Đồ Án quy trình vận hành, bảo dưỡng máy bơm W2215

Mục Lục
Lời Nói Đầu………………………………………………………………………………………………….1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN
VIETSOPETRO ..........................................................................................................1
1.1 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan .........................................................2
1.1.1 Máy bơm dung dịch khoan.................................................................................4
1.1.2 Sàng rung ...........................................................................................................4
1.1.3 Máy lọc cát (Hydroxycl) ....................................................................................5
1.1.4 Máng lắng...........................................................................................................6
1.1.5 Máy tách khí .......................................................................................................6
1.1.6 Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan ..................................................7
1.1.7 Những yêu cầu công nghệ của máy bơm dung dịch khoan ............................... 9
1.2 Một số loại máy bơm dung dịch khoan thường dùng ở Vietsopetro ....................9
1.3 Những kết quả đạt được , những tồn tại cần tập trung nghiên cứu .....................10
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM W2215 ...........................................................................................................................12
2.1 Cấu tạo máy bơm W-2215 ..................................................................................12
2.1.1 Phần cơ khí .......................................................................................................12
2.1.2 Phần thủy lực ....................................................................................................14
2.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm W-2215 ........................................................29
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY BƠM W-2215
...................................................................................................................................31
3.1 Quy trình vận hành .............................................................................................. 31
3.1.1 Chạy thử bơm ...................................................................................................31
3.1.2 Lưu ý khi vận hành...........................................................................................32
3.1.3 Các biểu hiện thường gặp khi vận hành máy bơm. Nguyên nhân và biện pháp
khắc phục...................................................................................................................33
3.1.4 An toàn khi vận hành máy bơm .......................................................................35
3.2 quy trình bảo dưỡng ............................................................................................ 36
3.2.1 Vấn đề bôi trơn .................................................................................................36
3.2.2 Vấn đề bảo dưỡng máy bơm ............................................................................37
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SỰ MÒN HỎNG CỦA CỤM XILANH-PISTON...44

4.1 Một số dạng mòn hỏng của cụm xilanh-piston ...................................................44


4.1.2 Cơ sở lý thuyết của sự mòn hỏng .....................................................................45
4.1.3 Các dạng mòn hỏng của cụm xilanh- piston ....................................................50
4.2 Một số biện pháp nâng cao tuổi thọ của cụm xilanh-piston ............................... 58
4.2.1 Biện pháp thiết kế............................................................................................. 58
4.2.2 Biện pháp công nghệ ........................................................................................59
4.2.3 Biện pháp sử dụng ............................................................................................ 60
4.3 Một số biện pháp phục hồi khả năng làm việc của cụm xilanh-piston ...............61
4.3.1 Xác định hiện tượng, tình trạng, mức độ hư hỏng của chi tiết........................61
4.3.2 Lựa chọn phương pháp phục hồi ......................................................................62
4.3.3 Các biện pháp sửa chữa ....................................................................................62
KẾT LUẬN ...............................................................................................................66


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT

SỐ HÌNH VẼ

TÊN HÌNH VẼ

1

Hình 1.1

Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn

2

2

Hình 1.2

Sàng rung

5

3

Hình 1.3

Máy lọc cát

5

4

Hình 1.4

Máy tách khí

6

5

Hình 1.5

Thùng trộn dung dịch khoan

7

6

Hình 1.6

Phễu trộn dung dịch khoan

8

7

Hình 2.1

Sơ đồ cấu tạo phần cơ khí của máy bơm

12

8

Hình 2.2

Module thủy lực

15

9

Hình 2.3

Sơ đồ cấu tạo cụm xilanh- piston

16

10

Hình 2.4

Cấu tạo piston

17

11

Hình 2.5

Cấu tạo van thủy lực

19

12

Hình 2.6

Van an toàn

20

13

Hình 2.7

Cấu tạo van xả nhanh

21

14

Hình 2.8

Van điều hòa

22

15

Hình 2.9

Bộ làm kín ty piston

23

16

Hình 2.10

Bộ làm kín ty trung gian

25

17

Hình 2.11

Hệ thống bôi trơn ty bơm

27

18

Hình 2.12

Hộp thủy lực

28

19

Hình 2.13

Bộ phận trao đổi nhiệt

29

20

Hình 2.14

Phần cơ khí

29

21

Hình 2.15

Phần thủy lực

30

22

Hình 4.1

Sơ đồ biểu diễn sự mòn do mài

46

23

Hình 4.2

Sơ đồ biểu diễn sự mòn do chèn ép hạt mài

47

24

Hình 4.3

Sự mòn của xilanh

52

25

Hình 4.4

Sự mòn vòn cao su của piston

52

26

Hình 4.5

Ảnh hưởng của thành phần lực N đến độ
mòn của xilanh

54

27

Hình 4.6

Đường đặc tính xâm thực của máy bơm

56

TRANG


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

STT

SỐ HIỆU
BẢNG

1

Bảng 1.1

2

Bảng 3.1

3

Bảng 3.2

Quy trình bảo dưỡng các bộ phận

4

Bảng 4.1

Các chi tiết trong sơ đồ biểu diễn sự mòn
do mài

46

5

Bảng 4.2

Các chi tiết trong sơ đồ biểu diễn sự mòn
do chèn ép hạt mài

47

6

Bảng 4.3

Các chi tiết trong hình 4.3

52

7

Bảng 4.4

Bảng thông số chế độ khoan

64

8

Bảng 4.5

TÊN BẢNG
Thông số chính máy bơm loại YHБ-600
Những hỏng hóc trong quá trình sử dụng
máy bơm khoan

