Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tời D2000E: Tính toán lựa chọn ly hợp của tời

xi măng để bơm vào giếng khoan. Thiết bị bơm trám xi măng gồm có: - Máy bơm piston. - Đầu bơm trám xi măng. - Các nút trám xi măng. - Các mutta chuyên dùng. - Vòng dừng. - Chổi quét màng sét. - Lồng định tâm. Hình 1.5 - Sơ đồ hệ thống thiết bị bơm trám xi măng 1: Máy bơm piston 4: Máy trộn 2: Máy bơm ly tâm 5: Thùng chứa dung dịch đã được chế tạo 3: Thùng đo *Hệ thống vận hành như sau: Đầu tiên máy bơm nước ly tâm bơm nước từ thùng đo vào máy trộn. Tại đây xi măng khô được thổi qua dòng nước nhờ khí nén, vữa xi măng được tạo thành nhờ cánh quạt của máy trộn rồi xả vào thùng chứa. Vữa xi măng thành phẩm được bơm piston hút từ thùng chứa vào bơm vào giếng khoan. Lượng xi măng khô, nước và các hoá phẩm được chuẩn bị sẵn sàng. Khi bơm hết lượng vữa xi măng cần thiết, máy bơm piston hút dung dịch ép từ thùng đo bơm vào giếng khoan ép vữa xi măng lên khoảng không vành xuyến. Dung dịch vữa xi măng được bơm vào qua đầu nối phía dưới đẩy nút trám dưới, còn nút trám trên đi vào giếng. 1.3.5. Thiết bị chống phun Những giếng khoan dầu khí không thể dự đoán được chính xác áp suất trong lòng đất đối với từng giếng, vì trong quá trình thi công giếng khoan có thể gặp hiện tượng phun trào. Đây là sự cố nguy hiểm nhất gây nhiều hậu quả rất nặng nề về tính mạng của con người cũng như về vật chất. Để hạn chế và khắc phục sự cố này người ta dùng hệ thống van đối áp được lắp đặt trên miệng giếng khoan. Hệ thống này có nhiệm vụ bịt kín miệng giếng khoan khi xuất hiện phun trào dầu khí, tuần hoàn dung dịch tách bớt khí khỏi dung dịch qua các bình và máy tách khí, phun được dung dịch nặng để dập giếng khoan. 1.3.5.1. Đối áp vạn năng Người ta gọi nó là đối áp dạng màng hoặc túi. Nó có thể đóng trên bất kỳ thiết bị khoan nào và thậm chí đóng cả giếng khoan trống. Nó cho phép việc thao tác cột cần khoan qua lớp màng trong khi giếng khoan được đóng và dưới tác dụng của áp suất. Hình 1.6 - Đối áp vạn năng 1: Tấm chống mòn 4: Buồng mở 2: Đệm làm kín 5: Piston 3: Nắp 6: Buồng đóng 1.3.5.2. Đối áp ngàm(hay đối áp má) Khi đóng giếng hoàn toàn, bộ phận để đóng giếng là má đặt nên gọi là đối áp má đặt. Trong khi khoan hoặc chống ống nếu xảy ra hiện tượng dầu khí phun thì van sẽ làm kín bằng cách ôm kín lấy cần hoặc ống chống (đối áp ôm cần). Khi đang khoan nếu dầu và khí phun bất chợt với áp suất cao thì lúc đó để đóng miệng giếng phải cắt đứt bộ dụng cụ hoặc cột ống để bịt kín cả miệng giếng( cắt cần). Đối áp ngàm có thể đóng bằng tay hoặc bằng thuỷ lực nhưng mở thì hoàn toàn bằng thuỷ lực. 1.3.5.3. Đối áp xoay Đối áp xoay cho phép xoay và thao tác cột cần khoan, nó được lắp đặt phía trên các đối áp thông thường. Nó được sử dụng để khoan dưới áp suất mà dung dịch khoan vẫn có tỷ trọng nhỏ và chủ yếu trong trường hợp khoan thổi khí. Nó cho phép tự động đóng kín miệng giếng ở bất kỳ vị trí nào của cột cần khoan. Khi làm việc nó được lắp cùng một đối áp ngàm hoặc đối áp vạn năng. Hình 1.7 - Đối áp xoay 1: Đệm xoay 5: Mở then lăn 9: Đường hồi dung dịch 2: Thân quay 6: Thân 10: Đệm làm kín 3: Gioăng 7: Đầu vuông dẫn động 11:Lỗ điền đầy 4: Bộ mở then 8: Ổ lăn Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG THẢ Cụm thiết bị nâng thả là một tổ hợp thiết bị trên giàn khoan. Chúng hoạt động đồng bộ với nhau để thực hiện các chức năng quan trọng như kéo thả cần khoan, ống chống, treo bộ khoan cụ trong quá trình khoan hoặc bơm rửa. Cụm thiết bị nâng thả gồm các thiết bị chính như: Tháp khoan, tời khoan, hệ thống ròng rọc động, ròng rọc tĩnh,… 2.1. Tời khoan Tời khoan là bộ phận của hệ thống nâng thả thực hiện các chức năng sau: - Dùng để kéo thả cần khoan và ống chống. - Dùng để treo bộ khoan cụ trong quá trình khoan hoặc bơm rửa. - Truyền chuyển động cho bàn rôto. - Khi kéo cần thì thực hiện một mô men xoắn ở trong tời, ngược lại khi thả cần thì thực hiện quá trình phanh. - Nếu dùng tháp chữ A thì tời được dùng để dựng tháp. Để phân loại tời khoan thì có nhiều phương pháp: - Theo khả năng tải. - Theo công suất. - Theo lực ở dây cáp đầu tời. - Theo độ sâu của giếng. - Theo công dụng: + Tời vạn năng + Tời chuyên dùng - Theo số lượng tang: + Tời 1tang + Tời 2 tang * Tời 1 tang: chỉ dùng để khoan khai thác, lúc đó công việc phụ trợ được thực hiện bằng một tời phụ. * Tời 2 tang: tang phụ được lắp trên một trục song song với tang chính đóng mở bằng khớp chính hoặc khớp ma sát. Tang chính dùng để quấn cáp nâng, cả hai đều phải có puly hãm. - Theo số trục: + Tời khoan một trục + Tời khoan hai trục + Tời khoan ba trục - Ngoài ra còn phân loại tời theo phương thức dẫn động như: dẫn động bằng động cơ điện và dẫn động bằng động cơ diezen. Tời khoan được lắp trên bệ, trong đó có các trục truyền động, phanh cơ học, phanh thuỷ lực hoặc phanh điện từ, xích truyền động, cánh tay đòn điều khiển phanh, hệ thống bôi trơn và hệ thống điều khiển bằng khí nén. Bảng 2.1 – Một số loại tời do hãng National sản xuất. Thông số 1625DE 1625M 1320D 1300E 80B 55P 45T Công suất (kW) 1850 1850 1200 1200 742 520 400 Đường kính cáp,(mm) 35 35 35 35 32 32 32 Số vận tốc 4 6 4 6 6 3 2 Đường kính tang tời, (mm) 915 915 762 762 635 59 457 Chiều dài tang tời, (mm) 1555,75 1555,75 1422 1422 1244 990 990 Đường kính phanh, (mm) 1575 1575 1372 1372 1168 1067 1067 Chiều rộng phanh, (mm) 263,53 263,53 263,5 263,5 263,5 212 212 Khối lượng, (tấn) 40 38,8 34,3 28,8 19,2 18 9.5 Bảng 2.2 – Các loại tời chế tạo ở Rumani Thông số Đơn vị đo Loại tời TF 35 TF 25 TF 25* TF 21 TF 15 Công suất kW 1500 1100 740 520 390 Đường kính cáp mm 35; 38 32 28 32; 28 25 Lực kéo cáp Max kN 440 275 250 187,5 150 Lực ở cáp kN 350 250 160 - 113 Vận tốc cáp m/s 4÷25 4÷25 4÷25 2,3÷17,2 2÷12,5 Số vận tốc 4÷2 4÷2 4÷2 6 2÷1 Đường kính tang tời mm 900 710 630 710 450 Chiều dài tời mm 1510 1320 1180 1180 1100 Đường kính phanh mm 1570 1370 1200 1370 1100 Chiều rộng phanh mm 275 255 255 255 205 Bảng 2.3- Một số loại tời chế tạo ở Liên Xô Thông số kỹ thuật Đơn vị đo Loại tời U2-55 U2-47 U2-18 BU200Br BU50Br BU40Br Công suất kW 810 900 440 810 400 190 Đường kính cáp mm 33 28 28 33 25 25 Lực kéo cáp max kN 245 153 153 232 125 80 Vận tốc cáp m/s 2,2-15,8 5,7-20,6 2,25-12,6 3,5-17,7 3,2-16 2,8-10,4 