụng với dòng nước chảy trong bộ
khoan cụ và trong khoảng không giữa bộ dụng cụ và thành lỗ khoan gây nên.
Lực đó được xác định bằng tổng tổn thất áp lực của dòng dung dịch.
Lực ma sát được tính bằng công thức:
Q
ms
= K

m
.
Q
dc
(1.10)

K
m
- hệ số ma sát; K
m
= 0,2÷ 0,3.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
15
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
c) Lực quán tính:
Lực quán tính được xác định bởi công thức:

Q
qt
=
Q
dc
.
a
g
(KN) (1.11)
a - gia tốc chuyển động của bộ khoan cụ, (m/s
2
);
g - gia tốc trọng trường, (m/s

2
).
Tải trọng Q
m
trong quá trình nâng và thả là:
 Khi nâng:
Q
mn
=
Q
ms
+
Q
dc
+
Q
qt
, (KN); (1.12)
 Khi thả :
Q
mt
=
Q
dc
-
Q
ms
+
Q
qt

, (KN). (1.13)
Thay các giá trị từ công thức (1.8), (1.9) vào công thức (1.11), (1.12) ta được :
Q
mn
= α . F . L . (γ - γ
d
) ( 1 + K
m
+
a
g
), (KN); (1.14)

Q
mt
= α . F . L . (γ - γ
d
) ( 1 - K
m
+
a
g
) , (KN). (1.15)
Ta thấy Q
mn
và Q
mt
phụ thuộc vào gia tốc chuyển động bộ khoan cụ.
Từ bảng 1.3 ta có:
 Vận tốc cáp vào tời là:

V
t
=
.
2
tt
D
ω
, (m/s) (1.16)
D
tt
: đường kính tang tời (m)
 Gia tốc cáp là:
 a
t
=
dV
dt
=
2
Dtt
.
d
dt
ω
=
2
Dtt
. J , (m/s
2

); (1.17)
Nhưng vận tốc và gia tốc nâng thả phải qua hệ thống ròng rọc nên:
 Vận tốc nâng thả là:
V
c
=
2.
t
V
Z
(m/s) (1.18)
Z: số pully ròng rọc động.
 Gia tốc nâng thả là:
a
c
=
4.
tt
D
Z
.J (m/s
2
) (1.19)
Trong quá trình nâng thả bộ khoan cụ, gia tốc J biến thiên theo bảng 1.3.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
16
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Qua các bảng và các công thức ta thấy lực ở đầu móc cẩu phụ thuộc vào
chiều gia tốc a
c

và độ lớn của chúng. Còn trong quá trình làm việc ta coi
chuyển động nâng thả là chuyển động đều, khi đó a
c
≈ 0.
Ta có thể biểu diễn sự thay đổi gia tốc trong quá trình nâng hoặc thả
trên sơ đồ sau:
Hình 1.6 : Sự biến đổi gia tốc trong quá trình nâng hoặc thả.
t
cm
: thời gian tăng tốc , (s);
t : thời gian nâng thả đều, (s) ;
t
h
: thời gian hãm , (s).
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
17
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
CHƯƠNG 2
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN Y2-55
2.1. Cấu tạo tời Y2 - 55
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

Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
18
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Hình 2.1. Cấu tạo tời Y2-55
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
19
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Qua hình vẽ 2.1, ta thấy tời Y2 - 55 có 5 vận tốc, trong đó có 4 vận tốc
của trục nâng IV được truyền từ trục số qua trục các đăng I và trục cao tốc II
của hộp số. Sau đó qua các cặp bánh răng có tỉ số truyền 27/93 để truyền tới
trục giảm tốc III. Từ lực này chuyền qua sang trục IV bằng côn hơi kép 15.
Để côn hơi làm việc thì khí nén được nạp vào miệng 16 và được điều khiển từ
bảng điều khiển.
Vận tốc thứ 5 là vận tốc độc lập, dùng để nâng êlêvatơ. Nó được truyền