Thông số dung dịch dung cho giếng
khoan

TRANG
9
33-34
37-44

64


1

LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội phát triển nhu cầu về năng lượng luôn là một trong những vấn đề ưu
tiên hàng đầu của mỗi quốc gia, do đó ngành công nghiệp dầu khí hiển nhiên là một
trong số những ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước. Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam ngày càng phát triển không chỉ
trong nước mà còn vươn xa tới thị trường quốc tế trong công tác thăm dò – khai
thác dầu khí. Trong công tác khoan giếng, quá trình vận chuyển mùn khoan lên bề
mặt là một quá trình kỹ thuật cơ bản khi khoan còn trong khoan dầu khí, ta sử dụng
máy bơm để bơm dung dịch khoan khoan xuống giếng, đưa mùn khoan lên mặt đất
và thực hiện các chức năng khác. Đây là tổ hợp không thể thiếu trong mỗi tổ hợp

thiết bị khoan.
Sau một thời gian thực tập tại các Xí Nghiệp Liên Doanh Dầu Khí
Vietsopetro tại TP Vũng Tàu và một số cơ sở, xí nghiệp khác , nhận thấy tầm quan
trọng của máy bơm dung dịch khoan trong công tác khoan các giếng dầu khí em đã
lựa chọn đề tài: “Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm
khoan W-2215 trong khoan dầu khí” Chuyên đề: “Nghiên cứu sự mòn hỏng cụm
xilanh – pitton”. Kết cấu đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về máy bơm dung dịch khoan ở Vietsopetro.
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc máy bơm W-2215.
Chương 3: Quy trình vận hành, bảo dưỡng máy bơmW-2215.
Chương 4: Nghiên cứu sự mòn hỏng cụm xilanh – piston.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn
chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy, em rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn.
Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo TS. Nguyễn Văn Giáp, các Thầy ,Cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí Và
Công Trình cùng toàn thể các Thầy , Cô giáo trong trường “ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA
CHẤT ” đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này , em xin cảm ơn rất nhiều
và em xin chúc các Thầy , Cô sức khỏe tốt luôn gặp nhiều niềm vui và may mắn
trong cuộc sống, gặt hái nhiều thành công trong sự nghiệp trồng người!
Em Xin Chân Thành Cảm Ơn!
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2017
Sinh Viên
Trần Đức Luận


2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN Ở VIETSOVPETRO

1.1 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan
Nguyên lý làm việc: Từ chuyển động quay của động cơ qua hệ thống bánh
đai truyền qua bộ phận cơ khí biến chuyển động quay của trục thành chuyển động
tịnh tiến của pitton. Trong quá trình piston chuyển động sẽ làm đóng, mở van hút xả
đưa dung dịch đi.
Dung dịch khoan được tuần hoàn theo sơ đồ dưới:

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn.
1. Máy bơm dung dịch
9. Khoảng không vành xuyến
2. Ống đứng
3. Cần vuông
4. BOP(Blow Out Preventer)
5. Cần khoan
6. Thành giếng
7. Cần nặng
8. Choòng khoan
17. Sàng rung

10. Đầu xa nhích
11. Ống cong
12. Đầu ống hút của bơm
13. Đường xả quá tải
14. Phễu
15. Thùng chứa dung dịch
16. Xyclon lọc


3

Giải thích sơ đồ 1.1
Từ bể chứa (15) dung dịch sẽ đi qua ống hút bơm (12) khi đó dung dịch đi
vào bơm (1),từ bơm dung dịch được bơm qua ống đứng(2)sau đó đi qua ống cong
(11) tiếp tục qua cần vuông (3) rồi xuống chòong khoan (8). Dung dịch hòa trộn với
đất đá thành bùn và được đưa lên mặt đất qua khoảng không vành xuyến (9) lên
sàng rung (17). Phần lẫn khí trong dung dịch sẽ được tách khí ra từ máy tách khí,
dung dịch đi vào bể chứa (15) và tiếp tục vòng tuần hoàn.Trong công tác khoan Dầu
khí dung dịch đóng vai trò hết sức quan trọng. Bởi vì nó có các chức năng sau:
- Chức năng nâng mùn khoan: Trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan
có nhiệm vụ nâng mùn khoan lên miệng giếng. Việc nâng mùn khoan lên
phụ thuộc vào vận tốc, trọng lượng riêng và độ nhớt của dung dịch khoan.
Các tính chất này phụ thuộc tính chất đất đá tạo mùn ở mỗi tầng địa chất.
-