Số vận tốc 5 5 4 4 4 4 Đường kính tang tời mm 800 650 650 850 600 400 Chiều dài tời mm 1000 840 840 1100 865 550 Đường kính phanh mm 1450 1180 1450 1450 1180 1000 Chiều rộng phanh mm 250 250 250 250 250 200 *Nhận xét: qua bảng thống kê các loại tời của 3 nước ta thấy nếu cùng kích thước thì công suất làm việc của tời do hãng National oilwell sản xuất lớn hơn công suất làm việc của hai loại tời còn lại, do vậy nó có khả năng nâng thả tải trọng lớn hơn, thiết bị làm việc tốt hơn. Để tương quan với công suất đó thì lực trong nhánh cáp cũng lớn hơn, khi đó kéo theo cấp tốc độ cũng đa dạng hơn do đó sự biến thiên về vận tốc trong phạm vi rộng hơn. Với các đặc tính kỹ thuật trên nên kích thước tời (đường kính tang, đường kính phanh, chiều dài tời và chiều rộng phanh) của hãng National oilwell lớn hơn. Từ khả năng làm việc cao nên tời của hãng National oilwell ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn trong công tác khoan dầu khí. Tùy theo mức độ khai thác, nâng thả bộ khoan cụ mà ta dùng một trong ba loại tời trên với công suất và đặc tính kỹ thuật tương ứng của tời. 2.2. Tháp khoan Tháp khoan là kết cấu kim loại bằng thép được đặt trên giàn khoan với mục đích sau: - Để treo bộ ròng rọc động, tĩnh và móc tải. - Để tựa bộ cần khoan khi kéo lên. - Để treo các loại khoá vặn cần, ống chống. - Tạo khoảng trống thẳng đứng cần thiết để nâng hạ cột cần khoan, ống chống. - Lắp sàn làm việc cho thợ ở trên cao,… Tháp khoan có một số loại: tháp 4 chân, tháp 3 chân, tháp chữ A…Nhưng hiện nay trong khoan dầu khí thường sử dụng tháp 4 chân vì nó có những ưu điểm sau: - Có độ ổn định cao trong quá trình làm việc. - Dễ chế tạo và lắp ráp. - Có độ ổn định cao, ngay cả trong việc dịch chuyển 2.3. Hệ ròng rọc động – tĩnh Khi trọng lượng của bộ dụng cụ khoan tăng đến một giá trị nào đó thì sức nâng của tời không đủ để nâng thả trực tiếp bộ dụng cụ khoan. Khi đó ta cần sử dụng hệ ròng rọc (lợi về lực nhưng thiệt về đường đi). Mục đích là biến chuyển động quay của tời thành chuyển động lên xuống của vật nâng hạ toàn bộ tải trọng của bộ dụng cụ, biến chuyển động ma sát trượt thành ma sát lăn, chịu tác dụng của lực đột ngột, giảm tải trọng cho sợi cáp, vì vậy nó cho phép tăng sức kéo của tời tùy theo số nhánh cáp. Tuỳ theo tải trọng và số nhánh dây cáp, hệ thống ròng rọc được chia ra nhiều cỡ. Với tải trọng từ 50 đến 75 tấn, dùng hệ ròng rọc 2x3 hoặc 3x4 con lăn; tải trọng từ 100 đến 300 tấn, dùng hệ ròng rọc 4x5, 5x6 hoặc 6x7 con lăn, (trong ký hiệu này, số thứ nhất chỉ số con lăn của hệ ròng rọc động, số thứ hai chỉ số con lăn của hệ ròng rọc tĩnh). Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo hệ ròng rọc 1: Cáp khoan 5: Cuộn dây dự trữ 2: Ròng rọc động 6: Tời khoan 3: Neo cáp cố định 7: Ròng rọc tĩnh 4: Kẹp Hệ ròng rọc có càng nhiều ròng rọc và nhánh cáp động thì cáp càng nhanh mòn, còn có ít ròng rọc động và nhánh cáp động thì khả năng kéo giảm và cáp làm việc nặng nhọc hơn. Trong điều kiện cho phép nếu giảm số ròng rọc và tăng đường kính của ròng rọc, sử dụng cáp bền hơn thì sẽ tốt hơn là dùng nhiều ròng rọc vì khi đó số lần cáp cuốn lên tang tời giảm nên cáp sẽ bền hơn. - Ròng rọc tĩnh: Là những ròng rọc mà trong suốt quá trình làm việc chỉ thực hiện một chuyển động quay quanh trục bản thân hoặc đứng yên. - Ròng rọc động: Là những ròng rọc trong quá trình làm việc thì nó tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động quay quanh trục bản thân và chuyển động tịnh tiến lên xuống. Hình 2.2 - Ròng rọc tĩnh Hình 2.3 - Ròng rọc động Bảng 2.4- Đặc tính kỹ thuật của một số loại ròng rọc tĩnh và động. Các thông số Kiểu ròng rọc tĩnh Kiểu ròng rọc động БY- 50 БP Y3-200-2 5Y-75- БP Y4-200-2 Tải trọng định mức, T 50 200 75 200 Tải trọng tối đa trên móc nâng, T 70 250 100 250 Số con lăn 5 6 4 5 Đường kính ròng rọc, mm 800 1000 800 1000 Đường kính cáp, mm 25 33 28 33 Trọng lượng, kg 923 3815 2090 3565 - Hệ thống bảo vệ ròng rọc động – tĩnh: Đây là hệ thống có tác dụng làm dừng chuyển động của ròng rọc khi lên tới độ cao nhất định để tránh trường hợp va chạm vào ròng rọc tĩnh. + Cấu tạo: gồm có hai quả nặng gắn vào hai van hơi (3) và (4). Hai quả nặng được treo lên nhờ một sợi dây cáp vắt ngang qua tháp. Khi ròng rọc động lên cao quá vùng an toàn sẽ nâng sợi cáp lên theo đồng thời làm bật chốt (1) ra giải phóng quả nặng và rơi xuống làm mở hai van hơi (3) và (4), khí nén vào tay phanh nhờ piston (5) làm cho tay phanh sập xuống. Mặt khác khí nén qua van xả nhanh dẫn đến côn tời bị ngắt hơi, vì vậy làm cho tời dừng lại. Hình 2.4 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự động bảo vệ ròng rọc 1: Chốt 3, 4: Van hơi 2: Quả nặng 5: Piston 2.4. Dây cáp Cáp khoan thường có các đường kính 22, 28, 32, 38 mm (loại 32 mm thường được sử dụng nhiều nhất). Có hai cách mắc cáp: Cách thứ nhất gọi là cách mắc có đầu cáp chết. Nhánh cáp chết bao giờ cũng được mắc đối diện với nhánh cáp vào tang tời, lúc đó nó có ưu điểm là hệ thống làm việc được ổn định và ít bị rung, nhưng tải trọng tác dụng lên tháp sẽ lớn hơn. Cách mắc thứ hai gọi là cách mắc không có đầu cáp chết, nó ngược lại với cách thứ nhất. Cáp khoan cần được giám sát kĩ lưỡng và để đánh giá độ mỏi mà nó có thể chịu được thì người phụ trách công việc này cần phải tính công hằng ngày của cáp( bằng tích của tải trọng với đoạn chuyển vị của nó). Tổng hợp công của cáp được tính bằng tấn x km ( hoặc tấn x dặm) cho các mốc bắt đầu các công việc sửa chữa như kéo ra và sau đó cắt cáp. 2.5. Êlêvatơ Dùng để kéo thả tự động cần khoan, ống chống trong quá trình nâng hạ, ngoài ra còn dùng để treo đầu thuỷ lực khi khoan giếng. Cấu tạo: gồm hai phần chính: phần chịu lực và hệ thống đòn bẩy. Phần chịu lực chịu sức nặng của cần khoan trong quá trình nâng thả và khoan giếng, hệ thống đòn bẩy thực hiện quá trình nâng lên hạ xuống các chấu kẹp. Chương 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI DRECO D2000E Các thông số kỹ thuật của tời D2000E: - Công suất lớn nhất: 1472 (kW) - Chiều sâu khoan được: 4572 – 6706 (m) - Đường kính cáp: 35 (mm) - Đường kính tang: 30inch = 762 (mm) - Chiều dài tang: 56inch = 1422,4 (mm) - Đường kính tang phanh: 1371,6 (mm) - Chiều rộng tang phanh: 263,53 (mm) - Số tốc độ: 4 - Dẫn động: hai động cơ điện truyền qua hệ thống xích và ly hợp ma sát (côn hơi). 