Máy bơm piston YHБ – 600 dùng trong công tác khoan dầu khí

Ngày nay, ngành công nghiệp Dầu khí đang là một ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

Lời nói đầu

Ngày nay, ngành công nghiệp Dầu khí đang là một ngành công nghiệp mũi

nhọn trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Tập đoàn Dầu

khí Việt Nam không ngừng vững mạnh và ngày càng phát triển không chỉ ở

trong nước mà còn vươn xa tới thị trường quốc tế Trong công nghiệp Dầu khí

không thể không nhắc tới thị trường quốc tế trong công tác thăm dò và khai

thác Dầu khí

Đề cập đến sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí không thể

không nhắc đến vai trò quan trọng của các thiết bị phục vụ cho công tác

khoan và khai thác Một trong những vấn đề được quan tâm là tìm hiểu về

chuyên ngành thiết bị khoan, cấu tạo, nguyên tắc vận hành và nâng cao tuổi

thọ cũng như hiệu suất của các thiết bị

Với mong muốn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí

nước nhà, qua quá trình học tập và nghiên cứu, cộng với sự hướng dẫn tận

tình của thầy Trần Văn Bản cũng như sự đồng ý của bộ môn Thiết bị Dầu

khí và công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ- Địa Chất Hà Nội em

viết về đề tài: “Máy bơm piston YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ – 600 dùng trong công tác khoan

dầu khí" từ đó đi dến chuyên đề " Tính toán các thông số của van bơm

piston YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ – 600 ".

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế

nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Vì vậy, em rất mong

nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn

Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy

Trần Văn Bản, các thầy cô trong bộ môn Thiết bị Dầu khí và công trình,

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05, năm 2011

Sinh viên

La văn Diệu

Chương 1: GIỚI THБ – 600 dùng trong công tác khoanIỆU CHБ – 600 dùng trong công tác khoanUNG VỀ TỔ HБ – 600 dùng trong công tác khoanỢP THБ – 600 dùng trong công tác khoanIẾT BỊ KHБ – 600 dùng trong công tác khoanOAN

1.1 Chức năng và các bộ phận của tổ hợp khoan

Tổ hợp thiết bị khoan bao gồm các thiết bị, cơ cấu máy dùng để thựchiện quy trình công nghệ khoan các giếng khoan theo một công nghệ nào đó

Quy trình công nghệ cơ bản của công tác khoan bao gồm:

- Quay dụng cụ khoan, truyền mô men quay và tải trọng lên chòongkhoan để thực hiện quá trình phá hủy đất đá (khoan thuần túy)

- Vận chuyển mùn khoan, rửa hoặc thổi giếng khoan (làm sạch mùnkhoan dưới đáy)

- Nâng thả bộ dụng cụ khoan để thay thế dụng cụ phá hủy (chòongkhoan), thả cột ống chống để gia cố thành giếng khoan

- Gia công và làm sạch dung dịch, điều chế dung dịch

- Ngoài ra còn có các công việc: thử vỉa, đo độ cong của giếng, xây lắptháo dỡ…

Để làm tốt những công tác trên thì cần phải có những bộ phận để thựchiện chức năng này:

- Thiết bị nâng thả bộ dụng cụ và cột ống chống: cơ cấu nâng ( tờikhoan, bộ hãm tời, hệ ròng rọc, tháp khoan ) Trong quá trình làm việc cơ cấunâng chịu tải trọng lớn nhất( trục tải chính)

- Thiết bị quay bộ dụng cụ khoan: bàn roto, đầu quay di động, các loạiđộng cơ đáy( tua bin, trục vít, động cơ khoan điện…)

- Cơ cấu của bộ dụng cụ phục vụ cho công tác nâng thả bao gồm: khóatháo vặn cần, ống, hệ thống giá đỡ kẹp cần, êlêvatơ, móc nâng…

- Thiết bị làm sạch giếng khoan: các máy bơm khoan, bình điều hòa, hệthống ống hút, ống đẩy, hệ thống máng tuần hoàn dung dịch, máy trộn, sàngrung, thiết bị tách mùn khoan…

- Thiết bị để bịt kín miệng giếng, bao gồm: thiết bị đầu ống, thiết bịchống phun( thiết bị đối áp)

- Thiết bị dẫn động : động cơ phát lực, động cơ diezen, động cơ điện,động cơ khí nén, thủy lực, các bộ truyền chuyển động, hộp giảm tốc, hộp tốc

độ và các thiết bị điều chỉnh khác…

- Dụng cụ và thiết bị đáy: chòong khoan, cần khoan, các chi tiết nốicần, cần nặng, các bộ định tâm, các thiết bị để cứu chữa sự cố

- Thiết bị điều khiển, đo và kiểm tra

- Các thiết bị phụ trợ khác phục vụ cho quá trình khoan: các thiết bịphục vụ quá trình xây lắp, cẩu, cần trục, máy bơm phụ trợ, máy nén khí…

1.2 Sơ đồ tổ hợp thiết bị khoan

Do trong công tác khoan dầu khí luôn luôn có sự thay đổi về những giảipháp công nghệ cũng như các phương án kỹ thuật nhằm tăng năng suất choquá trình xây lắp, nên ta cần thiết kế một tổ hợp thiết bị khoan mới Sau khilựa chọn các thông số cơ bản thì chúng ta cần thiết kế sơ đồ phối hợp giữa các

cơ cấu máy để cho thiết bị làm việc với hiệu quả cao nhất

Sơ đồ bố trí thiết bị là cơ sở để chúng ta thực hiện phương án xây lắp,tháo dỡ và vận chuyển trong quá trình xây dựng