-

Chức năng giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng : sau khi ngưng tuần hoàn
dung dịch mùn sẽ được giữ lại trong khoảng không vành xuyến. Chính tính
lưu biến của dung dịch đã giữ mùn khoan ở trạng thái này nhờ sự gen hóa
khi ngưng tuần hoàn. (Thực tế là các dung dịch nhớt đều có tính lưu biến).
Chức năng làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho bộ khoan cụ: Dụng
cụ khoan bị nóng lên bởi ma sát cơ học, chuyển thành nhiệt và nóng lên bởi
nhiệt độ ở đáy giếng (địa nhiệt). Việc dung dịch khoan có khả năng làm giảm

-

ma sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng. Do đó để cải thiện chức năng này
người ta cho thêm vào dung dịch các chất làm giảm ma sát như dầu và các
phụ gia khác.
Chức năng gia cố thành giếng khoan: dung dịch khoan sẽ thẩm thấu vào

thành để lại một lớp màng các hạt keo. Lớp màng này được gọi là vỏ sét.
Lớp vỏ sét này bám chắc được là nhờ các sản phẩm đặc biệt gọi là chất
khử lọc.

Chức năng khống chế sự xâm nhập các chất lỏng từ vỉa: dung dịch khoan
tác động một áp suất tĩnh lên thành giếng có giá trị bằng:
Ph = 9,81.ρ.H
(1.1)
H: Chiều cao của cột dung dịch ( m )
ρ: Khối lượng riêng của dung dich khoan ( kg/m3)
Nếu áp suất thủy tĩnh Ph lớn hơn áp suất chất lỏng trong thành thì chất lỏng
này không thể chảy vào trong giếng được. Do đó có thể coi dung dịch khoan như
một đối áp đầu tiên khống chế áp suất ở đáy giếng.
-


4

-

Chức năng truyền dẫn công suất cho động cơ đáy: Đối với một số ứng
dụng cho khoan định hướng, khoan bằng choòng kim cương người ta lắp
vào bộ khoan một động cơ đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích). Động cơ này
làm việc nhờ áp lực của dòng dung dịch khoan cụ làm quay dụng cụ phá
đá. ( Tuy nhiên khi vận hành động cơ này sẽ gây sụt áp lớn và tổn thất áp

-

suất trong hệ thống đẩy của bơm).
Chức năng truyền thông tin (dữ liệu) địa chất: Nhờ sự tuần hoàn mà dung

dịch khoan mang thông tin lên mặt đất cho các nhà địa chất và thợ khoan khi
khoan biết được địa tầng của mỗi vùng khoan qua.
Chính nhờ các chức năng của dung dịch khoan giúp cho quá trình khoan
được thuận lợi. Sau khi đưa mùn khoan lên dung dịch khoan đã bị bẩn. Để tiếp tục
tái sử dụng dung dịch cần phải làm sạch dung dịch trước khi bơm trở lại. Các thiết
bị bơm và làm sạch dung dịch gồm có:
- Máy bơm dung dịch và hệ thống vòi cao áp
- Sàng rung
- Máng lắng
- Máy lọc cát
- Máy tách khí
- Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan
1.1.1 Máy bơm dung dịch khoan
Hiện nay máy bơm khoan được sử dụng trên giàn khoan là loại máy bơm
pitton: Máy bơm hai xilanh tác dụng kép hoặc máy bơm piton ba xilanh tác dụng
đơn dung dịch rửa giếng khoan.
Máy bơm khoan được dùng nhiều là loại bơm pitton bởi vì nó có một số ưu
điểm sau:
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Tạo được áp suất lớn
- Lưu lượng bơm và áp suất bơm độc lập với nhau
- Cấu tạo đơn giản dễ dàng thay thế, lắp ráp và bảo dưỡng
- Độ bền cao phù hợp với công tác khoan trên biển
Do bơm piston có thể tạo ra áp lực cao nên chúng được dùng để đưa dung
dịch khoan xuống giếng khoan. Chất lỏng dung dịch mà bơm có thể đưa được
xuống là:nước, sét, dung dịch nhũ tương.
1.1.2 Sàng rung

5

Hình 1.2 Sàng rung
1. Sàng rung
3. Đường ống nối các bể dung dịch
2. Bể lắng cát
4. Đường thu hồi chất rắn
Sàng rung là một bộ phận lọc nước đầu tiên sau khi dung dịch từ giếng
khoan ra. Sàng rung được cấu tạo từ các tấm lưới kim loại đặt nghiêng 13-15 độ.
Dung dịch chảy vào là nhờ sự rung động nhịp nhàng của đối trọng và lò xo giảm đối
mà những phần tử nhỏ, nhẹ chảy xuống máng vào bể chứa dung dịch còn các phân
tử nặng lớn rơi ra ngoài.
1.1.3 Máy Lọc Cát (Hydroxycl)

Hình 1.3 Máy lọc cát
Là loại máy lọc cát trong dung dịch sau khi đã chảy qua sàng rung và
máng lắng. Dung dịch được các bơm ly tâm xả vào các côn theo phương tiếp
tuyến. Những phân tử nặng rơi xuống dưới chảy ra ngoài. Còn các phân tử nhẹ
trào lên trên chảy vào máng dung dịch ( các loại này có kích thước nhỏ hơn 74
μm ).


