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
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).

[2]


- 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
[4]


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.
[6]


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.

БY-3000

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: 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
80B
110M
1320M
1625M
Thông số cơ bản
80VE
110VE
1320UE
1625UE
Công suất định mức Nđm 750
1100
1500
2200
(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 4000
5000
6500
9000
(m)
Trọng lượng của tời (tấn)
22

26
45
45

[7]


PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN
II.1 Sơ đồ động học của tời khoan

[8]


[9]


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
STT

Các thông số

01

Công suất trục tời

Đơn vị
HP

[10]

I

II

III

550

500

600


02

Chiều sâu giếng

03

Hệ ròng rọc

04

Loại cần khoan

05

Trọng lượng riêng của dung
dịch

06

m

5000

5500

6000

5x6

5x6

5x6

141

141

141

G/cm

1,5

1,5

1,5

Tốc độ quay của chòong

v/ph

300

350

270

07

Đường kính chòong

mm

215

215

215

08

Tốc độ vào hộp số của tời

v/ph

320

300

350

09

Góc nghiêng trung bình của
giếng

θo

18

13

16

10

Tải trọng lên đáy khi khoan

tấn

13

12

10

11

Chiều cao tháp

m

56

56

56

12

Đường kính tang tời

mm

850

770

800

13

Loại động cơ dẫn động

Diezen

Diezen

Diezen

14

Tải trọng móc

300

350

330

mm
3

tấn

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)
3

- Trọng lượng riêng của dung dịch:g = 1,5 (G/cm )
- 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:
n1tg = ntt . = 473 . = 172 (v/p)
n2tg = ntt . = 473 . = 187 (v/p)
n3tg = ntt . = 473 . = 454 (v/p)
n4tg = ntt . = 473 . = 821 (v/p)
- Tốc độ của trục nâng:
n1tn = n1tg . = 172 . = 119 (v/p)
n2tn = n2tg . = 187 . = 129 (v/p)
n3tn = n3tg . = 454 . = 314 (v/p)
n4tn = n4tg . = 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)
Dt4 = Dt + 6dc= 850 + 6.32 = 1042 (mm)
[12]


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);
nitn: 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:
V1moc = = = 0,65 (m/s)
V2moc = = = 0,70 (m/s)
V3moc = = = 1,71 (m/s)
V4moc = = = 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:
Q1m =
Q2m =
Q3m =
Q4m =

= 719,23 (tấn)
= 667,86 (tấn)
= 273,39 (tấn)
= 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:

Lcn =

KG c
q cn .cosθ .(1-

gd
)
gt

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:

Qck = L.qck .(1-

gd
)
gt

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:
Qck : Là trọng lượng bộ dụng cụ khoan.
[14]


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:

N=

Q.1000.Vmoc
102.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)

N1
N2
N3
N4

I
1088
1771
2861
5187

[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.

[16]