Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2-500/500 trên giàn khoan Tam Đảo-01 Vietsovpetro

ơn hộp số Do hộp số làm việc ở vị trí thẳng đứng nên ổ đỡ trên phải chủ động bôi trơn. Một hệ thống được sử dụng bôi trơn cho hộp số gồm: Bơm bánh răng, bộ lọc dầu, van tự động lắp trên đường ống từ bơm tới bộ lọc. Dung tích dầu bôi trơn của hộp số là 91gallons. Áp suất dầu thông qua bộ cảm biến dẫn đến bục điều khiển kíp trưởng khoan. Mức dầu trong hộp số được kiểm tra bằng mắt kính hoặc que thăm ở mặt trên hộp số. Cần sang số Cần sang số được gắn với một xilanh khí nén nằm ngang, một cần sang số tay được đặt ở phía sau hộp số cho phép sang số khi xilanh khí nén bị hỏng. Cơ cấu điều khiển đổi số được điều khiển từ bảng điều khiển của kíp trưởng khoan và chỉ thị bởi hai đèn tín hiệu. Hình 2.3 : Hộp số Topdrive 2.2.2. Cụm ống rửa Cụm ống rửa gồm có: Gioăng tròn , vòng hãm , đai ốc , thân chứa gioăng , gioăng làm kín , ống rửa và vú mỡ. Cụm ống rửa là thiết bị rất quan trọng và cần thiết. Cụm ống rửa nối trục chính của hộp số với cổ cong tuyô, cho dòng dung dịch với nhiệt độ và áp suất luôn thay đổi và với một tốc độ quay của trục. Chức năng của gioăng xoay là phải quay ở vị trí thẳng đứng. Đầu quay phải gắn với cơ cấu gioăng xoay một cách chính xác và luôn được bôi trơn, nếu đầu quay được cất giữ một thời gian thì phải tháo ra để kiểm tra lại các bộ phận gioăng xoay, xem xét sự ăn mòn và hư hỏng. Hình 2.4: Cụm ống rửa 2.2.3. Vành quay Vành quay có cấu tạo hình trụ rỗng , bên ngoài ở hai phía đối diện có hai móc để lắp quang treo Elevator, vành quay tựa vào thân trên ổ bi con lăn và ổ trượt , phía trên vành quay có lắp bánh răng ăn khớp với bánh răng truyền chuyển động quay mômen từ mô tơ khí nén qua hộp giảm tốc đến vành quay. Bên hông vành quay ở hai phía đối diện có giá lắp ống thủy lực và giá lắp các xilanh nâng hạ quang treo Elevator. Trên thân vành quay có hàng lỗ có tác dụng như các kênh dẫn khí nén nguồn cho các xilanh nâng hạ quang treo Elevator, khí nén điều khiển van cầu trên, khí nén điều khiển van thủy lực bộ ngàm kẹp , khí nén nguồn cấp cho bộ ngàm kẹp. Vành quay được chốt bởi hai chốt trong trường hợp tháo hoặc lắp mối ren cần khoan. Các chốt được dẫn động bởi các xilanh khí nén lắp trên thân và được điều khiển từ bảng điều khiển của kíp trưởng khoan. Vành quay là nơi lắp Elevator, là một thành phần trong hệ thống chịu tải khi kéo thả bộ khoan cụ, ống chống. 1. Đệm 6. Mô tơ khí 2. Cụm phân phối không khí 7. Phanh 3. Ống xả 8. Hộp số 4. Van 9. Ghim chốt 5. Hộp đựng mối nối van Sôlênôit Hình 2.5 : Vành quay 2.2.4. Bộ ngàm kẹp cần Các xilanh của bộ ngàm kẹp cần được cung cấp áp suất thủy lực lên tới 2800PSi để đóng các vấu kẹp, kẹp chặt cột cần khoan. Khi muốn nhả các vấu kẹp thì cần áp suất nén là (100 – 200)PSi trên cần của xilanh. Bộ ngàm kẹp cần được điều khiển từ bảng điều khiển của người vận hành. Bộ ngàm kẹp là một thành phần trong hệ thống khí nén. 2.2.5. Ống thủy lực Ống thủy lực đỡ bộ ngàm kẹp và truyền mômen từ bộ ngàm kẹp đến vành quay . Ống thủy lực cũng là bình chứa dầu thủy lực và chứa bên trong nó ắc quy thủy lực, đồng thời nó là giá để bơm thủy lực, phin lọc, van an toàn, cụm van điều khiển định hướng. Những thành phần này cùng với hệ thống đường ống tạo thành một hệ thống thủy lực độc lập cung cấp áp lực dầu cho các xilanh của bộ ngàm kẹp. 1. Đường khí 7. Bơm 2. Đường thuỷ khí 8. Bộ điều chỉnh 3. Hộp đựng mối nối van Sôlêôit 9. Ống thuỷ lực 4. Cụm phân phối không khí 10. Xi lanh ngàm kẹp 5. Vành quanh 11. Lò xo khí 6. Bộ lọc 12. Phím ngắt 13.Đường dẫn khí Hình 2.6: Ống thủy lực/ Bộ ngàm kẹp 2.2.6. Hệ thống chống phun bên trong cần IBOP 1. IBOP phía trên 2. Thân van tiết kiệm dung dịch 3. IBOP phía dưới 4. Van tiết kiệm dung dịch 5. Đầu nạp van 6. Vòng kẹp hình chữ O 7. Chuỗi các thiết bị van 8. Dấu hiệu cảnh báo 9. Vòng kẹp hình chữ O 10. Cửa van 11. Chân tiết kiệm dung dịch 12. Chìa vặn đai ốc Hình 2.7 : Hệ thống chống phun bên trong cần IBOP 2.2.6.1. IBOP phía trên IBOP phía trên được gắn trực tiếp với đầu trên của trục chính với một đầu nối ren thuận đường kính 7"5/8 theo tiêu chuẩn của API. Bên trong có một van cầu với đường kính lỗ 3". Hai cơ cấu dẫn động khí nén dùng để điều chỉnh van đóng mở. Mỗi bên của van được gắn với một cơ cấu dẫn động để cung cấp một mômen quay 400lb.ft để đóng van. Ngoài ra trục của cơ cấu dẫn động có chỗ để clê vào đóng mở bằng tay khi cần thiết. 2.2.6.2. IBOP phía dưới IBOP phía dưới đặt ở van tiết kiệm dung dịch khoan và đầu nối bảo vệ, kích cỡ của van cầu dưới được chọn theo kích cỡ của đầu nối và kích cỡ của ống chống. 2.2.6.3. Bộ vòng kẹp Khi động cơ dẫn động tạo mômen xoắn để liên kết hoặc tháo đầu nối cột cần khoan thường xẩy ra sự nới lỏng hoặc chặt quá. Để ngăn ngừa sự nới lỏng hay chặt quá các đầu nối trong quá trình khoan người ta sử dụng các bộ vòng kẹp. Đó là vòng liên kết được lắp bao quanh các bề mặt tiếp xúc của đầu nối. 2.2.6.4 Van khống chế dung dịch khoan Phần giữa của van cầu là van khống chế dung dịch khoan. Nó là đầu nối chuyển tiếp giữa van cầu trên và van cầu dưới, đầu trên của nó có kích thước cỡ ren 6"5/8 ăn khớp với ren đầu dưới của van cầu trên; đầu dưới nối với van cầu dưới. Chức năng của van khống chế dung dịch là tự động đóng mở, duy trì áp suất dung dịch tới 90PSi trên đường ống sau khi bơm dung dịch ngừng hoạt động. Áp suất làm việc của van: Lớn nhất: 150psi Nhỏ nhất: 90psi 2.2.7. Xe lăn dẫn đường Xe lăn dẫn đường gồm có 4 cụm xe lăn, hai cụm dưới gắn vào thân Topdrive PS2 - 500/500, hai thanh trên gắn vào khung giá động cơ điện. Mỗi cụm xe lăn có cấu tạo: con lăn gắn vào thanh đàn hồi . Topdrive được hướng dẫn trong đường ray bởi hệ thống con lăn lò xo nên thiết bị dễ dàng di chuyển theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên yêu cầu với đường ray phải thẳng hàng không cong vặn, bóp méo, các con lăn có khả năng tự điều chỉnh khe hở giữa nó và đường ray. Với hai tầng lò xo cho phép giới hạn chuyển động con lăn, với hệ thống lò xo này giúp con lăn luôn tiếp xúc với bề mặt của đường ray. Hình 2.8 : Xe lăn dẫn đường 2.2.8. Hệ thống làm mát Topdrive PS2 - 500/500 được làm mát bởi một hệ thống thổi, phin lọc, bộ phận thải chất bẩn, bộ phận phun tia lửa điện. Tất cả các hệ thống này gắn trên khung động cơ và cách ly với động cơ bởi một vòng cao su được đặt giữa khung hệ thống thổi, khung động cơ. Động cơ ba pha 15HP cung cấp khí sạch qua phin lọc vào khoang động cơ và hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra khi làm việc. Hệ thống làm mát này được điều khiển bởi cơ cấu cung cấp khí đặt trên giàn khoan. 