Mục Lục Lời Nói Đầu………………………………………………………………………………………………….1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN VIETSOPETRO 1.1 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan 1.1.1 Máy bơm dung dịch khoan .4 1.1.2 Sàng rung 1.1.3 Máy lọc cát (Hydroxycl) 1.1.4 Máng lắng 1.1.5 Máy tách khí .6 1.1.6 Các thiết bị chứa điều chế dung dịch khoan 1.1.7 Những yêu cầu công nghệ máy bơm dung dịch khoan 1.2 Một số loại máy bơm dung dịch khoan thường dùng Vietsopetro 1.3 Những kết đạt , tồn 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 khí .12 2.1.2 Phần thủy lực 14 2.2 Nguyên lý làm việc 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 vận hành 32 3.1.3 Các biểu thường gặp vận hành máy bơm Nguyên nhân biện pháp khắc phục 33 3.1.4 An toàn 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 cụm xilanh-piston 44 4.1.2 Cơ sở lý thuyết mòn hỏng .45 4.1.3 Các dạng mòn hỏng cụm xilanh- piston 50 4.2 Một số biện pháp nâng cao tuổi thọ 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 làm việc cụm xilanh-piston .61 4.3.1 Xác định tượng, tình trạng, mức độ hư hỏng 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 Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống tuần hồn 2 Hình 1.2 Sàng rung Hình 1.3 Máy lọc cát Hình 1.4 Máy tách khí Hình 1.5 Thùng trộn dung dịch khoan Hình 1.6 Phễu trộn dung dịch khoan Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo phần khí máy bơm 12 Hình 2.2 Module thủy lực 15 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 tồn 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 bơi 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 khí 29 21 Hình 2.15 Phần thủy lực 30 22 Hình 4.1 Sơ đồ biểu diễn mòn mài 46 23 Hình 4.2 Sơ đồ biểu diễn mòn chèn ép hạt mài 47 24 Hình 4.3 Sự mòn xilanh 52 25 Hình 4.4 Sự mòn vòn cao su piston 52 26 Hình 4.5 Ảnh hưởng thành phần lực N đến độ mòn xilanh 54 27 Hình 4.6 Đường đặc tính xâm thực máy bơm 56 TRANG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HIỆU BẢNG Bảng 1.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Quy trình bảo dưỡng phận Bảng 4.1 Các chi tiết sơ đồ biểu diễn mòn mài 46 Bảng 4.2 Các chi tiết sơ đồ biểu diễn mòn chèn ép hạt mài 47 Bảng 4.3 Các chi tiết hình 4.3 52 Bảng 4.4 Bảng thông số chế độ khoan 64 Bảng 4.5 TÊN BẢNG Thơng số máy bơm loại YHБ-600 Những hỏng hóc q trình sử dụng máy bơm khoan Thông số dung dịch dung cho giếng khoan TRANG 33-34 37-44 64 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội phát triển nhu cầu lượng vấn đề ưu tiên hàng đầu quốc gia, ngành cơng nghiệp dầu khí hiển nhiên số ngành công nghiệp mũi nhọn cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Tập Đồn Dầu Khí Việt Nam ngày phát triển khơng nước mà vươn xa tới thị trường quốc tế cơng tác thăm dò – khai thác dầu khí Trong cơng tác khoan giếng, q trình vận chuyển mùn khoan lên bề mặt q trình kỹ thuật khoan khoan dầu khí, ta sử dụng máy bơm để bơm dung dịch khoan khoan xuống giếng, đưa mùn khoan lên mặt đất thực chức khác Đây tổ hợp thiếu tổ hợp thiết bị khoan Sau thời gian thực tập Xí Nghiệp Liên Doanh Dầu Khí Vietsopetro TP Vũng Tàu số sở, xí nghiệp khác , nhận thấy tầm quan trọng máy bơm dung dịch khoan cơng tác khoan giếng dầu khí em lựa chọn đề tài: “Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan W-2215 khoan dầu khí” Chun đề: “Nghiên cứu mòn hỏng cụm xilanh – pitton” Kết cấu đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan máy bơm dung dịch khoan Vietsopetro Chương 2: Cấu tạo nguyên lý làm việc máy bơm W-2215 Chương 3: Quy trình vận hành, bảo dưỡng máy bơmW-2215 Chương 4: Nghiên cứu mòn hỏng cụm xilanh – piston Mặc dù có nhiều cố gắng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Vì vậy, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Văn Giáp, Thầy ,Cô mơn Thiết Bị Dầu Khí Và Cơng Trình tồn thể Thầy , Cô giáo trường “ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ” tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án , em xin cảm ơn nhiều em xin chúc