Đang tải... (xem toàn văn)
Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2 CỦA TỜI KHOAN 2 1.1. Cấu tạo tời khoan: 2 1.1.1. Trục tang tời: 2 1.1.2. Tang tời: 2 1.1.3. Hệ thống phanh (hãm tời): 2 1.1.4. Côn của tời: 2 1.1.5. Hộp số của tời: 2 1.1.6. Đầu mèo: 2 1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan: 3 1.2. Cấu tạo của tời khoan. 3 1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 1 4 1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan loại 2 5 1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời khoan 3 6 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN 8 2.1. Xác định các tốc độ ni từ n0: 9 2.2. Xác định tốc độ móc: 10 2.2.1. Xác định cáp: 10 2.2.2. Xác định đường kính tính toán của tang tời: 12 2.2.3. Tốc độ móc nâng được tính theo công thức sau: 12 2.3. Xác định hiệu suất hệ thống thả: 12 2.4. Xác định tải trọng móc ở các tốc dộ khác nhau: 13 2.5. Tính toán trọng lượng bộ khoan cụ. 14 2.6. Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ: 16 KẾT LUẬN: 18
Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí nước ta phát triển, đóng góp khoảng 25% GDP năm Nó coi ngành kinh tế mũi nhọn, nằm chiến lược phát triển kinh tế quan trọng đất nước Trong giai đoạn ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí phần quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn sử dụng với hiệu tốt ta phải biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ tiêu chuẩn môn thiết bị dầu khí đáp ứng điều Trên giàn khoan tời khoan vô quan trọng Nó đặc biệt cần thiết cho công tác nâng, thả dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để phá hủy đất đá Em nhận đề tài :"Dựa vào sơ đồ động học tời khoan, dựa vào bảng thông số cho, tính toán công suất nâng tời khoan tốc độ có tời khoan " Đồ án em chia thành chương: Chương 1: Cấu tạo nguyên lý làm việc tời khoan Chương 2: Tính toán động học tời khoan Qua trình học tập trường, giúp đỡ nhiệt tình thầy Nguyễn Thanh Tuấn, em hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên trình tìm hiểu tiếp xúc chưa nhiều nên đồ án nhiều hạn chế, song hội tốt để em nâng cao nhận thức hiểu biết thiết bị công tác dầu khí mà cụ thể tời khoan Kính mong thầy cô giáo, bạn đọc đóng góp ý kiến quý báu để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tuấn tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Hà nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Quang CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TỜI KHOAN 1.1 Cấu tạo tời khoan: 1.1.1 Trục tang tời: Trục tang tời phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài máy Vì công việc thiết kế, chế tạo, 1.1.2 lắp ráp, vận hành bảo dường đòi hỏi xác chất lượng Tang tời: Tang tời thiêt bị hình trụ lắp trục tang tời Trên tang tời xẻ rãnh xoắn theo chiều cáp để cáp khít Hai đầu 1.1.3 1.1.4 tang luyện cứng chống mài mòn, lắp hai băng phanh Có tang tời tang tời phụ Hệ thống phanh (hãm tời): Dùng để phanh dừng hẳn để treo khoan cụ vào móc nâng trình khoan hay chống ống Treo cần khoan để điều chỉnh tải trọng Điều chỉnh tốc độ nâng thả Côn tời: Côn ly hợp dùng truyền momen định từ trục dẫn sang trục bị dẫn Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh hoạt động hiệu 1.1.5 