2.2.9. Các đường ống phụ trợ Những thông tin điều khiển nguồn khí nén ở dưới điều chỉnh hệ thống cân bằng được chuyển tới Topdrive qua các đường ống phụ trợ, các đường ống này đuợc bao bọc bởi một lớp mạ kẽm chống gỉ, một lớp vỏ bọc bên ngoài gắn chặt hệ thống dây có tác dụng đỡ trọng lượng hệ thống và đảm bảo an toàn cho hệ thống dây. Các hộp nối dùng cho việc nối các đầu ống dây của hệ thống, các đường phụ trợ, nó được đặt trên mặt bằng làm việc của tháp. 2.2.10. Hệ thống khí nén 2.2.10.1. Nguồn khí nén Hầu hết các thành phần của Topdrive đều được điều khiển hoạt động bằng khí nén. Yêu cầu của nguồn khí nén là phải sạch, có nhiệt độ hóa hơi thấp hơn nhiệt độ của môi trường với áp suất nhỏ nhất là 100Psi. Khí nén luôn được sấy khô và lọc sạch bởi một hệ thống phin lọc có thể lọc hạt bụi cỡ 25μm. 2.2.10.2. Cơ cấu khí nén điều khiển dầm cân bằng Dầm cân bằng thực hiện chức năng treo trọng lượng Topdrive dưới áp lực khí nén, mục đích là bảo vệ đầu nối ren trong khi tháo hoặc nối cột cần khoan. Hộp điều khiển được đặt tại kíp trưởng gửi tín hiệu khí nén tới dầm cân bằng. Dầm cân bằng được nối tới van điều chỉnh bằng một ống dẫn trong hệ thống các đường ống phụ trợ. Bóng đèn trung tâm được hoạt động bởi một công tắc trên dầm cân bằng, công tắc điều chỉnh này sẽ mở một bóng đèn trên bảng điều khiển để báo cho người vận hành biết vị trí của đầu quay so với cột cần khoan để có thể nối hoặc tháo đầu nối của cột cần khoan. 2.2.10.3. Phanh của động cơ dẫn động Phanh của động cơ dẫn động được đặt bên trên động cơ GE-752 với đường khí nén gắn trên nó. Các công tắc lựa chọn “ Off - Auto on” được đặt trên bản điều khiển. Tại đây, các tín hiệu được điều khiển đến hộp nối van điện từ điều khiển phanh. Dòng khí nén đi vào các ống cao su tạo ra lực ép những má phanh chống lại chuyển động quay của động cơ. Khi công tắc ở vị trí “Off”, lúc này van ở trạng thái đóng đồng thời có đèn báo và còi hú. Khi công tắc ở trạng thái “ Auto on”, van ở trạng thái mở và đóng tự động, lúc này đang khoan bình thường. 2.2.10.4. Cơ cấu chuyển đổi tốc độ Cơ cấu chuyển đổi tốc độ là một xilanh khí đặt trong hộp số, có tác dụng chuyển đổi tốc độ quay của trục chính đầu quay. Một hệ thống tín hiệu đèn trên bảng điều khiển giúp người vận hành nhận biết tốc độ đã chọn. Công tắc lựa chọn “ TRANSMISSON : LOW/HIGH”, nếu lựa chọn “LOW” ta có tốc độ quay chậm nhưng mômen lớn, ngược lại nếu lựa chọn “HIGH” cho ta tốc độ lớn và mômen nhỏ. 2.2.11. Hệ thống điều khiển tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 Hệ thống điều khiển tổ hợp đầu quay Topdrive PS2 - 500/500 được biểu diễn qua bảng điều khiển mà trên đó thể hiện tất cả các chức năng của Topdrive. Các thành phần chính của hệ thống điều khiển: Thiết bị cho người vận hành, bảng điều khiển. Bảng chuyển tiếp tín hiệu điều khiển Các hệ thống dây điện và thiết bị phụ trợ Bảng chuyển tiếp gồm có các bộ phận tiếp xúc một chiều để mở nguồn điện cho động cơ. Một chương trình điều khiển các chức năng của hệ thống một cách chính xác và hợp lý. Topdrive PS2 - 500/500 Hộp nối trên tháp Các thiết bị điều khiển bảng điều khiển Trung tâm điều khiển của giàn Bảng chuyển tiếp tín hiệu điểu khiển Động cơ điện Bàn Roto Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống điều khiển Topdrive PS2 - 500/500 2.2.10.1. Thiết bị và bảng điều khiển cho người vận hành Đồng hồ mômen quay, đồng hồ vận tốc động cơ và các loại đèn báo cùng với công tắc điều khiển Các chức năng của hệ thống: Điều khiển bộ đẩy Elevator. Điều chỉnh mômen quay khi tháo vặn đầu nối. Điều khiển từ xa đóng mở hệ thống van cầu trong cần. Điều chỉnh phanh động cơ. Điều khiển công tắc chuyển tiếp. Điều khiển mômen quay động cơ, mômen quay giới hạn khi vặn. Bảng điều khiển có các đèn báo chỉ dẫn xác định trạng thái chức năng của từng thiết bị trong quá trình vận hành: Phanh động cơ. Hệ thống điều khiển từ xa van cầu trong. Điều khiển bơm thủy lực. Động cơ làm mát. Nhiệt độ của đầu quay. Hệ thống phòng chống cháy nổ. Đèn báo trạng thái cho ta biết sự hoạt động của: Hệ thống bơm thủy lực. Độ cao của đầu quay so với ròng rọc tĩnh ở đỉnh tháp, Trạng thái chất làm mát. 2.2.10.2. Bảng chuyển tiếp tín hiệu điều khiển Topdrive được điều khiển từ phòng SCR và nguồn điện được nối giữa chúng qua bảng chuyển tiếp tín hiệu. Các thiết bị trên bảng điều khiển chuyển tiếp tín hiệu gồm có: Các bộ tiếp xúc một chiều. Chương trình điều khiển. Các thiết bị điện xoay chiều phụ trợ. Các thiết bị của giàn được liên kết để ghi lại tốc độ và mômen quay của trục chính. Các tín hiệu điều khiển được nối với hệ thống bằng chương trình của người điều khiển. 2.2.10.3. Các hệ thống dây điện và chất lỏng phụ trợ Các hệ thống dây chuyển tiếp như: Hệ thống dây điện, dây dẫn khí và các đường ống thủy lực được nối giữa mặt đất và hộp nối, giữa các hộp với các đầu nối được đặt trên hệ thống đầu quay giúp cho tổ hợp làm việc thuận tiện và an toàn. 2.3. Nguyên tắc hoạt động của Topdrive PS2 - 500/500 2.3.1. Khoan thuận Đây là kiểu khoan cơ bản của các chủng loại thiết bị khoan xoay nói chung và của đầu quay di động nói riêng. Quá trình khoan như sau: Hệ thống đầu quay và bộ khoan cụ đi xuống Mở đầu nối giữa cột cần khoan và đầu nối bảo vệ, dùng mômen quay của động cơ dẫn động và mômen chống xoay của ống thủy lực Kéo đầu quay lên và mở Elevator Thợ trên cao cài chốt cho cần khoan trong Elevator, thợ ở dưới sàn đưa cột cần khoan vào trong để nối cần Hạ thấp đầu quay cho đến khi đầu nối bảo vệ tới hộp của cơ cấu vặn cần Xoay và vặn đầu nối, dùng động cơ dẫn động để giữ và kẹp cần trong quá trình nối cần người ta dùng ống thủy lực tạo mômen giữ chặt cần khoan lại Tiếp tục khoan đi xuống 2.3.2. Khoan ngược Bộ đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 cho phép doa ngược lỗ khoan để ngăn ngừa sự kẹt cần và giảm sự hình thành rãnh do quá trình tuần hoàn dung dịch. Quá trình doa ngược được thực hiện như sau: Kéo bộ đầu quay Topdrive trong khi vẫn thực hiện quá trình quay của động cơ dẫn động cho đến hết một cần dựng Ngừng quá trình tuần hoàn và quay Tháo đầu nối bên dưới dùng mômen quay của động cơ dẫn động Tháo đầu nối bên trên giữa cần khoan và đầu nối bảo vệ. Mômen giữ của bộ ôm kẹp cần và mômen xoay của động cơ dẫn động Nhấc cần khoan dùng Elevator, đặt cần khoan vào giá dựng Hạ thấp hệ thống đầu quay xuống sàn, nối đầu nối bảo vệ với đầu nối cần khoan dùng mômen quay của động cơ dẫn động và bộ ôm kẹp cần tạo mômen giữ Tiếp tục quá trình doa ngược. CHƯƠNG 3 CÁC DẠNG HỎNG HÓC - NGUYÊN NHÂN - CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CÔNG TÁC BẢO DƯỠNG -SỬA CHỮA TOPDRIVE PS2-500/500 Sự hoạt động không bình thường của bộ đầu quay Topdrive sẽ trì hoãn tiến trình thi công giếng khoan, hư hại cho máy móc, tổn hao về kinh tế và còn nguy hiểm cho người vận hành. Do vậy việc đưa ra định hướng kiểm tra, bảo dưỡng Topdrive là cần thiết. 