Thầy , Cô sức khỏe tốt gặp nhiều niềm vui may mắn sống, gặt hái nhiều thành công nghiệp trồng người! Em Xin Chân Thành Cảm Ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2017 Sinh Viên Trần Đức Luận CHƯƠNG 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 động qua hệ thống bánh đai truyền qua phận khí biến chuyển động quay trục thành chuyển động tịnh tiến pitton Trong q trình piston chuyển động làm đóng, mở van hút xả đưa dung dịch Dung dịch khoan tuần hồn theo sơ đồ dưới: Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống tuần hồn Máy bơm dung dịch Khoảng không vành xuyến Ống đứng Cần vuông BOP(Blow Out Preventer) Cần khoan Thành giếng Cần nặng Choòng khoan 17 Sàng rung 10 Đầu xa nhích 11 Ống cong 12 Đầu ống hút bơm 13 Đường xả tải 14 Phễu 15 Thùng chứa dung dịch 16 Xyclon lọc Giải thích sơ đồ 1.1 Từ bể chứa (15) dung dịch qua ống hút bơm (12) dung dịch vào bơm (1),từ bơm dung dịch bơm qua ống đứng(2)sau qua ống cong (11) tiếp tục qua cần vuông (3) xuống chòong khoan (8) Dung dịch hòa trộn với đất đá thành bùn đưa lên mặt đất qua khoảng không vành xuyến (9) lên sàng rung (17) Phần lẫn khí dung dịch tách khí từ máy tách khí, dung dịch vào bể chứa (15) tiếp tục vòng tuần hồn.Trong cơng tác khoan Dầu khí dung dịch đóng vai trò quan trọng Bởi có chức sau: - Chức nâng mùn khoan: Trong q trình tuần hồn 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 độ nhớt dung dịch khoan Các tính chất phụ thuộc tính chất đất đá tạo mùn tầng địa chất - - Chức giữ mùn khoan trạng thái lơ lửng : sau ngưng tuần hoàn dung dịch mùn giữ lại khoảng khơng vành xuyến Chính tính lưu biến dung dịch giữ mùn khoan trạng thái nhờ gen hóa ngưng tuần hoàn (Thực tế dung dịch nhớt có tính lưu biến) Chức làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho khoan cụ: Dụng cụ khoan bị nóng lên ma sát học, chuyển thành nhiệt nóng lên nhiệt độ đáy giếng (địa nhiệt) Việc dung dịch khoan có khả làm giảm - ma sát khoan cụ thành giếng Do để cải thiện chức người ta cho thêm vào dung dịch chất làm giảm ma sát dầu phụ gia khác Chức gia cố thành giếng khoan: dung dịch khoan thẩm thấu vào thành để lại lớp màng hạt keo Lớp màng gọi vỏ sét Lớp vỏ sét bám nhờ sản phẩm đặc biệt gọi chất khử lọc Chức khống chế xâm nhập chất lỏng từ vỉa: dung dịch khoan tác động áp suất tĩnh lên thành giếng có giá trị bằng: Ph = 9,81.ρ.H (1.1) H: Chiều cao cột dung dịch ( m ) ρ: Khối lượng riêng dung dich khoan ( kg/m3) Nếu áp suất thủy tĩnh Ph lớn áp suất chất lỏng thành chất lỏng khơng thể chảy vào giếng Do coi dung dịch khoan đối áp khống chế áp suất đáy giếng - - Chức truyền dẫn công suất cho động đáy: Đối với số ứng dụng cho khoan định hướng, khoan choòng kim cương người ta lắp vào khoan động đáy (tuabin động thể tích) Động làm việc nhờ áp lực dòng dung dịch khoan cụ làm quay dụng cụ phá đá ( Tuy nhiên vận hành động gây sụt áp lớn tổn thất áp - suất hệ thống đẩy bơm) Chức truyền thông tin (dữ liệu) địa chất: Nhờ tuần hồn mà dung dịch khoan mang thơng tin lên mặt đất cho nhà địa chất thợ khoan khoan biết địa tầng vùng khoan qua Chính nhờ chức dung dịch khoan giúp cho trình khoan thuận lợi Sau đưa mùn khoan lên dung dịch khoan bị bẩn Để tiếp tục tái sử dụng dung dịch cần phải làm dung dịch trước bơm trở lại Các thiết bị bơm làm dung dịch gồm có: - Máy bơm dung dịch hệ thống vòi cao áp - Sàng rung - Máng lắng - Máy lọc cát - Máy tách khí - Các thiết bị chứa điều chế dung dịch khoan 1.1.1 Máy bơm dung dịch khoan Hiện máy bơm khoan sử dụng giàn khoan loại máy bơm pitton: Máy bơm hai xilanh tác dụng kép máy bơm piton ba xilanh tác dụng đơn dung dịch rửa giếng khoan Máy bơm khoan dùng nhiều loại bơm pitton có số ưu điểm sau: - Bơm nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác - Tạo áp suất lớn - Lưu lượng bơm áp suất bơm độc lập với - Cấu tạo đơn giản dễ dàng thay thế, lắp ráp bảo dưỡng - Độ bền cao phù hợp với công tác khoan biển Do bơm piston tạo áp lực cao nên chúng dùng để đưa dung dịch khoan xuống giếng khoan Chất lỏng dung dịch