tác dụng tải trọng lớn Hộp số tời: Dùng để thay đổi tốc độ cáp tang tời Bao gồm: trục vào, trục ra, trục trung gian, côn ly hợp bánh răng, 1.1.6 bánh xích, xích Đầu mèo: Là tang tời nhỏ lắp hai bên tời khoan trục riêng Đầu mèo dùng để sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống Có đầu mèo văn ren tháo ren ống chống 1.1.7 Hệ thống điều khiển tời khoan: Là phận tập trung hoạt động điều khiển tời khoan Có thiết bị kiểm tra thông số tời khoan trình làm việc Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo tời khoan Cáp khoan Bảng điều khiển Phanh điện từ Phanh học Xích truyền động cho bàn Rotor Môtơ điện Răng để tựa cáp khoan Đầu mèo Tay phanh học 10 Đường rãnh cáp địa vật lý 1.2 Cấu tạo tời khoan Tùy thuộc vào số lượng trục truyền, số lượng tang tời cấu truyền động mà phân loại tời khoan khác Theo nguyên lý cấu tạo chia tời khoan làm loại : tời khoan loại 1, tời khoan loại tời khoan loại 1.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Hình I.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan loại 1 - Trục cảu hộp tốc độ 2- Trục nâng phụ – Trục nâng gắn với tời – Trục trung gian – Ổ đỡ trục 6,7,8 - Bộ phận truyền chuyển động – Tời khoan 10 – Ly hợp ma sát 11- Ly hợp cam 12 – Truyền chuyển động Roto Nguyên lý làm việc: Chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), từ thông qua truyền động xích truyền động bánh (6,7,8) truyền chuyển động đến trục nâng có gắn tời (3) trục trung gian (4) để truyền chuyển động cho bàn Roto Tời khoan (9) gắn cố định trục nâng (3)và để tời khoan quay ta sử dụng ly hợp ma sát (10) lắp hai đầu tang tời Chuyển động quay từ trục trung gian (4) truyền cho bàn roto, bàn roto có nhiệm vụ biến chuyển động quay trục (4) theo chiều nằm ngang thành chuyển động quay thẳng đứng cột cần khoan Còn trục nâng (2) bố trí thêm tời khoan phụ tùy theo yêu cầu trình khoan 1.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan loại Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp số tốc độ; – Trục nâng gắn với tời phụ; – Trục nâng gắn với tời chính; – Trục trung gian truyền bàn roto; - Ổ đỡ trục; 6,7,8,9 – Bộ phận truyền chuyển động; 10 – Ly hợp cam; 11 – Tời khoan phụ; 12 – Tời khoan chính; 13,14 – Ly hợp bánh hơi; 15 – Truyền chuyển động quay bàn roto Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (12) tang tời phụ (11) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ li hợp cam (10) truyền động (6) để truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (11) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (10) Chuyển động từ trục (2) truyền đến trục (3) thông qua truyền chuyển động (7,8) bố trí phía bên trái tang tời (12), truyền động (7,8) lắp đặt cố định trục (2) trục (3) lắp li hợp cam (10) li hợp bánh (13) Tang tời (12) gắn cố định trục nâng (3), làm việc dài tốc độ cao nhờ li hợp bánh (13) làm việc dài tốc độ thấp nhờ li hợp cam (10) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền (9) truyền bàn roto (15) nhờ li hợp bánh (14) 1.