Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại Học Mỏ Địa Chất
M U
Du khớ l mt ngnh cụng nghip ln trờn th gii. Cụng nghip du
khớ Vit Nam tuy phỏt trin cha lõu nhng ó t c nhiu thnh tu ỏng
k, úng gúp t trng GDP cao so vi cỏc ngnh khỏc v tr thnh ngnh cụng
nghip mi nhn a t nc ta tin lờn con ng cụng nghip hoỏ hin
i hoỏ t nc. Vi vic thnh lp xớ nghip liờn doanh du khớ Vietsopetro
nm1981, chớnh thc i vo khai thỏc nm 1986 hai m Bch H v M
Rng nn cụng nghip du khớ Vit Nam ó cú bc khi u khỏ quan
trng. V cho ti nay s hin din ca cỏc cụng ty du khớ nc ngoi nh
BP, BPH, Mobil, Schlumbeger, Halliburton.a nn cụng nghip du khớ
Vit Nam lờn tm cao mi.
Cụng ngh khoan l mt b phn quan trng ca ngnh cụng nghip
Du khớ. Vic la chn phng phỏp khoan sao cho phự hp vi tng ging
khoan c th l vn ỏng quan tõm. Cho n nay Xớ nghip liờn doanh
Vietsopetro ó a vo s dng loi ng c khoan trc vớt thay th cho tua
bin khoan khoan nh hng. Ngoi ra cũn thay th c khoan rotor v cựng
kt hp vi khoan rotor mang li hiu qu cao trong khi khoan. Tuy bc
u s dng loi ng c ny cha cú nhiu kinh nghim do ú trong quỏ
trỡnh vn hnh ó xy ra nhiu s c hng húc. c bit l khi khoan trong t
ỏ cng cn phi tng ti trng chiu trc lm cho ng c khụng quay c
nhng ngi iu khin khụng bit iu chnh kp thi dn n lm hng
ng c. Vỡ th hn ch nng sut khoan v tui th ng c khoan trc vớt.
Vỡ th cn nhanh chúng nghiờn cu tỡm ra bin phỏp nõng cao hiu qu s
dng l yờu cu cn thit thc.
Sinh viên: Hoàng Văn Biên Lớp: Thiết bị Dầu khí - K50
1
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại Học Mỏ Địa Chất
L sinh viờn thuc b mụn Thit b Du khớ v Cụng trỡnh, khoa Du
Khớ, trng i Hc M - a Cht H Ni sau mt thi gian hc tp v
nghiờn cu ti trng cng nh c thc tp ti Xớ nghip khoan v sa
ti liu cng cũn hn ch v cha c trc tip s dng trong thc t nờn
ti cũn nhiu thiu sút. Rt mong c s gúp ý ca cỏc thy cụ v cỏc bn
ng nghip.
Mi ý kin úng gúp xin vui lũng liờn h theo ch sau :
Mail :
Phone : (84) + 974 350 300
Xin chõn thnh cm n!
H Ni, thỏng 06 nm 2010
Sinh viờn thc hin
Hong Vn Biờn
Sinh viên: Hoàng Văn Biên Lớp: Thiết bị Dầu khí - K50
3
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại Học Mỏ Địa Chất
CHNG I:
TNG QUAN V CC PHNG PHP KHOAN
TRONG KHOAN DU KH.
Trong cụng tỏc khoan du khớ thit b quay dựng truyn ng
chuyn ng quay cho choũng khoan. Nú c chia lm 2 loi chớnh :
- Chuyn ng quay truyn trc tip t trờn b mt xung choũng khoan
thụng qua ct cn khoan.
- Chuyn ng truyn cho choũng khoan thụng qua ng c ỏy.
Tựy theo phng phỏp khoan v yờu cu k thut m s dng thit b
khoan quay sao cho phự hp. Hin nay trong cụng tỏc khoan du khớ thng
s dung cỏc loi thit b quay nh: bn rotor, u quay di ng, tuabin khoan,
ng c khoan trc vớt truyn chuyn ng cho choũng khoan trong quỏ
trỡnh phỏ hy t ỏ.