3.1. Cấu tạo Tời khoan gồm các bộ phận chính được biểu diễn trên hình vẽ sau: Hình 3.1- Sơ đồ cấu tạo tời khoan 1: Cáp khoan 6: Bảng điều khiển 2: Phanh điện từ 7: Phanh cơ học 3: Xích truyên động cho bàn roto 8: Mô tơ điện 4: Rãnh để tựa cáp khoan 9: Đầu mèo 5: Tay phanh cơ học 10: Đường rãnh cáp địa lý 3.1.1. Vỏ của bộ tời khoan D2000E Vỏ của bộ tời D2000E được chế tạo từ tấm thép dày, cường độ cao tạo nên cấu trúc vững chắc, kín dầu và chịu được thời tiết, bảo vệ cho bộ xích truyền động. Bên trong vỏ thép dày làm chỗ đặt được ổ bi tựa cho trục tời. Vỏ của bộ tời khoan phải được lắp ráp thật cẩn thận và chính xác để đảm bảo độ đồng tâm và đồng trục cho các chi tiết bên trong. Tời D2000E được thiết kế nguyên khối đảm bảo tính gọn nhẹ trong việc di chuyển theo giàn, có cửa mở rộng rãi, không gian bên trong thoáng để đảm bảo cho việc tháo lắp dễ dàng. Có các nắp để kiểm tra bộ côn ly hợp, mức dầu bôi trơn. Ngoài ra hệ thống ống dẫn nhớt, nước cũng được thiết kế bộ bảo vệ để tránh trường hợp hư hỏng. 3.1.2. Trục của tời khoan Hình 3.2- Cấu tạo trục tời khoan 1: Ly hợp hơi 8: Chốt bu lông 2: Bu lông 9: Ổ bi cầu 3: Ống dẫn ly hợp 10: Trụ đỡ 4: Gờ chặn cáp 11: Đĩa xích 5: Tang tời 12: Chốt kẹp chặt 6: Trục tang tời 13: Ống dẫn nước làm mát 7: Răng của đĩa xích Trục của tang tời là một chi tiết quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết bị khoan, đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho máy. Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành và bảo dưỡng đòi hỏi phải chính xác và chất lượng. Trục của tang tời được gia công theo phương pháp phá rèn từ loại thép hợp kim, thông qua tôi cải thiện để đạt được tính chất cơ lý cao. Công việc tính toán thiết kế trục phải quan tâm tới các tải trọng biến thiên trong suốt quá trình tời làm việc. Hệ thống tải trọng tác dụng lên trục tời bao gồm các lực sau: - Lực từ dây cáp - Mô men xoắn từ các bánh răng xích truyền động - Lực từ các bánh phanh - Lực dọc trục - Lực do trọng lượng riêng của tời và những phụ kiện lắp trên đó. - Ngoài ra còn tính đến mô men phanh thủy lực. 3.1.3. Tang tời Tang tời là thiết bị hình trụ được lắp trên trục tang tời. Trên tang tời được xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít. Hai đầu tang được luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh. Có tang tời chính và tang tời phụ. Tang tời dùng để chứa và quấn bộ cáp khoan. Trong quá trình làm việc tang tời chịu mô men xoắn, chịu nén do lực căng cáp sinh ra và lực nén do cáp đè lên. Bộ tời D2000E được lắp tang có kích thước: đường kính 762 mm, chiều dài tang 1422,4 mm, chiều rộng rãnh chứa cáp 35 mm Đường kính tang tời phụ thuộc vào đường kính cáp. Thông thường chọn: Dtt> 400 dc Trong đó: Dtt: đường kính tang tời (mm) dc : đường kính sợi cáp (mm) Hình 3.3 – Tang tời 1: Gối đỡ 5: Trục tang tời 2: Chốt hãm 6: Rãnh chứa cáp 3: Chốt bu lông 7: Ống dẫn nước làm mát 4: Gờ tang phanh 3.1.4. Bộ ly hợp của tời khoan Côn ly hợp dùng truyền mô men nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn. Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn. Các bộ tời khoan hiện đại được lắp các bộ ly hợp điều khiển bằng khí nén từ bàn của kíp trưởng. Hiện nay người ta thường sử dụng các bộ ly hợp sau: - Ly hợp kiểu dạng đĩa ma sát - Ly hợp dạng bánh hơi Hình 3.4 - Ly hợp của tời 1: Guốc ma sát 7: Chốt định vị 2: Bánh hơi 8: Chi tiết làm kín 3: Ly hợp tời 9: Gối đỡ 4: Moay ơ 10: Miếng đệm 5: Chốt hãm 11: Ổ bi cầu 6: Bu lông Các bộ ly hợp có cấu tạo dạng đĩa ma sát hoặc các bộ ly hợp dạng bánh hơi được điều khiển nhờ không khí nén, được dùng cho cả hai cấp độ thấp và cao của tời. Van điều khiển bộ ly hợp dạng bánh hơi và khí nén vận hành được đặt gần địa điểm của người kíp trưởng làm việc. Bộ ly hợp còn có tác dụng tách sự dẫn động từ đầu ra của trục chính đến trục tang tời ở mức thấp nhất và sự ngắt của trục tời trong khi khoan. 3.1.5. Bộ hãm tời khoan Dùng để phanh và dừng hẳn để treo bộ khoan cụ vào móc nâng trong quá trình khoan hay chống ống. Treo bộ cần khoan để điều chỉnh tải trọng. Điều chỉnh tốc độ nâng thả. Công dụng: - Bộ hãm tời khoan dùng để nâng thả và giữ bộ dụng cụ ở trạng thái treo - Dùng để điều chỉnh tốc độ thả, tốc độ nâng và tải trọng tác dụng lên đáy lỗ khoan Bộ hãm tời khoan được chia làm 2 loại: + Bộ hãm tời chính: bộ hãm tời băng. + Bộ hãm tời phụ: bộ hãm thuỷ lực, bộ hãm điện. Bộ hãm tời 3.1.5.1. Bộ hãm tời băng Thường sử dụng hai bộ hãm: - Bộ hãm tời băng đơn giản - Bộ hãm tời băng có bộ hãm phụ Trên tời D2000E dùng bộ hãm tời băng đơn giản Hình 3.5 – Sơ đồ bộ hãm tời băng đơn giản 1, 2: Hệ thống điều khiển 6: Xy lanh khí nén 3: Bánh hãm 7: Cơ cấu trục khuỷu 4: Băng hãm 8: Thanh đối trọng 5: Tang tời 9: Van khí Bộ hãm tời băng gồm hai băng hãm (4) ôm lấy hai phần ba vòng trong của bánh hãm (3) trên tang tời (5). Một đầu băng hãm (4) nối với thanh đối trọng (8), đầu còn lại nối với cơ cấu trục khuỷu (7). Thanh đối trọng này có tác dụng cân bằng lực giữa hai băng hãm. Ngoài ra, nó còn có tác dụng như một đòn bẩy để khi hãm thì lực hãm tăng lên gấp nhiều lần, đẩy băng hãm (4) bóp chặt vào bánh hãm (3). Băng hãm (4) bóp chặt vào bánh hãm (3) để hãm tời nhờ bộ phận điều khiển (2). Để hỗ trợ quá trình hãm thì bộ phận điều khiển (1) sẽ điều khiển van khí (9) để truyền khí đến xy lanh khí nén (6), nhằm mục đích giữ trục khuỷu (7) trong quá trình hãm. Tuy nhiên để tăng khả năng hãm thì mặt trong của băng hãm (4) người ta thường thiết kế nhiều tấm tạo ma sát gắn bằng cách gắn vào nó các bulông có đầu chìm. Vì vậy trong quá trình hãm, các tấm tạo ma sát này bó chặt vào bánh hãm (3) của tang tời (5) làm cho nhiệt độ giữa chúng tăng lên rất cao và gây biến dạng bề mặt. Do vậy, người ta thường thiết kế thêm hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoặc dùng bộ hãm tời phụ để hấp thụ lượng nhiệt này sinh ra trong quá trình làm việc. 3.1.5.2. Bộ hãm điện Về nguyên lý cấu tạo có thể chia ra làm 3 loại như sau: - Loại 1: Dùng máy phát điện đồng bộ 3 pha làm việc ở chế độ hãm động. Loại này ít dùng vì trọng lượng lớn, không êm. - Loại 2: Bộ hãm điện động lực trong đó mô men hãm được tạo bởi sự tác động tương hỗ của từ trường với dòng phu