mà bơm đưa xuống là:nước, sét, dung dịch nhũ tương 1.1.2 Sàng rung Hình 1.2 Sàng rung Sàng rung Đường ống nối bể dung dịch Bể lắng cát Đường thu hồi chất rắn Sàng rung phận lọc nước sau dung dịch từ giếng khoan Sàng rung cấu tạo từ lưới kim loại đặt nghiêng 13-15 độ Dung dịch chảy vào nhờ rung động nhịp nhàng đối trọng lò xo giảm đối mà phần tử nhỏ, nhẹ chảy xuống máng vào bể chứa dung dịch phân tử nặng lớn rơi 1.1.3 Máy Lọc Cát (Hydroxycl) Hình 1.3 Máy lọc cát Là loại máy lọc cát dung dịch sau chảy qua sàng rung máng lắng Dung dịch bơm ly tâm xả vào côn theo phương tiếp tuyến Những phân tử nặng rơi xuống chảy ngồi Còn phân tử nhẹ trào lên chảy vào máng dung dịch ( loại có kích thước nhỏ 74 μm ) Máy lọc cát tách loại hạt có kích thước lớn 74 μm 1.1.4 Máng lắng Được dùng để tách bớt phần chất rắn dung dịch lọt qua sàng rung Máng lắng có chiều rộng từ 600-700 mm, chiều sâu từ 400 – 600 mm chiều dài từ 40 – 50 m Máng lắng có tác dụng làm chậm tốc độ chảy dung dịch Tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng đọng suốt chiều dài máng 1.1.5 Máy tách khí Thành bình Ống dẫn khí Hình 1.4 Máy tách khí Máy nén khí Đường dẫn dung dịch Cánh nghiêng Đường vào dung dịch Là loại máy dùng để xử lý dung dịch khoan bị lẫn khí, tránh nguy phun trào, tránh nguy gây hỏa hoạn đồng thời đảm bảo hiệu suất cho loại máy bơm Máy tách khí có nhiều loại sử dụng có nguyên lý làm việc giống Nguyên lý sử dụng chênh lệch áp suất bình chân khơng buồng máy với áp suất bọt khí lẫn dung dịch Điều quan trọng máy tách khí máy hút chân khơng để hút hết khơng khí bình tạo áp suất nhỏ áp suất bên Trên bề mặt piston tiếp xúc với bề mặt xilanh chủ yếu xuất vết xước không dọc theo chiều dài, đồng thời trình chuyển động piston xilanh làm mòn mép biên piston Mặt piston trực tiếp nén chất lỏng thấy xuất chủ yếu vết rỗ dày, độ rộng sâu lớn Đai ốc siết hai đầu piston bị giảm kích thước Lỗ piston có biểu mòn, mòn biểu giảm độ khít lỗ piston cần piston Lỗ piston có lớp oxít, phía mép ngồi bị mòn nhiều Vòng cao su làm kín bị rỗ, xước mòn, số piston có thời gian làm việc lâu dài, vòng cao su bị rách Nguyên nhân mòn hỏng cụm xilanh – piston: Sự mài mòn cụm xilanh – piston thường gây lên hư hỏng độ mòn vượt giới hạn cho phép Sự mòn hỏng chúng chủ yếu nguyên nhân sau: - Do xuất hạt mài: hạt mài kim loại phi kim có độ bền, độ cứng lớn độ bền, độ cứng lớp kim loại bề mặt xilanh – piston.Chúng xuất hai nguyên nhân sau: + Các hạt mài có sẵn bề mặt chi tiết: lỗi trình gia công chi tiết lần cuối, dùng phương pháp mài tinh lần cuối, sau gia cơng có hạt mài cứng găm bề mặt làm việc xilanh + Các hạt mài có dung dịch khoan: bơm khoan YHБ – 600, không dùng dầu bôi trơn để bôi trơn cụm xilanh – piston, mà người ta dùng dung dịch khoan để bôi trơn, làm mát Khi bơm làm việc, dung dịch khoan vừa chất lỏng làm việc, vừa đóng vai trò bơi trơn, làm mát truyền xilanh – piston Nhưng dung dịch khoan có chất rắn hạt nặng BaSO4, Fe2O3, hạt rắn từ đáy giếng khoan lên trình làm dung dịch sót lại thạch anh, đá, cát, Trong q trình làm việc, hạt mài bị piston đẩy chuyển động theo, giống dao cắt, cắt lớp kim loại bề mặt làm việc cụm xilanh – piston gây lên xước làm cụm xilanh – piston bị mòn nhanh - Các chất hố học có khả ăn mòn chứa dung dịch khoan tạo lớp oxít bề mặt kim loai chúng Các vết xước bề mặt kim loại chỗ thuận tiện để chất hố học đọng lại hình thành nên lớp oxít Khi piston chuyển động, lớp oxít để lại bề mặt xilanh vết rỗ Các vết ngày phát triển nhanh chuyển động liên tục piston xilanh để tạo lưu lượng áp suất yêu cầu, đồng thời tác động nhiệt độ áp suất làm việc làm cho cụm xilanh – piston mòn nhanh - Do lực ma sát xilanh piston: Fms = N.f (4.1) Hình 4.5 Ảnh hưởng thành phần lực N đến độ mòn xilanh Thành phần lực N gây chèn ép hạt mài, làm tốc độ mài mòn truyền xilanh – piston tăng nhanh Trong bơm W2215-193, ba xilanh đặt nằm ngang nên piston chuyển động, thành phần lực N coi trọng lượng thân piston, tạo áp lực lên thành xilanh, đặc biệt phía xilanh Do đó, phía xilanh bị mòn nhiều hơn, nên xilanh bị ôvan Riêng phần chết phần điểm chết dưới, tác dụng lực ma sát xilanh piston nên chúng bị mòn - Sự tác động tức thời phần tử bề mặt tiếp xúc với thành phần xilanh – piston làm xuất lực nén cục bộ, sinh ma sát làm cặp xilanh – piston bị mỏi nên gây mòn.Tại chỗ lắp van có độ mòn lớn tác động dòng chảy dao động có chứa hạt rắn, đồng thời chỗ chịu tác động dòng chảy có nhiệt độ áp suất lớn - Do tác động áp lực dòng chảy lên bề mặt cụm xilanh – piston, đồng thời dung dịch lại luôn thay đổi vào liên tục làm q trình mài mòn truyền diễn nhanh - Do hỏng đệm làm kín ngồi xilanh – piston đệm làm kín xiết chưa chặt nên dung dịch khoan chảy qua đọng lại bề mặt xilanh – piston Từ đó, chúng hình thành lớp gỉ (lớp oxi hố) làm mòn dần bề mặt xilanh 4.1.3.2 Hỏng va đập Sự hỏng cụm xilanh – piston chủ yếu mòn chi tiết Nhưng bên cạnh đó, q trình bơm làm việc, lý đó, gây số va đập tương đối mạnh dẫn đến làm hỏng cụm Thơng thường, có hai dạng va đập thường gặp cụm xilanh – piston bơm làm việc là: va đập thuỷ lực va đập khí *Va đập thuỷ lực Va đập thuỷ lực tượng biến đổi áp suất đột ngột có thay đổi đột ngột vận tốc dòng chảy Khi xảy tượng va đập thuỷ lực, bề mặt piston xilanh xuất vết rỗ rộng sâu Các vết phát triển nhanh, làm cho bề mặt xilanh – piston bị mòn mạnh, dẫn đến khe hở lắp ghép thay đổi khoang thuỷ lực xuất tiếng kêu Hiện tượng xảy thường nguyên nhân sau: - Hiện tượng xâm thực Đây tượng hay xảy với máy thuỷ lực nói chung máy thuỷ lực thể tích nói riêng Nó tượng xuất bọt khí dòng chất lỏng nguyên nhân giảm áp suất động tới giá trị tới hạn đó, thường giá trị tới hạn áp suất bão hoà Trong máy bơm piston tượng xảy do: + Tốc độ dòng chảy cửa vào cao, làm áp suất chất lỏng giảm mạnh, áp suất nhỏ áp suất bão hoà chất lỏng xảy tượng xâm thực + Lựa chọn, tính tốn đường kính chiều dài ống hút khơng hợp lý, làm tăng tổn thất đường ống hút + Nhiệt độ chất lỏng bơm thay đổi nhiệt độ chất lỏng tăng, dẫn đến giảm áp gây tượng xâm thực + Khí lọt vào xilanh qua hệ thống làm kín khí lẫn dung dịch lớn, chưa lọc cách triệt để + Khi bơm xuất bọt khí chúng tập trung lại chiếm chỗ dòng chảy, dẫn đến xuất khoảng trống cục làm diện tích dòng chảy giảm, nên chất lỏng xung quanh xô đến với vận tốc cực lớn, làm cho áp suất tăng đột ngột, hình thành lên áp lực lớn tác động vào bề mặt xilanh Ban đầu tạo vết nứt nhỏ bề mặt, sau phát triển lên thành lỗ hổng (các vết rỗ) xilanh Khi lỗ hổng hình thành, phần chất lỏng nhiều bị trộn lẫn hơi, xâm nhập vào lỗ hổng gây tượng va đập vết rỗ, làm cho vết phát triển nhanh làm thủng xilanh Nếu bề mặt chi tiết khơng phẳng, hấp thụ phần lớn lượng nên bị phá hỏng nhanh tượng xâm thực nhanh so với bề mặt xilanh phẳng Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả làm việc bình thường máy bơm ứng với số vòng quay khơng đổi nhiệt độ làm việc định phụ thuộc độ chân không máy bơm Hình 4.6 Đường đặc tính xâm thực máy bơm K1, K2 điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn bơm ứng với trị số áp suất chân không giới hạn độ chân không vượt trị số giới hạn bơm làm việc tình trạng bị xâm thực - Sự tác động lực qn tính Như nói trên, dòng dung dịch bơm piston dòng khơng ổn định, vận tốc chuyển động dòng chảy chất lỏng bơm phụ thuộc vào vận tốc chuyển động piston, hàm thay đổi theo thời gian: v = f(t) 𝑑𝑣 𝑑𝑡 ≠ Nếu dung dịch khoan có khối lượng m chuyển động bơm chịu tác dụng lực quán tính: Rqt = -a.m (dấu (-) Rqt biểu thị lực quán tính ngược chiều với gia tốc) Nếu vận tốc v tăng lực qn tính Rqt tác dụng ngược chiều dòng chảy, ngược lại, vận tốc v giảm lực qn tính Rqt tác dụng chiều dòng chảy Lực qn tính tác dụng lên dòng chảy, gây ảnh hưởng không tốt đến hệ thống bơm, cụm xilanh – piston, đường ống hệ thống khác Đồng thời, vận tốc v piston thay đổi cách có chu kỳ, nên gia tốc thay đổi cách có chu kỳ chiều độ lớn Vì vậy, lực quán tính sinh bơm tải trọng động có chu kỳ, tác động vào phận bơm hệ thống Tải trọng động lớn, bơm có hệ số khơng đồng lưu lượng