1.1. Phng phỏp khoan rotor.
1.1.1. Bn roto (Rotary table)
Khoan rotor l phng phỏp khoan truyn thng ó c s dng t rt
lõu v cú l trong tng lai nú vn c s dng vỡ khú cú mt phng phỏp
Bn rotor c s dng rt nhiu trong khoan du khớ. Nú cú mt s chc
nng chớnh sau :
- úng vai trũ b truyn trung gian bin chuyn ng quay ca trc nm
ngang thnh chuyn ng thng ng ca ct cn khoan truyn mụmen
quay t trờn mt t xung choũng khoan.
- Gi v kp cht b cn khoan, ng chng trong thit b khoan.
- Thỏo v vn ren ca b cn khoan.
Sinh viên: Hoàng Văn Biên Lớp: Thiết bị Dầu khí - K50
5
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại Học Mỏ Địa Chất
Hỡnh 1.1 : H thng bn rotor
1. Trc ch ng
2.Giong lm kớn
3. Bỏnh rng nún
4. ln chớnh
5. ln bỏnh rng
6. ng lút hỡnh nún
7. u vuụng dn ng
8. Ming chốn chớnh
9. Giong lm kớn dung dch khoan
10. ln t la
11. Cỏc te
Sinh viên: Hoàng Văn Biên Lớp: Thiết bị Dầu khí - K50
6
1.1.2. Đầu quay di động (Topdriver)
Đầu quay di động là bộ phận có chức năng tương tự như bàn rotor truyền
chuyển động quay cho bộ khoan cụ. Đầu quay di động được dẫn động được
dẫn động bằng động cơ thủy lực hoặc động cơ điện. Nó truyền chuyển động
3: Quang treo 6: Hãm thủy lực trục chính
9: Cần chuyển tiếp
1.2. Phương pháp khoan tuabin.
1.2.1. Tuabin khoan (Turbine motor)
Trong phương pháp khoan bằng động cơ đáy động cơ truyền chuyển
động cho choòng có thể là tuabin khoan, khoan trục vít. Động cơ này lắp ngay
trên choòng khoan. Trong quá trình khoan bằng động cơ đáy cột cần khoan
không quay tạo điều kiện làm việc nhẹ nhàng cho chúng.
So với khoan rotor tuabin khoan có một số ưu điểm sau :
- Trong khoan tuabin cột cần khoan không quay. Do đó trong quá trình
làm việc cột cần khoan chịu tải nhẹ hơn. Hiện tượng mỏi sinh ra do tải trọng
đặc biệt là ứng suất uốn sẽ có giá tri nhỏ hay bị triệt tiêu dẫn đến sự cố về đứt
cần khoan ít hơn.
- Cột cần khoan không quay sẽ giảm được sự mài mòn cho các bộ phận
của cột cần khoan và các chi tiết quay trên bề mặt
- Sử dụng tuabin để khoan định hướng dễ hơn và năng suất hơn.
Tuy nhiên vẫn có một số nhược điểm sau :
- Đặc tính làm việc của tuabin làm việc với số vòng quay lớn nên cần
phải sử dụng những loại choòng có khả năng chịu được những vòng quay như
thế. Đối với choòng chóp xoay chúng làm việc với tải trọng lớn và số vòng
giảm. Do đó loại choòng này không thỏa mãn khi khoan tuabin. Thời gian
làm việc bị rút ngắn do sự mài mòn nhanh nhất là ổ tựa
- Ở một số đất dẻo đòi hỏi phải mômen phá lớn rất nhiều loại tuabin
thông thường không đạt được những yêu cầu này
- Vùng làm việc ổn định của số vòng quay ở tuabin hẹp. Nếu vượt quá
giới hạn này có thể dẫn đến tuabin ngừng quay
- Trong khoan tuabin công suất thủy lực của máy bơm lớn hơn rất nhiều
so với khoan rotor. Trong khoan rotor công suất thủy lực của bơm chủ yếu là
tiêu thụ trong hệ thống tuần hoàn dung dịch. Nhưng trong khoan tuabin ngoài
thành phần công suất bơm còn cung cấp cho tuabin và cho choòng phá đáy.
- Tuabin khối lượng nhỏ là tuabin có chiều dài không lớn nhưng số tầng
cánh cong tương đương như tuabin nhiều tầng từ 180 đến 330 tầng, tốc độ
vòng quay từ 464 đến 645 vòng/phút
- Tuabin cong là loại mà sử dụng để khoan định hướng giếng khoan.
Tuabin này có số tầng cánh cong từ 95 đến 109 tầng tốc độ vòng quay từ 660
đến 670 vòng/phút.