Có nhiều cách bố trí thiết bị khác nhau nhưng chúng ta thường sử dụngcách bố trí chúng trên mặt phẳng như sau:

HБ – 600 dùng trong công tác khoanình 1.1 - Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan

1: Bàn rôto 5: Giá để cần khoan 8: Động cơ dẫn động

4: Sàn chạy cần

Các sơ đồ bố trí phải đảm bảo các yếu tố sau:

+ Khả năng thực hiện chức năng công nghiệp của từng máy với một sơ

đồ động học đơn giản nhất

+ Sơ đồ bố trí thuận lợi cho công tác tháo dỡ vận chuyển

+ Mức độ ổn định cấu trúc và các thông số làm việc máy móc sau nhiềulần di chuyển

+ Chi phí cho công tác bố trí, lắp ráp thiết bị phải nhỏ và phù hợp vớiđiều kiện thi công

+ Dạng, nguồn năng lượng cho ta sử dụng

+ Đặc điểm, yêu cầu của cơ cấu máy về phương diện dẫn động

Sau khi đã thiết kế được sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan, ta phải đixây dựng sơ đồ truyền động cho tổ hợp thiết bị khoan đó Sơ đồ truyền độngcủa tổ hợp thiết bị khoan phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

- Thoả mãn yêu cầu về quy trình công nghệ khoan: đảm bảo tốc độquay của bộ dụng cụ và khoảng thay đổi tốc độ trong một giới hạn nào đó

- Thời gian thao tác cho công tác nâng thả bộ dụng cụ phải nhỏ

- Sơ đồ truyền động phải có cấu tạo đơn giản

Từ sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan trên, ta có thể xây dựng sơ đồ truyềnđộng cho tổ hợp thiết bị khoan này

Có 3 dạng dẫn động như sau:

+ Dẫn động riêng: trong đó mỗi một cơ cấu tổ máy được dẫn động bằngmột động cơ riêng

+ Dẫn động nhóm: cơ cấu máy, tổ hợp máy được dẫn động bằng hai

hay nhiều động cơ

+ Dẫn động hỗn hợp: ghép nhiều động cơ để chạy cho một thiết bị hoặcmột máy công tác (chủ yếu đối với những thiết bị có công suất lớn như trongkhoan dầu khí).

1.3.Giới thiệu tổ hợp thiết bị khoan

1.3.1.HБ – 600 dùng trong công tác khoanệ thống quay

1.3.1.1 Bàn rô to

Tác dụng của bàn rô to:

+ Làm quay và truyền mô men cho bộ cần khoan

+ Giữ và kẹp chặt bộ cần khoan, ống chống trong giếng khoan

+ Tháo hoặc vặn ren của bộ cần khoan

+ Treo bộ cần trong quá trình nâng hạ

Nguyên lý làm việc của bàn roto: bàn roto nhận chuyển động từ trụcroto qua bộ kẹp xích, nhờ có bộ bánh răng hình côn biến chuyển động quayquanh trục ngang thành chuyển động quay theo trục thẳng đứng Hiện tại xíchtruyền động của roto là kép, cường độ và công suất cao chịu tải trọng lớn,chịu mài mòn, vì vậy xích roto rất chống mòn và dễ đứt nên ta phải thườngxuyên bôi trơn, và phải có hộp bảo vệ xích

Khi truyền chuyển động quay cho roto qua tời, tốc độ roto được thayđổi nhờ hộp số của tời hoặc bằng cách thay đổi đĩa xích Nhưng trong một sốtrường hợp để roto làm việc độc lập với tời và điều khiển tốc độ trong mộtthời gian rộng, nó có thể được truyền động bằng động cơ dẫn động riêng

Bàn roto có từ 3 đến 6 cấp tốc độ truyền và có một tốc độ quay ngược

để tháo lắp cần khoan và cứu chữa sự cố

Bảng 1.1 - Đặc tính kỹ thuật của bàn rôto

Các thông số

Kiểu bàn rôto

Trọng lượng, (kg) 4850 5850

1.3.1.2 Đầu thủy lực

Là thiết bị chuyên dụng để treo và quay bộ khoan cụ, chuyển dung dịchkhoan từ vòi cao áp xuống giếng, chịu tải trọng lớn, vòng quay có lúc tới380v/ph, chịu áp suất thuỷ lực tới 320 atm

Đầu thuỷ lực được chế tạo từ các chi tiết có vật liệu đảm bảo các yêucầu sau:

- Thời gian và độ an toàn của quá trình khoan giếng

- Đảm bảo độ chịu tải và độ bền của các chi tiết khi chịu tải lớn nhất

- Đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa vỏ và phần thân giếng

Hình 1.2 - Đầu xanhích

1: Lỗ dẫn hướng 5: Ổ bi 11: Ống cong

2, 8: Bộ gioăng trên và dưới 7: Ổ bi đỡ phụ 12: Nắp

Động cơ đáy sử dụng trong quá trình khoan gồm 3 loại: tua bin khoan,động cơ đáy trục vít và động cơ điện chìm

1.3.1.4.Tua bin khoan

Là loại tua bin thuỷ lực nhiều tầng có cấu tạo giống nhau, mỗi tầng baogồm Stato được gắn chặt với thân và Roto được gắn với trục Dòng chất lỏng

đi qua cánh stato và cánh roto theo một góc nhất định nào đó, làm cho rotoquay và dòng chất lỏng lại tiếp tục đi vào tầng tiếp theo Cứ như vậy, nănglượng của dòng chất lỏng được các tầng tiếp nhận và biến thành chuyển độngquay của choòng

1.3.1.5 Động cơ đáy trục vít

Động cơ đáy trục vít có kích thước không lớn, rất hiệu quả khi khoancác giếng có đường kính bé và chiều sâu lớn, khoan cắt xiên, khoan ngang,khoan các thân giếng cũ

1.3.1.6 Động cơ điện chìm

Đây là thiết bị quay được truyền động bằng điện thông qua dây cáp lắpphía trong cột cần khoan, chiều dài của dây cáp tương ứng với chiều dài củacần khoan

Khoan bằng động cơ điện chìm về mặt lý thuyết tỏ ra có nhiều lợi thếnhư khi khoan bằng tua bin và trục vít Tuy nhiên nó có hạn chế về mặt đặc

tính cứng của động cơ, số vòng quay cao, yêu cầu kỹ thuật truyền điện và dẫnđiện xuống động cơ tuyệt đối an toàn, tuổi thọ động cơ thấp nên phạm vi ápdụng chưa được rộng rãi.