Do có tồn lực qn tính này, nên phương trình chuyển động dòng chảy khơng ổn định có thành phần lực qn tính Đó phương trình Becnuli cho dòng chảy khơng ổn định: z  v    h    ds  const  g  t  p (4.2)  v  ds , với s diện tích mặt cắt ống dẫn, liên quan đến lực  t  Thành phần hqt =   quán tính, gọi cột áp quán tính Cột áp qn tính gây xâm thực cho máy bơm dẫn tới làm mòn hỏng cụm xilanh – piston *Va đập khí Dạng hỏng chủ yếu khâu lắp ráp bơm như: - Lắp ráp xilanh có khuyết tật: han, gỉ, rỗ, - Mối ghép ty piston piston bị hỏng - Các phận đệm làm kín lắp chưa lắp chưa chặt - Do đó, bơm làm việc xảy tượng: - Chất khí từ lọt vào khoang thuỷ lực - Chất lỏng bơm chảy qua đệm làm kín đọng lại bề mặt xilanh, lỗ piston - Áp suất buồng làm việc giảm Khi xảy tượng làm cho cụm xilanh – piston bị hỏng nhanh, bơm làm việc có tiếng kêu lớn, sau dẫn đến phá huỷ chi tiết khoang thuỷ lực, cụ thể cụm xilanh – piston, đến phận bơm 4.1.3.3 Hỏng khuyết tật chế tạo - Các khuyết tật chế tạo xảy là: Kết cấu chi tiết không hợp lý, không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Bề mặt xilanh có vết rỗ, nứt Việc áp dụng phương pháp gia công lần cuối bề mặt xilanh không đảm bảo, bề mặt xilanh găm hạt mài Lớp cao su piston không đảm bảo điều kiện độ bền, độ cứng, khả chịu nhiệt, chịu áp suất cao chịu dầu - Lỗ piston bị rỗ, độ côn lỗ không đảm bảo Khi máy bơm làm việc piston chuyển động tịnh tiến xilanh, làm xuất lực mat sát hai bề mặt tiếp xúc, tạo áp lực riêng bề mặt tiếp xúc xilanh piston lớn, cộng với tác động hạt mài, chất oxi hố làm cho nhấp nhơ (vết xước, vết rỗ) bề mặt tiếp xúc hai chi tiết nhanh chóng bị với lớp oxít, dẫn đến truyền xilanh – piston bị mòn nhanh Do đó, khe hở lắp ghép chúng tăng, sinh lực động học lớn, dẫn đến cố làm mòn cụm phận khác làm ảnh hưởng đến làm việc hệ thống bơm 4.2 Một số biện pháp nâng cao tuổi thọ cụm xilanh-piston Như phân tích trên, truyền xilanh – piston chi tiết hay hỏng máy bơm dung dịch khoan W2215-193 Nguyên nhân dẫn đến hỏng truyền xilanh – piston lực ma sát hai bề mặt tiếp xúc, tác dụng pha rắn chất ăn mòn hố học có dung dịch khoan, tượng xâm thực Ngồi có ngun nhân khác chế tạo, lắp đặt kiểm tra Do vậy, vấn đề đặt phải có biện pháp để hạn chế ảnh hưởng nguyên nhân đến tuổi thọ cụm xilanh – piston toàn hệ thống 4.2.1 Biện pháp thiết kế Ta cần thực điều sau : - Khi sử dụng biện pháp thiết kế cần tính đến chi phí, khơng để chế tạo máy mà để thực công tác bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, thuận tiện - Công việc ta phải chọn kết hợp vật liệu chế tạo đắn, hợp lý nhất, đáp ứng điều kiện làm việc thiết kế, nhằm nâng cao khả sử dụng, kéo dài tuổi thọ suất làm việc toàn hệ thống - Khi thiết kế cụm xilanh – piston ta phải chọn vật liệu có độ bền cao, độ cứng tốt, tính chống mòn cao Vì vậy, xilanh thường chế tạo từ thép cácbon với nồng độ C = (2,7 ÷ 2,9)% Riêng piston trình làm việc, ln phải tỳ sát vào thành xilanh, bề mặt piston (làm từ kim loại cứng) phải lắp gioăng cao su tổng hợp để đảm bảo ổn định trình làm việc bơm Ngồi ra, q trình làm việc, làm việc liên tục xilanh – piston nhằm tạo áp lực lưu lượng yêu cầu nên làm nhiệt độ chi tiết tăng lên, gây biến dạng nhiệt không theo chiều dài chiều dày Nhưng biến dạng nhiệt làm thay đổi hình dạng, tính chất lý chúng, dẫn đến giảm tuổi thọ độ tin cậy nó, tồn hệ thống Vì vậy, q trình thiết kế ta phải có biện pháp để giảm biến dạng nhiệt : loại trừ nung nóng bơm tia mặt trời trực tiếp, đưa bơm làm nguồn sinh nhiệt, sử dụng khơng khí để làm nguội động dẫn động bơm, 4.2.2 Biện pháp công nghệ Sử dụng biện pháp công nghệ gia công nhằm tăng độ cứng bề mặt, độ chống gỉ, độ bền mỏi, độ bền mòn, độ bền va đập đặc biệt nâng cao tuổi thọ chúng 4.2.2.1 Gia công nhiệt hoá bề mặt làm việc xilanh Đây phương pháp bão hoà lớp bề mặt xilanh nhằm tăng lý lớp kim loại bề mặt so với lõi, tức làm tăng khả làm việc nâng cao tuổi thọ Có nhiều phương pháp gia cơng nhiệt hố bề mặt làm việc truyền thấm cácbon, thấm nitơ, thấm crơm, thấm silíc, oxy