6

Máy lọc cát sẽ tách các loại hạt có kích thước lớn hơn 74 μm.
1.1.4 Máng lắng
Được dùng để tách bớt một phần chất rắn trong dung dịch đã lọt qua sàng
rung. Máng lắng có chiều rộng từ 600-700 mm, chiều sâu từ 400 – 600 mm và chiều
dài từ 40 – 50 m. Máng lắng có tác dụng làm chậm tốc độ chảy của dung dịch. Tạo
điều kiện cho mùn khoan dễ lắng đọng trên suốt chiều dài máng.

1.1.5 Máy tách khí

1. Thành bình
2. Ống dẫn khí

Hình 1.4 Máy tách khí
4. Máy nén khí
5. Đường dẫn dung dịch

3. Cánh nghiêng
6. Đường vào của dung dịch
Là loại máy dùng để xử lý dung dịch khoan khi bị lẫn khí, tránh nguy cơ
phun trào, tránh nguy cơ gây hỏa hoạn đồng thời đảm bảo hiệu suất cho các loại
máy bơm.
Máy tách khí có nhiều loại được sử dụng nhưng đều có nguyên lý làm việc
giống nhau. Nguyên lý cơ bản là sử dụng chênh lệch áp suất trong bình chân không
của buồng máy với áp suất của các bọt khí lẫn trong dung dịch. Điều quan trọng
nhất của máy tách khí là máy hút chân không để hút hết không khí trong bình tạo ra
một áp suất nhỏ hơn áp suất bên ngoài.


7

1.1.6 Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan
Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch bao gồm: Bể chứa, thùng trộn,
phễu trộn, máy quấy và súng phun.
1.1.6.1 Bể chứa dung dịch khoan
Bể chứa dung dịch khoan có dạng hình hộp chữ nhật với các kích thước
tiêu chuẩn sau:
Chiều dài: 3700 ÷6000 (mm)

Chiều rộng: 2650 (mm)
Chiều cao: 1820 (mm)
Bể chứa được gia công từ các tấm tôn dày hàn vững chắc nhờ các thanh
thép định hình. Số lượng bể chứa cho một giàn khoan có thể thay đổi theo vị trí của
giàn khoan đó.
1.1.6.2 Thùng trộn dung dịch khoan

Hình 1.5 Thùng trộn dung dịch khoan
Thùng trộn dung dịch khoan được cấu tạo đơn giản, thường để trộn sét khô,
hóa phẩm và nước lã để tạo thành dung dịch khoan.
Thùng trộn có thể tích 4000 ÷ 10000 (mm3) bên trong có cánh được lắp trên
trục làm nhiệm vụ xáo trộn đều đất, sét , hóa phẩm và nước lã. Thùng trộn có một


8

máy khuấy bằng động cơ điện. Nước được bơm vào thùng qua ống dẫn lắp ở phía
trên còn hóa chất và lắp được đưa vào thùng từ nắp. Với loại thùng trộn dạng này
có thể tạo dung dịch khoan từ sét cục.
1.1.6.3 Phễu trộn

Hình 1.6 Phễu trộn dung dịch khoan
1. Phễu
3. Vòi phun
2. Khóa phễu trộn
4. Đường ra của dung dịch
Phễu trộn dùng để gia công dung dịch khoan từ sét bột, dưới sự tác động
của dòng xoáy lực, xoáy cuộn để trộn đều sét, hóa phẩm và nước.
1.1.6.4 Máy quấy và súng phun
Là thiết bị dùng để quấy dung dịch trong bể. Việc khuấy động lần này làm

cho chất rắn trong bể không thể lắng đọng xuống đáy bể. Đặc biệt là dung dịch nặng


9

có bột đá ba-rít. Nhờ vào máy quấy và súng phun làm cho các hạt rắn phân bố đều
trong dung dịch. Cả hai loại này thường được lắp ở bể chứa.
1.1.7 Những yêu cầu công nghệ của máy bơm dung dịch khoan
Đối với bơm dung dịch khoan cần được đáp ứng những yêu cầu sau:
- Bơm cần có áp suất lớn cũng như đạt được độ ổn định trong quá trình
truyền dung dịch do độ sâu của khoan rất lớn.
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Có khả năng bơm dung dịch một cách ổn định
- Đáp ứng được những yêu cầu của công tác khoan
- Có mối liên kết lắp đặt hợp lý với các thiết bị trên giàn
1.2 Một số loại máy bơm dung dịch khoan thường dùng ở Vietsopetro
Hiện nay tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro có 2 loại giàn chính
sử dụng để khoan đó là giàn cố định và giàn tự nâng. Trên giàn cố định có tháp
khoan hiện nay sử dụng chủ yếu là các bơm khoan của Liên Xô tiêu biểu như loại
YHБ-600 và 9 MPT-73. Loại YHБ-600 có các thông số chính như sau:
Bảng 1.1 Thông số chính máy bơm loại YHБ-600
Công suất máy bơm