1.3.2: HБ – 600 dùng trong công tác khoanệ thống nâng thả

1.3.2.1: Tháp khoan

Tháp khoan là một bộ phận của tổ hợp thiết bị khoan, nó có các chứcnăng:

- Nâng thả bộ dụng cụ khoan, ống chống và các thiết bị khác;

- Treo một phần trọng lượng cột cần khi khoan giảm tải;

- Dùng để dựng cột cần dựng;

- Bảo vệ con người và thiết bị

Chiều cao của tháp phụ thuộc vào chiều sâu của giếng khoan (chiều dàicần dựng)

Thực tế người ta chế tạo tháp với các chiều cao tiêu chuẩn sau:

- Tháp cao 28 m cho các giếng sâu 1200  1300 m

- Tháp cao 41  42 cho các giếng sâu 1300  3500 m

- Tháp cao 53 m cho các giếng sâu > 3500 m

Tùy theo kết cấu của tháp mà ta phân tháp ra làm ba loại chính: tháp chữ A,tháp 3 chân, tháp 4 chân

ý các thông số cơ bản như: số tốc độ, sức nâng của tời, cống suất dẫn dộng tời

và kích thước của tang tời Để từ đó chọn được loại tời hợp lý nhằm mạng lạinăng suất làm việc cũng như hiệu quả kinh tế là cao nhất

Với tải trọng 50  75 tấn sử dụng vỡ 2 x 3 hoặc 3 x 4

Với tải trọng 100  130 tấn sử dụng cỡ 4 x 5 hay 5 x 6 hoặc 6 x 7 Trong ký hiệu trên: chữ số đầu chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc động,chữ số thứ hai sau dấu (x) chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc cố định

Dây cáp được mắc vào các con lăn của hệ thống Ròng rọc tĩnh và độngtheo một trình tự nhất định Một đầu cáp được giữ cố định (thường ở 1 châncủa tháp sao cho kíp trưởng dễ quan sát khi làm việc) gọi là đầu cáp chết cònmột đầu mắc vào tời khoan gọi là cáp tời hay là đầu cáp cuốn

- Các bộ phận chính của hệ thống palăng

* Bộ ròng rọc tĩnh

Gồm một khung kim loại trên đó có lắp một trục, trên trục đượcgắn các puly để luồn cáp tời đi qua Toàn bộ bộ ròng rọc tĩnh được lắp lên sàntrên cao của tháp khoan Tải trọng đặt lên hệ ròng rọc cố định cũng như lêntháp khoan lớn hơn tải trọng ở móc nâng

* Ròng rọc động và móc nâng

Ròng rọc động thờng chế tạo liền khối với móc nâng Móc nângdùng để treo cột cần khoan, móc vào êlêvatơ khi kéo thả dụng cụ Ngoài mócnâng ra còn có quang treo, quang treo có 2 loại: loại đơn và loại kép Quangtreo là khâu nối giữa móc nâng và êlêvatơ

Ngoài ra cũng có thể chế tạo bộ ròng rọc động tách rời với mócnâng (Riêng biệt)

* Cáp tời

Cáp tời gồm 6 múi đợc xoắn quanh lõi (bằng sợi hữu cơ hay kimloại).Mỗi múi lại có từ 19 đến 37 sợi thép xoắn với nhau tạo thành múi Thôngthờng chiều xoắn của các sợi thép ở các múi ngợc với chiều xoắn của các múitrên lõi cáp khoan Chính điều này làm cho cáp cứng hơn nhng cũng phần nàogiúp chống xoay

Cỏp khoan thờng được chế tạo theo cỏc kớch thớc quy chuẩn: 25 mm, 28 mm,

32 mm, 35 mm

1.3.3 Thiết bị chống phun

Những giếng khoan dầu khớ khụng thể dự đoỏn được chớnh xỏc ỏp suấttrong lũng đất đối với từng giếng, vỡ trong quỏ trỡnh thi cụng giếng khoan cúthể gặp hiện tượng phun trào Đõy là sự cố nguy hiểm nhất gõy nhiều hậu quảrất nặng nề về tớnh mạng của con người cũng như về vật chất Để hạn chế vàkhắc phục sự cố này người ta dựng hệ thống van đối ỏp được lắp đặt trờnmiệng giếng khoan

Hệ thống này cú nhiệm vụ bịt kớn miệng giếng khoan khi xuất hiệnphun trào dầu khớ, tuần hoàn dung dịch tỏch bớt khớ khỏi dung dịch qua cỏcbỡnh và mỏy tỏch khớ, phun được dung dịch nặng để dập giếng khoan

1.3.3.1 Đối ỏp vạn năng

Người ta gọi nú là đối ỏp dạng màng hoặc tỳi Nú cú thể đúng trờn bất

kỳ thiết bị khoan nào và thậm chớ đúng cả giếng khoan trống Nú cho phộpviệc thao tỏc cột cần khoan qua lớp màng trong khi giếng khoan được đúng vàdưới tỏc dụng của ỏp suất