từ hộp số dẫn động qua trục các đăng VIII đến IX. Sau đó truyền đến trục IV
thông qua bánh xích 7, xích 6 và cụm bánh xích 13.
Cụm bánh xích 13 được lắp trên hai vòng bi đũa. Nó còn được dùng để
truyền chuyển động cho trục tời phụ X. Việc đóng ngắt vận tốc số 5 được
thực hiện bằng côn hơi 14 thông qua miệng nạp khí 16 để cung cấp nguồn
khí cho côn hơi này từ bảng điều khiển.
Tời phụ nhận được chuyển động qua bộ bánh xích 13, cặp bánh răng
19/35, xích 6, trục tời X. Trục tời quay sẽ truyền chuyển động đến bộ bánh
răng hành tinh, nếu đóng côn ma sát của tời phụ thì tời phụ sẽ làm việc.
Để truyền chuyển động cho Rotor thông qua trục các đăng trục II. Cặp
bánh răng 27/44 sẽ được tiếp tục truyền chuyển động các tốc độ cho trục VI.
Nếu đóng khớp nối vấu 19, côn hơi MP500 thì bánh xích 21 sẽ truyền lực
quay đến rotor với các cấp tốc độ khác nhau. Ở đầu trục VII có miệng nạp khí
22 để đóng côn hơi MP500 (20). Việc đóng ngắt côn hơi này được thực hiện
từ bảng điều khiển. Cấu tạo của tời Y2 - 55 cho phép trong khi trục nâng của
tời vẫn hoạt động thì Rotor vẫn nhận được chuyển động quay, đồng thời
nguyên công quay Rotor trong khi thả bộ khoan cụ.
Trong nguyên công quay thả bộ khoan cụ, trục nâng tách khỏi nguồn
cấp lực bằng ngắt côn hơi MP1070 (15) và được nối với phanh thuỷ lực bởi
khớp nối vấu 9. Chuyển động quay lúc này do trọng lực của bộ ròng rọc động
và bộ khoan cụ tác động. Vận tốc thả khoan cụ sẽ được điều chỉnh bằng
phanh cơ học 12 và mực nước vào phanh thuỷ lực 8.
Như vậy khi thả bộ khoan cụ vận tốc sẽ đều, từ từ không gây hư hỏng
bộ khoan cụ cũng như làm hỏng phanh cơ học.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của tời Y2-55.
STT Nội dung Đơn vị Đặc tính
1 Công suất KW 810

2 Đường kính cáp Mm Ф 32
3 Số vận tốc 5
4 Vận tốc cáp m/s 2,5 ÷ 15,8
5 Đường kính tang tời mm 800
6 Chiều dài tang tời mm 1000
7 Đường kính tang phanh mm 1450
8 Chiều rộng tang phanh mm 250
9 Chiều dài m cáp Ф 18 mm 3000
10 Chiều dài m cáp Ф 32 mm 900
2.2. Nguyên lý làm việc của tời Y2 - 55
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tời
1: Cụm trục tang tời
2: Côn ly hợp chậm
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
21
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
3: Côn ly hợp nhanh
4: Cụm phanh chính
5: Đầu nối không khí với nước
6: Ly hợp an toàn
7: Cụm trục tời phụ
8: Khớp ly hợp
9: Đầu mèo
10: Bộ hãm tời phụ
11: Dầm đỡ
12: Trục truyền trung gian
13: Cụm trục truyền động
14: Bộ phận cấp dầu bôi trơn
15: Buồng điều khiển chính
16: Buồng điều khiển phụ

17: Động cơ điện
18: Bộ hãm quán tính
19: Phanh điện
20: Bộ điều khiển mực nước
21: Cụm khớp ly hợp
Trước khi vận hành tời, phải căn cứ vào cột cần khoan hoặc ống chống
để lựa chọn chế độ điện cho động cơ và lựa chọn tốc độ nâng của tang tời
chính, lựa chọn đầu tời phụ ở chế độ tháo cần hay siết cần để chọn chuyển
động điện.
Sau khi chọn xong các chế độ trên, bật công tắc khởi động để hai động
cơ điện (17) làm việc. Động cơ điện truyền chuyển động qua khớp nối răng (Z
= 25 và Z = 28) làm quay trục trung gian và quay hai đĩa răng xích ở hai đầu
trục. Từ hai đĩa xích này, truyền chuyển động qua bộ truyền xích (Z= 28 và Z
= 38) làm quay đĩa xích tốc độ nhanh (Z = 38) và bộ truyền xích (Z = 25 và Z
= 77).
Khi đó nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ thả nhanh (thả cần,
kéo các vật nhẹ,…) thì đĩa xích tốc độ nhanh sẽ làm quay côn nhanh (3) để
truyền chuyển động quay đến trục tời.
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
22
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
Nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ chậm (kéo cần, kéo các vật
nặng,…) thì đĩa xích tốc độ chậm sẽ làm quay côn chậm (2) để truyền chuyển
động quay đến trục tời.
Tời khoan muốn làm việc phải thông qua hệ thống ròng rọc động và
ròng rọc tĩnh, như vậy đòi hỏi tháp phải có sự ổn định vững chắc để đóng vai
trò như là ổ tựa cho hệ thống tời khoan làm việc.
Trong quá trình làm việc, tời khoan phải tạo được mômen thắng trọng
lượng bản thân của tời. Cơ cấu dẫn động của tang tời tạo lên được mômen
hãm lớn để thắng mômen quán tính của các phần quay vì thế khi khởi động

thì mômen và công suất của tời đạt giá trị cực đại.
2.3. Các bộ phận chính của tời
2.3.1. Cấu tạo trục tời Y2-55