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tời khoan Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tời khoan – Trục hộp tốc độ; – Trục nâng gắn với tời phụ; – Trục nâng gắn với tời chính; – Trục trung gian; - Ổ đỡ trục; 6,7,8 – Bộ phận truyền chuyển động; – Ly hợp cam; 10 – Tời khoan phụ; 11 – Tời khoan chính; 12 – Ly hợp ma sát đĩa; 13 – Truyền chuyển động quya bàn roto Nguyên lý làm việc: Loại tời trang bị tang tời (11) tang tời phụ (10) Trong trình làm việc chuyển động quay từ hộp tốc độ truyền trục (1), nhờ ly hợp cam (9) truyền động (6) truyền chuyển động đến trục nâng (2), tang tời phụ (10) gắn trục nâng (2) thông qua ổ đỡ (5) tang tời phụ làm việc nhờ li hợp cam (9) Tang tời (11) gắn cố định trục nâng (3) nhận truyền động trực tiếp từ trục (1) thông qua hai truyền động (7,8) ly hợp ma sát đĩa (12) Trục trung gian (4) nhận chuyển động trực tiếp từ trục (1) thông qua truyền động (8) ly hợp ma sát đĩa (12,13) sau trục trung gian (4) truyền chuyển động bàn roto (15) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN STT Các thông số 01 Công suất trục tời 02 Chiều sâu giếng Đơn vị HP m I 550 5000 03 Hệ ròng rọc 5x6 04 Loại cần khoan 05 Trọng lượng riêng dung dịch G/cm 1,5 06 Tốc độ quay chòong v/ph 300 07 Đường kính chòong mm 215 08 Tốc độ vào hộp số tời v/ph 320 09 Góc nghiêng trung bình giếng θo 18 10 Tải trọng lên đáy khoan 13 11 Chiều cao tháp m 56 12 Đường kính tang tời mm 850 13 Loại động dẫn động 14 Tải trọng móc mm 141 Diezen 300 Với bảng thông số ta lựa chọn tời khoan loại 2, có cấp tốc độ phục vụ cho công tác khoan Sau khởi động, động điện truyền chuyển động qua khớp nối cho tốc độ ban đầu n vào tời Qua cặp bánh (32;58), tốc độ truyền vào trục truyền n1 Thông qua cặp bánh (35;27), (35,47), (22,47) có cấp tốc độ truyền sang trục trung gian Từ trục này, thông qua cặp bánh (36,72) từ trục truyền (43,33), tốc độ truyền sang trục nâng 2.1 Xác định tốc độ từ : * Các thông số tời: - Tải trọng móc Q = 300 T - Công suất trục tời N = 550HP = 550 x 0,736 = 404,7 kw - Hệ ròng rọc 5x6 - Số nhánh cáp làm việc m = 10 - Đường kính tang tời = 850 mm - Tốc độ từ trục dẫn động vào tời = 320 v/ph * Xác định thông số tời: - Tốc độ trục truyền: 32 58 = - = 176,5 (v/ph) Tốc độ trục trung gian: = = = - = 320 32 58 22 47 35 47 35 27 = 176,5 = 176,5 = 176,5 22 47 35 47 = 82,6 (v/ph) = 131,4 (v/ph) 35 27 = 228,8 (v/ph) Tốc độ trục nâng: = 36 72 = = = = 82,6 36 72 36 72 43 33 36 72 = 131,4 = 228,8 = 176,5 10 = 41,3 (v/ph) 36 72 36 72 43 33 = 65,7 (v/ph) = 114,4 (v/ph) = 230 (v/ph) - Tốc độ trục dẫn bàn Roto: n1roto = 41,3 = 31,8 (v/ph) n2roto = 65,7 = 50,7 (v/ph) n3roto = 114,4 = 88,2 (v/ph) n4roto = 230 = 177,3 (v/ph) 2.2 Xác định tốc độ móc: 2.2.1 Xác định cáp: Với hệ ròng rọc x mắc đối xứng ta có số nhánh cáp làm việc m=10 Hệ số hiệu dụng ròng rọc là: Ƞr = Trong đó: m số nhánh cáp làm việc, m = 10 Ƞ hệ số hiệu dụng puli, lấy ƞ = 0,97 Thay vào ta có Ƞr = 0,86 Sức căng lớn cáp nâng khoan cụ là: Pt = Trong đó: tải trọng lớn móc, 11 λ hệ số tải động diesel, λ = 1,1 Ta có được: ≥ với n = hệ số an toàn ứng lực kéo đứt cáp Từ suy ≥ Thay số vào ta có ≥ 61,4 T Căn vào bảng đặc tính cáp tời ta chọn loại cáp K-PO có đặc tính sau: - Cáp có 186 sợi Đường kính cáp = 32mm Ứng lực kéo đứt cáp = 62,6 T 2.2.2 Xác định đường kính tính toán tang tời: Số lớp cáp tang lớp để tránh hỏng mòn cho cáp - Lớp thứ nhất: = + = 850 + 32 = 882 (mm) - Lớp thứ hai : = + = 850 + 2.32 = 