Đang tải... (xem toàn văn)
Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ 2 I.1. Chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với tời khoan 2 I.1.1. Chức năng, nhiệm vụ của tời khoan 2 I.1.2. Yêu cầu kĩ thuật đối với tời khoan 2 I.2. Cấu tạo của tời khoan. 3 I.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1 3 I.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2 4 I.3. Một số loại tời khoan được sử dụng trong các công tác khoan dầu khí 7 PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN 8 II.1 Sơ đồ động học của tời khoan 8 II.2 Thông số tính toán 9 II.3 Tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ 10 KẾT LUẬN 16
Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí nước ta phát triển, đóng góp khoảng 25% GDP năm Nó coi ngành kinh tế mũi nhọn, nằm chiến lược phát triển kinh tế quan trọng đất nước Trong giai đoạn ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí phần quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn sử dụng với hiệu tốt ta phải biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ tiêu chuẩn môn thiết bị dầu khí đáp ứng điều Trên giàn khoan tời khoan vô quan trọng Nó đặc biệt cần thiết cho công tác nâng, thả dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để phá hủy đất đá Em nhận đề tài:"Dựa vào sơ đồ động học tời khoan, dựa vào bảng thông số cho, tính toán công suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan " Đồ án em chia thành phần: Phần I: Tổng quan tời khoan khoan khai thác dầu khí Phần II: Tính toán công suất nâng tời khoan Qua trình học tập trường, giúp đỡ nhiệt tình thầy Nguyễn Thanh Tuấn, em hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên trình tìm hiểu tiếp xúc chưa nhiều nên đồ án nhiều hạn chế, song hội tốt để em nâng cao nhận thức hiểu biết thiết bị công tác dầu khí mà cụ thể tời khoan Kính mong thầy cô giáo, bạn đọc đóng góp ý kiến quý báu để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tuấn tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Hà nội, 22 tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Mạnh Cường [1] PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TỜI KHOAN TRONG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ I.1 Chức năng, nhiệm vụ yêu cầu kỹ thuật tời khoan I.1.1 Chức năng, nhiệm vụ tời khoan Trong trình thi công giếng khoan dầu khí tời khoan thực nhiệm vụ sau : - Thực công tác kéo thả cột cần khoan để tiến hành tháo, lắp cần khoan, thay choòng khoan khoan cụ - Tiến hành thả treo giữ ống chống trình chống ống trám xi măng - Điều chỉnh tốc độ truyền tải tọng cho choòng khoan trình phá hủy đất đá ( chủ yếu thực trình khoan giảm tải cho choòng cách treo phần trọng lượng cột cần khoan móc nâng khoan giếng khoan có chiều sâu lớn ) Ngoài ra, tời khoan thực số công tác phụ trợ trình xây lắp, trình khoan trình khai thác I.1.2 Yêu cầu kĩ thuật tời khoan Khi tính toán thiết kế lựa chọn tời khoan phải đảm bảo số yêu cầu kỹ thuật sau: - Công suất tời khoan phải đủ lớn, đáp ứng yêu cầu trình khoan thả cột cần khoan ống chống - Phải có số tốc độ (k) việc bố trí tốc độ trung gian cách hợp lý để giảm thời gian trình kéo thả - Có sơ đồ động học đơn giản tốc độ phải sử dụng tối đa công suất động dẫn động - Hệ thống hãm (phanh) tời phải làm việc an toàn với độ tin cậy cao - Phải thiết kế tốc độ lớn để thực trình kéo thả móc nâng không tải (đó trình móc nâng chuyển động lên xuống mà treo cột cần khoan ống chống) [2] - Phải thuận lợi cho việc điều chỉnh tốc độ truyền tải trọng cho choòng khoan tỏng trình phá hủy đất đá I.2 Cấu tạo tời khoan Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời cấu truyền động mà phân loại tời khoan khác Theo nguyên lý cấu tạo chia tời khoan làm loại : tời khoan loại 1, tời khoan loại tời khoan loại I.