Sử dụng động cơ khoan trục vít trong công tác khoan dầu khí tại xí nghiệp liên doanh vietsovpetro

ay của động cơ khi gia tăng áp suất để xây dựng đường hiệu suất. Sau khi xác định được đường hiệu suất căn cứ vào giá trị hiệu suất đặc thù của thiết bị để lựa chọn khoảng hiệu suất làm việc. Động cơ khoan trục vít là loại máy thủy lực thể tích khi làm việc công suất của động cơ giảm là do tổn thất lưu lượng. Do đó đặc thù là loại động cơ thể tích và trong hệ thống khoan tổn hao lưu lượng từ 10 đến 30% đồng nghĩa với hiệu suất trong khoảng 70 – 90% . Cụ thể như sau động cơ khoan trục vít tốc độ cao chọn hiệu suất 70%, động cơ khoan trục vít tốc độ trung bình chọn hiệu suất 80%, động cơ khoan trục vít tốc độ thấp chọn hiệu suất 90%. Với 3 hãng động cơ khoan trục vít mà XNLD Vietsopetro đã và đang sử dụng là Anadrill, Blackmax, National Oilwell thì đối với động cơ của hãng Anadrill đã xác định được vùng làm việc trên đường đặc tính còn đối với 2 hãng còn lại là Blackmax, National Oilwell chưa đề cập đến khoảng làm việc. CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT TRONG GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ. 4.1. Quy trình tiến hành sử dụng động cơ đáy 4.1.1. Chọn động cơ theo đường kính giếng khoan. Việc chọn lựa động cơ theo đường kính giếng khoan thiết kế là tiêu chí đầu tiên. Ở đây việc chọn lựa động cơ theo đường kính giếng khoan cụ thể là theo đường kính choòng khoan. Đường kính choòng khoan tương ứng với các loại động cơ được cho bảng dưới đây. LOẠI ĐỘNG CƠ ĐƯỜNG KÍNH CHOÒNG ( mm ) A962 (245mm) - National 311 – 445 - Blackmax 311 – 445 - Anadrill 311- 660 A800 (203 mm) - National 245 – 311 - Blackmax 245 – 311 - Anadrill 250 – 374 A675 (172 mm ) - Blackmax 222 – 251 - Anadrill 212 – 251 A475 (120 mm) - Blackmax 149 – 200 - Anadrill 149 – 178 A375 (95 mm) - Blackmax 108 – 149 - Anadrill 114 – 152 Bảng 4.1 : Bảng lựa chọn đường kính choòng theo đường kính từng loại động cơ 4.1.2. Chuẩn bị thả động cơ vào giếng khoan 4.1.2.1. Đưa động cơ lên sàn khoan - Khi đưa động cơ lên sàn khoan cũng như khi đưa xuống cầu trượt bắt buộc phải sử dụng đầu nối kéo thả chuyên dụng của từng loại động cơ. - Kiểm tra tình trạng bề mặt bên ngoài của động cơ. 4.1.2.2. Thử động cơ trên bề mặt - Không lắp choòng khi thử động cơ - Kiểm tra độ dơ dọc trục của động cơ - Thả động cơ vào giếng, kiểm tra tình trạng của van thông - Lắp cần vuông vào động cơ - Thả động cơ vào giếng sao cho các lỗ thoát của van thông nằm bên dưới miệng phễu - Bật bơm tăng dần lưu lượng đồng thời quan sát sự thoát dung dịch qua các lỗ van thông - Khi van thông đóng ghi nhận áp suất đóng van. Có thể kéo cao để quan sát dễ dàng trạng thái làm việc của van thông - Tăng dần lưu lượng bơm đến giá trị thiết kế. Ghi nhận áp suất bơm và so sánh với chỉ số áp suất ghi trên đặc tính kỹ thuật của chúng - Đánh giá sự làm việc của động cơ - Thả động cơ trở lại để các lỗ thoát của van thông nằm bên dưới miệng phễu trước khi tắt bơm. - Sau khi tắt bơm đối với động cơ Anadrill kéo toàn bộ lên để xem xét khả năng làm mát và bôi trơn ổ chứa bi (xem xét sự thoát dung dịch ở phần bên ngoài trục ngay bên trên đầu nối với choòng khi bơm 4 – 10 % thể tích dung dịch thoát qua khe hở đó) - Lắp choòng khoan và tiến hành thả cần nếu không phải đặt hoặc chỉnh góc lệch. Đặt và chỉnh góc lệch động cơ - Đưa động cơ về vị trí thuận tiện - Lắp khóa máy để giữ và tháo lắp khớp chỉnh góc - Tháo khớp nối giữa vòng chỉnh góc thân động cơ 2- 3 vòng - Kéo phần trên của động cơ lên khoảng 2 – 3 cm để lộ các bánh răng ở bên trong vòng chỉnh góc - Dùng khóa xích hay vòng chỉnh góc sao cho giá trị góc lệch ghi trên vòng trùng với giá trị tương ứng ghi bên dưới thân động cơ - Hạ nhẹ nhàng phần trên của động cơ xuống để các bánh răng khớp lại với nhau - Đảo lại vị trí của 2 khóa máy - Xiết chặt khớp nối cong lại tương ứng với mômen đã quy định theo bảng : LOẠI ĐỘNG CƠ ANADRILL BLACKMAX A962 81 500 Nm 81 300 Nm A800 47 500 Nm 54 230 Nm A675 34 000 Nm 29 830 Nm A475 12 500 Nm 16 270 Nm Bảng 4.2 : Mômen vặn khớp nối cong Hình 4.1 : Thao tác đặt góc lệch đầu nối cong trên động cơ . 4.1.3. Thả động cơ vào giếng khoan - Khi choòng khoan được đưa tới gần sát đáy giếng ngưng thả bơm rửa và tăng lưu lượng bơm tới giá trị đã tính toán và ghi lại áp suất không tải P0 - Trước khi khoan cần phải đặt phin lọc trên đầu cột cần khoan và cần phải kiểm tra thường xuyên công việc này khi tiếp cần - Thả từ từ choòng tới sát đáy giếng khoan và tăng dần tải trọng lên choòng Áp suất của bơm lúc này cũng đồng thời tăng lên dần. Quá trình khoan được bắt đầu. - Cần ghi nhớ rằng áp suất bơm và mômen xuất hiện lên choòng tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên choòng - Tiếp tục tăng đều tải trọng lên choòng đồng thời quan sát đồng hồ áp suất cho tới khi áp suất bơm đạt giá trị yêu cầu tối đa (áp suất làm việc tối đa P1) - Hiệu số giữa áp suất làm việc giữa áp suất làm việc P1 và áp suất không tải P0 được gọi là áp suất chênh lệch và được ký hiệu là ∆P ∆P = P1– P0 - Giá trị áp suất chênh lệch. Tối đa ∆P = 60% – 75 % giá trị tổn hao áp suất cực đại của động cơ (đã có chỉ dẫn của mỗi loại động cơ trong đặc tính kỹ thuật của chúng). Thông thường tùy từng trường hợp cụ thể phụ thuộc vào từng loại động cơ ta lấy ∆P = 10 – 20 at - Khi đạt tới áp suất làm việc tối đa P1 ngừng tăng tải chờ để choòng khoan có đủ thời gian phá hủy đất đá áp suất bơm sẽ giảm nhỏ hơn P1 tiếp tục tăng đều tải trọng lên choòng cho tới khi áp suất tăng trở lại và đạt tới giá trị P1. Quá trình khoan được tiếp tục - Trong suốt quá trình khoan đặc biệt trong khi khoan chỉnh xiên cố gắng luôn giữ cho áp suất bơm không đổi bằng giá trị P1 vì nếu vượt quá giá trị này thì động cơ sẽ bị quá tải động cơ ngừng quay - Cần chú ý rằng sự ngừng quay của động cơ do quá tải làm giảm tuổi thọ một cách đáng kể của động cơ vì vậy cần chú ý để hiện tượng ngừng quay động cơ không xảy ra trong khi khoan. - Khi có hiện tượng động cơ ngừng quay do quá tải cần khẩn trương ngay lập tức ngừng quay rotor (nếu khoan có quay rotor) tắt bơm trước khi kéo choòng khỏi đáy giếng khoan. - Việc lựa chọn chế độ khoan tối ưu có thể tiến hành bằng cách thay đổi tải trọng lên choòng trong phạm vi cho phép sao cho P0 < P < P1 Thực chất ở đây là lựa chọn chênh lệch áp suất trong khi khoan để để đạt được tốc độ khoan cơ học lớn nhất. Khi khoan bằng động cơ sự truyền tải tới choòng khoan thực hiện được