3.1. CÁC DẠNG HỎNG HÓC, NGUYÊN NHÂN, CÁCH KHẮC PHỤC 3.1.1. Phanh động cơ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Phanh động cơ không hoạt động Nguồn khí bị hỏng Mở nguồn khí Đường khí bị tắc, kẹt Thông hoặc thay đường khí bị tắc Ruột phanh bị thủng Thay ruột phanh bị thủng Má phanh bị mòn Thay má phanh Van xả nhanh bị hỏng Thay van xả nhanh hỏng 3.1.2. Hệ thống làm mát Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Quạt gió không quay Công tắc bị nhả Bộ chuyển mạch khóa môtơ quạt gió bị đóng Thay hoặc đặt lại công tắc; Nhả bộ chuyển mạch khóa Quạt gió quay nhưng môtơ khoan không khởi động Rơle áp suất hỏng hoặc không điều chỉnh được Chỉnh hoặc thay rơle áp suất Môtơ khoan khởi động nhưng không quay Mạch điện cái ngắt bị hỏng Thay thế mạch điện cái ngắt Bộ quạt gió rung quá mức Quạt gió mất cân bằng do bị bụi hoặc mất trọng lượng Gửi quạt về xưởng để sửa chữa hoặc thay thế Môtơ quạt gió có dòng quá lớn Quạt gió quay ngược chiều hoặc lỗ thông gió không đủ lớn Đổi lại chiều quay môtơ hoặc lắp lỗ thông gió đủ lớn 3.1.3. Hệ thống cân bằng Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống cân bằng không làm việc theo đúng chương trình Van cấp khí chính đóng Mở van cấp khí chính Van cấp khí cho đường điều khiển đóng Mở van cấp khí cho đường điều khiển Tất cả các van trên đường điều khiển đóng Mở một van trên đường điều khiển Van điều chỉnh của van mở không phù hợp Vặn van điều chỉnh đến khi đặt yêu cầu Van điều chỉnh làm việc không đúng Thay van điều chỉnh hỏng Van tỉ lệ không được cấp khí Kiểm tra lưu lượng và áp suất khí cấp cho van tỉ lệ Van tỉ lệ không nhận được tín hiệu điều khiển Kiểm tra lưu lượng và áp suất khí điều khiển van tỉ lệ Van tỉ lệ không xử lý tín hiệu điều khiển nhận được Sửa hoặc thay thế van tỉ lệ Van xả giảm thanh không xả khí Tháo, làm sạch hoặc thay van xả giảm thanh Bộ khuếch đại khí không làm việc Sửa hoặc thay bộ khuếch đại khí Phin lọc khí bị tắc Rửa hoặc thay lõi phin lọc, kiểm tra nút xả nước tự động Bầu cao su bị thủng Kiểm tra bầu cao su, thay thế bầu cao su Van giới hạn chỉnh không đúng Điều chỉnh van giới hạn Đèn báo vị trí trung gian không sáng Đèn báo bị hỏng Thay thế bóng đèn 3.1.4. Hộp số hai tốc độ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Bánh răng không ăn khớp khi sang số Các răng không thẳng hàng Quay nhẹ môtơ khoan để bánh răng ăn khớp Hộp số quá nóng, nhiệt độ trên 95°C Mức dầu bôi trơn thấp Tắc trong hệ thống bôi trơn Đổ thêm dầu bôi trơn đủ mức Rửa phin hút thay phin xả, kiểm tra vòi phun Làm việc với tốc độ cao và mômen lớn trong nhiệt độ môi trường cao Lắp đặt hệ thống làm mát dầu trên hệ thống bôi trơn 3.1.5. Bộ ngàm kẹp đầu nối cần khoan Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Bộ ngàm kẹp không đóng hoặc mở Bơm dầu không làm việc Bộ xả giảm thanh bị tắc, phin lọc khí bị tắc Phin lọc dầu tắc Thiếu dầu trong ống chứa Lưới lọc đường hút dầu bị tắc Chất bẩn và dung dịch bám vào sau cụm chấu kẹp Cụm chấu kẹp cọ xát thành bộ ngàm kẹp Xem hướng dẫn sử dụng bơm dầu Rửa hoặc thay bộ xả, thay lõi phin lọc khí, thông nút xả tự động Thay lõi phin lọc dầu Đổ thêm dầu đủ mức Làm sạch lưới lọc Tháo nút phía trên bộ ngàm kẹp và rửa sạch chất bẩn Làm sạch bôi trơn thành trong bộ ngàm kẹp 3.1.6. Vành quay Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Vành quay không quay khi điều khiển Van xả giảm thanh bị bẩn Chốt khóa không rút lên Phanh không nhả Gỉ sét hay chất bẩn đọng lại trong khe giữa vòng bi và ống lót thân chính Làm sạch hoặc thay van xả giảm thanh Kiểm tra đường khí cấp cho xilanh chốt khóa Kiểm tra đường khí cấp cho phanh Bơm dầu hộp số vào khe giữa vòng bi và ống lót thân chính Môtơ khí quay không đều theo hai phía Nước đá đọng trong môtơ khí sau thời gian dài làm việc Làm tan nước đá đọng trong môtơ khí Hộp số quá nóng trên 95°C Quá ít dầu trong hộp số Đổ thêm đủ dầu Hộp số quá rung hoặc có âm thanh lạ Vòng bi vỡ hoặc bánh răng vị vỡ Thay vòng bi vỡ hoặc bánh răng bị vỡ 3.1.7. Hệ thống van cầu Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống van cầu trên không đóng hoặc mở Nguồn khí bị đóng Đường khí bị tắc Cơ cấu khí nén không làm việc Mở nguồn khí Thông hoặc thay đường khí bị tắc Thay cơ cấu hỏng 3.1.8. Cơ cấu điều khiển quang treo Elevator Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Cơ cấu không làm việc Nguồn khí bị ngắt Van tăng áp bị hỏng Van xả nhanh bị hỏng Ti xilanh bị bám keo bẩn Mặt trong xilanh bị khô Kiểm tra nguồn khí Thay van tăng áp Thay van xả nhanh bị hỏng Làm sạch ti xilanh Bơm dầu bôi trơn vào trong khoang xilanh 3.1.9. Xe lăn dẫn đường Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Con lăn bị nghiêng Con lăn không quay Con lăn kêu cót cét Con lăn phát ra âm thanh lớn khi lăn Cụm con lăn không thẳng Vòng bi con lăn bị hỏng Vòng bi không được bôi trơn Con lăn bị mòn rát phẳng Căn chỉnh cụm con lăn Thay vòng bi hỏng Bơm mỡ vòng bi con lăn Thay con lăn bị mòn 3.1.10. Hệ thống phòng ngừa cháy nổ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Hệ thống phòng ngừa cháy nổ không làm việc hay áp suất dưới mức làm việc Nguồn khí không có Nguồn khí không đủ cấp Khí lọt ra ngoài nhiều hơn lượng khí cung cấp Mở nguồn khí Tăng lưu lượng của hệ thống cung cấp Sửa các vòng đệm làm kín, tăng lưu lượng khí 3.1.11. Hệ thống van điện từ Sự trục trặc Nguyên nhân có thể Biện pháp khắc phục Van không hoạt động Nguồn khí chính cung cấp bị đóng Nguồn khí điện cung