Hình 1.3 - Đối áp vạn năng

1.3.3.2 Đối áp ngàm(hay đối áp má)

Khi đóng giếng hoàn toàn, bộ phận để đóng giếng là má đặt nên gọi làđối áp má đặt

Trong khi khoan hoặc chống ống nếu xảy ra hiện tượng dầu khí phunthì 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 miệnggiếng( cắt cần)

Đối áp ngàm có thể đóng bằng tay hoặc bằng thuỷ lực nhưng mở thìhoàn toàn bằng thuỷ lực

thổi khí Nó cho phép tự động đóng kín miệng giếng ở bất kỳ vị trí nào củacột cần khoan Khi làm việc nó được lắp cùng một đối áp ngàm hoặc đối ápvạn năng.

Hình 1.4 - Đối áp xoay

1.3.4 HБ – 600 dùng trong công tác khoanệ thống tuần hoàn dung dịch

Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch các các chức năngnhư: Nâng mùn khoan; Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng sau khi ngưngtuần hoàn dung dịch; Làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho bộ khoancụ… Sơ đồ làm việc của hệ thống tuần hoàn dung dịch được thể hiện trênhình 1.5

Hình1.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn dung dịch

1,2 Máy bơm dung dịch

1.3.4.1 Máy bơm dung dịch

Trong công tác khoan thăm dò và khai thác dầu khí, máy bơm piston được sử dụng rộng rãi

Hiện nay người ta sử dụng rất nhiều loại máy bơm như: máy bơm tácdụng đơn, máy bơm tác dụng kép, máy bơm tác dụng ba và máy bơm tácdụng bốn Tuỳ thuộc vào lưu lượng và cột áp khác nhau cần thiết mà có thể sửdụng các loại máy bơm khoan với chức năng như trên.

Nước bị ép từ bơm khoan chảy qua đường ống cao áp, qua tuy ô cao ápvào đầu xa nhíc Đường ống cao áp gồm:, tuy ô cao áp, ống thẳng đứng

có cấu tạo và nguyên lý làm việc như nhau

Đùng để bảo đảm chế độ không tải khi khởi động bơm và để tăng dần

áp suất lên Khi bơm mới khởi động người ta đóng khóa nước lại để bơm làmviệc với chế độ không tải, sau đó mở dần khóa nước để áp suất trong bơmtăng lên từ từ Đường kích lỗ khóa phải bằng đường kính ống cao áp

-Tuy ô cao áp

Dùng để nối giữa đầu thủy lực và ống thẳng đứng Tuy ô cao áp phải

đủ bền và chịu được áp suất cao

CHБ – 600 dùng trong công tác khoanƯƠNG 2: LÝ THБ – 600 dùng trong công tác khoanUYẾT CƠ BẢN BƠM PISTON:

2.1 Tổng quan về máy bơm khoan trong công nghiệp dầu khí:

Máy bơm dung dịch khoan là thiết bị không thể thiếu được trong mỗi tổhợp thiết bị khoan Nhiệm vụ của nó là hút chất lỏng ở bể chứa và bơm vàotrong cần khoan xuống đáy giếng, làm mát choòng khoan và đưa mùn khoanlên mặt đất Ngoài ra, máy bơm khoan còn tạo năng lượng chất lỏng để làmquay tuabin khoan trong quá trình khoan bằng tuabin Trong một số trườnghợp, máy bơm khoan còn được dùng để ép chất lỏng vào vỉa để duy trì áp suấtvỉa, tăng tuổi thọ khai thác cho vùng mỏ

Để thực hiện được các nhiệm vụ này thì máy bơm khoan thường được sửdụng là máy bơm piston, vì máy bơm loại này có các ưu điểm:

- Có thể bơm được các dung dịch có trọng lượng riêng khác nhau;

- Có thể tạo được áp suất lớn;

- Áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào nhau Đây là yếu tố quantrọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan;

- Cấu tạo đơn giản, dễ thay thế, bảo dưỡng

- Độ bền cao và dể vận chuyển

Ngoài ra, máy bơm piston sử dụng trong công nghiệp dầu khí có nhiệmvụ:

- Bơm trám ximăng;

- Bơm ép nước hoặc bơm nứt vỉa thuỷ lực;

- Bơm vận chuyển sản phẩm khai thác

Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy bơm khoan:

Bảng 2.1 - Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy bơm khoan

Công suất máy bơm, kW

Chiều dài hành trình piston, mm

2415,1175200

3950225023009510

6323502150÷17065

32,324,4154200

41902362320514600

6004002130÷20070

51,119,7

100250

51002626187725156

2.2 Phân loại máy bơm piston:

- Phân loại theo cách bố trí xi lanh:

+ Bơm thẳng đứng;

+ Bơm nằm ngang

- Phân loại theo cấu tạo của piston:

+ Bơm piston đĩa;

+ Bơm piston trụ

- Phân loại theo lưu lượng:

+ Bơm lưu lượng nhỏ: Q < 15 m3/h;

+ Bơm lưu lượng trung bình: Q = 15  60 m3/h;

+ Bơm lưu lượng lớn: Q> 60 m3/h

- Phân loại theo số xi lanh:

+ Bơm 1 xi lanh;

+ Bơm 2 xi lanh;

+ Bơm 3 xi lanh;

+ Bơm 4 xi lanh

- Phân loại theo áp suất:

+ Bơm có áp suất thấp: P < 10at;

+ Bơm có áp suất trung bình: P = 10  20 at;

+ Bơm có áp suất cao: P > 20 at

- Phân loại theo cách tác dụng:

+ Bơm tác dụng đơn;

+ Bơm tác dụng kép:

- Bơm 1 xi lanh tác dụng kép;

- Bơm 2 xi lanh tác dụng đơn.