tốt khi kết hợp quay rotor (đặc biệt tại những đoạn có góc lệch lớn) . Tuy nhiên cần biết rằng khi khoan có quay rotor đều có hại cho động cơ ngay cả khi góc lệch bằng 0 độ Khi cần thiết phải kéo choòng lên khỏi đáy giếng để đo góc tiếp cần dạo cần phải kéo lên từ từ để tránh gây giảm đột ngột mômen ở stator. Tốt nhất chỉ kéo choòng lên khi choòng đang quay không tải. LOẠI ĐỘNG CƠ CƯỜNG ĐỘ LỆCH CỰC ĐẠI CỦA THÂN GIẾNG GÓC LỆCH LỚN NHẤT CHO PHÉP QUAY ĐỘNG CƠ ( 0/10 m) ( Độ ) A962 M A800 M A675 M A475 M 2.95 3.61 5.91 8.53 1.50 1.50 1.50 1.50 Bảng 4.3 : Điều kiện cho phép quay rotor khi khoan bằng động cơ trục vít. 4.1.4. Quy trình điều chỉnh lưu luợng khi khoan bằng động trục vít Dựa vào đặc tính kỹ thuật của động cơ để lựa chọn chế độ khoan. Khác với khoan rotor chế độ khoan bằng động cơ đáy phụ thuộc rất nhiều đến đặc tính kỹ thuật của loại của loại động cơ đang sử dụng. Do đó khi khoan bằng động cơ đáy thường căn cứ vào đặc tính kỹ thuật của động cơ để lựa chọn chế độ khoan. Đặc tính kỹ thuật của động cơ là các thông số chuẩn về lưu lượng, số vòng quay, trọng lượng, chiều dài động cơ, tải trọng lớn nhất lên choòng, mômen, đường kính choòng phù hợp. Duới đây là bảng một số loại động cơ đang đuợc sử dụng tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro: Nationnal 962 National 800 BL962 A 962 BL 800 A 800 BL675 675 A 675 BL 475 A 475 BL375 375 Loại động cơ 5: 6 5: 6 5: 6 4: 5 5:6 5:6 4:5 7:8 6:7 4:5 5:6 4:5 7:8 Cấu hình roto/ Stator 4,0 3,0 5,0 3,6 4,0 3,0 3,6 3,0 5,0 4,8 4,0 3,5 2,3 Bước xoắn 37,85 37,85 32,2 31,5 37,85 37,85 56,78 18,93 18,93 18,93 6,32 6,32 6,3 Min Lưu lượng bơm (l/s) 75,7 75,7 56,8 56,8 75,7 75,7 74 56,78 37,85 37,85 15,76 15,76 10,1 Max 65 65 150 120 40 67 74 48 56 150 67 50 60 Min Số vòng Quay (vòng/ phút) 136 136 260 220 127 134 219 145 173 300 217 262 121 Max 311 311 245 245 311 311 245 251 222 212 149 149,4 121 Min Đường Kính choòng phù hợp (mm) 445 445 311 311 445 660 311 374 251 251 200 177,8 149 Max 2370 2030 1220 1190 2300 2449 1700 1587 1050 793 700 281 227 Trọng lượng (kg) 9,24 7,89 7,32 7,13 8,53 8,01 7,47 7,19 7,98 6,52 5,89 5,07 5,18 Chiều dài động Cơ (m) 113 113 64 64 34,04 34,04 29,5 29,5 22,69 22,69 11,35 11,35 5 Tải trọng lên choòng lớn nhất (T) 1200 1200 1200 1200 7250 7525 3600 5200 5200 1550 1500 725 725 Min Mô men (Ft/lb) 12580 9450 5410 5160 8530 8830 4000 6000 6000 1700 1700 1125 1125 Max Bảng 4.4 :Bảng đặc tính kỹ thuật của các loại động cơ khoan trục vít hiện có ở XNLD Vietsopetro Trong quá trình sử dụng động cơ khoan trục vít thông số lưu lượng đối với mỗi loại động cơ quyết định đến các thông số khác của động cơ trục vít như: số tốc độ, mômen quay, công suất của động cơ. Do đó điều chỉnh lưu luợng là yếu tố ảnh hưởng tới các yếu tố khác. Việc điều chỉnh lưu lượng ở đây chính là điều chỉnh lưu luợng của máy bơm piston khoan. Lưu luợng lý thuyết Q (lưu luợng chưa kể đến sự rò rỉ) của máy thủy lực thể tích bằng tổng thể tích làm việc của máy bơm dung dịch trong một đơn vị thời gian. (4.1) Trong ®ã: i : sè xi lanh lµm viÖc F: diÖn tÝch bÒ mÆt lµm viÖc cña mÆt piston (mm2) n: sè vßng quay trôc m¸y b¬m S: hµnh tr×nh lµm viÖc cña piston (mm) a: HÖ sè tÝnh ®Õn diÖn tÝch cña cÇn piston: . Tõ c«ng thøc: , ta cã thÓ rót ra c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l­u l­îng cho b¬m piston nh­ sau: Thay ®æi sè xilanh lµm viÖc i. Thay ®æi diÖn tÝch lµm viÖc cña mÆt piston, b»ng c¸ch thay ®æi ®­êng kÝnh xilanh. Thay ®æi chiÒu dµi cña hµnh tr×nh piston S. Thay ®æi sè vßng quay cña trôc ®éng c¬. Ngoµi ra ta cã thÓ sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nh­: ghÐp b¬m song song cïng lµm viÖc, l¾p thªm van tiÕt l­u ë ®­êng ra cña b¬m… 4.1.4.1. Thay ®æi ®­êng kÝnh xilanh b¬m. Víi mçi mét m¸y b¬m dung dÞch khoan dÇu khÝ ®­îc trang bÞ mét vµi bé xilanh – piston ®Ó phôc vô c«ng t¸c ®iÒu chØnh l­u l­îng trong khi khoan. Víi c¸c má dÇu hiÖn nay cña ViÖt Nam th× c¸c cÊp xilanh ®­îc sö dông cã ®­êng kÝnh tõ 110200 mm. Tuú theo l­u l­îng yªu cÇu vµ cÊu tróc giÕng khoan mµ ta thay ®æi, lùa chon ®­êng kÝnh xilanh sao cho phï hîp. Mét sè cÊp ®­êng kÝnh cña c¸c m¸y b¬m nh­: M¸y b¬m Y8 – 3 : 130 ; 150 ; 170 ; 185 ; 200 . M¸y b¬m Y8 – 4 : 120 ; 130 ; 150 ; 170 . Nh­ vËy c¸c m¸y b¬m ®Òu cã nhiÒu cÊp ®­êng kÝnh xilanh vµ D = 6.3520 mm. Víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l­u l­îng b»ng c¸ch chØ thay ®æi ®­êng kÝnh xilanh th× ta cã kÕt cÊu gän nhÑ, giµ thµnh rÎ, dÔ sö dông, thuËn lîi khi b¬m dung dÞch khoan kh«ng cÇn ¸p suÊt vµ l­u l­îng qu¸ lín. ë ph­¬ng ph¸p kÕt hîp thay ®æi ®­êng kÝnh xilanh víi thay ®æi tèc ®é cña ®éng c¬ dÉn ®éng th× sÏ cho ta sö dông trong tr­êng hîp khoan s©u víi yªu cÇu ¸p suÊt vµ l­u l­îng lín. Tuy nhiªn nã cång kÒnh,gi¸ thµnh cao, ®ßi hái c«ng nh©n vËn hµnh cã tr×nh ®é cao. Ưu nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l­u l­îng b¬m b»ng viÖc thay ®æi ®­êng kÝnh xilanh cña m¸y b¬m: Ưu ®iÓm: T¨ng ®­îc mét l­u l­îng ®¸ng kÓ nªn tiÖn cho viÖc lùa chän. C«ng t¸c thay thÕ kh«ng qu¸ phøc t¹p. Gi÷ ®­îc ¸p suÊt æn ®Þnh cÇn thiÕt ®Ó ®­a mïn khoan lªn trªb bÒ mÆt Nh­îc ®iÓm: Buéc ph¶i ng­ng tiÕn ®é thi c«ng khi th¸o l¾p. Chi phÝ lín nªn lµm ¶nh h­ëng tíi hiÖu qu¶ kinh tÕ. Yªu cÇu thî cã tr×nh ®é cao vµ kinh nghiÖm ®Ó phôc vô qu¸ tr×nh thay thÕ xilanh. 4.1.4.2. Thay ®æi tèc ®é quay cña tay biªn ( thay ®æi sè hµnh tr×nh piston). §iÒu chØnh tèc ®é cña bé truyÒn ®éng lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ cho phï hîp víi c¸c yªu cÇu cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh»m ®¶m b¶o n¨ng suÊt cao, víi chi phÝ n¨ng l­îng nhÊt ®Þnh, ®¶m b¶o ®­îc c¸c chØ tiªu n¨ng l­îng cao nhÊt. §èi víi ®éng cã dÉn ®éng cho m¸y b¬m ng­êi ta sö dông 2 lo¹i ®éng c¬ lµ; §éng c¬ ®iÖn. §éng c¬ Diesel. Khi dÉn ®éng lµ ®éng c¬ ®iÖn. NÕu ®éng c¬ dÉn ®éng cho m¸y b¬m lµ ®éng c¬ ®iÖn th× viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ lµ ®¬n gi¶n h¬n rÊt nhiÒu so víi viÖc ta thay ®æi tû sè truyÒn tõ ®éng c¬ vµo tay biªn cña m¸y b¬m. ViÖc thay ®æi tèc ®é truyÒn ®éng cña c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c cã thÓ thùc hiÖn hoÆc lµ b»ng viÖc sö dông bé truyÒn ®éng ®iÒu chØnh ®­îc hoÆc lµ thay ®æi chÝnh tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn. Ph­¬ng ph¸p thø hai ®­îc sö dông phæ biÕn v× nã lµm cho phÇn kÕt cÊu c¬ khÝ cña c¬ cÊu c«ng t¸c ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu. a) Víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch song song lµ thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng. Muèn vËy cÇn ph¶i cã nguån ®iÖn mét chiÒu víi ®iÖn ¸p thay ®æi ®­îc. Nguån mét chiÒu nh­ vËy cã thÓ lµ bé biÕn ®æi ®Æc biÖt ®Ó cïng víi ®éng c¬ t¹o thµnh hÖ truyÒn ®éng kh¸c nhau nh­: hÖ m¸y ph¸t - ®éng c¬ ; hÖ chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®­îc - ®éng c¬ ; bé biÕn ®æi tranditor - ®éng c¬ … Th«ng dông lµ sö dông hÖ m¸y ph¸t - ®éng c¬. Ưu iÓm cña ph­¬ng ph¸p lµ: cã d¶i ®iÒu chØnh réng, ®é ªm dÞu vµ tÝnh kinh tÕ cao khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬. Nh­îc ®iÓm lµ: ®ßi hái vèn ®Çu t­ lín do tæng c«ng suÊt ®Æt vµo ®éng c¬ ®iÖn lín gÊp 3 lÇn c«ng suÊt cÇn cho m¸y c«ng t¸c, vµ hiÖu suÊt cña c¶ hÖ còng thÊp h¬n ; viÖc vËn hµnh tæ hîp m¸y ph¸t - ®éng c¬ còng tiªu tèn ®¸ng kÓ cho phôc vô kü thuËt. b) Víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp lµ ®­a vµo m¹ch phÇn øng ®iÖn trë phô cã gi¸ trÞ sao cho dßng më m¸y kh«ng v­ît qu¸ dßng cho phÐp. Cïng víi qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña ®éng c¬ th× còng cÇn gi¶m dÇn gi¸ trÞ ®iÖn trë phô. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ cÇn ph¶i tiªu tèn mét l­îng ®iÖn n¨ng ®¸ng kÓ ®Ó ®èt nãng ®iÖn trë phô. c) Trong thùc tÕ, ®Ó thay ®æi M, n cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ta cã thÓ thùc hiÖn b»ng hai c¸ch lµ: C¸ch 1: Cho ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ - m¸y ph¸t. Trong tr­êng hîp nµy cã nh­îc ®iÓm lµ chi phÝ chÕ t¹o nªn thiÕt bÞ lín vµ kÝch th­íc, träng l­îng còng lín nªn Ýt dïng. C¸ch 2: Dïng bé biÕn ®æi Tranditor cho phÐp thay ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh dßng mét chiÒu vµ cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é v« cÊp.­u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ: gi¶m bít ®­îc c¸c bé truyÒn trung gian, dÔ chän ®­îc tèc ®é hîp lÝ phï hîp ®iÒu kiÖn cô thÓ, nªn hay ®­îc sñ dông. d) Víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®­îc thùc hiÖn ®¬n gi¶n h¬n c¶ lµ ®­a ®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to. Víi c¸ch ®iÒu chØnh nµy sÏ gi÷ ®­îc kh¶ n¨ng chÞu qu¸ t¶i, t¨ng m«men më m¸y vµ t¨ng ®é dèc cña ®­êng ®Æc tÝnh c¬. Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p nµy chØ ®iÒu chØnh tèc ®é theo h­íng gi¶m tèc ®é quay cña ®éng c¬. Ở mçi cÊp ®­êng kÝnh , khi t¨ng P ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh nµo ®ã th× l­u l­îng cña m¸y b¬m sÏ thay ®æi theo chiÒu gi¶m l­u l­îng do c¸c tæn thÊt nh­: sù rß rØ l­u l­îng … Khi ®­êng gi¶m l­u l­îng c¾t ®­êng ®Æc tuyÕn cña cÊp xilanh kÕ tiÕp th× lóc nµy ta cÇn thay ®æi cÊp xilanh - piston kh¸c ®Ó m¸y b¬m lµm viÖc b×nh th­êng. NÕu ta kh«ng thay ®æi th× m¸y b¬m sÏ bÞ qu¸ t¶i v× lóc nµy ¸p suÊt P tiÕp tôc t¨ng.ë ®©y c¸c ®­êng ®Æc tuyÕn cña m¸y b¬m lµ c¸c ®­êng dèc nªn d¶i thay ®æi l­u l­îng gÊp khóc kh«ng ®Òu vµ kh«ng liªn tôc lµm cho m¸y b¬m ph¶i lµm viÖc ë nhiÒu chÕ ®é kh¸c nhau nªn dÔ g©y háng hãc. Khi dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ Diesel. Khi thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ Diesel lµ ta thay ®æi l­îng nhiªn liÖu cÊp cho ®éng c¬ b»ng tay ga. NhËn xÐt: Ưu ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p: DÔ dµng thay ®æi tèc ®é dÉn tíi thay ®æi l­u l­îng cña b¬m. Thao t¸c nhanh, dÔ dµng thay ®æi, dÔ vËn hµnh. Lµm mÒm ®­êng ®Æc tÝnh l­u l­îng. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p: - ë mét tèc ®é th× l­u l­îng thay ®æi kh«ng lín. Ngoµi ra ta cßn ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ dÉn ®éng b»ng c¸ch l¾p thªm hép tèc ®é vµo trôc cña ®éng c¬ dÉn ®éng. Ưu nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p: Ưu ®iÓm: DÔ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬. Nh­îc ®iÓm: KÕt cÊu cña ®éng c¬ cã thªm hép tèc ®é v× vËy trë nªn kång kÒnh. NÕu ®éng c¬ lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th× ta cßn ph¶i l¾p thªm bé biÕn ®æi dßng th× nã chiÕm thªm diÖn tÝch sö dông. Khi t¨ng tèc ®é m¸y ph¶i lµm viÖc ë chÕ ®é rÊt kh¾c nghiÖt nªn dÔ g©y háng hãc. T¨ng gi¸ thµnh khi mua m¸y. Thay ®æi ë nh÷ng cÊp tèc ®é nhÊt ®Þnh, kh«ng thay ®æi theo mét d¶i tèc ®é ®­îc. 4.1.4.3. Thay ®æi l­u l­îng b»ng ph­¬ng ph¸p ghÐp b¬m: Ta cã hai ph­¬ng ph¸p ghÐp b¬m lµ ghÐp song song vµ ghÐp nèi tiÕp c¸c b¬m cïng lµm viÖc trong mét hÖ thèng. Nh­ng ®Ó ®iÒu chØnh l­u l­îng cña b¬m piston ta chØ ¸p dông ph­¬ng ph¸p ghÐp c¸c b¬m song song trong mét hÖ thèng. Mçi b¬m sÏ cã mét ®­êng hót riªng, cßn ®Çu x¶ th× gép chung l¹i thµnh mét ®­êng x¶. Yªu cÇu ®èi víi c¸c m¸y b¬m nµy lµ ph¶i cã cïng cét ¸p, cho dï l­u l­îng tiªng cña mçi b¬m cã thÓ kh¸c nhau. Ap dông ph­¬ng ph¸p nµy t¨ng ®iÒu chØnh l­u l­îng b¬m mµ kh¸ ®¬n gi¶n. Tuy nhiªn l­u l­îng b¬m t¨ng theo nh÷ng gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, khã ®¹t ®­îc l­u l­îng theo ý muèn. MÆt kh¸c chi phÝ kh¸ tèn kÐm v× cÇn ph¶i cã nhiÒu b¬m cïng lµm viÖc. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc thay thÕ b»ng c¸c m¸y b¬m cã nhiÒu xilanh. 4.1.4.4. Thay ®æi l­u l­îng b»ng c¸ch ®iÒu chØnh van tiÕt l­u: Trong qu¸ tr×nh khoan th× van tiÕt l­u còng ®ãng vai trß kh¸ quan träng, v× vËy lu«n cÇn ph¶i cã c«ng nh©n trùc tiÕp ®iÒu chØnh van khi cã bÊt th­êng x¶y ra. Cô thÓ nh­ lµ khi cã hiÖn t­îng mÊt dung dÞch khoan th× ng­êi c«ng nh©n ph¶i lËp tøc ®iÒu chØnh van tiÕt l­u ®Ó gi¶m bít l­îng dung dÞch ®i vµo trong vØa vµ tiÕp theo th× míi thay ®æi tÝnh chÊt cña dung dÞch nh»m kh¾c phôc hiÖn t­îng mÊt dung dÞch. Tuy nhiªn kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh l­u l­îng b»ng ph­¬ng ph¸p nµy sÏ kh«ng kÐo dµi mµ chØ ®iÒu chØnh tøc thêi råi tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng cña ph­¬ng ph¸p tiÕp theo. V× khi ®iÒu chØnh van tiÕt l­u sÏ cÇn ph¶i tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng cã ®¸p øng ®ñ ¸p suÊt ®Ó ®­a mïn khoan lªn bÒ mÆt giÕng hay kh«ng. Ngoài ra trong quá làm việc của bơm piston do áp suất và lưu lượng của bơm thay đổi trong một khoảng rộng do đó ảnh hưởng lớn đến các thông số làm việc trực tiếp của động cơ trục vít. Để hạn chế điều này một biện pháp đang được sử dụng hiện nay là nắp thêm bình điều hòa cho máy bơm khoan. Tính toán bình điều hòa là đi xác định thể tích không khí trong bình dựa trên giá trị lớn nhất của mức độ không ổn định áp suất. Trong quá trình làm việc, áp suất và thể tích không khí trong bình luôn thay đổi. Ta gọi: + Pmax, Ptb, Pmin, là áp suất lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không khí trong bình. + Vmax, Vtb, Vmin là thế tích lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không khí trong bình Gọi δ là hệ số biểu thị mức độ không ổn định của áp suất, được xác định theo công thức: (4.2) Trong đó: (4.3) Tương tự: (4.4) Ta đi tìm sự liên quan giữa δ và V (4.5) Ở đây - Chính là thể tích của chất lỏng được tích lại trong bình Như vậy mức độ không ổn định về áp suất δ cũng đặc trưng cho sự thay đổi thể tích trong bình. Tương tự ta có thể xác định được: Với máy bơm 1 xylanh tác dụng kép : ΔV=0,21 F.S Với máy bơm 2 xylanh tác dụng kép: ΔV=0,042 F.S Với máy bơm 3 xylanh tác dụng đơn: ΔV=0,09 F.S Nếu ta chọn δ = 0,025 (chuyển động của chất lỏng trong bình có độ ổn đinh max) thì ta xác định được lượng khí cần nạp vào bình cho các loại bơm khác nhau: Từ có thể xác định được thể tích chứa khí của bình: - Cho máy bơm tác dụng đơn - cho máy bơm tác dụng kép - cho máy bơm tác dụng ba - cho máy bơm tác dụng bốn (Các giá trị trên đều đúng cho bình điều hòa hút và đẩy) - Thể tích của bình điều hòa được xác định theo công thức: ,() (4.6) 4.1.5. Kéo động cơ sau khi khoan - Phải thận trọng khi kéo động cơ có đặt góc lệch lớn qua những khoảng chiều sâu đặt chân đế ống chống qua hệ thống ngăn cách nước, hệ thống đối áp. - Khi khoan doa ngược hoặc xuôi phải luôn duy trì bơm tuần hoàn và quay rotor nếu động cơ có đặt góc. Thận trọng để tránh việc cắt thân khi doa qua. - Khi kéo cần lên tới miệng giếng trước khi tháo động cơ phải tiến hành các công việc sau: + Kiểm tra làm việc của van thông. + Đối với động cơ Anadrill kiểm tra tình trạng mỡ bôi trơn ổ chứa bi xem xét sự thoát dung dịch ở phần bên ngoài trục ngay bên trên đầu nối với choòng + Rửa sạch bên trong động cơ bằng cách cho vòi nước vào đầu trên của động cơ buộc lại kéo động cơ lên cho choòng khoan vào cối tháo choòng lắp khóa giữ thân động cơ quay nhẹ rotor đồng thời mở vòi nước để chảy qua động cơ cho tới khi thấy nước chảy ra đã sạch + Rửa sạch phần bên ngoài động cơ bằng nước. + Tháo choòng khoan ra khỏi động cơ. + Kiểm tra độ dơ của choòng khoan xác định tình trạng làm việc của chúng. Phương pháp kiểm tra độ dơ của động cơ khoan trục vít. Đối với động cơ của hãng Blackmax : Do hệ thống ổ bi của động cơ khoan trục vít của hãng Blackmax là ổ bi kín được bôi trơn bằng loại dầu chuyên dụng nên khi dầu được bơm ép vào hệ thống ổ bi làm piston bị đẩy sát vào vòng hãm. Trong quá trình làm việc lượng dầu bôi trơn tổn hao dần piston thụt vào và tạo chiều sâu A độ dơ dọc trục .Để kiểm tra độ dơ dọc trục ta dùng đoạn dây thép nhỏ luồn qua khe hở giữa trục và đầu dưới của vỏ động cơ để xác định chiều dài A tính từ vòng hãm đến đầu của piston. Sau đó so sánh với khoảng cách cho phép giữa piston và vòng hãm trong bảng. Nếu chiều dài A bằng hoặc lớn hơn giá trị trong cột khi hết hoặc chưa có mỡ thì không được phép sử dụng động cơ trên. LOẠI ĐỘNG CƠ KHOẢNG CÁCH PISTON VÒNG HÃM KHI CHƯA HẾT HOẶC CHƯA CÓ MỠ KHI CÓ MỠ 9 5/8 (BL 962) 2 3/8 – 60,3 mm 2 1/8 – 53,97 mm 8 (BL 800) 3 ¼ - 82,5 mm 3 – 76,3 mm 6 3/4 (BL 675) 2 3/16 – 55,6 mm 1 15/16 – 49,2 mm 4 3/4 (BL 475) 2 1/4 – 57,2 mm 2 – 50,8 mm 3 3/4 (BL 375) 1 7/16 – 36,5 mm 1 3/16 – 30,2 mm Bảng 4.5 : Độ dơ cho phép tối đa của động cơ Blackmax Hình 4.2 : Đo độ dơ dọc trục đối với động cơ hãng Blackmax Đối với động cơ của hãng Anadrill : Trong cấu trúc của của hệ thống ổ bi có cụm đĩa vênh dùng để tạo độ căng cho tất cả các chi tiết lắp trên vỏ. Sau một thời gian làm việc các lò xo đĩa có thể bị biến dạng và kém tính đàn hồi như vậy có ảnh hưởng tới độ căng trong các chi tiết . Điều này có thể dẫn đến các ổ bi không quay trơn hoặc bị kẹt trong quá trình động cơ làm việc. Ngoài ra nó cũng tạo điều kiện cho bùn khoan xâm nhập vào hệ thống ổ bi. Để kiểm tra độ dơ dọc trục thực hiện các tác sau : + Treo động cơ lên đo khoảng cách khe hở đầu trục theo chiều dọc trục ta đo được khoảng cách A. + Ép động cơ xuống đo khoảng cách khe hở đầu trục theo chiều dọc ta đo được khoảng cách B. + Sau đó ta lấy A-B lấy kết quả rồi tra bảng nếu kết quả lớn hơn giá trị ở bảng dưới đây thì không sử dụng động cơ đó ĐỘNG CƠ ĐỘ DƠ CHO PHÉP LỚN NHẤT (in) (mm) A962 M 0.31 8.0 A800 M 0.24 6.0 A675 M 0.24 6.0 A475 M 0.16 4.0 Bảng 4.6 : Độ dơ dọc trục cho phép của Anadrill Hình 4.3 : Đo độ dơ dọc trục đối với động cơ hãng Anadrill. Quy cách kiểm tra bảo dưỡng sơ bộ động cơ sau khi khoan xong : + Kiểm tra độ dơ dọc trục của động cơ + Làm sạch động cơ trước khi gửi về bờ. 4.2. Sự cố phức tạp khoan động cơ trục vít, biện pháp khắc phục và nâng cao hiệu quả động cơ trục vít 4.2.1. Các sự cố phức tạp trong khi khoan động cơ trục vít, biện pháp khắc phục Qua nhiều năm sử dụng động cơ khoan trục vít tại XNLD Vietsopetro đã tổng kết và nêu lên một số sự cố hỏng hóc gặp phải trong quá trình khoan mà ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất khoan cũng như tuổi thọ động cơ. Van thông không làm việc Ảnh hưởng của hiện tượng này hay gặp trong quá trình khoan nó không ảnh hưởng đến tuổi thọ của của động cơ nhưng ảnh hưởng tới năng suất khi khoan vì hiện tượng này xảy ra khiến cho động cơ không làm việc được do đó hiện tượng van thông không làm việc được làm chậm và giảm đáng kể năng suất khoan. Nguyên nhân: Do để lâu piston bị kẹt có vật cứng chèn vào lò xo hoặc không đủ áp lực nén lên lò xo theo thiết kế, do mặt côn của piston bị mòn sau một thời gian làm việc dẫn đến không đủ áp lực đẩy piston đi xuống. Khi ở trên bề mặt : khi thử động cơ trên bề mặt trước khi thả van thông không đóng khi đã bơm với lưu lượng thiết kế Cách khắc phục: Tắt mở bơm để tạo xung thủy lực, tác động cơ học bằng cách nén tải trực tiếp nên piston của van, hàn kín các lỗ thoát theo đúng quy cách Khi đã thả xuống đáy giếng: Khi bắt đầu tăng tải lên choòng áp suất hầu như không thay đổi, khi tiếp tục tăng tải áp suất không thay đổi. Hoàn toàn không có mômen phản dễ dàng nhận thấy khi có sử dụng hệ thống MWD tốc độ khoan bằng không. Cách khắc phục: tắt mở bơm để tạo xung thủy lực, quay rotor nếu điều kiện cho phép cộng với tắt mở bơm, kéo cần và tiến hành thử khắc phục như trên. Động cơ ngừng quay do bị quá tải Ảnh hưởng của sự cố động cơ ngừng quay do quá tải ở XNLD Vietsopetro đã gặp khá nhiều trong quá trình khoan đặc biệt trong những giai đoạn đầu khi mới đưa động cơ này vào sử dụng loại động cơ này. Lúc sự cố xảy ra