hoá, phốtphát hoá, sulphua hoá, Mỗi phương pháp đem lại thay đổi tính lý khác cho lớp kim loại bề mặt, xilanh cụm thuỷ lực máy bơm W2215-193 phương pháp thấm crôm sử dụng nhiều hiệu nhất, bề mặt sau thấm crơm có độ bền va đập, độ bền mỏi cao độ bền mòn cao 4.2.2.2 Mạ điện bề mặt làm việc xilanh Quá trình mạ điện bề mặt làm việc xilanh phủ lớp kim loại mỏng dựa nguyên lý điện phân, mà khơng làm thay đổi tính chất kim loại xilanh làm tăng thêm độ cứng, độ mài mòn độ bóng cho 4.2.2.3 Làm nhẵn bề mặt làm việc xilanh kim cương Đây phương pháp công nghệ để nâng cao tuổi thọ xilanh hệ thống bơm, biện pháp sử dụng cho xilanh sau phủ crơm lớp bề mặt Sự làm nhẵn kim cương tiến hành máy vạn máy chuyên dùng có lượng chạy dao S = (0,02 ÷ 0,08) mm/vòng vận tốc trượt v ≤ 50 m/phút Sự làm nhẵn bóng bề mặt kim cương đảm bảo bề mặt làm việc xilanh cụm thuỷ lực có độ nhám nhỏ Ra = (0,02 ÷ 0,16) μm, đồng thời biện pháp làm tăng độ cứng độ bền mỏi lên gấp nhiều lần so với phương pháp gia công tinh khác mài tinh mài siêu tinh 4.2.2.4 Gia công bề mặt làm việc xilanh tia lade Đây phương pháp đặc biệt nhằm nâng cao độ bền mỏi, độ cứng, khả chịu tải xilanh cụm thuỷ lực Khi tia lade qua bề mặt kim loại bị nung nhanh nhiệt độ cao, truyền nhiệt bên nên bề mặt nguội tia lade dịch chỗ khác 4.2.3 Biện pháp sử dụng 4.2.3.1 Biện pháp vận hành, bảo dưỡng chăm sóc máy Nếu ta đạt hoàn thiện kết cấu, công nghệ chế tạo lắp đặt máy chưa hẳn đảm bảo độ tin cậy tuổi thọ xilanh toàn hệ thống máy bơm, mà điều kiện cần thiết phải có biện pháp sử dụng hiệu quả, tức phải có q trình vận hành kỹ thuật thành thạo hệ thống bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý Như tuổi thọ chúng nâng cao Nhiệm vụ vận hành kỹ thuật máy bơm đảm bảo tình trạng kỹ thuật tốt, làm việc không hỏng đạt hiệu kinh tế cao Để bơm làm việc ổn định với hiệu suất cao trình làm việc ta cần phải chấp hành nghiêm chỉnh quy trình vận hành, bảo dưỡng trình bày chương 4.2.3.2 Biện pháp cải thiện điều kiện làm việc - Xử lý pha rắn dung dịch Do máy bơm khoan làm việc môi trường chất lỏng gồm hai pha rắn – lỏng, pha rắn ngun nhân dẫn đến mòn hỏng cụm xilanh – piston Để hạn chế mòn hỏng này, đảm bảo dung dịch thực tốt chức cần phải tiến hành làm dung dịch Các thiết bị làm thường sử dụng gồm: sàng rung, lọc cát mùm, máng lắng, máy tách khí - Khắc phục tượng xâm thực: Giảm lượng khí có dung dịch sau lọc vào bơm cho yếu tố quan trọng, định lớn đến hiệu suất làm việc bơm Nếu lượng khí lớn, tăng dần vào buồng làm việc, tạo bọt khí gây tượng xâm thực Để nhận biết tượng xâm thực máy bơm, ta dựa vào dấu hiệu sau: + Dòng chảy máy bị gián đoạn + Gây lên tiếng động lớn máy bị rung nhiều + Lưu lượng, cột áp hiệu suất máy bị giảm đột ngột Các biện pháp khắc phục tượng xâm thực: +Giảm tổn thất đường ống hút + Chọn ống hút ngắn + Giảm chiều dài ống đẩy + Đường kính ống hút tối thiểu 200 mm + Chiều cao ống hút 1,5m xilanh có đường kính 200 mm, 2,2 m xilanh có đường kính 130 mm 4.3 Một số biện pháp phục hồi khả làm việc cụm xilanh-piston Cụm xilanh – piston máy bơm dung dịch khoan cụm chi tiết có tính lắp lẫn cao, sản xuất theo ứng với yêu cầu lưu lượng, áp suất khác q trình khoan Trong xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro thường xilanh – piston bị hỏng người ta thay Tuy nhiên trường hợp nhằm đảm bảo tiến độ sản xuất độ mòn chi tiết chưa vượt giới hạn cho phép, việc phục hồi lại khả làm việc chi tiết áp dụng 4.3.1 Xác định tượng, tình trạng, mức độ hư hỏng chi tiết Sau tháo cụm xilanh – piston quan sát thấy: - Bề mặt xilanh bị xước, rỗ, đường kính ngồi xilanh bị thay đổi, lỗ xilanh bị ôvan - Hai mặt đầu piston bị rỗ, thủng Bề mặt tiếp xúc với xilanh bị xước, kích thước giảm, rách vòng cao su làm kín piston, khe hở lắp ghép piston ty piston tăng Nguyên nhân hạt rắn chất ăn mòn hố học có chứa dung dịch khoan, đồng thời tượng xâm thực va đập, trình lắp ráp, bảo dưỡng, … Dựa vào kích thước chế tạo chi tiết kích thước chi tiết, ta đánh giá mức độ khả làm việc lại