cấp bị ngắt Mở van cung cấp khí Mở nguồn khí điện cung cấp Van hoạt động không theo ý muốn Khí xả từ đường ống van bị cản Mở rộng làm sạch hay thay thế cửa van 3.2. KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA TỔ HỢP ĐẦU QUAY DI ĐỘNG TOPDRIVE PS2 - 500/500 Để đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sử dụng tổ hợp đầu quay Topdrive PS2 - 500/500, chúng ta phải thực hiện công tác bảo dưỡng và chăm sóc một cách hợp lý theo một kế hoạch nhất định. 3.2.1. Dầu mỡ bôi trơn cho Topdrive Dầu thủy lực Thường chọn loại dầu có ký hiệu: Mobil SHC525, Mobil SHC 524. Hai loại dầu này có nhiệt độ đông đặc vào khoảng -55°F (-48°C) Mỡ bôi trơn cho ổ đỡ của động cơ, các con lăn và bộ kẹp cần có ký hiệu: Mobil CM-W, Mobil CM-L. Toàn bộ dầu bôi trơn và mỡ bảo vệ được thay mới với thời gian 6 tháng một lần, nếu cần thiết có thể thay dầu mỡ mới thường xuyên tùy điều kiện làm việc yêu cầu. Topdrive mới đưa vào sử dụng thì sau 3 tháng làm việc phải thay dầu mỡ. Chất lỏng dầu bôi trơn phải có nhiệt độ thấp hơn 9°F (5°C) nhiệt độ xung quanh. Nếu nhiệt độ của môi trường xung quanh đạt tới điểm đông đặc của chất lỏng bôi trơn thì cần lắp thêm một thiết bị làm nóng dầu cho hệ thống chất lỏng bôi trơn. 3.2.2. Kiểm tra, bảo dưỡng Topdrive PS2 - 500/500 3.2.2.1. Bảo dưỡng kiểm tra hàng ngày (Hình 3.1) 1. Bơm mỡ tất cả các con lăn, xe lăn dẫn đường 2. Bơm mỡ bộ gioăng ống rửa mỗi lần sau 8 giờ làm việc 3. Bơm mỡ khớp nối xilanh nâng hạ quang treo Elevator 4. Bơm mỡ chốt giữ ngàm kẹp 5. Bơm mỡ hộp để trượt trên ống thủy lực 6. Bơm mỡ Elevator 7. Bơm mỡ vành tiếp hợp cho van cầu trên 8. Bơm mỡ đĩa của phần di động 9. Kiểm tra mức dầu hộp số 10. Kiểm tra mức dầu vành quay 11. Kiểm tra mức dầu ống thủy lực 12. Kiểm tra ngàm kẹp và chấu kẹp Hình 3.1: Các vị trí bảo dưỡng hàng ngày 3.2.2.2. Bảo dưỡng kiểm tra hàng tuần (Hình 3.2) 1. Bơm mỡ phớt chắn đầu dưới ống rửa 2. Bơm mỡ phớt vòng bi trên của trục vào hộp số 3. Bơm mỡ chốt móc 4. Lắp vú mỡ vào và bơm mỡ van cầu trên 5. Bơm mỡ vào vành tiếp khí 6. Bơm mỡ ngàm kẹp 7. Bơm mỡ chốt hãm vành quay 8. Bơm mỡ vành quay 9. Kiểm tra mức dầu trong hộp số 10. Kiểm tra độ xiết chặt của các bulông vòng kẹp khóa van cầu Hình 3.2: Các vị trí bảo dưỡng hàng tuần 3.2.2.3. Kiểm tra bảo dưỡng hàng tháng (Hình 3.3) 1. Bơm mỡ khớp nối giữa trục động cơ và hộp số ( tháo nút bịt ra, lắp vú mỡ vào bơm, sau đó tháo vú mỡ ra, lắp nút bịt lại) 2. Bôi mỡ lên vành răng của vành quay 3. Thay lưới lọc không khí làm mát động cơ điện. Hình 3.3 : Các vị trí bảo dưỡng hàng tháng 3.2.2.4. Bảo dưỡng kiểm tra hàng quý 1. Thay phin lọc đường ra của bơm dầu hộp số 2. Bôi mỡ lên vành kẹp van cầu: tháo vành kẹp ra, bôi mỡ vào các mặt tiếp xúc 3.2.2.5. Bảo dưỡng kiểm tra nửa năm 1. Thay dầu hộp số 2. Thay dầu vành quay 3. Thay dầu trong ống thủy lực 4. Bơm mỡ vòng bi động cơ điện 5. Kiểm tra phin lọc khí trên đường khí cấp vào 3.2.3. Kiểm tra hàng ngày hoạt động của hộp số Kiểm tra mức dầu trong hộp số Kiểm tra nhiệt độ tại đường ống dẫn dầu, hộp số sau 2 giờ làm việc Kiểm tra phin lọc dầu Kiểm tra độ rung động các đầu nối Kiểm tra độ bẩn các bình tích Kiểm tra hoạt động của bơm dầu CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG KHÍ NÉN (PNEUMATIC SYSTEM) Hệ thống khí nén gồm có những bộ phận sau: Thiết bị cung cấp không khí Blốc cân bằng Thiết bị đo chỉ số cân bằng Tời khoan /khóa liên động ngàm kẹp Môtơ phanh khoan Bộ ngàm kẹp bằng bơm thủy khí Thiết bị đo chỉ số ngàm kẹp Môtơ vành quay Phanh môtơ vành quay Khóa chốt vành quay Hệ thống chống phun bên trong cần IBOP Hệ thống lọc Cơ cấu chuyển đổi tốc độ Đường dẫn dung dịch hồi Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống khí nén 4.1. Cung cấp không khí Hệ thống điều khiển Topdrive và hầu hết các bộ phận của nó tùy thuộc vào không khí khô và sạch bị nén tới khi hoạt động. Không khí bị nén phải thỏa mãn điều kiện để tạo một lực xoay là 150 SCFM nhỏ nhất tại 100 psi và lớn nhất tại 150 psi. Điểm nhệt ngưng của không khí đã cung cấp cho Topdrive phải là -20oF hoặc là 20oF dưới nhiệt độ thấp nhất xung quanh, bất cứ điểm nào thấp hơn. Đó là sự nhắc nhở chúng ta nên dùng chất làm khô để làm khô màng lọc bằng cách lắp đặt và bảo quản tình trạng không khí đã sử dụng. Một màng lọc dài 25micromet, được sinh ra bởi sự kết hợp của một màng lọc và một ống dẫn tự động sẽ đặt vào vị trí ngược chiều máy làm khô. Cùng chiều từ phía máy làm khô, những thứ ta cần đều là các màng lọc 25micromet giống nhau để hút lấy bất cứ hạt bụi nào mà chất làm khô có thể sinh ra. 4.2. Blốc cân bằng Blốc cân bằng đóng một vai trò trong chức năng giữ cân bằng cho Topdrive, dùng không khí bị làm nén để bảo vệ cho bộ đầu nối ren trong khi lắp và tháo cần hoặc trám xi măng. Hộp điều khiển được đặt vào vị trí mà người điều hành gửi các tín hiệu hướng khí tới rơle van điều khiển thành phần tỷ lệ, nhìn vào đó ta có thể điều khiển hoặc cung cấp hoặc hút không khí. Các bộ phận đối trọng được nối với van rơle điều khiển thành phần tỷ lệ bằng một ống dẫn. Hộp điều khiển được trang bị ba máy điều chỉnh để chỉnh áp suất cho nhiều kiểu khoan hoặc phù hợp điều kiện khi kéo, thả ống. Bộ điều khiển van sử dụng dễ dàng khi ta thay đổi một mức áp suất đã được cài sẵn đến một mức áp suất khác thích hợp hơn. Vị trí đèn trung tâm được kích hoạt bằng nút điều khiển khí nén trong Blốc cân bằng. Điều chỉnh đúng, đèn trung tâm sẽ sáng ở bên bàn điều khiển công tác khoan, nó thông báo đến người thợ khoan vị trí tương đối của Topdrive với chỗ dựng cần khoan. Như vậy, người thợ khoan có thể vặn vào hoặc tháo ra trong công tác kéo thả. Hình 4.2. Blốc cân bằng 4.3. Tời khoan và khoá liên động ngàm kẹp Tời khoan /khóa liên động ngàm kẹp là đặc điểm an toàn để ngăn ngừa Topdrive có thể bị nhấc bổng lên khi ngàm kẹp được giữ chặt ở chỗ nối của ống. Sẽ rất nguy hiểm hoặc có thể gây tử vong cho cá nhân người sử dụng, và là mối nguy hại cho các máy móc thiết bị khác nếu tời khoan / khóa liên động ngàm kẹp không được bảo quản đúng cách. Tời khoan /khóa liên động ngàm kẹp sử dụng cặp van solenoid để làm gián đoạn không khí giữa khớp ly hợp và tời khoan với những khớp ly hợp khác khi tín hiệu cho biết ngàm kẹp đang hoạt động. Van kiểm tra trọng lực đảm bảo khớp ly hợp không bị hạn chế tháo ra trong khi hoạt động bình thường. Vị trí