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
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
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.
: 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
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÷
- 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
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
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
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
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
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
∏
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
, (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:
); (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
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
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
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.
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
Copyright: Tài liệu đại học ©