+ Bơm tác dụng 3: ghép 3 xi lanh tác dụng đơn;

2.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy bơm piston :

Bơm piston là một máy thủy lực, trong đó năng lượng cơ học của động

cơ truyền cho chất lỏng nhờ một quả nén (gọi là piston) chuyển động tịnh tiếnqua lại trong xi lanh Ta xét cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tácdụng đơn và bơm piston tác dụng kép

2.3.1 Bơm piston tác dụng đơn :

b) Nguyên lý làm việc :

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu 13 quay, truyền chuyển động khứhồi cho piston 3 qua hệ thống con trượt 10, tay quay 12 và thanh truyền 11.Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh

Khoảng không gian giữa mặt đầu của piston và các van là khoang làmviệc của máy bơm Thể tích khoang làm việc này thay đổi phụ thuộc vào vị trícủa piston.

Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của piston gọi là điểm chếtphải (điểm A) và điểm chết trái (điểm B) Khoảng cách từ điểm chết phải đếnđiểm chết trái gọi là hành trình của piston, ký hiệu là S; S = 2R, R: bán kínhtay quay của trục khuỷu

Khi piston chuyển động từ A sang B, van hút 7 đóng lại, van đẩy 6 mở

ra, chất lỏng bị đẩy ra ngoài

Ngược lại, khi piston chuyển động từ B sang A, áp suất trong ống hútgiảm Lúc này van hút 7 mở, van đẩy 6 đóng, chất lỏng từ bể 9 được hút đầyvào khoang làm việc của máy bơm

Quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy Sau mỗi vòng quay của trục khuỷu,bơm thực hiện một quá trình hút và một quá trình đẩy

2.3.2 Bơm piston tác dụng kép :

a) Cấu tạo:

Hình 2.2 - Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép

Quá trình ngược lại, khi piston đi từ B2 đến B1 thì khoang B2 thực hiệnquá trình hút, khoang B1 thực hiện quá trình đẩy Như vậy, mỗi vòng quay củatrục chính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy (hai chu kỳ haycòn gọi là tác dụng kép) Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại quá trìnhhút và đẩy như cũ.

2.4 Các thông số cơ bản của máy bơm piston:

Các thông số cơ bản là các thông số biểu thị khả năng làm việc và đặctính của bơm, bao gồm: Cột áp (H - m cột nước); Lưu lượng (Q - l/s); Côngsuất (N - kW); hiệu suất (h)

- ZA và ZB: Độ cao của 2 mặt cắt đến mặt nước;

- PA, VA và PB, PB: Áp suất và tốc độ của dòng chảy ở 2 mặt cắt

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán cột áp của bơm

Ta có:

e P Z A g V A

A

A A

Z Z P P

A B A B

BA

2

2

- DeBA > 0: Máy bơm cung cấp năng lượng cho chất lỏng;

- DeBA < 0: Chất lỏng cung cấp năng lượng cho máy thủy lực;

DeBA = H, gọi là cột áp, đơn vị là mét cột nước

Thành phần B V B g A V A

2

2

Máy bơm tác dụng kép:

60

.a F S n i

Trong đó:

- F: Tiết diện xi lanh;

- S: Khoảng dịch chuyển của piston;

- f: tiết diện cần piston

Với bơm tác dụng đơn, a = 1

2.4.3 Công suất (N):

Công suất của động cơ (Nđc) chi phí cho quá trình bơm làm việc baogồm các thành phần sau:

- Chi phí công suất để nâng một lưu lượng Q lên độ cao H trong 1 đơn

vị thời gian được gọi là công suất thủy lực hay công suất có ích (Ntl);

Công suất thủy lực chính là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với bơmtrong 1 đơn vị thời gian

- Chi phí công suất để thắng các tổn hao thủy lực, tổn hao thể tích, tổnhao cơ khí, được đánh giá bằng hệ số htl, hV và hc.

+ Tổn hao thủy lực htl: bao gồm chi phí để thắng các sức cản thủy lực

do ma sát với thành ống và các tổn hao cục bộ do thay đổi tốc độ dòng chảykhi chất lỏng chuyển động từ bể chứa đến ống đẩy Ngoài ra còn để thắng lựcquán tính của van

Q

Q



Qt, Ql: Lưu lượng thực tế và lưu lượng lý thuyết

Như vậy, công suất trên trục của piston là công suất làm việc hay côngsuất chỉ báo (Nlv):

V tl

tl lv

N N

V tl

N

h h h

 h

h

.

2.5 Đường đặc tính của máy bơm piston:

2.5.1 Đường đặc tính làm việc của máy bơm piston:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ H = f(Q) khi tốc độ quay của tay quay n

là hằng số gọi là đường đặc tính của máy bơm piston

0

Hình 2.4 - Đường đặc tính làm việc của bơm piston

- Đường 1’ và đường 2’ là đường đặc tính lý thuyết ứng với tốc độquay là n1 = const (Q1) và n2 = const (Q2)

- Đường 1 và đường 2 là đường đặc tính thực tế ứng với n1 và n2, n1 <

n2

Qua đồ thị ta thấy :

- Về mặt lý thuyết, khi n = const thì việc tăng cột áp H không ảnhhưởng tới lưu lượng Q (H và Q độc lập với nhau)

- Có sự sai khác giữa đường lý thuyết và thực tế là do khi cột áp H tăng

sẽ tăng các hiện tượng rò rỉ Sự sai khác này càng lớn khi Q càng lớn, vì lúcnày không chỉ có hiện tượng rò rỉ mà các van làm việc cũng không kịp thời,gây tổn thất về lưu lượng