1.2.2. Động cơ trục vít ( Positive Displacement Motor ).
Động cơ khoan trục vít là loại động cơ đáy được sử dụng trong công tác
khoan dầu khí đặc biệt là trong công tác khoan định hướng. Động cơ khoan
trục vít được phân làm ba loại theo tốc độ: tốc độ thấp, tốc độ cao, tốc độ
trung bình. Tùy theo yêu cầu khoan mà có thể chọn theo từng loại cho phù
hợp. Hiện nay động cơ khoan trục vít được được sản xuất đa dạng về chủng
loại cho phép lựa chọn tốc độ và mômen quay trong khoảng rộng.
Hình 1.4 : Động cơ khoan trục vít.
Phân loại các loại động cơ trục vít theo tốc độ
- Loại động cơ trục vít tốc độ thấp: Đây là loại động cơ khoan có mômen
quay lớn tốc độ quay thấp để sử dụng để khoan cắt xiên giếng khoan, giếng
khoan theo dõi và kể cả khoan ngang. Đến nay động cơ khoan trục vít cũng
đáp ứng được yêu cầu khoan cần có mômen lớn như: tăng đường kính giếng
khoan, mở rộng thân giếng khoan bên dưới ống chống, cắt ống chống, lấy
mẫu lõi, mở rộng giếng khoan sau khi cắt xiên. Loại tốc độ thấp bao gồm các
loại có cấu tạo có cấu hình của rotor và stator như : 8/9, 9/10
- Loại động cơ khoan trục vít tốc độ trung bình: Đây là loại động cơ có
tốc độ quay và mômen trung bình dùng để nâng cao tốc độ cơ học khoan khi
duy trì thời gian làm việc dài của choòng. Loại động cơ này được ứng dụng
trong những giếng khoan thẳng đứng, giếng khoan có độ lệch đáy lớn, khoan
lấy mẫu và điều chỉnh thân giếng khoan. Loại tốc độ trung bình bao gồm các
loại có cấu tạo có cấu hình của rotor và stator như : 4/5, 5/6, 7/8
- Loại động cơ trục vít tốc độ cao : là loại có mômen thấp tốc độ quay
cao được ứng dụng để khoan nắn và cắt xiên giếng khoan. Trong những điều
được khoan rotor vì những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế.
Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ trước, song song với phương pháp
khoan rotor còn áp dụng các phương pháp khoan khác trong đó có phương
pháp khoan bằng động cơ đáy.
Năm 1923 kỹ sư Liên xô Kapenciusnhikov đã đề nghị dùng động cơ
chìm để quay choòng khoan. Năm 1924 tuabin khoan của Kapenciusnhikov
đã được sử dụng để khoan giếng khoan đầu tiên trên thế giới. Tuabin này chỉ
có một tầng có hộp giảm tốc. Nó không được sử dụng rộng rãi vì trong tuabin
một tầng chất lỏng chảy với tốc độ cao. Dòng chảy với tốc độ cao mang theo
các hạt cát làm cho cánh tuabin rất nhanh bị mài mòn.
Năm 1934 kỹ sư Liên xô Kapenciusnhikov đã đề nghị dùng kiểu tuabin
mới gồm nhiều tầng. Trong tuabin khoan có tới 100 đến 150 tầng, cho phép
tăng công suất lên 10 đến 20 lần, giảm tốc độ vòng quay xuống nhờ vậy mà
không cần hộp giảm tốc. Tốc độ chảy của nước rửa giảm nên cánh ít bị mài
mòn hơn.
Từ năm 1940 – 1941 ở BaCu tuabin khoan trong thực tế. Năm 1944
tuabin bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các giếng khoan dầu khí. Sau
chiến tranh thế giới thứ 2 tuabin khoan là một trong những phương pháp
khoan chủ yếu ở Liên xô.
Tuy vậy đặc điểm của khoan tuabin khoan nhiều tầng không có bộ phận
giảm tốc sẽ không cho phép khoan với vận tốc bé hơn 400 đến 500 vòng
/phút. Do đó sẽ không đảm bảo mômen quay cần thiết và yêu cầu công suất
của máy bơm lớn.