600 kW

Công suất thuỷ lực

475 kW

Chiều dài hành trình Piston

400 mm

Đường kính ty Piston

70 mm

Loại bình ổn áp

IIK-70-250 màng cao su

Thể tích khí trong bình ổn áp

70 dm3

Áp suất bơm lớn nhất

250 kG/cm2

Đường kính của đầu thủy lực

196,80,2 mm

Đường kính trục chủ động

175 mm

Đường kính trục trung gian

120 mm

Độ côn lỗ lắp nối van

1:6

Số xilanh

2

Số hành trình kép lớn nhất của piston

65 lần/phút

Tốc độ vòng quay của trục chủ động

320 vòng/phút

Tỷ số truyền động

123/25

Dạng van

Van đĩa

Dạng van an toàn

Dạng màng

Loại dây đai

П

Số dây đai

16

Kích thước bơm:dài x rộng x cao

510x3020x330 mm

Nhiệt độ chất lỏng trong bơm

< 800C

Đường của bánh đai

Ф1400 ; Ф1700 ; Ф1800 mm


10

Đường của bánh đai và trọng lượng máy bơm tương ứng:
Ф1400mm
Ф1700mm
Ф1800mm

22250kg
25750kg
26050kg

Hiện nay, Vietsovpetro còn có 3 giàn khoan tự nâng sử dụng các loại máy
bơm khoan được sản xuất ở các nước tư bản. Giàn khoan Cửu Long dùng hai máy
bơm NOV 12-P-160 triplex có bình điều hòa Hydril K-20 5000psi. Bơm được dẫn
động bởi 2 động cơ điện EMD D79DM motor, 1600 HP. Giàn Tam Đảo 01 dùng 3
bơm NOV 1600HP. Giàn Tam Đảo 02 hiện nay dùng 2 bơm khoan là W2215-193
và W2215-195. Máy bơm W2215 có các thông số như sau:

1.3 Những kết quả đã đạt được , những tồn tại cần tập trung nghiên cứu
Từ khi hình thành ngành Dầu khí tới nay các loại máy bơm đã được sử
dụng trên giàn khoan khai thác Dầu khí của Xí nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro
một cách hợp lý và hiệu quả. Đã góp phần to lớn trong công cuộc xây dựng nền
công nghiệp của đất nước từng bước phát triển hơn. Việc sử dụng máy bơm trong
công tác khai thác Dầu khí đã được sử dụng một cách hợp lý giúp cho quá trình khai
thác, tìm kiếm thăm dò đạt hiệu quả cao.


11

Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn còn có nhưng tồn tại hạn chế về mặt đáp ứng các
yêu cầu công nghệ hiện đại đang được sử dụng trên giàn khai thác Dầu khí hiện
nay. Do thời gian làm việc không đảm bảo được những yêu cầu cần thiết. Vì vậy
chúng ta cần phải có những biện pháp nhằm nâng cao tuổi thọ cũng như khả năng
làm việc của máy bơm để có thể đáp ứng được những yêu cầu công việc.


12

CHƯƠNG 2
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM W-2215

2.1 Cấu tạo máy bơm W- 2215
Bơm W-2215 có 2 phần chính là phần cơ khí và phần thủy lực:
-

Phần cơ khí có nhiệm vụ nhận mômen truyền động từ hệ thống dẫn động và
biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến trên con trượt cũng như
trục trung gian truyền đến phần thủy lực để máy hút và đẩy chất lỏng vào
giếng khoan.

-

Phần thủy lực là nơi lắp ráp các cụm chi tiết như: xilanh, piston, van hút,
van nén, van an toàn và bình điều hoà. Phần thủy lực của máy bơm là nơi
tiếp nhận năng lượng từ phần cơ của máy bơm để truyền năng lượng đó tới

chất lỏng và di chuyển chất lỏng đó từ bể chứa qua đường ống xả vào giếng
khoan.
Ngoài ra, nó còn gồm một số bộ phận khác như: thiết bị làm kín, hệ thống
bôi trơn và làm mát.
2.1.1 Phần cơ khí
Bộ phận cơ khí là một trong hai bộ phận chính của máy bơm. Nó có tác
dụng chuyển từ công suất của động cơ điện qua các bộ phận của bộ phận cơ khí
truyền chuyển động cho piston chuyển động tịnh tiến để thực hiện các quá trình hút
và đẩy.