tháo nhanh chi tiết nối được chuẩn bị tốt, như vậy van solenoid có thể dễ dàng sửa chữa hoặc thay thế. 1. Vị trí tháo nhanh chi tiết nối 2. Van Sôlênôit 3. Tín hiệu điều khiển ngàm kẹp trên bàn điều khiển của thợ khoan 4. Trục quấn khớp ly hợp tốc độ cao 5. Trục quấn khớp ly hợp tốc độ thấp Hình 4.3. Tời khoan/ khoá liên động ngàm kẹp 4.4. M«t¬ phanh khoan M«t¬ phanh khoan ®­îc ®Æt t¹i vÞ trÝ trªn cïng cña ®éng c¬ khoan GE 752 víi mét ®­êng èng dÉn kh«ng khÝ buéc chÆt vµo nã. PhÝm chän “MOTOR BRAKE, OFF-AUTO-ON” ®­îc ®Æt trªn bµn ®iÒu khiÓn cña thî khoan sÏ göi tÝn hiÖu tíi hép ®ùng mèi nèi van Solenoid ®Ó lµm ho¹t ®éng ®éng c¬ h·m GE 752. Nã ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng ¸p suÊt khÝ b¬m ®Çy vµo mét èng cao su, b»ng sù c­ìng bøc cña hÖ thèng guèc h·m ma s¸t ®Æt cè ®Þnh t¹i vßng ngoµi cïng bé phËn viÒn (Rim), ®Ó chèng l¹i sù quay ë bªn trong trèng tang. Khi chän phÝm “OFF”, mét tÝn hiÖu sÏ ®­îc göi ®Õn mét van Solenoid ®Ó gi¶i phãng kh«ng khÝ ®· bÞ nÐn, cho phÐp nh÷ng lß so co l¹i vµ bé phËn guèc h·m ma s¸t sÏ ®Ó cho m«t¬ vµ ®éng c¬ truyÒn ®éng quay mét c¸ch tù do. NÕu chän phÝm “AUTO”, mét tÝn hiÖu sÏ ph¶i göi ®i ®Ó phanh ®­îc cµi tù ®éng. Phanh chØ ®­îc cµi tù ®éng khi van tiÕt l­u b»ng tay ®· ®ãng vµ tæ hîp phÝm “BRAKE/DRILL/SPIN/TORQUE ®­îc cµi ë chÕ ®é “DRILLING”. Khi chän sang vÞ trÝ phÝm “ON” mét tÝn hiÖu sÏ ®­îc göi ®i ®Ó cµi ®Æt phanh. VÞ trÝ “ON” nµy còng ®ãng vai trß nh­ mét chu«ng b¸o nh¾c nhë khi cµi ®Æt phanh. §Ìn “BRAKE ON” s¸ng c¶nh b¸o ng­êi thî khoan (kh«ng cã tiÕng chu«ng) nÕu phÝm chän “MOTOR BRAKE” ®­îc cµi tù ®éng vµ van tiÕt l­u b»ng tay ®­îc ®ãng l¹i, cïng víi ®ã tæ hîp phÝm “BRAKE/DRILL/SPIN/TORQUE” ®­îc ®Æt ë chÕ ®é “DRILLING”. §Ìn “BRAKE ON” s¸ng vµ cã chu«ng b¸o khi nã ë vÞ trÝ “ON”. 1. Cần mômen lò xo 6. Hộp đựng mối nối van Sôlênôit 2. Viền 7. Cụm phân phối không khí 3. Bề mặt 8. Khuỷu 4. Van tháo nhanh 5. Đế ma sát Hình 4.4. Môtơ phanh khoan 4.5. Ngµm kÑp Ngµm kÑp bao gåm nh÷ng xilanh thñy lùc mµ ®Çu nèi n»m ë phÝa trªn èng khoan vµ ®­îc gi÷ chÆt t¹i mét chç trong khi m«t¬ khoan ho¹t ®éng. Nãi c¸ch kh¸c, b¶n th©n nh÷ng xilanh thñy lùc nµy lµ nh÷ng ®éng c¬ ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn. Mét b¬m dÉn ®éng b»ng khÝ g¾n chÆt vµo èng xoay cung cÊp ¸p suÊt thñy lùc. Kh«ng khÝ cung cÊp ®Õn b¬m ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó ®¶m b¶o ¸p suÊt ®Çu ra cña mét b¬m kho¶ng 2000 psi. Kh«ng khÝ ®­îc cung cÊp b»ng mét èng dÉn tõ manifold ph©n bè kh«ng khÝ cña Topdrive n»m trong vµnh quay. Van ®iÒu khiÓn ngµm kÑp sö dông mét tÝn hiÖu dÉn h­íng khÝ tõ bµn ®iÒu khiÓn cña ng­êi thî khoan ®Ó khëi ®éng ngµm kÑp. TÝn hiÖu göi ®i th«ng qua mét èng dÉn n»m trong vµnh quay vµ sau ®ã qua mét phÝm giíi h¹n ë gi¸ ®ì ngµm kÑp. PhÝm giíi h¹n nµy sÏ lµm gi¸n ®o¹n tÝn hiÖu nÕu lß xo khÝ cña ngµm kÑp bÞ nÐn qu¸ nhiÒu. §©y lµ c¸ch ®Ó b¶o vÖ cho ngµm kÑp tr¸nh khái bÊt cø t¶i träng nµo do kh«ng ®­îc tÝnh to¸n tõ tr­íc. Manifold khÝ cã nhiÖm vô cung cÊp kh«ng khÝ ®Õn xilanh ngµm kÑp. Kh«ng khÝ nµy ®ãng vai trß nh­ mét lß xo ®Ó nh¶ ngµm vµ gi÷ cho nã ®­îc më trong khi th¶ ra. 1. Đường khí 7. Bơm 2. Đường thuỷ khí 8. Bộ điều chỉnh 3. Hộp đựng mối nối van Sôlêôit 9. Ống thuỷ lực 4. Cụm phân phối không khí 10. Xi lanh ngàm kẹp 5. Vành quanh 11. Lò xo khí 6. Bộ lọc 12. Phím ngắt 13.Đường dẫn khí Hình 4.5. Ngàm kẹp 4.6. HÖ thèng chèng phun bªn trong cÇn IBOP IBOP hay Internal Blowout Preventer lµ chèt khoan ®ãng hoÆc më van. IBOP ®­îc sö dông gièng nh­ mét cÇn chñ lùc chÝnh. Tæ hîp thiÕt bÞ IBOP bao gåm mét IBOP phÝa trªn, mét th©n ngoµi vµ mét van tiÕt kiÖm dung dÞch, mét IBOP phÝa d­íi vµ mét ®Çu nèi. Tæ hîp thiÕt bÞ IBOP cung cÊp cho sù hîp l¹i phÇn cøng gi÷a trô xoay ngoµi cña ®éng c¬ xoay vµ cét cÇn khoan. IBOP phÝa trªn vµ vá ngoµi tiÕt kiÖm dung dÞch cã møc ¸p suÊt lµ 15.000 psi, cã thÓ chÞu ®­îc søc c¨ng nÐn ®Õn 350 tÊn. C«ng suÊt cña IBOP phÝa d­íi kh¸c víi IBOP phÝa trªn v× kÝch cì c¸c mèi nèi ®­îc sö dông, tõ ®ã quyÕt ®Þnh kÝch th­íc cña van cÇu d­íi. §Ìn “IBOP CLOSED” s¸ng c¶nh b¸o cho ng­êi thî khoan (kh«ng chu«ng b¸o) nÕu phÝm IBOP ë vÞ trÝ “CLOSE” vµ van tiÕt l­u b»ng tay ®­îc ®ãng l¹i. §Ìn “IBOP CLOSED” s¸ng vµ cã tiÕng chu«ng b¸o nÕu phÝm IBOP ë vÞ trÝ “CLOSE” vµ van tiÕt l­u b»ng tay ®­îc më. Ta cã thÓ t¾t ©m b¸o b»ng phÝm Alarm Silence. Chó ý: IBOP phÝa trªn chØ cã thÓ ®ãng khi dung dÞch b¬m kh«ng ho¹t ®éng. NÕu phÝm IBOP di chuyÓn tíi vÞ trÝ “CLOSE” trong khi m¸y b¬m vÉn ch¹y th× sÏ cã tiÕng b¸o, nh­ng IBOP phÝa trªn sÏ kh«ng ®ãng l¹i ®­îc. Còng gièng nh­ vËy, phÝm IBOP ë vÞ trÝ “CLOSED” vµ mét trong sè nh÷ng van tiÕt l­u ®­îc më th× chu«ng b¸o sÏ vang lªn vµ IBOP sÏ ®­îc ®iÒu chØnh më ra. Chó ý: IBOP phÝa trªn cã thÓ ®­îc ®ãng l¹i vµ kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn. §iÒu nµy sÏ cho phÐp dung dÞch khoan quay trë l¹i mÆc dï IBOP phÝa trªn ®· ®ãng. Tuy nhiªn ®©y chØ lµ nh÷ng thö nghiÖm, kh«ng dïng ®Ó khuyªn b¶o cho sù ho¹t ®éng b×nh th­êng cña IBOP. PhÝm chän “IBOP:OPEN/REST/CLOSE” sÏ göi tÝn hiÖu víi mét van solenoid ®Ó ho¹t ®éng hÖ thèng van IBOP øng theo tõng vÞ trÝ “OPEN” hoÆc “CLOSE”. Khi ta di chuyÓn phÝm chän ®Õn mçi vÞ trÝ “OPEN” hoÆc “CLOSE” van khÝ solenoid sÏ ®­îc ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng mét c¸ch chÝnh x¸c trong 8 gi©y. Sau 8 gi©y van solenoid sÏ ®ãng l¹i vµ ¸p suÊt sÏ ®­îc tho¸t ra. NÕu ng­êi thî khoan muèn kÐo dµi thêi gian cung cÊp khÝ, anh ta cã thÓ di chuyÓn phÝm chän tíi nót “RESET” thêi gian, sau ®ã quay trë l¹i phÝm “OPEN” hoÆc “CLOSE” ®Ó tiÕp tôc cung cÊp khÝ tíi van. Hình 4.6. Sơ đồ điều khiển hệ thống chống phun IBOP 4.7. §­êng dÉn dung dÞch håi (link kickout) Khi ¸p suÊt dung dÞch qu¸ lín, dung dÞch sÏ ®­îc manifold dÉn ra c¸c bÓ chøa kh¸c nhau ®Ó lµm gi¶m ¸p suÊt, tr¸nh hiÖn t­îng phun trµo. PhÝm chän Link Tilt trªn bµn ®iÒu khiÓn cña thî khoan ®iÒu khiÓn vÞ trÝ cña quang treo Elevator. Muèn khoan, Elevator ph¶i ®­îc kÝch ra ®»ng sau, trong suèt qu¸ tr×nh kÐo èng Elevator ph¶i ë vÞ trÝ “sè 0”. Sau ®ã tïy thuéc vµo vÞ trÝ cña Elevator mµ ta ph¶i chän mét trong hai chÕ ®é “Mouse Hole” hoÆc “Racking Position”. Tæ hîp phÝm “LINK TILT : DRILLING/NEUTRAL/MOUSE HOLE/ RACKING” lµ 4 vÞ trÝ mµ ta cã thÓ lùa chän, nã cho phÐp Elevator cã thÓ di chuyÓn theo chiÒu ngang ®Õn nhiÒu