nếu người thợ khoan không có kinh nghiệm khắc phục kịp thời thì hậu quả của sự cố là không lớn còn không sẽ làm phá vỡ đỉnh rãnh của stator làm giảm hiệu suất thủy lực hoặc làm hỏng động cơ. Tuy nhiên cho dù thế nào khi có sự cố này xảy ra là gây tác hại vì nếu nhẹ thì giảm hiệu suất thủy lực nặng thì làm hỏng động cơ. Như vậy sự cố này làm giảm nghiêm trọng năng suất khoan Nguyên nhân: Tải trọng chiều trục điều chỉnh không phù hợp với động cơ tải trọng tác động lớn hơn tải trọng làm việc của động cơ, người thợ khoan không tuân thủ quy trình kỹ thuật khoan bị cuốn theo tốc độ cơ học khoan mà không nghĩ tới đang khoan bằng động cơ khoan trục vít dẫn đến tăng tải vượt quá tải trọng tối đa của động cơ, người thiết kế chế độ khoan chưa tính đến khả năng làm việc khi rotor và stator của động cơ bị mòn. Do đó quá trình làm việc theo thời gian mômen động cơ tạo ra bị giảm dần mà tải trọng không đổi dẫn đến hiện tượng quá tải. Cách khắc phục: Lập tức ngừng quay rotor nếu đang quay và tắt hẳn bơm kéo choòng ra khỏi đáy giếng. Bật lại bơm tăng dần lưu lượng và nếu thấy áp suất bình thường thì tiếp tục khoan. Tắc bên trong động cơ Ảnh hưởng của sự cố tắc bên trong động cơ là sự cố gặp phải khi khoan bằng dung dịch có tỷ lệ chất độn cao đặc biệt là chất chống mất dung dịch. Khi sự cố tăc động cơ xảy ra tương tự như động cơ không quay do quá tải sẽ gây tác động nghiêm trọng thậm chí nghiêm trọng hơn so với sự cố động cơ không quay do quá tải bởi vì nó không những phá vỡ đỉnh rãnh của stator làm giảm hiệu suất thủy lực hoặc làm hỏng động cơ mà khi sự cố này xảy ra bắt buộc phải kéo toàn bộ cột cần lên để khắc phục sự cố. Như vậy sự cố này làm giảm năng suất khoan. Nguyên nhân: có vật lạ trong dung dịch khoan do không được lọc kỹ hoặc bị rơi vào hệ thống tuần hoàn dung dịch, chất độn rắn hoặc các chất chống mất dung dịch bị dồn cục bộ tạo nút trong bộ phận công tác. Ngoài ra hiện tượng tắc bên trong động cơ còn do những mảnh vỡ cao su của stator bị rơi ra bó làm tắc động cơ. Cách nhận biết : Áp suất bơm tăng đột ngột. Sau khi kéo choòng lên khỏi đáy giếng khi bật bơm trở lại áp suất vẫn ở trạng thái cũ. Cách khắc phục : Kéo cần lên để xem xét và khắc phục. Khoan không có tải trọng tác dụng lên choòng Nguyên nhân của hiện tượng này là do thân giếng có góc lệch lớn ma sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng lớn tải trọng không truyền được tới choòng định tâm bị treo ở thành giếng. Lúc này lực sườn rất lớn không thắng được lực ma sát Cách nhận biết: Tốc độ khoan giảm hoặc bằng không do khoan không đi, áp suất tải trọng không đổi nhưng mômen tăng, khi thử tăng thêm tải trọng áp suất vẫn không đổi. Cách khắc phục: kéo dạo cần quay rotor doa lại đoạn thân giếng mới mở cho thêm chất bôi trơn dung dịch vào. 4.2.2. Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ trục vít Trong quá trình khoan việc lựa chọn biện pháp kỹ thuật để áp dụng là yếu tố quan trọng để nâng cao tuổi thọ cũng như tăng hiệu quả khi khoan bằng động cơ khoan trục vít. Qua nghiên cứu và thực tế cho thấy khi khoan bằng động cơ trục vít cần có một số giải pháp kỹ thuật sau để tăng hiệu quả khoan. 4.2.2.1. Nâng cao hệ thống tuần hoàn dẫn động cho động cơ Hình 4.4 : Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch. Dung dịch từ bể dung dịch được bơm piston hút và đẩy theo ống dẫn vào cột cần khoan tới động cơ khoan trục vít sinh ra mômen làm quay choòng. Dung dịch ra khỏi đáy của động cơ đẩy mùn khoan lên mặt đất . Hỗn hợp dung dịch và mùn khoan chảy vào hệ thống tách mùn khoan . Sau khi tách mùn khoan dung dịch chảy vào bể để cung cấp cho bơm. Do ảnh hưởng của pha rắn đến động cơ nên cần lưu ý pha rắn trong dung dịch phải được đảm hàm lượng thấp có thể để giảm thiểu sự ăn mòn. Vì vậy khi khoan bằng động cơ khoan trục vít hệ thống làm sạch dung dịch bao gồm sàng rung máy lọc cát phải lắp đặt đúng quy chuẩn trong quá trình tuần hoàn phải luôn có phin lọc ở bên dưới cần vuông 4.2.2.2. Lựa chọn dung dịch khoan phù hợp Khi khoan bằng động cơ đáy nói chung và động cơ khoan trục vít nói riêng loại dung dịch và thành phần dung dịch có ảnh hưởng lớn đế chế độ làm việc cũng như tuổi thọ động cơ. Dung dịch khoan khi khoan bằng động cơ khoan trục vít ảnh hưởng trực tiếp tới động cơ đặc biệt liên quan đến các vấn đề sau : - Tác động đến hợp chất cao su đàn hồi của stator. - Làm mòn bề mặt rotor. - Ảnh hưởng đến độ bền kẹt cố các ổ bi (đối với động cơ hãng Anadrill) Về nguyên tắc khi khoan bằng động cơ khoan trục vít có thể sử dụng được tất cả các loại dung dịch: dung dịch gốc nước, dung dịch gốc dầu, dung dịch bọt, dung dịch nitrogen, … Tuy nhiên việc lựa chọn dung dịch thành phần và tính chất của dung dịch phụ thuộc vào điều kiện khoan. Với mục đích giảm thiểu sự ảnh hưởng không tốt của dung dịch tới động cơ khoan trục vít cần quan tâm những mặt sau: + Chỉ sử dụng dung dịch gốc dầu có nồng độ chất thơm và chất độc hại thấp < 2 % + Không sử dụng dung dịch dầu diezen vì khi bơm qua động cơ dầu diezen sẽ làm tổn hại nghiêm trọng đến hợp chất cao su tổng hợp của stator. + Dung dịch khoan với độ 4 < PH < 10 + Không bơm dung dịch axit qua động cơ + Dung dịch có chứa hợp chất Clo có thể làm giảm tuổi thọ của rotor và stator do bị ăn mòn đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao. Đặc biệt lưu ý tới lớp mạ của rotor khi nồng độ của hợp chất clo vượt quá 30.000 phần triệu + Để tránh hư hại và kéo dài tuổi thọ của động cơ phải thận trọng xem xét trước khi sử dụng bất kỳ một chất phụ gia nào. + Tỷ trọng dung dịch không nên vượt quá 17 ppg (2.04 g/cm3) + Hàm lượng cát trong dung dịch 5% có thể làm giảm 50 % tuổi thọ của động cơ. Đặc biệt khi tỷ trọng dung dịch > 1.4 g/cm3 cần phải giữ hàm lượng cát càng nhỏ càng tốt. + Hàm lượng pha rắn trong dung dịch càng nhỏ càng tốt. + Không được bơm xi măng qua động cơ. + Cần lưu ý ảnh hưởng của tỷ trọng và độ nhớt tới tổn hao áp lực để có được các thông số tối ưu của động cơ. Các chất chống mất dung dịch và các chất độn khác trong quá trình làm việc khi bơm qua động cơ cần quan tâm đến vấn đề làm tắc bên trong động cơ ở vị trí van thông, bộ phận công tác, đầu trục, ổ bi, làm mòn stator, rotor và các bộ phận khác của động cơ. Vì vậy để tránh tác hại khi sử dụng các chất chống mất dung dịch và các chất độn khác cần lưu ý sử dụng chất đã nghiền đều và kỹ có độ ráp nhỏ, khi pha chế cần cho chất độn đều đặn tránh chất độn bị dồn cục bộ. 4.2.2.3. Lựa chọn