cô sinh ra ở roto. Loại này được sử dụng rộng rãi trong công tác khoan dầu khí - Loại 3: Dùng động cơ điện một chiều cho làm việc ở chế độ máy phát. Hình 3.6- Sơ đồ cấu tạo bộ hãm điện động lực Nguyên lý làm việc: Khi có dòng điện chạy qua trong cuộn kích (4) sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng chúng tác dụng với từ thông của cuộn sắt từ tạo ra mô men quay trên trục truyền (2), giá trị của mô men được điều chỉnh phụ thuộc vào dòng kích thích đưa vào cuộn kích (4), chính vì vậy ta có thể điều chỉnh mô men quay, tốc độ quay trên trục truyền (2) bằng việc thay đổi dòng điện kích thích. Trong quá trình bộ hãm làm việc nhiệt độ tăng lên cao vì vậy cần bố trí hệ thống làm mát (5) để giảm nhiệt độ của bộ hãm. Ngoài ra vòng chặn (7) làm bằng vật liệu không từ tính có nhiệm vụ ngăn không cho bột sắt từ văng ra ngoài trong quá trình làm việc. Phanh điện dùng cho tời National D2000E là loại phanh điện có ký hiệu MODEL 8350. Hình 3.7 – Bộ hãm điện của tời 1: Đệm làm kín 8: Bộ phận dẫn khí và nước 2: Đường khí vào bánh hơi của ly hợp 9: Dẫn động bằng roto 3: Ống lót của ly hợp 10: Đường khí vào 4: Tấm đệm 11: Đường nước vào 5: Trục tâng ly hợp 12: Bu lông 6: Phanh điện 13: Đường nước làm mát phanh 7: Miếng đệm Ưu điểm: + Với bộ hãm có cùng kích thước thì bộ hãm điện có thể tạo ra mô men gấp 2 lần so với bộ hãm thuỷ lực. + Không có bộ phận mòn cơ học nên tuổi thọ cao. + Mô men hãm ổn định không phụ thuộc vào tốc độ quay của trục tời, phương pháp điều chỉnh cũng đơn giản. Nhược điểm: + Giá thành đắt, chế tạo phức tạp. + Độ chính xác không cao. 3.1.6. Hộp số của tời Công dụng: Dùng để thay đổi tốc độ quấn cáp của tời. Hộp số được lắp đặt ở phía sau tang tời, gồm bánh răng, bánh xích, trục vào, trục ra, trục trung gian…Trên các trục được lắp các côn ly hợp bánh răng, bánh răng xích có các kích thước khác nhau, cho phép thay đổi tốc độ, chiều quay 3.1.7. Đầu mèo Là các tang tời nhỏ được lắp ở hai bên tời khoan trên một trục nâng. Đầu mèo quấn các sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống và các vật liệu nặng lên sàn khoan. 3.1.8. Bảng điều khiển tời khoan Bảng điều khiển được làm đơn giản hoá và thiết kế với những chức năng cao, được lắp ráp trước hoặc sau những giá đỡ có thể tháo lắo được, để tạo điều kiện cho việc bảo dưỡng một cách tốt nhất. Van và thiết bị đo được lắp trên bề mặt tấm thép không gỉ và được in chìm các thao tác trên đó. Van được đặt ở những chỗ thuận tiện dễ vận hành và lập thành nhóm. Bảng điều khiển cũng được thiết kế và lắp đặt ở vị trí cao ngang tời phụ. Tất cả được nối bằng ống cao su từ bảng đến tời khoan. Chế độ khí được điều chỉnh từ bảng điều khiển một cách nhanh chóng và tất cả các van và áp kế đều phải có chất lượng cao, sử dụng dễ dàng và đáng tin cậy. 3.2. Nguyên lý làm việc 3.2.1. Sơ đồ động học của tời Hình 3.8- Sơ đồ động học của tời khoan 1: Động cơ điện 6: Tang tời phụ 2: Phanh cơ học 18 CB500 7: Phanh điện (MODEL 8350) 3: Phanh cơ học PO318 8: Côn ly hợp nhanh (PO 236) 4: Đầu mèo 9: Tang tời chính 5: Côn tời (26 CB325) 10: Côn ly hợp chậm (PO 336) 11: Số của bàn roto 3.2.2.Nguyên lý làm việc Tời khoan làm việc theo nguyên lý chuyển động quay của tời( do động cơ điện hay động cơ diezen truyền ra) thông qua hệ thống các ròng rọc động, ròng rọc tĩnh và sẽ chuyển động tịnh tiến lên xuống theo đường thẳng đứng của móc để thực hiện chức năng của tời khoan là kéo thả bộ dụng cụ trong suốt quá trình khoan, phục vụ công tác lắp đặt, xây lắp các thiết bị khác được bố trí trên giàn khoan, kéo thả ống chống trong quá trình thực hiện thi công lắp đặt ống chống và trám xi măng, kéo thả các bộ dụng cụ đáy giếng và lòng giếng. Trước khi vận hành bộ tời phải căn cứ vào cột cần khoan hoặc ống chống để lựa chọn chế độ điện cho động cơ, và lựa chọn tốc độ nâng của tang tời chính, lựa chọn đầu tời phụ ở chế độ tháo cần hay siết cần để chọn chuyển động điện. Sau khi chọn xong các chế độ trên, người kíp trưởng bật công tắc khởi động để hai động cơ điện làm việc. Động cơ điện truyền chuyển động qua khớp nối răng ( z=25 và z=28 ) làm quay trục trung gian và quay hai đĩa răng xích ở hai đầu trục. Từ hai đĩa xích này, truyền chuyển động qua bộ truyền xích ( z=29 và z=46 ) làm quay đĩa xích tốc độ nhanh (z= 46 ) và bộ truyền xích (z=19 và z=84 ). Khi đó nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ nhanh (thả cần, kéo các vật nhẹ…) thì đĩa xích tốc độ nhanh sẽ làm quay côn nhanh để truyền chuyển động quay đến trục tời. Nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ chậm ( kéo cần và các vật nặng…) thì đĩa xích tốc độ chậm sẽ làm quay côn chậm để truyền chuyển động quay đến trục tời. Tời khoan muốn làm việc phải thông qua hệ thống ròng rọc động và ròng rọc tĩnh, như vậy đòi hỏi tháp phải có sự ổn định vững chắc để đóng vai trò như là ổ tựa cho hệ thống tời khoan làm việc. Tời khoan phải tạo được mô men thắng được được trọng lượng bản thân của tời. Cơ cấu dẫn động của tang tời tạo được mô men hãm lớn để thắng được mô men quán tính của các phần quay vì thế khi khởi động thì mô men và công suất của tời đạt giá trị cực đại. Chương 4: QUY TRÌNH VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA TỜI KHOAN 4.1. Các dạng hỏng thường gặp và nguyên nhân 4.1.1. Nguyên nhân - Do điều kiện làm việc của tời: tải trọng, tốc độ trượt, nhiệt độ của mối ghép tăng cao một cách đột ngột. Những yếu tố này xuất hiện là do chế độ vận hành tời không đúng, do điều chỉnh các thông số làm việc của tời không hợp lý, do việc bôi trơn không đảm bảo, làm cho các chi tiết của tời bị biến dạng, bị mỏi dẫn tới hỏng đột ngột như: nứt, gãy, cong, kẹt,… - Do ảnh hưởng của môi trường ( độ ẩm, bụi, chất ăn mòn…), do thiết kế không đảm bảo( vật liệu không đủ bền, kết cấu không hợp lý…), do chế tạo( độ chính xác, phương pháp gia công…), do phương pháp lắp ráp, điều chỉnh… - Do ma sát xuất hiện giữa các bề mặt có sự chuyển động tương đối với nhau làm cho bề mặt giữa các chi tiết tiếp xúc với nhau bị mài mòn, dẫn đến giảm kích thước hình học các chi tiết của tời và thay đổi khe hở lắp ghép ban đầu, làm giảm độ kín khít, gây ra hiện tượng va đập và tải trọng động, xuất hiện tiếng ồn, làm giảm hiệu suất làm việc của tời.Sự mòn do ma sát như: sự chuyển động của bộ hãm tời, của côn hơi, tang côn và ổ bi, trục bị uốn, xoắn, mòn đường kính, biến dạng… 4.1.2. Một số dạng hỏng thường gặp 4.1.2.1. Tang tời Trong quá trình làm việc tang tời chịu lực nén của dây cáp quấn quanh nó (khi có tải), chịu xoắn do mô men bởi lực căng của dây cáp và lực nén tời do cáp đè lên. Vì vậy tang tời hay bị nứt, rỗ và mài mòn. 4.1.2.2. Bộ hãm tời Bộ hãm tời làm việc trên nguyên tắc sự ma sát giữa hai bề mặt. Khi lực ma sát sinh ra sẽ xuất hiện mô men ma sát, tức là mô men hãm. Lúc này động năng sẽ được chuyển thành nhiệt năng và được dừng lại sau một thời gian. Trong quá trình hãm, khi ta ấn một lực lên tay đòn thì sẽ sinh ra một áp suất trên tang phanh. Sự biến thiên áp suất này sinh ra một nhiệt lượng làm giảm ma sát và tăng cường độ mài mòn giữa hai bề mặt. 4.1.2.3. Côn hơi Do áp suất làm việc cao và thời gian lâu dài và liên tục nên má côn chóng bị mòn, buồng khí nén bị rò rỉ làm cho mô men ma sát giảm đi nên côn làm việc kém, ảnh tới quá trình vận hành cho tời. 4.1.2.4. Cụm bánh xích Truyền động bánh xích là truyền chuyển động cho tời và một số bộ phận khác. Do lực kéo thả không đều của bộ khoan cụ gây ra biến đổi lực trong bánh răng và các răng, vì vậy gây ra sứt mẻ các răng xích ở các vị trí bất kỳ. 4.1.2.5. Bánh răng Bánh răng do chịu lực pháp tuyến và tiếp tuyến ở chân răng nên răng bị hỏng do mỏi, ứng suất làm gãy răng, bị tróc răng, còn lực ma sát thì làm răng bị mòn hoặc dính. Răng thường mòn ở đỉnh và chân răng, chân răng thường mòn nhanh hơn đỉnh răng vì tốc độ trượt ở chân răng lớn hơn. Nguyên nhân là do vận hành không đúng, bôi trơn không đảm bảo,… Ngoài ra tời khoan còn có các dạng hỏng như: gối đỡ, ổ bi, xích bị mòn… 4.1.3. Biện pháp hạn chế, phòng ngừa các dạng hỏng của tời khoan Để hạn chế, phòng ngừa các sự cố hỏng hóc của tời khoan ta phải: - Tuân thủ đúng quy trình, quy phạm. - Thực hiện tốt quy trình chăm sóc, bảo dưỡng tời khoan * Đối với tang tời: để giảm bớt sự mài mòn và rỗ, nứt trong thực tế ta phải chống được mô men xoắn sinh ra trên tang tời. Để làm được điều đó ta phải dùng động cơ có mô men xoắn lớn. * Đối với côn hơi: ta phải giảm mô men do bộ cần gây nên tức là mô men này phải nhỏ hơn mô men bó côn với tang côn. Ngoài ra còn phải thường xuyên kiểm tra áp suất làm việc của côn. Áp suất làm việc của côn phải ≤ 8 at. * Đối với bộ hãm tời: để giảm nhiệt độ do ma sát sinh ra, đối với tang phải có hệ thống làm mát (lắp tản nhiệt ở phía sau tang). Việc giảm nhiệt độ của bộ hãm là cần thiết vì khi nhiệt độ tăng thì hệ số ma sát giảm đi, làm giảm hiệu suất làm việc của tang tời. Người ta thường lắp thêm các hệ thống phụ trợ như bộ hãm thủy lực, bộ hãm điện để giảm bớt sự làm việc của phanh cơ học. * Đối với các ổ bi, dây xích tải truyền động, bánh răng,…để chống lại ma sát, giảm bớt sự mài mòn ta phải bôi trơn thường xuyên và đúng quy định như nhà sản xuất đã đề ra. 4.2. Quy trình vận hành bộ tời D2000E 4.2.1 Hướng dẫn trước khi khởi động Tời khoan thường được vận hành trong thời gian dài, do đó muốn đảm bảo cho quá trình làm việc liên tục không ngừng thì phải tuân thủ các quy tắc sau: - Kiểm tra lượng dầu xem có lẫn bụi hay nước không, xả hết và làm sạch nếu cần. - Rót đủ lượng dầu mới theo yêu cầu của phần bôi trơn. - Bôi trơn mỡ cho các điểm ghi theo chỉ dẫn. - Đối với động cơ điện thì phải tuân thủ chỉ dẫn của nhà sản xuất - Kiểm tra áp suất nhớt trên đồng hồ tại bảng điều khiển - Kiểm tra lại toàn bộ mức nhớt sau khi giàn đi vào hoạt động, nếu cần thì bổ sung thêm. - Tháo hết các nắp, các nút trên đường xả và chắc chắn rằng các cụm này hoạt động bình thường. - Kiểm tra dòng chảy của nước làm mát cho phanh chính và phanh phụ. - Kiểm tra độ an toàn của ròng rọc tĩnh. - Kiểm tra toàn bộ bảng điều khiển - Kiểm tra phần dẫn động cho roto, kiểm tra hết các bulông và êcu xem có siết chặt hết chưa - Trước khi tiến hành công việc và chuyển giao ca cần thiết phải tiến hành kiểm tra bằng mắt, các cơ cấu chi tiết cấu thành, chi tiết phụ. Các khuyết tật phải được khắc phục và ghi lại vào trong sổ giao ca. - Không vận hành tời khi áp suất khi nén nhỏ hơn 100psi (7at) - Không nâng tải quá quy định trong tài liệu kỹ thuật. - Không vận hành tời khi không có các gờ chắn bảo vệ 4.2.2. An toàn khi vận hành bộ tời Tất cả các bộ phận của tời chuyển động của tời khoan phải có bộ phận che chắn bảo vệ bằng kim loại ở tất cả các phía. Tời khoan phải được trang bị thiết bị lắp đặt đúng các vòng quấn cáp động lên tang tời. Cấm điều khiển hướng cáp lên tang bằng gậy hoặc một vật nào khác. Đầu động của cáp cần gia cố vào tang bằng thiết bị sao cho loại trừ sự biến dạng, mài mòn cáp ở vị trí gia cố. Cần phải gia cố guốc phanh đến đai phanh của tời khoan bằng các loại liên kết không dùng bulông hoặc bằng đinh tán kim loại màu. Đai phanh sau khi ngừng phải nhả ra bằng lực của các lò xo sao cho ở trạng thái không làm việc bề mặt của guốc không chạm vào tang phanh. Khi phanh hoàn toàn, tay phanh cần phải nằm ở khoảng cách sàn khoan không nhỏ hơn 80 đến 90( cm). Cấm để tay phanh ở trạng thái tự do, khi nghỉ và khi dừng phải chốt hãm định vị ở vị trí yêu cầu. Không cho phép làm việc khi guốc phanh, côn bị mài mòn hơn 1/3 chiều dày lúc ban đầu. Để tránh nguy hiểm cho con người trong quá trình bảo dưỡng hoặc kiểm tra các thiết bị thì bắt buộc các thiết bị này phải dừng hẳn. Cấm tiến hành sửa chữa khi tời đang làm việc. Không đứng ở khu vực nguy hiểm. Mỗi động cơ hay máy phát điện đều phải lắp đặt một cầu dao điện, mỗi khi sửa chữa phải ngắt cầu dao. Thợ sửa chữa phải có trình độ chuyên môn cao và có kinh nghiệm. Ngoài ra để tránh nguy hiểm cho người khi đứng máy, người công nhân phải thực hiện đúng các quy định về an toàn lao động như: mặc quần áo bảo hộ, đeo găng tay và giày bảo hộ… 4.3. Quy trình bảo dưỡng tời khoan Sau một thời gian làm việc, tời khoan phải được tiến hành bảo dưỡng kiểm tra kỹ thuật và sửa chữa: 4.3.1. Bảo dưỡng kỹ thuật Bảo dưỡng kỹ thuật bao gồm các công việc như: làm vệ sinh tời, kiểm tra tình trạng bên ngoài, tình trạng làm việc của tời, tra dầu mỡ, siết lại ốc vít của các mối ghép bị nới lỏng do hiện tượng tự tháo, căn chỉnh lại xích, đai… 4.3.2. Kiểm tra kỹ thuật định kỳ Đây là những đợt kiểm tra kỹ thuật bắt buộc sau một khoảng thời