vÞ trÝ kh¸c nhau t­¬ng øng víi ®­êng trung t©m cña giÕng. NÕu ta chän phÝm “NEUTRAL”, Elevator sÏ ë vÞ trÝ treo tù do d­íi ngµm kÑp, vµ th¼ng hµng víi lç khoan. T¹i vÞ trÝ “DRILLING”, Elevator sÏ di chuyÓn vÒ sau phÝa d­íi èng xoay ®Ó lµm s¹ch cét cÇn khoan. NÕu ta chän “MOUSE HOLE”, Elevator sÏ di chuyÓn lªn phÝa tr­íc c¸ch xa èng xoay mét kho¶ng c¸ch ­íc chõng b»ng víi khi nã ë vÞ trÝ “DRILLING”. NÕu chän “RACKING”, Elevator sÏ di chuyÓn lªn phÝa tr­íc nhiÒu h¬n c¸ch xa lç khoan ®Ó gióp ng­êi thî ®øng ë phÝa trªn cã thÓ ®­a èng vÒ gi¸ ®ì. Hình 4.7. Sơ đồ điều khiển đường dẫn dung dịch hồi 4.8. C¬ cÊu chuyÓn ®æi tèc ®é Tay g¹t tèc ®é lµ mét xilanh kh«ng khÝ n»m trong hép sè, khi g¹t th× hép tèc ®é sÏ ë gi÷a vÞ trÝ sè thÊp vµ sè cao. Mét cÆp thiÕt bÞ ®iÒu chØnh sÏ duy tr× kh«ng khÝ ®­îc cung cÊp tíi xilanh lu«n ë ¸p suÊt 20 ®Õn 25 psi. Trªn bµn ®iÒu khiÓn c«ng t¸c khoan cã mét vÞ trÝ ®Æt ®ång hå ®o hép sè, ng­êi thî khoan cã thÓ liªn l¹c víi thî m¸y khi cã sù thay ®æi th«ng sè hép sè. PhÝm chän “TRANSMISSION: LOW/HIGH” sÏ göi mét tÝn hiÖu ®Õn van solenoid ®Ó gi¶m bít tØ lÖ cña bé truyÒn. NÕu chän “LOW” th× tèc ®é quay chËm nh­ng momen t¹i cÇn khoan l¹i lín. Chän “HIGH” cÇn khoan quay víi tèc ®é nhanh nh­ng momen l¹i nhá. Ta chØ cã thÓ thay ®æi sè khi phÝm “ASSIGNMENT” ®ang ë vÞ trÝ “PS” vµ phanh m«t¬ ë vÞ trÝ “ON”. Hình 4.8. Cơ cấu chuyển đổi tốc độ 4.9. Vành quay Vành quay có cấu tạo hình trụ rỗng , bên ngoài ở hai phía đối diện có hai móc để lắp quang treo Elevator, vành quay tựa vào thân trên ổ bi con lăn và ổ trượt , phía trên vành quay có lắp bánh răng ăn khớp với bánh răng truyền chuyển động quay mômen từ mô tơ khí nén qua hộp giảm tốc đến vành quay. Bên hông vành quay ở hai phía đối diện có giá lắp ống thủy lực và giá lắp các xilanh nâng hạ quang treo Elevator. Trên thân vành quay có hàng lỗ có tác dụng như các kênh dẫn khí nén nguồn cho các xilanh nâng hạ quang treo Elevator, khí nén điều khiển van cầu trên, khí nén điều khiển van thủy lực bộ ngàm kẹp , khí nén nguồn cấp cho bộ ngàm kẹp. Vành quay được chốt bởi hai chốt trong trường hợp tháo hoặc lắp mối ren cần khoan. Các chốt được dẫn động bởi các xilanh khí nén lắp trên thân và được điều khiển từ bảng điều khiển của kíp trưởng khoan. Vành quay là nơi lắp Elevator, là một thành phần trong hệ thống chịu tải khi kéo thả bộ khoan cụ, ống chống. 1.Đệm 6. Mô tơ khí 2. Cụm phân phối không khí 7. Phanh 3. Ống xả 8. Hộp số 4. Van 9. Ghim chốt 5. Hộp đựng mối nối van Sôlênôit Hình 4.9. Vành quay 4.10. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐƯỜNG RAY DẪN HƯỚNG ĐỂ TOPDRIVE PS2-500/500 LÀM VIỆC AN TOÀN Để đảm bảo yêu cầu an toàn trong quá trình làm việc của tổ hợp đầu quay di động, khi thiết kế tính toán tổ hợp đầu quay di dộng ta cần phải chú ý tới những bộ phận quan trọng, thường xuyên phải chịu tải trọng lớn trong quá trình làm việc. Trong số các bộ phận quan trọng đó phải kể đến đường ray dẫn hướng. Đây là bộ phận khá quan trọng bởi vì tại đây xảy ra sự cố như: vặn xoắn, gãy, đổ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tiến trình khoan cũng như gây ra những tai nạn cho những người đang làm việc tại đó. Do vậy, việc xác định các tải trọng tác dụng lên thanh ray dẫn hướng là không thể bỏ qua trong quá trình thiết kế. Tính toán tải trọng tác dụng lên đường ray dẫn hướng trong các trường hợp sau: 4.10.1. Quá trình di chuyển không lắp cần khoan cũng như trạng thái treo bình thường không lắp cần. Ở trường hợp này, lực tác dụng vào hai thanh ray chỉ là lực ma sát lăn giữa bánh xe bộ dẫn hướng và hai thanh ray. Ngoài ra còn có lực văng, xoay tại các nút dao động cực đại của hệ thống thiết bị khoan. 4.10.2. Quá trình Elevator kẹp cần khoan. Khi khoan đầu quay di động vừa đi xuống, vừa xoay choòng khoan để phá huỷ đất đá, khi khoan hết chiều dài cần dựng, người vận hành phải tiến hành nối cần khoan. Việc kéo, thả cần khoan và lắp nối là công việc liên quan đến Elevator. Sau khi cần khoan được chuyển lại gần giếng khoan trên giá dựng cần, người vận hành áng chừng khoảng cách từ vị trí dựng cần với khả năng vươn dài của Elevator, điều khiển cho Elevator hướng tới cần dựng, sau đó nhấc lên khỏi vị trí ở trên giá và đưa vào lắp nối với trục của đầu quay di động và đoạn cần khoan ở phía dưới. Tương tự như ở quá trình trên, trong quá trình tháo cần khoan và dựng cần dựng vào giá, Elevator cũng phải vươn dài ra xa tuỳ theo vị trí thích hợp của thiết bị. Do vậy, trong cả hai quá trình khoan cũng như quá trình doa ngược đều có hai trạng thái làm việc của Elevator giống nhau đều gây ra ngoại lực tác dụng vào thanh ray dẫn hướng. 4.10.3. Quá trình tháo lắp đầu nối. Quá trình tháo, lắp đầu nối cần dựng khi doa ngược hoặc khi khoan là một khâu bắt buộc với mọi loại cần khoan. Khi khoan với một chiều dài cần dựng nghĩa là đầu quay di động xuống tới vị trí thấp nhất trên thanh ray dẫn hướng. Hai chốt “Stop” trên thanh ray ngăn đầu quay lại, lúc này đầu nối giữa cần khoan và trục chính chỉ cách sàn khoan khoảng chừng 4 ft (1,2m). Người vận hành điều khiển cho bộ ôm kẹp cần ôm chặt một đầu của cần khoan và cho động cơ chính quay để tạo mômen tháo đầu nối. Tháo xong đầu nối tiến hành kéo đầu quay lên, tiếp tục lắp nối cần dựng. Quá trình kéo đầu nối này không có ngoại lực sinh ra, lực tạo ra bởi mômen động cơ điện một chiều được dùng để thắng mômen lực ma sát giữa các bước ren của đầu nối và trục chính của đầu quay. Phần còn lại bị tiêu diệt bởi ống thủy lực , như vậy chỉ có nội lực sinh ra đồng thời bị tiêu diệt, không có ngoại lực tác dụng vào thanh ray dẫn hướng. Khi nối đầu nối với cần dựng trong khi đầu quay ở trên cao. Với đầu nối ở trên thì việc lắp nối cũng tương tự như việc tháo ra ở trên, nội lực không ảnh hưởng đến hai thanh ray dẫn hướng. Khi lắp nối giữa cần dựng trên và cần dựng dưới vẫn dùng mômen của động cơ điện để nối. Nhưng do khoảng cách cần dựng khá dài, do đó bộ ôm kẹp cần của tổ hợp đầu quay không có tác dụng và ống thủy lực cũng không triệt tiêu mômen động cơ. Để đảm bảo an toàn khi nối, người công nhân ở dưới phải đưa thiết bị kẹp cần vào giữ chặt lấy cần khoan phía dưới. Khi đưa cần khoan ở trên vào lắp nối thì mômen xoắn của động cơ một phần dùng để nối, phần còn lại bị tiêu diệt bởi thiết bị giữ cần phía dưới. Do vậy ở đây có ngoại lực tác dụng