động cơ có áp suất làm việc theo nhiệt độ đáy giếng. Nhiệt độ đáy giếng là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới tuổi thọ của động cơ . Nhiệt độ càng cao tuổi thọ động cơ càng giảm. Do điều kiện thi công giếng khoan có nhiệt độ cao và nhiều giếng có nhiệt độ rất cao nên động cơ khoan trục vít stator có chứa hợp chất cao su đàn hồi hợp chất này sẽ bị giãn nở khi nhiệt độ đáy giếng cao. Khi nhiệt độ đáy giếng nhỏ hơn 60 0 ta sử dụng động cơ khoan trục vít bình thường tức là ở nhiệt độ này mức giãn nở cao su đàn hồi không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ. Khi nhiệt độ đáy giếng từ 600 đến 1270 mức độ giãn nở của hợp chất cao su đàn hồi bắt đầu có sự ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ làm việc của động cơ . Qua thực tế và yêu cầu nhà sản xuất ở nhiệt độ này ta vẫn có thể sử dụng loại động cơ bình thường, nhưng phải bù trừ giãn nở nhiệt của hợp chất cao su đàn hồi bằng cách giảm chênh lệch áp suất ∆p làm việc động cơ . Hệ số rút giảm nhiệt ∆p được tra theo hình vẽ sau : Hình 4.5 : Hệ số rút giảm chênh áp làm việc Khi nhiệt độ đáy giếng lớn hơn 1270 C (260 F0) không thể sử dụng các loại động cơ khoan trục vít thông thường. Để khoan nhiệt độ này chúng ta sử dụng các loại động cơ đặc biệt. Hiện nay có hai loại động cơ dùng để khoan ở nhiệt độ cao. Thứ nhất là loại động cơ có cấu tạo stator là hợp chất cao su đàn hồi đặc biệt chịu được nhiệt độ cao, thứ hai là loại động cơ mà bộ phận công tác được chế tạo có khoảng khe hở giữa rotor và stator còn gọi là oversize. Ở mỗi khoảng nhiệt độ ta chọn loại động cơ có kích thước khe hở phù hợp theo đặc tính kỹ thuật của động cơ . Ở các giếng có nhiệt độ cao với mục đích hạn chế bớt ảnh hưởng của nhiệt độ tới tuổi thọ của động cơ trong khi kéo thả cần nên tiến hành bơm rửa để làm mát động cơ. Công tác an toàn khi khoan bằng động cơ khoan trục vít. An toàn cho giếng khoan. Trước khi khoan bằng động cơ khoan trục vít người kíp trưởng khoan cần chỉ huy thực hiện các công tác sau : Rửa sàn khoan, giá để cần khoan, rotor và các vị trí khác. Thu dọn các thiết bị không cần thiết trên sàn khoan . Kiểm tra sự hoàn hảo các thiết bị đo kiểm tra gồm mômen, số vòng quay, đồng hồ đo áp suất và đồng hồ trọng lượng. Kiểm tra hệ thống thiết bị chống phun. Khi khoan những đoạn có khả năng xuất hiện dầu khí, kíp trưởng phải biết chắc là trên khoan có hai van ngược đã được ép thử có đường kính phù hợp với đường kính cần khoan sử dụng. Phải rửa sạch các thùng đựng dung dịch máng dung dịch và lọc sạch sơlam trong dung dịch. Kiểm tra hệ thống làm sạch dung dịch sàng rung, tách cát, bể lắng. Kiểm tra hệ thống tách khí. Kiểm tra hệ thống máy bơm theo đúng thiết kế xy lanh, piston đảm bảo áp suất và lưu lượng. Trước khi thả động cơ vào giếng phải kiểm tra động cơ. Điều chỉnh các thông số dung dịch theo yêu cầu. Trong khi nâng hạ cột cần khoan kíp trưởng phải theo dõi chỉ số đồng hồ trọng lượng trong trường hợp bị vướng không được phép dạo bộ khoan cụ với tải trọng vượt quá 10 tấn trọng lượng bản thân của bộ khoan cụ. Trong quá trình hạ cần khoan nếu kim chỉ trọng tải tên đồng hồ tụt xuống quá mức 5 vạch chia độ thì phải bơm rửa giữa chừng và doa thành giếng khoan khi khoan tránh khoan thân giếng thứ hai Không được đặt ngay cột cần khoan lên đáy giếng khoan để tránh hiện tượng kẹt cần do lắng đọng mùn khoan trong quá trình nâng hạ và hẹp phần giếng khoan phần đáy. Sau khi hạ cần dựng cuối cùng cần phải bơm rửa phục hồi tuần hoàn dung dịch sau đó mới đặt cột cần khoan lên đáy. Trước khi tiếp cần phải dạo lại giếng và đảm bảo giếng khoan không có phức tạp mới tiếp cần. Đảm bảo thời gian tiếp cần ngắn nhất tránh phức tạp trong thời gian tiếp cần. Trong khi tiếp cần phải luôn theo dõi việc đặt phin lọc tránh để quên phin trong bộ cần khoan. Trước khi kéo cần phải bơm rửa thật sạch giếng khoan. Để các thông số kỹ thuật khoan được theo dõi chính xác thợ trực bơm không được tự động thay đổi tốc độ máy bơm luôn trực máy bơm không vượt quá áp suất tối đa P1. Khi khoan có sử dụng hệ thống MWD khi tắt bơm để đo phải theo sự chỉ dẫn của kỹ sư khoan xiên. Phải đồng thời tắt hết các bơm cùng một lúc. 4.2.2. An toàn cho người và thiết bị. Trước khi bắt đầu công tác khoan động cơ khoan trục vít đội trưởng hoặc tránh kỹ sư phải họp và phổ biến công nghệ và biện pháp an toàn cho giếng khoan cho con người và thiết bị cho toàn thể công nhân trong kíp khoan. - Phân công nhiệm vụ cho từng cá nhân trong từng công việc. - Kíp trưởng lúc nhận ca phải kiểm tra các thông số kỹ thuật khoan. Trong thời gian khoan phải thay nhau kiểm tra các vị trí làm việc thường xuyên nhắc nhở kiểm tra thực hiện công tác an toàn của thành viên trong kíp. - Khi đưa động cơ lên sàn khoan phải tuân thủ các biện pháp an toàn chọn cáp có đường kính phù hợp, phải có đầu nối chuyên dụng để kéo động cơ . - Trước khi thả động cơ phải kiểm tra định tâm, van thông, sự quay của động cơ lắp cần vuông vào động cơ và bật bơm thả cho van thông nằm trong phễu quan sát sự làm việc của van thông. - Khi thả cần phải xiết chặt các mối ren trong bộ khoan cụ đúng mômen quy định phải bơm rửa và khoan doa khi vướng. - Cấm cùng một lúc đưa cần lẻ đặt vào lỗ phụ để tiếp cần và nối cần chủ lực với bộ cần khoan để khoan tiếp. - Kíp trưởng và thợ trực bơm phải thống nhất quy ước về tín hiệu khởi động và tắt bơm. - Khi kéo động cơ lên phải rửa sạch động cơ cả trong lẫn ngoài bằng nước. CHƯƠNG V : ỨNG DỤNG KHOAN ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT National oilwell 962, 4: 5 lobe 4 stage TRONG GIẾNG KHOAN 10009 - BK10 – TAM ĐẢO 5.1. Sử dụng động cơ khoan trục vít để khoan giếng 10009 - BK10 – TAM ĐẢO. 5.1.1. Profile giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO. Hình 5.1 : Profile giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO 5.1.2. Cấu trúc giếng khoan giếng 10009 – BK10 – TAM ĐẢO. Hình 5.2: Cấu trúc giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO. 5.1.3. Cấu trúc bộ khoan cụ giếng 10009 – BK10 – TAM ĐẢO. Bộ khoan cụ của giếng đoạn 400 – 2285: Choòng khoan 17 ½ + động cơ 962 ( định tâm trên thân động cơ 17 ¼ , góc điều chỉnh khớp nối cong 0,390 – 1,15 0 ) + định tâm 393,7 + UBHO (đầu nối đặc biệt có khóa giữ bộ MWD không cho xoay khi bơm ) + cần nặng không nhiễm từ 241,3 ( MWD ) + cần nặng không nhiễm từ 228,6 + cần nặng 203,2 + búa khoan 7 ¾ + cần nặng 203,2 + búa khoan 7 ¾ + cần nặng 165,1 + cần khoan nặng 127. Bộ khoan cụ của giếng đoạn 2285 – 3600 : Choòng khoan 12 ¼ + động cơ 962 ( định tâm trên thân động cơ 12 1/8 , góc điều chỉnh khớp nối cong 0,39 0 ) + cần nặng 203,2 + định tâm 295,3 + cần nặng không nhiễm từ 203,2 ( MWD ) + cần nặng không nhiễm từ 203,2 + cần nặng 165,1 + búa khoan 158,8 + cần khoan nặng 127. Bộ khoan cụ của giếng đoạn 3600 – 4700: Choòng khoan 8 ½ + cần nặng 165,1 + định tâm 214,3 + cần nặng 165,1 + cần khoan nặng 127 + búa khoan 158,8 + cần khoan nặng 127. Phân tích đặc điểm của từng thiết bị trong cấu trúc bộ khoan cụ: + Choòng khoan : Đường kính choòng được lựa chọn theo đuờng kính giếng khoan. Chủng loại choòng phụ thuộc vào địa tầng khoan qua. Để khoan bằng động cơ đáy thường sản xuất loại choòng riêng có độ bền của trục cao hơn do có số vòng quay của động cơ lớn hơn so với khoan rotor. + Động cơ trục vít: Đuờng kính động cơ được chọn phụ thuộc vào đường kính choòng. Định tâm trên đường kính của định tâm thường nhỏ hơn đường kính choòng 1/8 – 1/4 inch, đối với đoạn thân giếng thẳng đứng có thể không sử dụng định trên thân động cơ trong trường hợp này thường lắp vòng bảo vệ thay vào. Độ lệch của khớp nối cong được trước khi thả vào giếng khoan. Nó phụ thuộc vào độ tăng giảm hoặc ổn định góc của đoạn thân giếng phải khoan qua. Độ lệch có thể điều chỉnh được từ 00 – 3 0 . + Định tâm bên trên động cơ có tác dụng đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định, giảm bớt dao động ngang của động cơ. Đường kính của định tâm được lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu tăng hoặc giảm hay ổn định góc nghiêng. + Van ngược: Van ngược trong bộ khoan cụ có tác dụng ngăn không cho mùn khoan chui ngược vào máy đo làm kẹt phần tạo xung của máy đo. + UBHO : Đuợc lắp trong bộ khoan cụ khi có sử dụng hệ thống đo MWD là đầu nối đặc biệt có khóa giữ bộ MWD không cho xoay khi bơm + Cần nặng không nhiễm từ: Có tác dụng tạo ra môi trường không từ tính để máy đo làm việc chính xác khi đo góc phương vị. Đối với truờng hợp trong bộ khoan cụ có sử dụng máy đo MWD thì toàn bộ hệ thống máy đo phải nằm trong cần nặng không nhiễm từ. + Cần nặng : Do có sử dụng động cơ đáy trong bộ khoan cụ nên khi xác định cần nặng phải tính đến trọng lượng của động cơ đáy. + Cần khoan nặng: lắp chuyển tiếp giữa cần nặng với cần khoan. + Búa thuỷ lực: Theo nguyên tắc đường kính của búa phải nhỏ hơn đuờng kính của cần nặng trong bộ khoan cụ. Đối với loại búa gồm hai đoạn riêng biệt như hiện nay đang đựoc sử dụng thì giữa hai đoạn búa có lắp thêm cần khoan nặng . Chiều dài cần nặng bên trên búa thuỷ lực được tính toán sao cho có đủ tải trọng tác dụng lên búa khi đập xuống (phụ thuộc vào giới hạn làm việc do đặt trước) 5.2. Kiểm toán khả năng làm việc động cơ khoan trục vít National oilwell 962 4: 5 lobe 4 stage để khoan đoạn thân giếng ổn định góc trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m. 5.2.1. Các số liệu cho trước về giếng khoan - Đáy giếng ở chiều sâu 2285m (sau khi chống ống với đường kinh 340mm) - Phương pháp khoan: sử dụng động cơ 962 để khoan bằng choòng 311mm trước khi chống ống đường kính 245mm (trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m) - Profile giếng khoan trong khoảng chiều sâu này: khoảng ổn định góc lệch α = 290 , θ = 3000 - Địa tầng : Mioxen và Oligoxen Mioxen : Tầng Mioxen trong đoạn 2285 m – 3200 m. Khi khoan dễ bị kẹt bộ dụng cụ khoan do chênh lệch áp suất vì có độ thẩm thấu cao. Oligoxen: Có chiều sâu đoạn tiếp theo từ 3200m – 3600m. Đất đá tầng này thuộc loại trung bình cứng và có áp suất vỉa cao do đó khi khoan qua tầng này có thể bị kẹt bộ khoan cụ do sập lở vì chênh lệch áp suất. - Tải trọng lên choòng 4- 8 tấn - Tốc độ quay choòng khoan 80 – 90 vg/ph - Lưu lượng bơm 41- 48 (l/s) - Hai máy bơm với đuờng kính xylanh 171,45mm, số lần đẩy 65lần/phút - Áp suất bơm khi chưa có tải : Từ 2285m – 3200m Po = 125 at Từ 3200m – 3500m Po = 160 at Từ 3500m – 3600m Po = 160 at Áp suất trong khi khoan khống chế tải trọng sao cho áp suất khi khoan nằm trong khoảng ∆P = 10 – 15 at so với áp suất choòng khi chưa chạm đáy. 5.2.2. Bộ khoan cụ trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m. - Choòng khoan đường kính 311mm chiều dài 0,39m - Động cơ trục vít National 962 5:6 lobe 4 stage khớp nối cong chỉnh 0,390 định tâm 12 1/8 inch (có hệ thống MWD) chiều dài 8,05m - Định tâm đường kính 295mm chiều dài 1,7m - Van ngược đường kính 203mm chiều dài 0,47m - UBHO đường kính 203mm chiều dài 0,9m - DUBT đưòng kính 203mm chiều dài 9,45m - Cần khoan nặng xoắn đường kính 203mm chiều dài 9,45m - Đầu nối đường kính 203mm chiều dài 0,88m - Cần nặng xoắn đường kính 165mm chiều dài 53,43m - Cần khoan nặng đường kính 127mm chiều dài 28,25m - Búa thuỷ lực cơ học đập xuống đường kính 158mm chiều dài 5,11m - Cần khoan nặng đường kính 127mm chiều dài 9,41m - Búa thuỷ lực đập lên đường kính 158mm chiều dài 6,27m - Cần khoan nặng đuờng kính 127mm chiều dài 141,12m - Cần khoan đường kính 127mm chiều dài 1980,18m Tổng chiều dài bộ khoan cụ 2285m Hình : Cấu trúc bộ khoan cụ đoạn 2285m- 3600m Kiếm toán khả năng làm việc của động cơ National oilwell 962 5:6 lobe, 4.0 stage trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m Hình 5.4 : Đoạn thân động cơ National 962 5:6 lobe, 4.0 stage trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m Góc nghiêng trong đoạn giếng khoan α = 29 0 Chiều dài bộ khoan cụ động cơ định tâm L = 0,39 + 8,05 + 1,7 =10,14 m Tải trọng lớn nhất tác dụng lên choòng G = 8 (Tấn) à Gk = tg 290 . G = 8. tg290 = 4,43 (Tấn) Công suất tiêu hao cho choòng khoan khoan phá huỷ đá : Nc = 32,4. 10-4. k. Gc. Dc. n Trong đó : k : hệ số phụ thuộc vào độ mài của choòng k = 0,1 Gc : Tải trọng lên cần khoan Dc : đường kính choòng khoan Từ đó tính được : Nc G = 32,4 . 10-4. 0,1. 8. 31,1. 90 = 7,2 KW Nc Gk = 32,4. 10-4. 0,1.4,43. 31,1. 