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo phần cơ khí của máy bơm


13

2. Nắp kiểm tra

15. Đế máy bơm
16. Thân dưới bơm

3. Vít cấy

17. Lỗ tháo dầu

4. Ốc gia cố thân trên , thân

18. Máng trượt dưới

1. Ty trung gian

dưới

19. Ốc vít máng trượt dưới

5. Đệm làm kín

20. Ốc hãm

6. Nắp thăm dò

21. Máng trượt trên

7. Nắp mặt kiểm tra

22. Ốc hãm

8. Vít nắp đổ dầu

23. Con trượt

9. Trục biên

24. Chốt con trượt

10. Tay biên

25. Ốc vít máng trượt trên

11. Bánh rang bị động

26. Tấm chắn dầu

12. Vòng bi tay biên

27. Trục chủ động máy bơm

13. Thân trên máy bơm

28. Ốc hãm ty trung gian

14. Que thăm dầu


Đây là phần dẫn động của bơm, tức nó có nhiệm vụ dẫn động và truyền công
suất cho phần thủy lực làm việc.

Phần cơ khí có cấu tạo như hình 2.1 gồm: bánh đà, trục chủ động, bộ truyền
động bánh răng, hệ thống tay quay- thanh truyền và kết cấu con trượt.
Khi trục (27) nhận được chuyển động từ bộ truyền đai và quay theo chiều
mũi tên làm bánh răng bị động (11) quay theo. Bánh răng (11) được liên kết chặt
với trục (9) nên trục (9) quay theo và biến chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến trên con trượt cũng như ty trung gian (1) để thực hiện quá trình hút và nén
chất lỏng về đường cao áp.
Ổ bi của trục chủ động (27) và trục (9) được lắp giữa hai thân trên (13) và
thân dưới (16) và được kẹp bởi bulông số (4). Nắp kiểm tra (2) dùng để kiểm tra sự
bôi trơn cho cụm con trượt (23) cũng như máng trượt (21). Nắp số (7) dùng để kiểm
tra các chi tiết bên trong của máy bơm cũng như là nơi để bổ xung dầu bôi trơn cho
máy. Việc kiểm tra truyền động bánh răng và dầu bôi trơn được thực hiện thông qua
một lỗ đặc biệt được mở nhờ nắp thăm dò (6). Lỗ này xả hơi ra ngoài khi bơm làm
việc và đổ dầu vào bể khi dầu trong bể cạn hoặc thay dầu mới. Que thăm dầu (14)
dùng để kiểm tra mực nhớt trong máy bơm, yêu cầu mực nhớt phải nằm trong
khoảng min và max đã được đánh dấu trên que thăm. Máy bơm được bôi trơn bằng
dầu bơi trơn AGMA No7 EP hoặc /ISO-VG Grade 460 khi điều kiện làm việc trong
khoảng 55÷1550F.
Sự bôi trơn cặp bánh răng ăn khớp bằng cách ngâm dầu tức là dầu được đổ ít
nhất ngập chân răng bánh răng lớn. Còn vòng bi tay biên và con trượt máng trượt
bằng phương pháp vung té. Cặp bánh răng sẽ quay như hình vẽ, dầu sẽ văng lên
ngăn buồng dưới nắp (2) và chảy qua lỗ dẫn vào con trượt để bôi trơn cho con trượt
ở mặt đầu của máng trượt dưới (18) người ta lắp tấm chắn dầu (26) nhờ vậy mà
trong lòng máng trượt luôn luôn có một lượng dầu bôi trơn cho cụm con trượt. Các
vòng bi còn lại được bôi trơn định kỳ bằng mỡ bôi trơn.
2.1.2 Phần thủy lực
Là phần quan trọng của bơm, nó có nhiệm vụ thay đổi năng lượng cơ thành
công thuỷ lực tiêu hao trong quá trình hút và đẩy của xilanh- pitton
Phần thủy lực cấu tạo gồm các bộ phận chính như: vỏ hộp thuỷ lực, cụm
xilanh-pitton, van, ống hút, ống đẩy, bình điều hòa.

Bộ phận thủy lực gồm có 2 phần chính: Modul hút và Modul xả. Bộ phận
modul hút phần 2 của 2 phần module thủy lực có thể tháo rời mà không làm xáo
trộn tới modul xả. Modul xả của 2 phần bộ phận thủy lực có thể tháo rời mà không


làm xáo trộn tới modul gần kề.Trong các bộ phận của bộ phận thủy lực quan trọng
nhất vẫn là xilanh, pitton và cặp van hút, đẩy. Việc điều chình lưu lượng và áp suất
của bơm dựa vào việc điều chỉnh kích thước của xi lanh-piston.
Các bộ phận của modul thủy lực

Hình 2.2 Module thủy lực
1. Đường ống đẩy
2. Bình điều hòa đẩy
3. Van đẩy
4. Xi lanh

6. Piston
7. Manhephon hút
8. Ống hút
9. Cần piston

5. Van hút

10. Manhephon đẩy


2.1.2.1 Cụm Xilanh-Pitton

9

10

9

11

8

12

7
6

5

1 2 3 4

5

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo cụm xilanh-piston
1. Ống lót

12. Pitton

2. Vòng cách
3. Thân máy
4. Vòng định tâm
5. Xilanh
6. Hộp thủy lực
7. Vòng cao su

8. Vòng cách
9. Ống lót
10. Đai ốc

13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.