Hình 2.3: Cấu tạo trục tời Y2-55
1, 2 : Khớp nối 3: Bánh xích 4, 25: Gối đỡ
5: Tang phanh 6: Đĩa tang phanh 7: Trục tang
8: Tang tời 9, 15: Vú mỡ 10: Cụm bánh xích
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
11: Nắp bảo hiểm 12, 13: Tang côn 1065 14: Côn hơi 1070
16: Đường mở 17: Moay-ơ 18: Côn hơi 700
19: Đĩa chắn bẩn 20: Bộ kẹp cáp 22, 24: Ổ bi 3638
23, 28: Then 26, 27: Ổ bi 3534 29: Đường nối hơi
30: Đầu tiếp hơi
Tang tời (8) được chế tạo thừ thép ΓX. Nó có thể cuốn được 4 lớp cáp.
Trong quá trình làm việc nó chịu mômen xoắn rất lớn do cáp sinh ra, đồng
thời nó chịu lực nén do các lớp cáp đè lên. Do vậy tang tời thường bị mòn do
ma sát trượt cũng như có thể xảy ra hiện tượng nứt, rỗ. Tang tời được lắp với
đĩa tang (6) bằng các vít chìm. Đĩa tang được chế tạo từ thép 35Λ lắp ghép
với then bán nguyệt. Mặt bên của đĩa tang có các bộ kẹp cáp để cố định cố
định một đầu cáp tời (vị trí A) với 6 con bu lông.
Tang phanh (5) được chế tạo từ thép đúc, được liên kết với đĩa tang (6)
và tang tời (8) bằng 12 con bu lông chốt M36 cho một tang. Tang phanh là
một bộ phận của cơ cấu phanh hãm ma sát. Khi hãm phanh, các đai phanh cơ
học sẽ bó sát vào tang phanh khiến cho tời giảm tốc độ hoặc dừng hẳn.
Cụm bánh xích (10) gồm Z = 28, Z = 19 và tang côn Φ695 được lắp
trên hai ổ lăn 3534. Tang côn Φ695 và côn hơi MΠ700 (18) khi ăn khớp sẽ
truyền cho trục nâng vận tốc số 5.

Tấm chắn bảo vệ (11) được bắt chặt trên tang côn Φ695 bằng 8 con bu
lông M16 nhằm chắn dầu mỡ, nước, chất bẩn lọt vào bề mặt của tang côn và
côn hơi MΠ700 (18). Moay-ơ (17) được lắp trên trục tời (7) bằng phương
pháp ép chặt. Nó có vành moay-ơ để liên kết với tang côn Φ1065 (12) bằng 8
con bu lông M36. Tang côn (12) lại được kẹp chặt với tang côn (13) bằng bu
lông chốt M24 tạo thành tang côn kép để ăn khớp với côn hơi MΠ700. Qua
bộ côn hơi của tời, trục nâng nhận được 4 tốc độ truyền đến từ hộp số dẫn lực.
Phía trên vành tang (13) còn có 3 vấu để bắt bu lông sự cố khi côn hơi
MΠ700 bị hỏng. Côn hơi MΠ700 (18) cũng được kẹp chặt với tang côn (12)
bằng 16 con bu lông M24.
Để cung cấp hơi áp lực cao 8 kg/cm
2
cho côn hơi MΠ700 (18) làm
việc, người ta lắp đầu tiếp hơi (30) và dẫn qua ống mềm (29) và côn hơi
MΠ700 làm cho côn hơi ôm lấy tang côn và truyền chuyển động mômen quay
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
24
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ – Địa Chất
cho tời. Phía đầu kia của trục nâng, người ta lắp khớp nối vấu (2) để ăn khớp
với phanh thuỷ lực UT1450. Khớp nối này di trượt được trên trục then hoa và
có cơ cấu cần gạt để đóng ngắt sự ăn khớp của chúng.
Toàn bộ các chi tiết của trục nâng được đỡ bởi các gối đỡ (4) và (25),
gối đỡ này được kẹp chân đế vào khung của tời và lắp hai ổ lăn 3638. Việc
bôi trơn các gối này bằng cách bơm qua lỗ mở trên gối đỡ. Còn để bôi trơn
hai ổ lăn 3534 thì bơm qua đường ống (16) và vú mỡ (15), mỡ sẽ đi qua dọc
trục rồi vào hai ổ lăn.
2.3.2. Tang tời
Hình 2.4: Tang tời
Tang tời dùng để chứa và cuốn bộ cáp khoan. Trong quá trình làm việc,
tang tời chịu mômen xoắn, nén do lực căng của cáp sinh ra và lực nén do cáp

đè lên.
Đường kính tang tời phụ thuộc vào đường kính cáp. Thông thường ta
có:
D
tt
> 400d
c
Trong đó:
+ D
tt
: đường kính tang tời, (mm);
Sinh viên: Phạm Ngọc Chiến Lớp: Thiết bị dầu khí K50
25