90 = 4,01 KW Công suất tổng cộng để choòng khoan phá hủy đất đá là : Nc = Nc G + Nc Gk = 7,2 + 4,01 = 11,21 KW Từ đó đem đối chiếu với đường đặc tính của động cơ National 962 loại 5:6 lobe, 4.0 stage đang sử dụng để khoan trong đoạn thân giếng 2285m -3600m để kiểm toán khả năng làm việc của động cơ đã được chọn. Hình : Đường đặc tính động cơ National oilwell 962 loại 5: 6 lobe, 4 stage. Qua đường đặc tính của động cơ trục vít National 962 loại 5: 6 lobe, 4 stage nhận thấy rằng với lưu lượng theo thiết kế là 41 – 48 (l/s) tương đương khoảng gần 800 (gpm) trong khoảng làm việc công suất của động cơ khoảng 100 KW đáp ứng được công suất phá hủy đất đá đã tính toán ở trên là 11,21 KW. Vậy động cơ National 962 loại 5:6 lobe, 4.0 stage đáp ứng được khả năng làm việc để khoan trong đoạn thân giếng 2285m -3600m Kết luận Có thể nói sự ra đời của động cơ khoan trục vít cùng với hệ thống đo trong khi khoan (MWD) đánh dấu một bước ngoặt lớn trong quá trình phát triển nhanh chóng của công nghệ khoan những năm gần đây. Từ những ngày mới được phát minh cho tới nay cấu tạo của động cơ khoan trục vít không ngừng được cải tiến hoàn thiện. Ban đầu trong cấu tạo của động cơ khoan trục vít không có khớp nối cong chỉ dùng để thay cho khoan tuabin tiến tới động cơ trục vít có khớp nối cong cố định dùng để khoan các giếng khoan định hướng cho đến nay động cơ rãnh xoắn có khớp nối cong điều chỉnh được sử dụng trong mọi trường hợp khoan. Nhờ có một số ưu việt hơn so với động cơ đáy khác mà ngày nay động cơ rãnh xoắn có khớp nối cong điều chỉnh được đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro động cơ khoan trục vít đã được đưa vào sử dụng từ cuối năm 1997 để khoan các giếng kôan xiên định hướng thay cho tuabin khoan. Trong những năm đầu sử dụng xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro động cơ khoan trục vít đã được đưa vào sử dụng để khoan các đoạn thân giếng khi cần thiết phải điều chỉnh góc góc lệch hoặc góc phương vị do các kỹ sư chuyên trách đảm nhiệm. Từ đầu năm 2000 cho tới nay động cơ khoan trục vít còn được dùng để khoan đoạn thân giếng khi không cần chỉnh góc lệch và góc phương vị quá trình khoan những đoạn thân giếng này đều do các đội khoan trên các giàn cố định đảm nhận. Việc sử dụng rộng rãi động cơ khoan trục vít để khoan toàn bộ các đoạn thân giếng đòi hỏi phải nắm được về cấu tạo ,nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật, quy trình sử dụng, bảo dưỡng sau khi khoan cũng như ảnh hưởng của môi trường dung dịch khoan và một số hóa chất khác của điều kiện địa chất đến tuổi thọ động cơ trục vít nhằm sử dụng khoan hiệu quả nhất tăng vận tốc cơ học và giảm giá thành mét khoan đồng thời đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Đồ án tốt nghiệp được bố cục gồm 5 chương: Chương I : Tổng quan về các phương pháp khoan trong khoan dầu khí Chương II : Giới thiệu về động cơ khoan trục vít Chương III : Thông số kỹ thuật và đường đặc tính của động cơ khoan trục vít Chương IV : Quy trình sử dụng động cơ khoan trục vít trong giếng khoan dầu khí Chương V : Ứng dụng khoan động cơ trục vít National Oilwell 962, 4: 5 lobe 4 stage trong giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO Qua quá trình nghiên cứu về động cơ khoan trục vít trong đề tài tác giả rút ra nhận xét sau : - Sử dụng động cơ khoan trục vít có nhiều ưu điểm trong công tác khoan hiện nay : kết cấu đơn giản dễ chế tạo độ bền cao, có sự lựa chọn cao về chủng loại dùng trong nhiều trường hợp từ tốc độ thấp đến cao, hiệu suất thủy lực cao, mômen không phụ thuộc vào lưu lượng, thích ứng với choòng khoan và hệ thống đo mới. - Sử dụng hiệu quả trong công tác khoan cắt xiên, khoan đa đáy, khoan giếng khoan độ cong lớn. Từ đó tác giả đề xuất kiến nghị để nâng cao hiệu quả sử dụng của động cơ khoan trục vít cần lựa chọn áp dụng thông số kỹ thuật của động cơ khoan trục vít là vấn đề đáng quan tâm . Sau đó đòi hỏi người vận hành sử dụng cần giám sát kiểm tra thường xuyên để khắc phục những sự cố trong quá trình khoan nhằm nâng cao hiệu quả khi khoan. Tài liệu tham khảo Các tác giả, Công nghệ khoan, Bộ môn Khoan khai thác Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Trương Biên, Thiết bị khoan, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Nguyễn Văn Giáp, Thiết bị khoan thăm dò, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Nguyễn Đức Sướng, Vũ Nam Ngạn, Truyền động thủy lực và khí nén, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Hoàng Dung, Nguyên lý phá hủy, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Cao Ngọc Lâm, Thiết kế chế độ khoan tối ưu, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Lê Phước Hảo, Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB giáo dục. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh. Phạm Đức Thiên, Nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ trục vít tại XNLD Vietsopetro, luận văn thạc sĩ , Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Schlumberger, Powerpak Steerable Motor Handbook. A National Oilwell Technology, Motor Handbook. Blackmax , Operation Motor handbook Schlumberger, Anadrill, Directional Drilling Training Manunal. Baker Hughes INTEQ - New Motor Handbook Baker Hughes INTEQ - New NAVIDRILL Handbook CTES - Coiled Tubing Manual National Oilwell Varco, Downhole drilling equipment Kalsi Seal, Advange seal bearing assembly for positive displacement motors used in microhole drilling Scott P McGrath and Eligo Miyazaki, Advace in motor – driven core barrel Robbin, Myers, Stator life of positive displacement downhole drilling motor H.R MOTAHHARI, G.HARELAND, NYGAARD, Method optimizing motor and bit performance for maximum ROP William C Lyons, Standard handbook of petroleum and natural gas engineering Sonatrach's, Drilling Equipments Sonatrach, Directional _Drilling Nelik_ L and Brennan, Progressing Cavity Pumps_ Downhole Pumps_ Mudmotors Mitchell, Advanced Oil Well Drilling Engineering COMPUTALOG - Advanced Directional Drilling National petroleum technology office, Microhole technology development Dressen D.S, JC Cohen and D. Morhen ,PDM performance and test result and preliminary analysis : Imcompressible and compressible fluid Philip Head, Mike Yazatich, Timhanson, Elictric coild tubing drilling project update Dan Tuner, Philip Head, Mike Yazatich, New DC motor for dowhole drilling and pumping application Ron huges, Aaron Kirk, Built for purpose straight hole drilling motor Charlie Pratten, State of the art positive displacemen motor enhance vertical drilling performance CAVO, Drilling motor John H Cohen, Curtis E Leitko, William C Maurer, High power drilling motor field test Samuel, Mathematical modeling and design analysis of the power section of a positive displacement motor Urayama, Development of remote controlled dynamic orienting system Delpassand, Majid, Mud motor stator temperature analysis technique John H Cohen, William C Maurer, Improved high power TSD bit Yakov A Gelfgat , Mikhail Y Gelfgat, Yuri S Lopatin, Advanced drilling solution