11. Êcu

Cần pitton
Êcu
Vòng đỡ
Bulong
Vòng phớt
Ống ép
Đĩa cao su
Đai Ốc
Ty trung gian


Cụm xilanh- piston là bộ phận quan trọng nhất của phần thuỷ lực. Trong quá
trình làm việc, chúng tiếp xúc trực tiếp với dung dịch khoan để tạo ra áp suất và lưu
lượng yêu cầu, truyền chất lỏng xuống giếng khoan thông qua bộ khoan cụ để làm

mát choòng, tạo dòng chảy và áp suất đưa mùn khoan lên trên mặt đất, nhằm làm
sạch giếng khoan, tránh sập lở thành giếng và tránh được hiện tượng phun trào dầu
khí trong quá trình khoan. Chính vì tính chất quan trọng của cụm này, trong quá
trình lựa chọn máy bơm ta phải xác định được đường kính của xilanh và piston hợp
lý để tạo ra được lưu lượng yêu cầu:
- Xilanh:
Xilanh của bơm là loại chi tiết có thể thay thế được, có dạng hình trụ với
đường kính ngoài là 230mm, đường kính trong từ 130÷200mm, được chế tạo từ
thép thấm cácbon. Bề mặt trong sau khi nhiệt luyện sẽ được tráng một lớp thép
Crôm dày từ 0,5÷0,7mm để chống rỉ và mài mòn do dung dịch và piston gây ra.
Xilanh được bắt chặt vào hộp thủy lực bằng bulông và đai ốc. Muốn thay đổi
lưu lượng và áp suất ta thay đổi đường kính trong của xilanh.
- Piston

Hình 2.4 Cấu tạo piston
1. Cao su

2. Thép


Cấu tạo của piston là khối hình trụ bằng kim loại, trên bề mặt ngoài có phủ
lớp kim loại cứng (thường mạ đồng) chịu ma sát, chống mài mòn cao, trong có lỗ để
nối với cần piston. Mặt ngoài của piston có rãnh để lắp gioăng cao su tổng hợp. Khi
bơm làm việc, các gioăng này tỳ sát vào thành xilanh nhằm giữ kín không cho dung
dịch lọt qua giữa thành xilanh và piston để bơm làm việc ổn định. Nhờ vậy, trong
xilanh sẽ tạo thành những vùng giảm áp và tăng áp để hút và đẩy dung dịch ra ngoài
với áp suất lớn. Đường kính ngoài của piston bằng đường kính trong của xilanh, tức
là từ 130÷200mm.
Cần piston là thanh được làm bằng kim loại cứng trên bề mặt của nó cũng
được phủ lớp kim loại chịu ma sát, chống mài mòn. Đầu dưới của cần piston tiện

ren để nối vào thanh nối của máng trượt, đầu trên cũng tiện ren để giữ piston. Cần
piston có tác dụng truyền chuyển động cho piston chạy trong xilan.

• Xác định đường kính của xilanh-piston:
Trong quá trình làm việc, piston luôn chuyển động tịnh tiến qua lại trong
xilanh mà vẫn phải đảm bảo giữ kín không cho dung dịch lọt qua giữa thành xilanh
và piston do vậy đường kính trong của xilanh phải bằng đường kính của piston.
Điều này có nghĩa là, việc đi xác định đường kính của xilanh và piston chính là tính
toán đường kính trong và ngoài của xilanh.
Đường kính trong của xilanh (D)
Công thức tính lưu lượng của bơm tác dụng kép:
Q=

i.F .S .n.a
60

(2.1)

Trong đó:
i- số xilanh;
S- khoảng chạy của piston;
n- tốc độ quay của tay quay;
a- hệ số tiết diện, bơm đơn a=1;
f- tiết diện của cần piston;
 .D 2
F- tiết diện của piston, F =
;
4

D- đường kính của piston (đường kính trong của xilanh)

Như vậy:
 .D 2 i..S .n.a
Q=
.
60
4

(2.2)


Đặt

S
= φ, với φ là một hệ số cho trước phụ thuộc vào kích thước bơm, với
D

bơm W2215 thì φ = 1,5.
 S = φ.D
Thay giá trị của S vào (2.5) và rút ra D ta được:
D =6,2. 3

Q
 .i. .n.a

(2.3)

Đường kính ngoài của xilanh (Dn)
Đường kính ngoài của xilanh ta tính theo công thức sau:
Dn = D.