sinh ra mômen xoắn tác động vào hai thanh ray dẫn hướng. Tương tự như quá trình nối này khi doa ngược cũng có quá trình tháo đầu nối bên dưới, quá trình này cũng sinh ra lực xoắn hai thanh ray dẫn hướng nhưng theo chiều ngược lại. 4.10.4. Quá trình khoan. Đây là quá trình làm việc chính của đầu quay di động. Đầu quay vừa dịch chuyển dần xuống phía dưới vừa quay bộ khoan cụ và tuần hoàn nước rửa. Mômen quay của động cơ điện một chiều được truyền qua cột cần khoan tới choòng để phá huỷ đất đá. Như vậy tại thời điểm choòng khoan có mômen phá huỷ đất đá lớn nhất thì ngoại lực sinh ra mômen phản tác dụng vào thanh ray dẫn hướng là lớn nhất. 4.10.5. Quá trình doa ngược. Khi khoan xong một hiệp hoặc một vài lý do nào đó mà chúng ta phải tiến hành kéo bộ khoan cụ lên thì khi kéo bộ khoan cụ lên vẫn cho động cơ điện một chiều hoạt động và tuần hoàn nước rửa, đó là quá trình doa ngược. Doa ngược đôi khi cũng gặp sự cố, sập lở thành giếng khoan dẫn tới kẹt cần khoan…Quá trình này ngoại lực là mômen phản của đất đá làm kẹt cần tác dụng lên thanh ray dẫn hướng theo chiều ngược lại với quá trình khoan, việc tính toán cũng tương tự. 4.10.6. Quá trình kéo thả. Khi kéo cần khoan lên (để thay choòng khoan hay vì một lý do gì đó) xét về bản chất của ngoại lực cũng tương tự như khi doa ngược, giá trị của ngoại lực không vượt quá ngoại lực sinh ra khi doa ngược. Khi thả bộ dụng cụ khoan xuống lỗ khoan xét về ngoại lực tác dụng cũng tương tự như quá trình khoan, nhưng ngoại lực tác dụng nhỏ hơn rất nhiều so với khi khoan. Vì lý do đó mà khi tính toán không nhất thiết phải xét đến hai quá trình này. 4.10.7. Các dạng tải trọng tác dụng lên thanh ray dẫn hướng Các kích thước: + Kích thước giữa hai thanh ray song song là: L = 66inchs (1676,4 mm) + Chiều dài cần thiết của thanh ray dẫn hướng: 35 (m) + Khoảng cách từ lỗ khoan đến đường ray dẫn hướng là: l = 48 inchs (1219 mm) + Kích thước vươn dài tối đa của dụng cụ cáp địa là: 80inchs (2031,8 mm) + Khoảng cách vươn dài nhất của Elevator khi thực hiện thao tác gắp cần là: l’ = l1.sin30° l1 là độ dài quang treo Elevator , l1 = 3691,3mm 30°: góc lớn nhất hợp bởi quang treo Elevator và chiều thẳng đứng. l’ = 3691,3.sin30° = 3691,3.1/2 = 1845,6mm. + Trọng lượng lớn nhất chịu được của bộ đầu quay Topdrive là: P = 500 tấn + Mômen quay lớn nhất có thể thực hiện được của động cơ dẫn động là: M’ = 113655,5N.m 4.10.7.1. Lực kéo do ma sát trượt và ma sát lăn khi thả dần đầu quay xuống dưới TOP-DRIVE P’ P Fmsl N/2 N/2 Fk Hình 4.10: Các lực tác dụng lên Topdrive khi thả dần đầu quay xuống Trong đó: P’: là lực sinh ra để treo trọng lượng của bộ khoan cụ và bộ đầu quay di động. P: Trọng lượng bộ đầu quay di động và bộ khoan cụ N: Lực nén sinh ra do trọng lượng của bộ đầu quay và bộ khoan cụ khi nó ở vị trí gần thanh ray nhất. Fk: Lực kéo tác dụng lên thanh ray dẫn hướng Fms: Lực ma sát lăn sinh ra do chuyển động của bánh xe trên thanh ray. Để đơn giản cho việc tính toán mà kết quả và bản chất của các tải trọng vẫn không thay đổi, ta có thể coi thanh ray là một đường thẳng và bộ đầu quay như là một chiếc xe chạy theo chiều thẳng đứng như hình vẽ trên. Fk = Fmsl = N.k Trong đó: N: là lực nén ở trên, bản chất của nó là lực sinh ra do cộng hưởng các dao động của hệ thống khoan và sóng, gió tác dụng lên trọng lượng bộ khoan cụ, bộ đầu quay. k: là hệ số ma sát lăn giữa kim loại với kim loại Giả sử chọn: P: trọng lượng lớn nhất mà bộ đầu quay có thể chịu được trong khi làm việc P = 500 tấn k = 0,05 Fk = N.k = 250N 4.10.7.2. Lực uốn thanh ray khi thực hiện thao tác nối cần. Do trọng lượng của bộ cần dựng lớn hơn rất nhiều so với các dụng cụ cáp địa nên chỉ xét với trường hợp nối cần dựng. Giả sử ta có trọng lượng cần dựng là P1 (hình vẽ 4.11a) cho thấy trọng lượng của cả hệ sẽ là P* và điểm đặt P* không trùng với điểm đặt của P hoặc P1 Theo quy tắc cộng lực song song ta tìm được điểm đặt của tổng trọng lượng bộ đầu quay và cần khoan là P* tại G. Hình 4.11: Các lực tác dụng lên Topdrive khi thực hiện thao tác nối cần Trong đó: G: là trọng tâm tam giác như hình vẽ 4.11a Theo quy tắc cộng lực trong mặt phẳng ta có: Nhưng vì P1 song song với P nên ta có: P* = P1 + P P* có chiều đi xuống, sau khi dời lực P* về trục O’ thẳng đứng thì còn lại là mômen M có tác dụng bẻ cong thanh ray. P = 500 . 104 N Giả sử ta lấy trọng lượng bộ cần dựng là P1 = 5 Tấn = 5.104 N Ta có : P* = 505.104 N và M = P* . e Trong đó e: là khoảng cách từ điểm đặt P* đến trục O’ (hình vẽ 4.11b) hay l’: là khoảng cách vươn dài nhất của Elevator l’ = 1845,6 mm mm = 0,6152m Ta tính được giá trị mômen M: M = P* . e = 505.104 . 0,6152 = 3106,76 KNm Đây là mômen ngoại lực lớn nhất tác dụng vào thanh ray buộc người thiết kế phải tính toán. 4.10.7.3. Ngoại lực tác dụng khi khoan, doa ngược hoặc khi tháo vặn đầu nối phía dưới. Khi doa ngược hoặc khi tháo đầu nối phía dưới gần sàn khoan đều phải sử dụng mômen động cơ dẫn động như quá trình khoan. Vì cách tính tương tự và có cùng dạng ảnh hưởng tới thanh ray dẫn hướng nên chúng ta chỉ cần xét quá trình khoan. Để đảm bảo cho mọi trường hợp khác đều thoả mãn, ở đây người thiết kế phải giả sử động cơ dẫn động sử dụng hết công suất và khi đó phải giả sử thêm là cần khoan bị kẹt. Như vậy thì khi khoan sẽ đảm bảo an toàn cho đường ray dẫn hướng không bị vặn xoắn. Hình 4.12: Ngoại lực tác dụng lên Topdrive M: là mômen trên trục chính Topdrive Mômen quay lớn nhất có thể thực hiện được của động cơ dẫn động là: M’ = 113655,5N.m M1: mômen quay tương đương có giá trị là tổng hợp của các mômen M và M’ L: khoảng cách giữa hai thanh ray dẫn hướng, L = 1676,4 mm =1,6764m Với mômen quay là M1 thì mỗi thanh ray dẫn hướng phải chịu một lực là F và F’ có giá trị bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. F = F’ Như vậy để xác định được giá trị của ngoại lực F và F’ chúng ta phải tìm giá trị mômen M1 trên thanh ray. Ta mô phỏng kết cấu bộ Topdrive mà các lực ngoại lực tác dụng vào thanh ray dẫn hướng như sau : a) b) Hình 4.13: Ngoại lực Topdrive tác dụng vào thanh ray dẫn hướng Trong đó: T: lực nén từ bên ngoài vào khung bộ Topdrive, bản chất của nó là do trọng lượng của Topdrive trong quá trình làm việc của nó bị lệch khỏi tâm treo gây ra. Q: lực sinh ra do mômen cực đại của động cơ. B: khoảng cách hai con lăn đối diện nhau