gian tời làm việc, nhằm xem xét đánh giá tình trạng hiện tại và khả năng làm việc tiếp theo của tời. Căn cứ vào kết quả của đợt kiểm tra này để quyết định mức độ sửa chữa hoặc thay thế. 4.3.3. Bảo dưỡng một số bộ phận của tời khoan 4.3.3.1. Côn hơi Trong thời gian vận hành côn không được để dầu mỡ rớt vào má côn sẽ làm giảm hệ số ma sát, ảnh hưởng tới mô men truyền tải. Muốn thay côn trước hết phải ngắt toàn bộ đường vào, ngắt hộp số tời, tháo vỏ chắn tời, tháo bulông liên kết, dùng tời phụ nâng và đưa ra ngoài. Khi lắp côn mới phải kiển tra chất lượng rồi mới đưa vào lắp, kiểm tra các bulông liên kết phải siết chặt vào êcu hãm. Khi má côn mòn quá giới hạn cho phép thì phải thay để đảm bảo khe hở giữa má côn và tang côn. Để côn hoạt động tốt phải kiểm tra các bước sau: - Kiểm tra xem có sự rò rỉ, xì khí nén trên đường ống không - Nếu có dầu nhớt rơi vào bề mặt ma sát thì phải dùng các chất dung môi để rửa sạch. - Theo chu kỳ phải kiểm tra guốc ma sát, màng cao su, tang côn. 4.3.3.2. Bộ làm mát tời Việc bảo dưỡng bộ làm mát tời không đòi hỏi nhiều, mỗi bơm được lắp một phin hút tĩnh ở đầu mặt bích ống hút. Nếu áp suất ống xả giảm hay lưu lượng giảm thì phải kiểm tra ngay lập tức bộ lưới lọc trong phin hút. Nếu không sẽ hỏng bơm hoặc hỏng bộ tản nhiệt. Các van phải được kiểm tra sao cho đóng mở phải nhẹ nhàng, thời gian 7 ngày/lần. Nếu thấy van hoạt động kém thì phải sửa chữa hoặc thay thế. Bộ phớt của bơm ly tâm Mission trên bộ làm mát tời phải được bơm mỡ thường xuyên, còn bộ tản nhiệt phải được làm sạch. 4.3.3.3. Đầu mèo và dây xích Để đảm bảo an toàn cho đầu mèo, cứ 12 tháng thay các tấm ma sát một lần với điều kiện làm việc bình thường. Loại đầu mèo lắp trên tời D2000E có một côn dạng săm, các ổ bi, phớt dầu phải thay thế nếu thấy hư hỏng. Các vú mỡ cung cấp mỡ bôi trơn cho các vòng bi của đầu mèo, mỗi tuần bôi mỡ một lần, mỗi lần không quá 2 lần bơm bằng súng. Nếu quá nhiều mỡ sẽ gây giảm ma sát ở các bộ côn và làm suy yếu hoạt động của đầu mèo. Toàn bộ dây xích phải được bôi trơn bằng hệ thống phun tia nhằm đảm bảo cho tuổi thọ của xích và ổ trục, tấm chắn được thiết kế đảm bảo cho sự trở về của nhớt vào bể dễ dàng, tránh hiện tượng nhớt văng vào các bộ côn ly hợp làm giảm ma sát. Để kiểm tra sự bôi trơn của dây xích, khi tời đang làm việc ta mở ở phía sau của tời xem dầu có được phun đầy đủ vào tất cả các sợi xích, bánh răng của hộp số hay không. 4.3.3.4. Chế độ bảo dưỡng bộ hãm tời Khi bảo dưỡng bộ hãm tời cần tránh những điều sau: - Không được sơn lên bộ hãm hoặc phía trong băng hãm, nếu sơn thì quá trình tản nhiệt sẽ kém đi. - Không được gắn quá chặt hoặc quá lỏng các đinh ốc của bộ hãm - Không được dùng bất kỳ vật liệu nào gắn vào bộ hãm. - Không được để bộ hãm hay băng hãm ngoài trời - Khi lắp bộ hãm mới phải làm sạch bụi bẩn - Nếu băng hãm bị hỏng phải thay ngay, không được hàn hay nối Bôi trơn cho bộ hãm điện: bộ hãm điện gắn trên tời được bôi trơn thông qua hai vú mỡ với cùng loại mỡ. Nó sẽ bôi trơn các vòng bi phía trên trục quay. Sau mỗi ca làm việc cần bôi trơn cho phanh điện. Bôi trơn cho bộ hãm thủy lực: khi bộ hãm thủy lực được gắn với tời thì nên dùng loại mỡ gốc canxi để bôi trơn vì nó chịu được nước 4.3.3.5. Bảo dưỡng tời bằng hệ thống bôi trơn Để đảm bảo cho tời làm việc tốt, kéo dài được tuổi thọ thì cần phải được bôi trơn đầy đủ và phải đúng quy cách do nhà chế tạo đề ra. Đối với bộ tời National ngay khi lắp đặt xong và trước khi chạy thử phải bôi trơn tất cả các bộ phận và phải làm kín các gioăng, phớt và nắp đậy. Sau khi chạy thử xong phải xả hết dầu nhớt bôi trơn ra và đổ dầu nhớt mới vào. Trước khi đổ mới vào phải kiểm tra tình trạng chứa dầu bôi trơn của bể, nếu có nước hoặc nhiễm bẩn phải xả sạch ngay. Sau đó vặn kín nút xả phía dưới lại rồi mới đổ dầu bôi trơn vào. Loại dầu đổ vào phải đúng chủng loại và đủ lưu lượng. Mức dầu trong bể phải được kiểm tra thường xuyên và sau 30 ngày thì phải thay dầu bôi trơn mới, trường hợp nếu dầu bị bẩn thì phải thay ngay. Mỗi lần thay như vậy phải làm sạch phần hút của thiết bị lọc. * Hàng ngày: - Kiểm tra mức dầu trong bể. - Bôi trơn các ổ bi ở các trục ra, trục vào của tời phụ - Bôi trơn ổ bi trục tang tời. * Hàng tuần: - Bơm mỡ cho các bản lề phanh, vòng bi tang tời, bánh lăn dẫn cáp, tay gạt phanh, côn. * Hàng tháng: - Các van khí: tháo rời và làm sạch toàn diện - Xy lanh khí: bôi trơn 6 tháng một lần hoặc đánh bóng 4.4. Quy trình sửa chữa tời khoan Sau khi tời làm việc được một thời gian nhất định thì không thể tránh khỏi sự mòn hỏng của một số chi tiết của tời, dẫn đến tời làm việc kém hiệu quả, không đạt được công suất yêu cầu, mất an toàn hoặc không còn khả năng làm việc nữa. Để đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi sử dụng tời ta phải khắc phục được tình trạng này. Tùy theo hiệu quả kinh tế mà ta có thể lựa chọn phục hồi hoặc là thay mới đối với từng chi tiết của tời. Để phục hồi khả năng làm việc của các chi tiết bị mòn hỏng của tời cần phải thực hiện các bước sau: - Đánh giá mức độ mòn hỏng và nguyên nhân gây ra sự mòn hỏng của từng chi tiết. - Xác định hình dạng, kích thước kỹ thuật của từng chi tiết lúc còn mới. - Chọn phương pháp phục hồi sao cho đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Để chọn được phương pháp hợp lý nhất thì phương pháp đó phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Phục hồi khả năng làm việc của chi tiết và không gây hỏng hóc gì thêm + Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. + Phù hợp với trang thiết bị gia công của cơ sở hiện có. + Đáp ứng kịp thời yêu cầu của thời gian sản xuất. + Đạt được thời gian phục vụ lâu nhất. + Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao. - Xác định quy trình phục hồi - Kiểm tra sau phục hồi và đưa vào sử dụng. 4.4.1. Sửa chữa nhỏ Chủ yếu là thay thế các chi tiết mau mòn, chóng hỏng, trong một cụm chi tiết hoặc một số cụm chi tiết ở một vài bộ phận của tời. Căn chỉnh lại các khe hở cho phép của mối ghép, kiểm tra dầu mỡ, chế độ bôi trơn…Thời gian dừng để sửa chữa không lâu, chừng một vài ca máy, tối đa là 1-2 ngày. 4.4.2. Sửa chữa vừa Là dạng hình sửa chữa phức tạp hơn, khối lượng công việc sửa chữa nhiều hơn, thời gian sửa chữa có thể kéo dài từ 1-2 tuần cho đến 1 tháng. Tời