   0,4 P
   1,3P

(2.4)

Trong đó:

  - ứng suất kéo cho phép của vật liệu làm xilanh;
Với thép cácbon:   = 500÷700 KG/cm2
Với thép hợp kim:   = 1000 KG/cm2

P- áp suất thử dò. Thông thường P= (1,5÷1,8).Pmax
Với Pmax- áp suất lớn nhất trong xilanh trong quá trình làm việc.
2.1.2.2 Van
Máy bơm dung dịch khoan W-2215 sử dụng ba loại van chính là van thủy
lực, van an toàn và van xả nhanh.

• Van thủy lực

Hình 2.5 Kết cấu van thủy lực
1. Nắp van
5. Đệm kín
2. Gioăng làm kín
6. Cối van
3. Gioăng làm kín
7. Êcu
4. Trục dẫn hướng


Van thủy lực có nhiệm vụ để ngăn cách khoảng không giữa buồng làm việc

và các đường ống hút, ống đẩy. Van thủy lực là loại van ngược chỉ cho phép dung
dịch đi theo một chiều nhất định, nó có cấu tạo đơn giản với kết cấu như sau: Khi
van làm việc thì nắp van (1) sẽ được đóng mở qua sự dịch chuyển của nắp van nhờ
bộ phận dẫn hướng (3). Trên bộ phận dẫn hướng (4) có êcu (7) và đệm làm kín (5),
đệm này có tác dụng bịt kín khoảng không giữa khoang làm việc và đường ống.
Trên êcu (7) có lắp lò xo để đóng van khi áp suất trong buồng làm việc thay đổi.
Van thủy lực của bơm piston thường là loại van ngược, có nghĩa là khi áp
suất trong buồng làm việc thay đổi tăng hoặc giảm so với áp suất đường ống hút
hoặc ống xả do sự dịch chuyển qua lại của piston trong xilanh, thì nắp van (1) sẽ
đóng hoặc mở để điều chỉnh quá trình bơm. Khi nắp van (1) mở thì bộ phận dẫn
hướng (4) sẽ hướng dòng chảy đi qua nó để vào khoang làm việc (nếu thực hiện quá
trình hút) hoặc đi ra ngoài qua đường xả (nếu thực hiện quá trình đẩy). Một quá
trình mới lại được tiếp tục.

• Van an toàn
1

2

3

4

5

6

7

Hình 2.6 Van an toàn

1. Thân van
4. Nắp van
2. Vồng làm kín
5. Gioăng làm kín
3. Màng van
6. Vít hãm van
7. Lá van
Van an toàn được dùng để đảm bảo cho hệ thống được an toàn khi quá tải.
Nó được đặt trên đường ống chính có áp suất cao.Van an toàn được nối vào ống xả
của buồng thủy lực, nó có tác dụng ngăn ngừa, bảo vệ màng cao su của bình điều
hòa, cũng như bảo vệ hệ thống đường ống và các thiết bị khác khi áp suất của bơm
quá lớn hoặc xảy ra sự cố.


Van an toàn là van thường đóng, vì một lý do nào đó, áp suất làm việc của
bơm tăng lên một cách đột ngột lớn hơn áp suất giới hạn cho phép của van an toàn,
nó sẽ làm rách màng đàn hồi và một phần của dung dịch khoan sẽ được đưa trở lại
cửa hút ban đầu, nhằm giảm áp suất làm việc, tránh gây hư hỏng cho các thiết bị
khác.

• Van xả nhanh
Van xả nhanh được nối trạc 3, một đầu được nối vào ống cao áp, một đầu nối
vào đường hồi về bể chứa. Trong thời gian bơm làm việc, khi cần xả áp suất trong
bơm nhanh hay cần xả khí trong buồng làm việc của bơm thì ta dùng van xả nhanh.
5

3 2

5

1

4
6

6

1. Thân van.
4. Cối van.

Hình 2.7 Cấu tạo van xả nhanh.
2. Gioăng piston.
3. Piston.
5. Đường khí đóng mở van .
6. Đường dung dịch.

Van làm việc đóng mở bằng khí nén, ta cho khí đẩy vào piston tạo sự đóng
mở van .Cấu tạo van gồm 1 xilanh piston, hai đầu mặt bích của van có hai đường
khí vào để đóng, mở. Có gioăng làm kín ở phần giữa ty và mặt bích. Ở đầu piston
có ren để nắp đầu nút bịt. Khi van ở vị trí đóng thì 2 nút bịt sát khít vào nhau không
cho dung dịch đi qua thân van, khi van ở vị trí mở thì hai phần tách nhau cho dung
dịch đi qua.
2.1.2.3. Bình điều hoà
Bình điều hoà hay còn gọi là bình ổn áp có tác dụng để ổn định áp suất và
dao động thuỷ lực của dung dịch trong quá trình bơm là việc. Thông thường bình
điều hoà được lắp ở cửa ra của máy bơm vì đối với máy bơm piston, dao động dòng