trên hai thanh ray. L: khoảng cách giữa hai thanh ray . Ta có: P, P’ : là lực tổng hợp của Q và T tại hai vị trí P = Q + T P’ = Q – T Tổng hợp lực theo phương Oy ta có: (*) Mômen do lực F sinh ra tại tọa độ x là: Lấy đạo hàm theo x ta được: với Vậy MFmax = (**) Đây chính là mômen tương đương chúng ta cần tìm để tính toán lực F trên hình vẽ 4.12. Ngoài sự ảnh hưởng của các ngoại lực trực tiếp như đã nêu trên.Trong từng hoàn cảnh môi trường cụ thể, đường ray dẫn hướng nói riêng và tổ hợp đầu quay di động Topdrive nói chung đều chịu những tác dụng có hại từ thời tiết, khí hậu như sóng, gió, độ ẩm, độ mặn, tính chất ăn mòn của môi trường xung quanh. Tóm lại, chúng ta phải đánh giá được các tải trọng tác dụng lên nó, nhận thấy được tải trọng cơ bản, để đảm bảo cho công tác sản xuất được an toàn và đạt hiệu quả về kinh tế. CHƯƠNG 5 AN TOÀN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG KHI SỬ DỤNG TỔ HỢP ĐẦU QUAY DI ĐỘNG TOPDRIVE PS2-500/500 5.1. QUY ĐỊNH VỀ KIẾN THỨC ĐỐI VỚI NGƯỜI SỬ DỤNG Những người làm việc với Topdrive không dưới 18 tuổi đã được đào tạo làm quen với thiết bị này, qua hướng dẫn quy phạm an toàn lao động và kiểm tra kiến thức, đạt yêu cầu về an toàn lao động. Những người làm việc với thiết bị Topdrive phải được kiểm tra kiến thức định kỳ hàng năm về an toàn lao động 5.2. AN TOÀN KHI VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA TOPDRIVE PS2 - 500/500 Để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, bảo dưỡng , sửa chữa Topdrive PS2 - 500/500 cần phải tuân thủ các quy tắc sau: 5.2.1. An toàn khi vận hành. Luôn tránh xa các chi tiết khi chuyển động Tránh xa quang treo, Elevator khi đẩy ra hoặc co vào Tránh xa quang treo, Elevator, ống thủy lực và các chi tiết khác khi vành xoay đang quay Tránh xa Topdrive PS2 - 500/500 khi nó nâng lên hoặc hạ xuống Tránh xa Topdrive PS2 - 500/500 khi nó đang quay đầu chủ lực, đóng mở các van cầu bằng khí nén Chắc chắn rằng các Tuyô đang được buộc ở vị trí an toàn Chắc chắn rằng các bộ cáp, Tuyô dẫn từ tháp khoan tới Topdrive không bị vướng vào tháp khi Topdrive nâng, hạ tránh làm đứt cáp Tuyô Duy trì mômen kẹp cho tất cả các mối nối: Mối nối đầu quay chủ lực với van cầu, mối nối cần khoan, Tuyô, bulông, đai ốc và các chi tiết kẹp chặt khác, không để chúng bị nới lỏng ra Chắc chắn rằng các chi tiết trong bộ cáp Tuyô trên Topdrive hoặc tháp khoan không bị thủng hoặc bị mài mòn. Luôn kiểm tra Elevator, kiểm tra khóa hãm 5.2.2. Khi bảo dưỡng, sửa chữa Để tránh tai nạn phải xả hết áp suất giữa van cầu trên và van cầu dưới trước khi tháo van cầu dưới ra khỏi các đầu nối chuyển tiếp giữa van cầu trên và van cầu dưới Phải xả hết áp suất giữa van cầu trên và đầu chủ lực khi tháo van cầu trên ra Phải chắc chắn rằng tất cả các chốt và cơ cấu an toàn phải nằm đúng vị trí, tránh rơi gây ra tai nạn cho người làm việc dưới sàn khoan Không được nâng Topdrive PS2 - 500/500 lên khi bộ ngàm kẹp đang kẹp đầu nối cần khoan, sẽ làm rơi chấu kẹp xuống giếng Khoá liên động tời khoan/bộ ngàm kẹp luôn hoàn hảo Phải xả hết áp suất của bình ắc quy thủy lực của bộ ngàm kẹp trước khi tháo các chi tiết của hệ thống đó ra Khi tháo đường dầu có áp suất cao cần phải tháo từ từ xem áp suất sau khi xả đã thực sự trở về 0 chưa, tránh dầu phun ra khi trong đường ống có áp suất dư. 5.2.3. Đối với người vận hành Người làm việc với tổ hợp đầu quay di động cần được trang bị những bảo hộ lao động cần thiết: nón bảo hộ, giày, kính bảo hộ đảm bảo an toàn lao động trong thời gian làm việc sử dụng chúng Nghiêm cấm việc sử dụng và hút thuốc gần các bộ phận có dầu khí, máy bơm và những chất khí nổ nguy hiểm, chỉ hút thuốc ở nơi quy định Nghiêm cấm sử dụng thiết bị không hoàn hảo, dụng cụ hỏng, đồ nghề và các thiết bị bảo hộ hỏng. Trong trường hợp xảy ra tai nạn người thợ vận hành phải biết và có kiến thức thực tế cấp cứu người bị tai nạn trước khi bác sĩ đến. Không được tiến hành công việc hàn các vật liệu dễ cháy, trước khi sinh lửa phải xin giấy phép. 5.3. BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÙNG BIỂN Khi sửa chữa và vận hành thiết bị khoan người thợ khoan phải tuyệt đối chấp hành các quy định bảo vệ môi trường, không thải bừa bãi các chất thải Dầu mỡ, dung dịch, giẻ lau phải gom bỏ vào thùng rác theo quy định. Dầu thải và các chất thải khác như sắt, thép phải đóng thùng chuyển vào bờ. - Việc bảo vệ môi trường biển đòi hỏi ý thức của người thợ vận hành, sửa chữa, thiết bị trên các công trình biển. Mỗi người nhận thức tốt việc bảo vệ môi trường chung, không để ảnh hưởng tới môi trường các vùng biển đang thực hiện công tác khoan, khai thác dầu khí. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Quá trình đưa một thiết bị công nghệ vào sản xuất ban đầu không tránh khỏi những nghi ngại và ý kiến trái ngược. Khi LDDK Vietsovpetro đưa vào sử dụng tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2 - 500/500 cũng vậy. Nhưng sau một thời gian ngắn sử dụng Topdrive đã mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, thúc đẩy nhanh chóng quá trình khoan tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí tại thềm lục địa đất nước ta. Việc trang bị Topdrive PS2 - 500/500 cho ngành khoan dầu khí nước ta đã đánh dấu một bước trưởng thành về công nghệ khoan dầu khí, mở ra cho ngành khoan dầu khí Việt Nam một hướng đi mới đầy thuận lợi, hứa hẹn những thành công mới. Qua thời gian học tập tại trường ĐH Mỏ - Địa chất, thực tập, học hỏi các cán bộ khoan dầu khí và qua nghiên cứu, tìm hiểu những tư liệu về Topdrive, đặc biệt về tính năng kỹ thuật của nó, tôi nhận thấy rằng sử dụng tổ hợp Topdrive cho công tác khoan tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí có nhiều ưu việt: An toàn cho hoạt động khoan Tăng hiệu quả, giảm giá thành khoan Giảm thời gian khoan cho một giếng khoan Khoan được cần dựng dài 90ft Có khả năng doa ngược An toàn cho thiết bị và công nhân Kiến nghị: Với kết quả đạt được nên đầu tư thêm cho các giàn khoan khác vì tiềm năng dầu khí của nước ta là khá cao. Ngoài lĩnh vực khoan dầu khí còn sử dụng cho các lĩnh vực khoan: Lấy nước ngầm, lấy mẫu để nghiên cứu địa chất. Đầu tư phát triển ngành cơ khí để chế tạo, sửa chữa, phục hồi các chi tiết phục vụ cho ngành dầu khí. Về mặt thực tế phải đi sâu vào vận hành và điều khiển tổ hợp đầu quay di động MỤC LỤC