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), từ thông qua truyền động xích truyền động bánh (6,7,8) truyền chuyển động đến trục nâng có gắn tời (3) trục trung gian (4) để truyền chuyển động cho bàn Roto Tời khoan (9) gắn cố định trục nâng (3)và để tời khoan quay ta sử dụng ly hợp ma sát (10) lắp hai đầu tang tời Chuyển động quay từ trục trung gian (4) truyền cho bàn roto, bàn roto có nhiệm vụ biến chuyển động quay trục (4) theo chiều nằm ngang thành chuyển động quay thẳng đứng cột cần khoan Còn trục nâng (2) bố trí thêm tời khoan phụ tùy theo yêu cầu trình khoan [3] Hình I.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan loại 1 - Trục cảu hộp tốc độ 2- Trục nâng phụ – Trục nâng gắn với tời – Trục trung gian – Ổ đỡ trục 6,7,8 - Bộ phận truyền chuyển động – Tời khoan 10 – Ly hợp ma sát 11- Ly hợp cam 12 – Truyền chuyển động Roto I.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (12) tang tời phụ (11) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ li hợp cam (10) truyền động (6) để truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (11) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (10) Chuyển động từ trục (2) truyền đến trục (3) thông qua truyền chuyển động (7,8) bố trí phía bên trái tang tời (12), truyền động (7,8) lắp đặt cố định trục (2) trục (3) lắp li hợp cam (10) li hợp bánh (13) Tang tời (12) gắn cố định trục nâng (3), làm việc dài tốc độ cao [4] nhờ li hợp bánh (13) làm việc dài tốc độ thấp nhờ li hợp cam (10) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền (9) truyền bàn roto (15) nhờ li hợp bánh (14) Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp số tốc độ; – Trục nâng gắn với tời phụ; – Trục nâng gắn với tời chính; – Trục trung gian truyền bàn roto; - 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 bàn roto I.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (11) tang tời phụ (10) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ ly hợp cam (9) truyền động (6) truyền chuyển động đến trục [5] nâng (2), tang tời phụ (10) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (9) Tang tời (11) gắn cố định trục nâng (3) nhận truyền động trực tiếp từ trục (1) thông qua hai truyền động (7,8) ly hợp ma sát đĩa (12) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền động (8) ly hợp ma sát đĩa (12,13) sau trục trung gian (4) truyền chuyển động bàn roto (15) Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp tốc độ; – Trục nâng gắn với tời phụ; –Trục nâng gắn với tời chính; – Trục trung gian; - Ổ đỡ trục; 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động; – Ly hợp cam; 10 – Tời khoan phụ; 11 – Tời khoan chính; 12 – Ly hợp ma sát đĩa; 13 – Truyền chuyển động quya bàn roto [6] I.3 Một số loại tời khoan sử dụng công tác khoan dầu khí Trong thực tế công tác khoan dầu khí việc phân loại tời khoan khác vào sức căng nhánh cáp chủ động, công suất nâng trục tời dạng động dẫn động,… Chính vậy, mà lựa chọn tời khoan ta phải dựa vào yêu cầu cụ thể công tác khoan để chọn cho phù hợp Các loại tời khoan sử dụng có hiệu công tác khoan loại tời khoan Nga, Mỹ số nước khác - Các loại tời khoan Nga thường dùng gồm có , , , ,… Trong đó, ký hiệu loại tời khoan có ý nghĩa sau: y: tên nhà sản xuất 2: số thứ tự cụm tời tổ hợp thiết bị khoan БY-3000 4: số tốc độ tời 8: Số mô đen 2: Số thứ tự cụm tời tổ hợp thiết bị khoan 300: Sức nâng lớn tời БY: Kí hiệu tời 3000: Công suất lớn trục tời Ngoài ta gặp kí hiệu khác như: Д (tời dẫn động động diezen); Э (tời dẫn động động điện); (tời chế oddoj làm mát nước); (tời chế độ làm mát nước) - Các loại tời khoan Mỹ thường dùng bao gồm loại bảng đây: Bảng I.1: Một số loại tời khoan Mỹ Loại tời 80B 110M 1320M 1625M Thông số 80VE 110VE 1320UE 1625UE Công suất định mức Nđm 750 1100 1500 2200 (kw) Số tốc độ (K) tời hoặc hoặc Chiều sâu khoan tối đa L 4000 5000 6500 9000 (m) Trọng lượng tời (tấn) 22 26 45 45 [7] PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT NÂNG CỦA TỜI KHOAN II.1 Sơ đồ động học tời khoan [8] [9] I: Trục đăng II: Trục cao tốc III: Trục thấp tốc IV: Trục nâng V: Trục phanh thuỷ lực VI: Trục hộp giảm tốc truyền động cho Rotor VII: Trục truyền chuyển động cho Rotor VIII: Trục đăng truyền vận tốc thứ năm IX: Trục dẫn động vận tốc thứ năm X: Trục tời phụ XI: Trục chủ động tời 1: Bộ ma sát 2-7-10-21: Bánh xích 3: Cặp bánh 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 16-22: Van nạp khí nén 17-18: Bánh 19: Khớp nối cứng Tời khoan có 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 dung dịch 06 m 5000 5500 6000 5x6 5x6 5x6 141 141 141 G/cm 1,5 1,5 1,5 Tốc độ quay chòong v/ph 300 350 270 07 Đường kính chòong mm 215 215 215 08 Tốc độ vào hộp số tời v/ph 320 300 350 09 Góc nghiêng trung bình giếng θo 18 13 16 10 Tải trọng lên đáy khoan 13 12 10 11 Chiều cao tháp m 56 56 56 12 Đường kính tang tời mm 850 770 800 13 Loại động dẫn động Diezen Diezen Diezen 14 Tải trọng móc 300 350 330 mm II.3 Tính toán công suất nâng tời khoan 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) - Trọng lượng riêng dung dịch:g = 1,5 (G/cm ) - Đường kính chòong:Dc = 215 (mm) - Tốc độ vào hộp số tời:n0 = 1045 (v/p) - Góc nghiêng trung bình 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 thép vật liệu làm cần: gt =7,5 (G/cm3) Xác định tốc độ quay (n) tời: - Tốc độ trục truyền: ntt = n0 = 1045 = 473 (v/p) - Tốc độ 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 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) Xác định đường kính tang tời theo lớp cáp tang tời - Đường kính tang tời 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 lớp cuộn thứ hai: Dt2 = Dt + 2dc - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ ba: Dt3 = Dt + 4dc - Đường kính tang tời lớp cuộn thứ tư: Dt4 = Dt + 6dc Từ thông số 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] Tính toán hệ ròng rọc a Xác định tốc độ móc nâng: Tốc độ móc nâng tính theo công thức: Vmoc = Trong đó: Dp: Đường kính tính toán tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) Vmoc: Tốc độ móc, (m/s); nitn: Số vòng quay trục nâng tốc độ i (i = 1÷ 4); m: Số nhánh cáp làm việc Giả sử hệ hệ ròng rọc 4x5 nên: m=8; Tốc độ móc nâng 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 hiệu suất; z= : Là số ròng rọc động Thay số ta có: ξ=0,85 c Tải trọng móc cấp độ: Ta có công thức: Qm= Trong đó: Qm : Là tải trọng định mức móc nâng N : Là công suất 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 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 giếng gd =1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan gt=7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng thép vật liệu làm cần Vậy ta có: Lcn = 155 (m) Trọng lượng cần nặng: Qcn= 155.0,138 = 21,39 (tấn) Tính toán trọng lượng 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 m cần khoan Vậy ta có: Qck = (5000-155).0,0319.(1-) = 123,64 (tấn) Tính toán trọng lượng dụng cụ khoan: Q = Qcn + Qck + Qchoong Trong đó: Qck : Là trọng lượng dụng cụ khoan [14] Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượngchoòng Vậy: Q = 21,39 + 123,64+ 0,0378 = 145,07 (tấn) Tính toán công suất nâng thả tời cấp tốc độ: Áp dụng công thức: N= Q.1000.Vmoc 102.ξ Thay số vào công thức ta kết quả: N1 = = 1088 (HP) N2 = = 1171 (HP) N3 = = 2861 (HP) N3 = = 5187 (HP) Bảng II.2: Công suất nâng tời khoan tốc độ I Công suất nâng tời khoan tốc độ (HP) N1 N2 N3 N4 I 1088 1771 2861 5187 [15] KẾT LUẬN Mọi thiết bị dầu khí muốn sử dụng với hiệu tốt ta phải biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ tiêu chuẩn môn thiết bị dầu khí đáp ứng điều Trên giàn khoan tời khoan vô quan trọng Nó đặc biệt cần thiết cho công tác nâng, thả dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay động 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 tời khoan, dựa vào bảng thông số cho, tính toán công suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan” giúp sử dụng tời khoan với công suất Tuy nhiên hạn hẹp thời gian hạn chế kiến thức kinh nghiệm chuyên môn nên đồ án chắn nhiều thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp chân thành thầy cô, cán chuyên môn bạn bè Từ tạo điều kiện cho em rút kinh nghiệm quý báu để vững vàng thực tế Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thanh Tuấn giúp đỡ, tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành đồ án [16]