2.5.2 Đường đặc tính phụ thuộc giữa Q, N và η của máy bơm với H :

η

Q N

H

Hình 2.5 - Đường đặc tính phụ thuộc giữa Q, N và η với H

Từ đồ thị ta thấy :

- Khi H tăng thì Q giảm ;

- Ở đoạn H1, H2, hiệu suất không thay đổi;

- Khi cột áp làm việc ở mức rất thấp hoặc rất cao, hiệu suất làm việcgiảm Khi H thấp, hiệu suất giảm do công suất có ích trên trục máy bơmnhỏ; khi H cao, hiệu suất giảm do hiện tượng rò rỉ

2.5.3 Đường đặc tính xâm thực của máy bơm:

Hiện tượng xâm thực ở máy bơm là hiện tượng xuất hiện bọt khí ởtrong chất lỏng được bơm Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xâm thực

là do sự xuất hiện các bọt khí, xảy ra khi:

- Chiều cao hút quá lớn làm giảm nhiệt độ sôi

- Nhiệt độ chất lỏng quá cao

- Trong chất lỏng có khí đồng hành

- Đường ống hút quá nhỏ, quá dài làm tăng tổn thất thủy lực

Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng làm việc bình thường củamáy bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất địnhphụ thuộc độ chân không của máy bơm

Hình 2.6 - Đường đặc tính xâm thực của máy bơm

Q

Q 2

Q 1

K

1

K gh

n 2

n 1

n

2 >> n 1

K1, K2 là điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm ứng với trị

số áp suất chân không giới hạn Nếu độ chân không vượt quá các trị số giớihạn thì bơm sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực

CHБ – 600 dùng trong công tác khoanƯƠNG 3: MÁY BƠM YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ – 600 TRONG CÔNG TÁC KHБ – 600 dùng trong công tác khoanOAN

DẦU KHБ – 600 dùng trong công tác khoanÍ

Máy bơm dung dịch khoan hiện nay có rất nhiều loại tuy nhi ên tr ên c ácgiàn cố định của Việt Nam hiện nay máy bơm YHБ – 600 vẫn được sử dụngrộng rãi do nó có được các ưu điểm:

- Công suất khá lớn đảm bảo đủ công suất, lưu lượng, áp suất cho nhu cầukhoan trên các vùng biển Việt Nam

-Làm việc ổn định ít xảy ra hỏng hóc lớn, dễ dàng trong việc bảo dưỡng,sửa chữa khắc phục khi sự cố hỏng hóc máy bơm

- Giá thành thấp, tuổi thọ cao, đảm bảo về yêu cầu kinh tế khi sử dụng loạimáy bơm này

3.1 Đặc tính Kỹ thuật và nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ-600 3.1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy bơm YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ-600

Máy bơm YHБ-600 là dạng máy thủy lực thể tích nằm ngang có 2 xylanh tácdụng kép Nó là máy bơm dùng để bơm dung dịch khoan xuống đáy giếngtrong quá trình khoan thông qua cột cần khoan Ngoài ra, còn dùng để bơmdung dịch khoan xuống đáy giếng làm quay tuabin và choòng khoan đồngthời tạo áp suất để đưa mùn khoan lên trên bề mặt và gia cố thành giếngkhoan, làm mát choòng khoan Đặc tính kỹ thuật của máy như sau :

Bảng 3.1.Đặc tính kỹ thuật bơm YHБ-600 :

Dạng van an toàn Dạng màng

Đường của bánh đai và trọng lượng máy bơm tương ứng

Ф1400mm 22250kg Ф1700mm 25750kg

Ф1800mm 26050kg

Đặc tính làm việc: Với mỗi cấp đường kính xylanh khác nhau, thì bơm sẽ làmviệc với những giá trị lưu lượng và cột áp khác nhau Đường kính xylanhcàng nhỏ thì diện tích buồng làm việc sẽ càng nhỏ, nên lưu lượng bơm sẽgiảm và cột áp bơm (áp suất bơm) sẽ càng tăng Ngược lại, đường kínhxylanh càng lớn thì lưu lượng bơm sẽ càng lớn và áp lực bơm càng nhỏ Điềunày được thể hiện rõ nhất qua bảng đặc tính làm việc của bơm ứng với mỗicấp xylanh

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của xylanh ứng với số hành trình tối đa 65(l/p)

Đường kính xylanh

(mm)

Lưu lượng(m3/h)

Áp suất(KG/cm2)200

100115125140165190225250

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ – 600 dùng trong công tác khoanБ-600

1

2

6 3

8

9 7

10 11

12

14

24 20

21 19

17

22

15 13

h b

Hình 3.1 Sơ đồ động học máy bơm khoan YHБ-600

Bảng 3.3 Các chi tiết sơ đồ động học dẫn động máy bơm khoan YHБ-600

Hai máy Diezel (1) làm việc với chiều quay cố định như trên hình (3.1), toàn

bộ mômen truyền động sẽ được truyền qua hộp giảm tốc, côn hơi và hoà tảivào puly (8) Puly (8) truyền chuyển động cho puly (10) qua bộ truyền đai (9)làm cho trục (25) quay cùng bánh răng chủ động (11) Bánh răng chủ động(11) quay sẽ dẫn động cho bánh răng bị động (13) quay theo qua cặp bánhrăng 123/25 Bánh răng (13) quay làm trục khuỷu (12) quay và biến chuyểnđộng quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston để thực hiệnquá trình nén hút

Với cách bố trí như vậy nên hoạt động của máy bơm theo hành trình kép,nghĩa là cả hai chiều máy đều thực hiện đồng thời hai chức năng, nén chấtlỏng vào ống cao áp để vào giếng khoan và hút chất lỏng từ bể vào xylanh đểchuẩn bị cho hành trình nén tiếp theo

Khi piston chuyển động theo hình mũi tên, các van b, e, d, g đóng lại còn cácvan f, h mở ra để cho dung dịch đi vào đường ống cao áp và xuống giếng,đồng thời các van a, c mở ra để dung dịch từ bể chứa đi vào xylanh chuẩn bịcho hành trình tiếp theo Quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy, chất lỏng đượcđẩy vào giếng khoan liên tục

Máy bơm YHБ-600 có 2 xylanh bố trí song song, tay quay lệch pha nhau 90o

để chất lỏng đẩy ra đều đặn hơn Trên đường xả của máy bơm có bố trí bìnhkhí (bình điều hòa) để đảm bảo áp suất cũng như lưu lượng đầu ra ổn địnhhơn Trong quá trình khoan có thể xảy ra các hiện tượng rắc rối phức tạp nhưtắc cần, kẹt mùn, vòng tuần hoàn bị cản trở hoặc bị đình trệ Trường hợp tắchoàn toàn có bộ phận van an toàn bật ra để xả chất lỏng ra ngoài Bình thườngtheo dõi qua đồng hồ

Trong quá trình làm việc, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xylanh.Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của nó được gọi là điểm chết phải

và điểm chết trái của piston Khoảng cách giữa điểm chết phải đến điểm chếttrái gọi là khoảng chạy của piston, ký hiệu là S

Sau cứ mỗi lần chuyển động từ điểm chết phải sang điểm chết trái, thì pistonlại đẩy và hút được một thể tích chất lỏng là: F.S và (F-f).S Ngược lại, khipiston chuyển động từ điểm chết trái sang điểm chết phải, thì nó cũng đẩy vàhút được một thể tích chất lỏng tương tự là: (F-f).S và F.S

Trong đó:

+ F là diện tích piston, dm2;+ f là tiết diện cần piston, dm2;+ S là khoảng chạy piston, dm

Mỗi lần piston chuyển động từ điểm chết phải sang điểm chết trái và ngượclại được gọi là một bước kép Như vậy, sau một bước kép của piston thì bơmcung cấp một lượng chất lỏng là Q:

Q = F.S + (F-f).S = (2F-f).S (l/s)

Gọi n là số bước kép trong một phút (vg/ph) thì:

Q =  

60

.

2F  f S n

30

.

2F  f S n

Trong thực tế, lưu lượng của bơm sẽ nhỏ hơn vì:

- Chất lỏng bị tổn hao do độ hở của van và các chỗ nối (được đánh giá bằng

Hình 3.2 Sơ đồ tổng thể máy bơm piston YHB-600

Máy bơm YHБ-600 cấu tạo gồm hai phần chính là phần cơ khí và phầnthủy lực

- Phần cơ khí có nhiệm vụ nhận mômen truyền động từ hệ thống dẫnđộng và biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến trên con trượtcũng như trục trung gian truyền đến phần thủy lực để máy hút và đẩy chấtlỏng vào giếng khoan

- Phần thủy lực của máy bơm là nơi lắp ráp các cụm chi tiết như: xylanh,piston, van hút, van nén, van an toàn và bình điều hoà Phần thủy lực của máybơm là nơi tiếp nhận năng lượng từ phần cơ của máy bơm để truyền nănglượng đó tới chất lỏng và di chuyển chất lỏng đó từ bể chứa qua đường ống xảvào giếng khoan

Ngoài ra, nó còn gồm một số bộ phận khác như: thiết bị làm kín, hệ thốngbôi trơn và làm mát

3.2.1 Phần cơ khí

3.2.1.1 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của cụm cơ khí (hình 3.3)

Phần cơ khí có nhiệm vụ dẫn động và truyền công suất cho phần thủy lựclàm việc

Phần cơ khí có cấu tạo như hình 2.4 gồm: bánh đà, trục chủ động, bộtruyền động bánh răng, hệ thống tay quay-thanh truyền và kết cấu con trượt.Khi trục 27 nhận được chuyển động từ bộ truyền đai và quay theo chiềumũi tên làm bánh răng bị động 11 quay theo Bánh răng 11 được liên kết chặtvới trục 9 nên trục 9 quay theo và biến chuyển động quay thành chuyển độngtịnh tiến trên con trượt cũng như ty trung gian 1 để thực hiện quá trình hút vànén chất lỏng về đường cao áp Bánh răng trên trục chủ động 27 là bánh răngnghiêng có số răng Z=25, trên trục bị động cũng là bánh răng nghiêng nhưng

có số răng Z’=123 Vậy tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng là i=123/25

Ổ bi của trục chủ động 27 và trục 9 được lắp giữa hai thân trên 13 và thândưới 16 và được kẹp bởi ốc 4 Nắp kiểm tra 2 dùng để kiểm tra sự bôi trơncho cụm con trượt 23 cũng như máng trượt trên 21 Nắp 7 dùng để kiểm tracác chi tiết bên trong của máy bơm cũng như là nơi để bổ xung dầu bôi trơncho máy Việc kiểm tra truyền động bánh răng và dầu bôi trơn được thực hiệnthông qua một lỗ đặc biệt được mở nhờ nắp thăm dò 6 Lỗ này xả hơi ra ngoàikhi bơm làm việc và đổ dầu vào bể khi dầu trong bể cạn hoặc thay dầu mới.Que thăm dầu 14 dùng để kiểm tra mực nhớt trong máy bơm, yêu cầu mựcnhớt phải nằm trong khoảng min và max đã được đánh dấu trên que thăm.Máy bơm được bôi trơn bằng dầu công nghiệp 40 của Liên Xô cũ hay tươngđương với loại Vietria-100

Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo phần cơ khí của máy bơm YHБ-600

13.Thân trên máy bơm

14.Que thăm dầu

15.Đế máy bơm16.Thân dưới bơm17.Lỗ tháo dầu18.Máng trượt dưới19.Ốc vít máng trượt dưới20.Ốc hãm

21.Máng trượt trên22.Ốc hãm

23.Con trượt24.Chốt con trượt25.Ốc vít máng trượt trên26.Tấm chắn dầu

27.Trục chủ động máy bơm28.Ốc hãm ty trung gian

Sự bôi trơn cặp bánh răng ăn khớp bằng cách ngâm dầu tức là dầu được đổ

ít nhất ngập chân răng bánh răng lớn Còn vòng bi tay biên và con trượt mángtrượt bằng phương pháp vung té Cặp bánh răng sẽ quay như hình vẽ, dầu sẽ

văng lên ngăn buồng dưới nắp 2 và chảy qua lỗ dẫn vào con trượt để bôi trơncho con trượt ở mặt đầu của máng trượt dưới 18 người ta lắp tấm chắn dầu 26nhờ vậy mà trong lòng máng trượt luôn luôn có một lượng dầu bôi trơn chocụm con trượt Các vòng bi còn lại được bôi trơn định kỳ bằng mỡ bôi trơn

3.2.1.2 Cấu tạo của cụm trục chủ động và bánh đai (hình 3.4)

Bánh đai 1 có các đường kính: Φ1400, Φ1700 hoặc Φ1800

Bánh đai gồm 16 rãnh đai, bánh đai được lắp với trục 18 bởi then bằng 5,trục có cấu trúc hai đầu giống nhau nhằm mục đích có thể thay đổi bánh đailắp ở hai phía mở rộng phạm vi lắp đặt cho máy và bánh đai được kẹp chặtvào trục nhờ hai bulông số 2 cùng với đệm phòng lỏng 3 và êcu 4 Để đảmbảo an toàn người ta dụng chụp 25 để chụp lại đầu trục không lắp puly Ở haiđầu trục được lắp vòng bi 15, 22, gioăng làm kín 14, 21 cũng như các mặtbích 20, 13 như trên hình vẽ Long đen 7 và ốc 8 được vít chặt vào đầu trục để

cố định puly dịch chuyển theo phương dọc trục

* Một số vấn đề cần lưu ý với cụm puly:

Cụm bánh đai là chi tiết quan trọng trong cụm máy bơm nên vấn đềthường xuyên kiểm tra trước khi nhận ca của mỗi người cần phải thực hiệnmột cách nghiêm túc Đặc biệt chú ý ốc 25 chỉ cần hơi lỏng một chút nếukhông kịp thời xiết chặt lại thì then 5 sẽ hỏng ngay vì tải trọng lên trục là rấtlớn Vấn đề bôi trơn cho ổ 22 và 15 cần phải tuân thủ đúng định kỳ quy định.Nếu phải thay thế cụm puly cần chú ý phải treo puly 1 trước khi tháo nắp máynếu không khi cẩu nắp máy ra puly sẽ đổ về phía bánh đai

Hình 3.4 Trục chủ động và bánh đai máy bơm

16.Ống lót17.Đệm lót18.Trục puly19.Gioăng làm kín20.Mặt bích

21.Gioăng làm kín22.Ổ bi

23.Ống lót24.Đệm lót25.Ống bảo vệ

3.2.1.3 Kết cấu con trượt (hình 3.5)

1 6 5

2 A 3

Máng trượt gồm hai máng đỡ, máng đỡ dưới và máng đỡ trên là điểm tựacho con trượt chạy trên nó, máng đỡ có hình cung tròn phía trong có độ nhẵnlớn để hạn chế tối đa ma sát giữa con trượt và lòng máng Trong quá trìnhhoạt động phải luôn đảm bảo đủ lượng dầu bôi trơn trong máng

Khe hở giữa con trượt và máng trượt từ 0,2÷0,5mm.

Cấu tạo của con trượt khá đơn giản, nó di chuyển qua lại trên máng nhờ cơcấu tay quay-thanh truyền Con trượt 6 được lắp nối với tay biên nhờ đầu nhỏtay biên 5, đầu này được gắn trên con trượt 6 và được cố định bởi chốt 1thông qua bạc lót 2 Ngoài ra, mặt trên và mặt dưới của con trượt 6 có lắp tấmkim loại 3 có dạng hình cong giống như máng trượt, tấm kim loại này trên bềmặt có tráng lớp kim loại chị ma sát và chịu được nhiệt độ cao, chúng đượcghép chặt với con trượt nhờ bulông và đai ốc chìm

3.2.1.4 Tay biên (hình 3.6)

Tay biên được chế tạo bằng thép và gồm 3 phần chính: đầu nhỏ, đầu to vàthân tay biên Đầu nhỏ tay biên được nối với con trượt bằng chốt Đầu tothanh truyền có lắp vòng bi đũa để lắp vào trục biên Hai tay biên của máybơm được lắp lệch nhau một góc 900 Bulông đai ốc được chế tạo bằng thép

1190 1905

1070

R355 R160

Hình 3.6 Tay biên

3.2.2 Phần thuỷ lực (hình 3.7)

Phần thủy lực cấu tạo gồm các bộ phận chính như: hộp thuỷ lực, cụmxylanh-piston, van, ống hút, ống đẩy, bình điều hòa.

Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo phần thủy lực

1 Hộp thuỷ lực phía phải

2 Lồng nối

4 Gioăng cao su

5 Ống lót mỏng