đem ra sửa chữa vừa phải tháo sửa một hay vài bộ phận chính, thường xuyên làm việc ở chế độ nặng. Còn các bộ phận khác chỉ bảo dưỡng, thay thế, hiệu chỉnh một vài chi tiết hay cụm chi tiết. 4.4.3. Sửa chữa lớn Là dạng hình sửa chữa có quy mô và khối lượng công việc lớn nhất trong công tác sửa chữa. Hầu như tất cả các bộ phận, các chi tiết đều được tháo ra kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa lại. Thời gian sửa chữa lớn có thể kéo dài từ 1- 2 tháng, tùy theo mức độ phức tạp và dạng hỏng của tời. 4.4.4. Cơ sở tiến hành lập quy trình công nghệ sửa chữa, phục hồi 4.4.4.1. Phương pháp sửa chữa phục hồi chi tiết mòn Các chi tiết bị mòn hỏng chưa tới mức phải loại bỏ, được gia công sửa chữa phục hồi lại kích thước hình học ban đầu hoặc chế độ lắp ghép ban đầu, nhằm đảm bảo các tính năng kỹ thuật của chi tiết. Phương pháp sửa chữa phục hòi chi tiết mòn có thể tiến hành theo 2 cách: - Sửa chữa lại như kích thước ban đầu: bổ xung vật liệu vào vị trí mòn của chi tiết - Sửa theo kích thước sửa chữa tiêu chuẩn hoặc theo kích thước tự do( không cần bổ sung thêm vật liệu vào vị trí mòn của chi tiết). 4.4.4.2. Chọn phương pháp phục hồi Để phục hồi chi tiết có nhiều cách khác nhau nhưng vấn đề đặt ra là làm thế nào để chọn được phương pháp hợp lý nhất. Phương pháp hợp lý là phương pháp phải thỏa mãn các yêu cầu: - Phục hồi khả năng làm việc của chi tiết và không gây hư hỏng gì thêm - Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kỹ thuật của chi tiết - Phù hợp với trang thiết bị gia công của cơ sở hiện có. - Đáp ứng kịp thời yêu cầu của thời gian sản xuất - Đạt được thời gian phục vụ lâu nhất. - Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao: giá thành sửa chữa nhỏ hơn giá thành mua chi tiết mới. 4.4.4.3. Lập tiến trình công nghệ sửa chữa chi tiết Các bước tiến hành: - Xác định hiện tượng, hình dáng, mức độ hỏng của chi tiết: căn cứ vào các kết quả kiểm tra về hình dáng, kích thước, về yêu cầu kỹ thuật của chi tiết để đánh giá sự mòn hỏng. - Xác định phương pháp sửa chữa và công nghệ gia công phục hồi: + Chỉ rõ những vị trí của chi tiết cần sửa chữa + Nêu trình tự các nguyên công và các bước công nghệ cần phải tiến hành đảm bảo phù hợp với tính công nghệ của chi tiết + Chọn phương pháp sửa chữa hợp lý + Ghi rõ các điều kiện kỹ thuật, chỉ tiêu kỹ thuật trước, trong và sau khi sửa chữa. Chương 5: TÍNH TOÁN LY HỢP HƠI CỦA TỜI 5.1. Công dụng chung của côn ly hợp Côn ly hợp dùng để truyền mô men nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn. Trên trục tang tời người ta lắp hai côn về hai phía để truyền mô men quay cho tang tời. Một bên truyền chuyển động nhanh gọi là côn ly hợp nhanh, côn này truyền chuyển động cho trục tang tời qua bộ truyền xích. Còn bên kia truyền chuyển động chậm gọi là côn ly hợp chậm. Bộ ly hợp còn có tác dụng tách sự dẫn động từ đầu ra của trục chính đến trục tang tời ở mức thấp nhất và sự ngắt của trục tời khi khoan. Côn tời phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn nhất 5.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ly hợp bánh hơi 5.2.1. Cấu tạo Hình 5.1- Sơ đồ cấu tạo của ly hợp bánh hơi 1- Trục bị dẫn 4- Bánh đai ma sát 2- Trục dẫn 5- Vành thép 3- Bánh hơi 6- Tang thép Khi chưa quay có áp lực R tác dụng lên tang quay (6): Trong đó: P – áp lực bên trong bánh hơi (P = 6÷10kG/cm2) Db – đường kính trong của bánh hơi (mm) Bb – chiều rộng bánh hơi (mm) Khi quay thì do có khối lượng m nên xuất hiện lực li tâm: Trong đó: G: trọng lượng của bánh hơi và đai hãm (kG) r: bán kính quy đổi trọng tâm khối quay (mm) n: tốc độ vòng quay (v/ph) Mô men mà ly hợp có thể truyền được phụ thuộc vào áp lực R và lực li tâm F Trong đó: f: hệ số ma sát giữa tang thép và bánh đai ma sát, f = 0,325 Dd: đường kính của đai hãm (mm) Mặt khác ta có mô men cần truyền chuyển động được xác định theo công thức: Trong đó: N: công suất trên trục cần truyền (kW) n: tốc độ quay của trục truyền (v/ph) Ta thấy rằng mô men truyền sẽ giảm khi số vòng quay tăng và mô men truyền cho phép của ly hợp thì lại phụ thuộc vào R, Bb 5.2.2. Nguyên lý làm việc Ly hợp bánh hơi dùng để truyền mô men nhờ lực ma sát giữa bánh hơi và đai ma sát. Khi trục dẫn (2) quay nhờ động cơ, làm cho chi tiết (4) và (5)cũng quay theo. Khi chưa có khí nén trong buồng làm việc thì giữa bánh đai và bánh hơi có một khoảng hở, khi khí được cấp đủ cho bánh hơi (3), lực ma sát giữa bánh hơi (3) và bánh đai ma sát (4) đủ lớn làm cho tang thép (6) cũng quay theo dẫn đến trục (1) cũng quay nhờ được lắp chặt với chi tiết (6). Như vậy mô men đã được truyền từ trục dẫn (2) tới trục bị dẫn (1) và tới các cơ cấu truyền động khác. Ngoài tác dụng truyền mô men thì ly hợp bánh hơi còn có tác dụng như một phanh hãm khi có sự cố xảy ra. Trong trường hợp có sự cố xảy ra thì sẽ ngừng cung cấp khí cho bánh hơi (3) làm cho lực ma sát giữa bánh hơi (3) và bánh đai ma sát (4) giảm nhanh, khi đó hai chi tiết (3) và (4) sẽ trượt trên nhau, làm cho trục số (1) và các cơ cấu khác sẽ ngừng hoạt động. 5.2.3. Ưu nhược điểm * Ưu điểm: - Thay đổi và truyền mô men êm - Hệ khắc phục được sự lệch trục trong quá trình lắp đặt trong một khoảng thời gian tương đối rộng. * Nhược điểm: - Phải trang bị hệ thống cung cấp khí - Do mô men Mmax phụ thuộc vào R trong quá trình làm việc gây thêm phần phức tạp trong việc điều chỉnh R. 5.3. Tính toán chọn ly hợp 5.3.1. Xác định các thông số của tời * Tốc độ của trục truyền: * Tốc độ của trục trung gian: * Tốc độ của trục nâng: 5.3.2. Tính toán chọn ly hợp bánh hơi trên trục truyền Trục truyền (I) nhận chuyển động từ động cơ thông qua bộ truyền xích để truyền chuyển động cho trục nâng, do yêu cầu kỹ thuật trong quá trình nâng thả bộ dụng cụ cần dải tốc độ cao do đó ta cần phải thiết kế ly hợp bánh hơi để đảm bảo truyền mô men và an toàn trong quá trình làm việc. Mô men yêu cầu để truyền chuyển động được xác định theo công thức : Trong đó : n- số vòng quay, ở đây n = n0 = 1000(v/ph) N - công suất trên trục truyền được xác định theo công thức: - hệ số hiệu dụng bánh hơi, ; - hệ số hiệu dụng bộ truyền (bánh xích), ; Nt- công suất trên trục nâng (công suất của tời). Thay vào trên ta có mômen cần truyền là: Khi đó ta chọn ly hợp bánh hơi có các thông số sau: + Áp lực tác dụng lên bánh đai khi đứng yên : Trong đó : Db - đường kính trong của bánh hơi(mm) Bb - chiểu rộng bánh hơi(mm) P - áp suất trong bánh hơi, (chọn ) Thay số : + Khi bánh hơi chuyển động xuất hiện lực li tâm, lực này được xác định theo công thức: Trong đó : G - trọng lượng của bánh hơi và đai hãm (kG) r - bán kính quy đổi của bánh hơi(mm) n - tốc độ vòng quay, (v/ph), n = n0= 1000v/ph Thay số ta được: Mômen cho phép của ly hợp bánh hơi được xác định theo công thức : Trong đó : f - hệ số ma sát giữa đai và bánh hãm, f = 0,325 Dd - đường kính của đai (mm) Thay số ta có : Lúc này ta xét tỷ số sau: Khi đó ly hợp bánh hơi này đảm bảo được quá trình truyền mômen. 