914 (mm) - Lớp thứ ba : = + = 850 + 4.32 = 978 (mm) 2.2.3 Tốc độ móc nâng tính theo công thức sau: = Trong đó: - tốc độ móc nâng đường kính tính toán tang tời (ở lớp cáp cuối cùng) số vòng quay trục nâng cấp tốc độ số nhánh cáp làm việc 12 = = = = 0,21 (m/s) = = 0,34 (m/s) = = = 0,59 (m/s) = = = 1,18 (m/s) 2.3 Xác định hiệu suất hệ thống thả: - Ta có công thức tính: = Trong đó: β tiêu ngược hiệu suất (β = 1,03) Z số ròng rọc động Thay số ta có = 0,85 2.4 Xác định tải trọng móc tốc dộ khác nhau: - Ta có công thức tính: = Trong đó: tải trọng định mức móc nâng N công suất tang tời hiệu suất nâng thả tốc độ móc 13 - Vậy ta có được: Q1m = Q2m = Q3m = Q4m = = 1660,2 (T) = 1019,3 (T) = 587,4 (T) = 293,7 (T) 2.5 Tính toán trọng lượng khoan cụ Tính toán cần nặng: Dcn= (0,75÷ 0,85).Dc = 0,8.215 = 172 (mm) Chiều dài cần nặng: Lcn = KG c q cn cosθ (1- gd ) gt Trong đó: K = 1,25: Là hệ số cứu kẹt Lcn: Là chiều dài cần nặng qcn = 138 (kG/m): Trọng lượng 1m cần nặng Gc = 13 (tấn): Tải trọng đáy θ = 180: Góc nghiêng giếng 14 gd = 1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan gt = 7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng thép vật liệu làm cần Vậy ta có: Lcn = 155 (m) Trọng lượng cần nặng: Qcn= 155.0,138 = 21,39 (tấn) Tính toán trọng lượng cần khoan: Áp dụng công thức: Qck = L.qck (1- gd ) gt Trong đó: L: Chiều dài cột cần khoan Qck: Trọng lượng cột cần qck = 31,9(kG/m): Trọng lượng m cần khoan Vậy ta có: Qck = (5000-155).0,0319.(1- ) = 123,64 (tấn) 15 Tính toán trọng lượng dụng cụ khoan: Q = Qcn + Qck + Qchoong + Qđt Trong đó: Qck : Là trọng lượng dụng cụ khoan Qchoong = 0,04 (tấn): Là trọng lượng choòng Qđt = 0,3 (tấn) trọng lượng định tâm Vậy: Q = 21,39 + 123,64+ 0,04 + 0,3 = 145,37 (tấn) 2.6 Tính toán công suất nâng thả tời cấp tốc độ: Áp dụng công thức: N= Q.1000.Vmoc 102.ξ Thay số vào công thức ta kết quả: N1 = = 352,11 (kW) N2 = = 570,08 (kW) N3 = = 989,25 (kW) 16 N4 = = 1978,51 (kW) Nhìn vào kết ta thấy công suất nâng tốc độ nhỏ N1 = 352,11 (kW) < Ntời = 404,7 kw Do ta chọn tốc độ tốc độ để nâng dụng cụ khoan trọng lượng lớn Để sử dụng tốc độ lại thực trình nâng dụng cụ ta thực sau: tiến hành nâng khoan cụ có khối lượng lớn , sau lên đoạn dài ta thay đổi tốc độ khác lớn để nâng khoan cụ công suất nâng phù hợp với công suất tời Ta tính toán sau: Ta kéo khoan cụ với từ độ sâu 5000m lên đến 2800m: Trọng lượng khoan cụ lúc là: Qbkc = (2800-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 89,23 (T) Công suất nâng tốc độ = 0,34(m/s) là: N2 = = 349,9 (kW) < 404,7 kw Vậy từ 2800m trở lên ta dùng để nâng khoan cụ b Ta kéo khoan cụ với từ 2800m đến 1100m: Trọng lượng khoan cụ lúc là: Qbkc = (1100-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 46,2 (T) Công suất nâng tốc độ = 0,54(m/s) là: a - - N3 = = 287,8 (kW) < 404,7 kw Vậy từ 1100m trở lên ta dùng để nâng khoan cụ Còn tốc độ = 1,18 m/s ta dùng để kéo làm việc chế độ không tải tải nhỏ KẾT LUẬN: Ta thực nâng thả khoan cụ với tốc độ độ sâu tương ứng sau: 17 - Kéo khoan cụ với= 0,21 m/s từ độ sâu 5000m lên đến 2800m Kéo khoan cụ với = 0,34 m/s từ độ sâu 2800m lên đến 1100m Kéo khoan cụ với = 0,59 m/s từ độ sâu 1100m trở lên Kéo không tải tải nhỏ với = 1,18 m/s 18