Qua nghiên cứu và thực tế khoan cho thấy rằng động cơ khoan thủy lực
chìm đáp ứng yêu cầu của choòng khoan mới điều này tuabin khoan không
đáp ứng được vì tổn thất thủy lực ở độ sâu lớn tăng . Để đáp ứng yêu cầu đó
cần chuyển đổi từ máy thủy động lực kiểu tuabin sang máy thể tích động cơ
khoan trục vít.
Việc chế tạo động cơ khoan trục vít được tiến hành từ năm 1960. Năm
1964 ở Liên xô cũ đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo động cơ khoan trục vít. Năm
- Hệ thống ổ đỡ
- Đinh tâm trên động cơ
Hình 2.1: Cấu tạo động cơ trục vít.
1. Rotor
2. Stator
3. Đầu nối
4. Trục
5. Thân
6. Ổ đỡ
7. Ổ đỡ cao su
8. Vành làm kín
Hình 2.2 : Sơ đồ tổng thể động cơ khoan trục vít
2.2.1.Van thông ( Dump valve ).
Hình vẽ 2.3 : Van thông
Là bộ phân trên cùng của động cơ được nối trực tiếp với cần khoan nằm
phía trên bộ phận công tác. Cấu tạo van thông bao gồm: Ngoài cùng là thân
chính của van phía trên cùng lắp với khoan cụ bởi ren cái, đầu dưới là ren đực
nối với thân của động cơ. Trên thân van có 8 lỗ thoát dung dịch trên thân van
được lắp các chi tiết theo trình tự từ dưới lên trên như sau: ống hãm bên dưới
- lò xo nén giữa piston và ống hãm - piston.
Tác dụng chính của van thông (Dump valve) là thông dung dịch khoan
giữa khoảng không vành xuyến và bên trong cột cần khoan trong quá trình
kéo thả. Bình thường trong lúc kéo thả bộ khoan cụ mở thông giữa giữa bên
trong và bên ngoài cần, cho phép dung dịch khoan có thể ra hoặc vào trong
cần một cách tự do đảm bảo cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài cần.
Khi bắt đầu quá trình làm việc bơm dung dịch tới một giá trị làm việc của van
(giá trị này phụ thuộc vào mỗi loại động cơ do nhà sản suất thiết lập) khi đó
áp lực của dòng dung dịch cụm pistong bên trong van thông sẽ bị ép xuống và
bịt kín 8 lỗ thông giữa bên trong và bên ngoài cần khoan dẫn dòng dung dịch
xoắn nhưng có bước xoắn khác nhau theo một tỷ lệ nhất định. Rotor có ít hơn
stator một đầu rãnh xoắn, chính nhờ đó tạo khoảng không dẫn hở cho dòng
dung dịch đi qua bộ phận công tác làm cho động cơ hoạt động. Tùy theo mục
đích sử dụng mà rotor có cấu tạo từ 1 đến 9 đầu rãnh xoắn tương ứng với
stator gồm 2 đến 10 đầu rãnh xoắn.
Tỉ lệ số rãnh của stator và số rãnh roto phụ thuộc vào đặc tính từng loại
động cơ. Ứng với loại động cơ thì có tỉ số này khác nhau.
Ví dụ :
A 800 M 1-2, 4.0 stages (số rãnh rotor là 1, số rãnh stator là 2 số bước xoắn
là 4)
A 800 M 4-5, 5.3 stages (số rãnh rotor là 4, số rãnh stator là 5 số bước xoắn
là 5.3)
+ Số rãnh xoắn (lobe) càng nhỏ thì tốc độ quay rotor càng lớn nhưng mômen
càng nhỏ
+ số rãnh xoắn (lobe) càng lớn thì tốc độ quay rotor càng nhỏ nhưng mômen
càng lớn.
+ Chiều dài trên một bước xoắn ( stages) càng lớn thì mômen càng lớn nhưng
phải khống chế hợp lý vì công nghệ chế tạo và áp suất bơm cho động cơ hoạt
động.
2.2.3. Khớp nối cong (Adjustable housing)
Hình 2.6 : Khớp nối cong.
Nó cho phép liên kết hai phần với nhau đồng thời cũng tạo ra độ nghiêng
trục tâm ảo của 2 phần này. Cũng đồng nghĩa là tạo ra được góc nghiêng cho
động cơ khi khoan xiên.
Cấu tạo chi tiết của cụm khớp nối cong bao gồm :
Copyright: Tài liệu đại học ©