5.3.3. Tính toán chọn ly hợp bánh hơi trên trục nâng Ta thấy trên trục nâng của tời có 4 tốc độ là: Hình 5.2. Trục nâng của tời Do công suất trên trục tời là 2000HP (1472kW) nên công suất cần truyền trên trục nâng cũng là 2000 (HP). Mặt khác từ công thức xác định mô men trên trục nâng : Ta có công suất trên trục nâng không đổi do đó mô men cần truyền lớn nhất khi tốc độ nhỏ nhất. Vì vậy để tính toán chọn ly hợp côn hơi ta sẽ sử dụng tốc độ . Khi đó mô men cần truyền là: Ta xét ly hợp với các thông số: +Áp lực tác dụng lên bánh đai khi đứng yên : Thay số ta được : +Khi bánh hơi quay thì xuất hiện lực ly tâm xác định theo công thức : +Mômen hãm cho phép của ly hợp là : Tương tự trên, ta xét: Nếu tỷ số thì ta chọn được ly hợp trên trục nâng để đảm bảo quá trình truyền mô men. 5.3.4. Tính toán chọn ly hợp bánh hơi trên trục trung gian Ly hợp bánh hơi trên trục trung gian được sử dụng để truyền chuyển động cho bàn roto. Do đó để tính toán chọn ly hợp này ta phải tính mô men truyền cần thiết để phá hủy đất đá thỏa mãn các thông số yêu cầu. Công suất của bàn roto được xác định theo công thức sau: Trong đó: N1: công suất quay cột cần không tải N2: công suất để chạy các thiết bị trên bề mặt N3: công suất để phá hủy đất đá của chòong khoan Với: Gc: tải trọng lên đáy khi khoan (tấn) k: hệ số phụ thuộc vào độ mòn của chòong (chòong mới: k=0,1÷0,2,chòong cũ: k=0,3÷0,5) L: chiều sâu của giếng khoan (m) C: hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của giếng khoan a1, a2 : hệ số phụ thuộc và dạng chuyển động dn: đường kính ngoài của cần khoan( mm) Dc: đường kính của chòong khoan (mm) nck: tốc độ quay của chòong (v/ph) γ: trọng lượng riêng của dung dịch (g/cm3) Khi tính toán thì ta có: hoặc: Xác định N3 bằng 2 cách: + Dựa vào công suất phá hủy riêng: Trong đó: Kn: công suất để phá hủy 1 đơn vị diện tích đáy, Kn=0,07÷0,1kN/cm2 F: phần diện tích đáy bị phá hủy + Dựa vào loại chòong, trạng thái làm việc của chòong: Trong đó: P: tải trọng lên chòong nck: số vòng quay của chòong Dc: đường kính chòong k: hệ số kể đến mức độ mòn của chòong Từ đó ta xác định được mô men cần thiết của bàn roto là : Tương tự như trên ta cũng xét ly hợp có các thông số: Sao cho mô men cho phép của ly hợp: Thỏa mãn điều kiện: Khi đó ta sẽ chọn được bộ ly hợp trên trục trung gian để truyền chuyển động cho bàn roto. KẾT LUẬN Trên đây là toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp của em, cuốn đồ án được hoàn thành dựa trên cơ sở vận dụng những kiến thức đã học, kết hợp với các nguồn tài liệu về thiết bị khoan nói chung và tài liệu về bộ tời DRECO 2000E nói riêng. Qua thời gian làm đồ án, em đã hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của bộ tời khoan trong công tác khoan dầu khí. Đề tài tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ vận hành và bảo dưỡng tời khoan, đi sâu vào việc tính toán lựa chọn ly hợp côn hơi trên các trục của tời để đảm bảo được quá trình truyền mô men và đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc. Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án, em cũng gặp phải một số khó khăn do: nguồn tài liệu còn hạn chế, trình độ hiểu biết chưa nhiều. Em rất mong nhận được sự thông cảm và những ý kiến đóng góp quý báu từ các thầy cô và các bạn. Trong quá trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Bản và các thầy cô trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình của trường Đại học Mỏ-Địa chất, các cán bộ công nhân viên xí nghiệp Vietsovpetro đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành cuốn đồ án này. Hà Nội, tháng 6 năm 2010 Sinh viên Bùi Văn Duy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bài giảng “ Thiết bị khoan thăm dò” TS: Nguyễn Văn Giáp Bô môn: Thiết bị dầu khí và công trình [2]. Bài giảng “ Công nghệ sửa chữa máy và thiết bị mỏ” TS: Vũ Thế Sự Bộ môn: Cơ khí mỏ [3]. Quy trình công nghệ sửa chữa cụm thiết bị nâng hạ Nguyễn Duy Thịnh [4]. Một số tài liệu về tời khoan Dreco 2000E MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG 1 Hình 1.1 Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan 3 2 Hình 1.2 Sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết bị khoan 5 3 Hình 1.3 Cấu tạo đầu quay di động 7 4 Hình 1.4 Đầu xoay thủy lực 9 5 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị bơm trám xi măng 13 6 Hình 1.6 Đối áp vạn năng 15 7 Hình 1.7 Đối áp xoay 16 8 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ ròng rọc 22 9 Hình 2.2 Ròng rọc tĩnh 23 10 Hình 2.3 Ròng rọc động 23 11 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự động bảo vệ ròng rọc 25 12 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo tời khoan 27 13 Hình 3.2 Cấu tạo trục tời khoan 28 14 Hình 3.3 Tang tời 30 15 Hình 3.4 Ly hợp của tời 31 16 Hình 3.5 Sơ đồ bộ hãm tời băng đơn giản 32 17 Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo bộ hãm điện động lực 34 18 Hỉnh 3.7 Bộ hãm điện của tời 35 19 Hình 3.8 Sơ đồ động học của tời khoan 37 20 Hình 5.1 Sơ đồ cấu tạo của ly hợp bánh hơi 51 21 Hình 5.2 Trục nâng của tời 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT SỐ BẢNG BIỂU TÊN BẢNG BIỂU TRANG 1 Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của bàn roto 7 2 Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy bơm khoan 13 3 Bảng 2.1 Một số loại tời do hãng National sản xuất 19 4 Bảng 2.2 Các loại tời chế tạo ở Rumani 20 5 Bảng 2.3 Một số loại tời chế tạo ở Liên Xô 21 6 Bảng 2.4 Đặc tính kỹ thuật của một số loại ròng rọc tĩnh và động 25 BẢNG QUY ĐỔI CÁC ĐƠN VỊ 1 inch ('') = 25,4 (mm) 1ft = 0,305 (m) 1HP = 0,736 (kW)