chi tiết, để có biện pháp xử lý (còn dùng được, phải sửa hay loại bỏ) Chi tiết dùng chi tiết chưa mòn độ mòn nhỏ nằm giới hạn cho phép, không ảnh hưởng đến yêu cầu kỹ thuật mối ghép tình trạng làm việc máy Chi tiết không dùng chi tiết mòn q giới hạn cho phép, khơng đảm bảo u cầu mối ghép, khơng có khả sửa chữa phục hồi, chi tiết phục hồi giá thành sửa chữa lớn giá mua Chi tiết mòn sửa chữa để phục hồi khả làm việc chi tiết có độ mòn đạt đến giới hạn, sửa chữa để dùng lại, giá thành sửa chữa không cao Đối với truyền xilanh – piston, người ta chủ yếu vào sửa chữa, phục hồi khả làm việc xilanh, với piston thường thay chi tiết 4.3.2 Lựa chọn phương pháp phục hồi Quá trình sửa chữa phục hồi xilanh việc đắp kim loại vào chỗ xilanh bị mòn gia cơng lại bề mặt đến đạt kích thước tiêu chuẩn tiện để đạt cấp đường kính lớn Để phục hồi xilanh bị mòn ta sử dụng hai phương pháp sau: - Bổ xung kim loại vào vị trí mòn nhờ vật bổ sung (bằng phương pháp hàn, phun kim loại, mạ kim loại, đắp vật liệu polyme, gia cơng hố học) nhờ vật liệu chi tiết (biến dạng dẻo) - Loại trừ hệ thống mòn cũ sử dụng kích thước sửa chữa Nhưng sử dụng phương pháp phải thoả mãn yêu cầu sau: - Phục hồi khả làm việc xilanh, không gây hư hỏng thêm - Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tiêu kỹ thuật xilanh Phù hợp với trang thiết bị gia công sở có Đáp ứng kịp thời yêu cầu thời gian sản xuất Đạt thời gian phục hồi lâu Đảm bảo hiệu kinh tế cao (giá thành sửa chữa nhỏ giá thành mua chi tiết mới) Để sửa chữa phục hồi lại khả làm việc xilanh ta phải áp dụng biện pháp sau: - Với bề mặt xilanh: để phục hồi lại khả làm việc bề mặt hiệu áp dụng phương pháp mạ Crôm vào vị trí ăn mòn để chống - ăn mòn, tăng độ cứng, độ chịu mài mòn Sau đó, gia công lại phương pháp tiện tinh - Với bề mặt ngồi xilanh: bề mặt bị mòn hỏng xilanh Để sửa chữa phục hồi lại khả làm việc bề mặt ta sử dụng ba phương pháp mạ, hàn đắp, phun kim loại 4.3.3 Các biện pháp sửa chữa 4.3.3.1 Mạ kim loại vào bề mặt xilanh Phương pháp mạ nhằm phục hồi lại kích thước hình học ban đầu chi tiết cụm xilanh – piston, để đảm bảo tính kỹ thuật q trình làm việc Ta sử dụng phương pháp mạ Crôm vào bề mặt xilanh 4.3.3.2 Hàn đắp bề mặt xilanh phương pháp hàn đắp dao động Hàn phương pháp sửa chữa chi tiết phổ biến nhất, gồm ba dạng sau: - Hàn nối: áp dụng chi tiết gãy, vỡ sửa chữa thay hệ thống khung, giá, dầm, giàn, bệ máy - Hàn đắp: bổ xung thêm lượng kim loại cần thiết cho chỗ mòn, sứt, nứt chi tiết, đắp thêm kim loại cân chi tiết chuyển động quay.- Hàn lấp: lấp kín lỗ, khe rãnh chi tiết, để tăng thêm tiết diện chịu lực phải gia cơng lỗ rãnh vị trí khác chi tiết 4.3.3.3 Phục hồi bề mặt xilanh phương pháp phun phủ kim loại Phun phủ kim loại kỹ sư người Thụy Sỹ tên Max Ulrich Schoop phát minh từu năm đầu kỷ 20 Nguyên Lý Và Đặc Điểm Của phương Pháp Phun Phủ Kim Loại - Nguyên Lý : Dùng nguồn nhiệt ( hồ quang; khí cháy ; plasma) làm nóng chảy kim loại Sau kim loại nóng chảy dòng khơng khí nén thổi mạnh làm phân tán thành hạt sương mù nhỏ bắn lên bề mặt vật chuẩn bị sẵn(làm sạch, tạo nhám) tạo lớp kim loại có bề mặt phủ theo yêu cầu, hạt kim loại đè lên theo lớp - Đặc Điểm : + Các hạt kim loại khí nén tách có kích thước nhỏ, khoảng (3 ÷ 300) μm + Lớp kim loại có chiều dày từ (0,3 ÷ 10) mm cao + Sự liên kết kim loại phun kim loại chế tạo xilanh lực học, hạt kim loại bám vào bề mặt xilanh nhờ sức căng bề mặt giọt kim loại lỏng có ngót kim loại nguội + Lớp kim loại phun có cấu trúc hạt khơng đồng kích thước, hình dáng thành phần, phụ thuộc vào điều kiện tách nhỏ hạt tính chất lý hố kim loại phun + Bề mặt xilanh sau sửa chữa mòn phương pháp phun kim loại có độ cứng độ chống mòn cao, làm tăng khả làm việc Tài Liệu Tham Khảo Tính Tốn Lựa Chọn Bơm Các thơng số giếng khoan mà bơm cần chọn để phục vụ cho giếng Bảng 4.4 Bảng thông số chế độ khoan Khoảng chiều sâu (m) Tải trọng đáy G (tấn) Lưu lượng bơm Q (l/s) Tốc độ quay n (v/p) 85  250  10 40  50 60  80 250  550 48 50  53 80  90 550  814 36 45  46 80  90 814  900 10  14 44  48 60  80 900  2100 16  20 38  40 90  120 2100  2700 18  20 36  37 80  110 2700  3210 18  20 35  36 80  110 3210  3300 18  20 34  35 80  110 3300  4210 15  17 22  23 70  90 4210  4490 10  12 14  18 60  70 4490  4680 13  14 10  16 55  60 Bảng 4.5 Thông số dung dịch dùng cho giếng khoan Khoảng theo thân giếng (m)  (G/cm ) 85  250 1,03 250  909 1,10 909  2250 1,12 2250  3304 1,16 3304  3694 1,62 3694  4214 1,73 4214  4680 1,06 Dựa vào bảng thông số chế độ khoan ta tính tốn lựa chọn bơm cho q trình khoan Ta tính tốn chọn bơm khoan cho giếng ta tính tốn cho hai khoảng khoan từ 3304  3694 3694  4214 Công suất thủy lực bơm cần có cho khoảng khoan từ 3304  3694 Ntl =γ.Q.H =1,62.3694 90=538585 (w) = 538,585 kw Công suất động cần cung cấp Nđc = 𝑁𝑡𝑙 ŋ với ŋ = 0,67÷0,85 với ŋ khoảng ta tính cơng suất động với ŋ =0,75 nên Nđc = 718113 (w) =718,113 kw Công suất thủy lực bơm cần có cho khoảng khoan từ 3694  4214 : Ntl =γ.Q.H =1,73.4214 90=656119 (w) = 656,119 kw =891,46 Hp Công suất động cần cung cấp Nđc = 𝑁𝑡𝑙 ŋ với ŋ = 0,67÷0,85 với ŋ khoảng ta tính cơng suất động với ŋ =0,75 nên Nđc = 874826 (w) =874,826 kw =1188Hp Dựa vào kết tính tốn công suất cần cho giếng ta lấy công suất cần thiết lớn cho trình khoan để chọn bơm Dựa vào thông số loại bơm sau: Bơm YHБ – 600 Công suất máy bơm: 600KW Công suất thủy lực: 475KW- 645HP Bơm W- 2215 Công suất 1641KW- 2200HP Bơm NOV/14- P- 220 2200 HP Dựa vào công suất cần thiết số thông số bơm ta chọn máy bơm YHБ – 600 dùng để khoan giếng Bơm 1625- DE 3000HP có cơng suất bơm 3000 HP Dựa vào tính tốn cơng suất giành cho giếng 1188 HP ta chọn bơm W 2215 để bơm cho giếng Vì theo tính tốn cơng suất cần để bơm 1188 HP, nhiên điều kiện phức tạp trình khoan, cần công suất lớn hơn, để giải cố phun trào, cứu kẹt nên ta chọn bơm W-2215 KẾT LUẬN Trong công tác khoan dầu khí Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsopertro, loại máy bơm dung dịch khoan W- 2215 sử dụng chủ yếu có hiệu giàn cố định Trong trình sử dụng, cụm thiết bị, chi tiết bơm hay bị mòn hỏng Để trình sản xuất liên tục, hiệu việc tìm dạng hỏng nguyên nhân gây hỏng cần thiết Đề tài em trình bày cách tổng quan cấu tạo, đặc điểm số dạng mòn hỏng máy bơm dung dịch khoan W2215, đồng thời trình bày biện pháp khắc phục để đảm bảo độ bền hiệu sử dụng bơm Sau thời gian thực tập Vietsopetro Xí Nghiệp Liên Doanh TP Vũng Tàu trình thực đề tài này, em củng cố thêm kiến thức học bước đầu làm quen với kiến thức thực tế sản xuất Đây bước đầu quan trọng cho việc định hướng phát triển khả nghiên cứu khoa học tương lai Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: T.S Nguyễn Văn Giáp, thầy giáo mơn Thiết Bị Dầu Khí, Bộ mơn Khoan – khai thai thác thầy cô môn , bác , anh chị thuộc Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsopertro giúp đỡ em nhiều thời gian thực đồ án.Em xin chân thành cảm ơn , chúc thầy cô giáo hội đồng sức khỏe tốt có buổi lễ bảo vệ đồ án thành công tốt đẹp ! EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! Người thực TRẦN ĐỨC LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Máy thuỷ lực thể tích- Hồng Thị Bích Ngọc Quy trình cơng nghệ sửa chữa máy bơm piston- Xí nghiệp sửa chữa điện Công nghệ sửa chữa máy thiết bị mỏ- Vũ Thế Sự Thuỷ lực máy thuỷ lực Tập I , Tập II- Đinh Ngọc Ái (chủ biên) Bơm, Quạt, Máy nén khí- Nguyễn Văn May- Nhà xuất khoa học kỹ thật Hà Nội 1997 Bơm, máy nén, quạt công nghiệp- Nguyễn Minh Tuyển- Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1985 Kỹ thuật cơng nghệ khí- PGS-TS Lê Văn Tiến- 1993 Công nghệ chế tạo máy Tập , Tập 2- Đặng Vũ Dao- Lê Văn Tiến- Nguyễn Đắc Lộc- Nguyễn Đức Năm- Nguyễn Thế Đạt- 1986 ... công nghiệp trồng người! Em Xin Chân Thành Cảm Ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2017 Sinh Viên Trần Đức Luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN Ở VIETSOVPETRO 1.1 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn... 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 Hình 1.1 Sơ đồ