Xem mẫu
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
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:
“Cấu tạo và nguyên lý làm việc, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa máy bơm
piston YHБ-600 phục vụ cho công tác khoan dầu khí từ đó nghiên cứu các
dạng hỏng của cụm van máy bơm”.
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 06, năm 2010
SV: Trần Sách Đôn
Trần Sách Đôn 1 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
CÔNG TÁC THĂM DÒ– KHAI THÁC DẦU KHÍ HIỆN NAY
1.1. Mục đích và ý nghĩa, nhiệm vụ của công tác khoan
Do nhu cầu về sử dụng năng lượng ngày càng nhiều nhằm phục vụ cuộc
sống con người. Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đã ra đời là một ngành then
chốt và mang tính tiên phong để sản xuất ra năng lượng. Đ ối với thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng thì công tác thăm dò tìm kiếm và khai thác dầu khí
hiện nay càng trở nên quan trọng. Ước tính sản lượng khai thác dầu tại mỏ Bạch
Hổ đang có xu hướng giảm dần trong mấy năm vừa qua và nhu cầu sử dụng năng
lượng thì ngày càng tăng cũng là lời nhắc nhở cho ngành công nghiệp mũi nhọn
này.
Vì vậy, công tác khoan thăm dò- khai thác Dầu khí sẽ được chú trọng nhiều
hơn nữa nhằm đảm bảo vững chắc và củng cố an ninh năng lượng của mỗi quốc
gia.
Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam ngày nay đã và đang tích cực tìm kiếm
khoan thăm dò không chỉ ở trong nước mà còn vươn xa ra cả quốc tế. Trong
nghành công nghiệp Dầu khí này thì công tác khoan đóng vai trò hết sức quan
trọng. Nó không chỉ là bước đầu thực hiện những thao tác thăm dò và khai thác tài
nguyên thiên nhiên mà còn có tính quyết định đến năng suất công việc cũng nh ư
hiệu quả quá trình tìm kiếm, thăm dò và khai thác Dầu khí.
1.2 Nhiệm vụ của công tác khoan
Là một quá trình không thể thiếu trong công tác tìm kiếm thăm dò và khai
thác dầu khí, hiện nay có rất nhiều giếng khoan được tìm kiếm và đang được đưa
vào sử dụng khai thác dầu khí. Giếng khoan dầu khí có nhiều loại và ta có th ể
phân loại chúng thành một số loại giếng như sau:
- Giếng khoan thăm dò.
- Giếng khoan khai thác.
- Giếng khoan dùng để bơm ép.
- Giếng khoan chuẩn.
Tuy nhiên, các giếng khoan trên có thể chuyển đổi cho nhau trong những thời
điểm thích hợp của quá trình sản xuất.
Nhiệm vụ cuối cùng của công tác khoan là làm thế nào để tạo ra những
giếng khoan dầu có thể vào khai thác một cách an toàn và hiệu quả. Ngày nay với
những nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng khoa học kỹ thuật vào phục vụ cho
công việc, công tác khoan trở nên đa dạng hơn như có thể mở rộng khoan xiên,
khoan ngang và có thể được những độ sâu lớn hơn.
Trần Sách Đôn 2 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
1.3. Những chu trình thi công giếng khoan thăm dò– khai thác. Nhiệm vụ của
công tác rửa giếng
1.3.1. Chu trình thi công giếng khoan
- Khoan thuần túy
- Công tác rửa giếng khoan
- Công tác kéo thả
- Quá trình gia cố thành giếng khoan.
1.3.2. Nhiệm vụ của công tác rửa giếng
Khi quá trình khoan được thưc hiện, choòng khoan được đưa xuống để phá
hủy đất đá, một nhiệm vụ được đặt ra là phải đưa mùn khoan lên trên bề mặt
nhằm khoan giếng đạt được nhưng độ sâu cần thiết. Ban đầu chúng ta chưa biết
ứng dụng khoa học kĩ thuật vào công việc đưa mùn khoan lên trên bề mặt. Vì thế
việc đưa mùn khoan lên trên là một khó khăn. Ngày nay với sự phát triển của khoa
học kĩ thuật, con người đã biết ứng dụng những công nghệ vào việc lao động sản
xuất . Cũng như họ đã biết vận dụng những công nghệ đó vào khoan khai thác dầu
khí và đặc biệt trong công tác khoan. Người ta đã sử dụng máy bơm có áp lực cao
như bơm piston để đưa chất lỏng xuống giếng khoan và sẽ đưa mùn khoan từ đáy
giếng qua khỏang không vành xuyến đưa chất lỏng lên trên bề mặt. Dung dịch
lỏng đó có tác dụng hòa tan mùn khoan theo cùng đi lên trên bề mặt, đồng thời gia
cố tạm thời thành giếng khoan, làm sạch giếng khoan nhằm giảm thiểu cản trở
tối đa do ma sát đối với cần khoan. Do vậy, công việc rửa giếng khoan là hết sức
quan trọng bởi nó quyết định đến độ sâu của giếng khoan và hiệu quả của quá
trình khoan.
Trần Sách Đôn 3 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG MÁY BƠM DUNG DỊCH KHOAN Ở XÍ
NGHIỆP LIÊN DOANH VIETSOVPETRO
2.1. Tình hình sử dụng máy bơm dung dịch khoan ở Vietsovpetro
Trước đây hầu hết các thiết bị máy móc cũng như các thiết bị máy bơm sử
dụng trong liên doanh dầu Vietsovpetro đều do Liên Xô ( Nga ) chế tạo và cung
cấp. Hiện tại Liên doanh dầu khí Vietsovpetro vẫn còn sử dụng các loại máy bơm
như: YHБ-600, 9MPT-73 do Nga chế tạo được dùng để bơm dung dich khoan.
Ngoài ra, còn một số máy bơm như FMC, ADENA, do Canada chế tạo được sử
dụng để bơm ép vỉa. Xu thế hiện nay là sử dụng các loại máy bơm của các nước
tư bản sản xuất vì chúng có hiệu quả trong quá trình khoan. Trải qua rất nhiều
năm sử dụng máy bơm Liên Xô ( Nga ) vẫn được sử dụng rộng rãi trên các giàn
khoan của xí nghiệp Vietsovpetro. Các loại máy bơm này đã góp phần vào việc
phục vụ công tác bơm dung dich khoan.
Tuy nhiên cũng cần có những nghiên cứu và biện pháp để làm tăng hiệu quả
của công tác bơm dung dịch nhằm đáp ứng được những yêu cầu ngành Dầu khí
của Xí Nghiệp Vietsovpetro nói chung và của thế giới nói riêng. Tất cả đều hướng
tới việc phát triển ngành công nghiệp Dầu khí lâu bền và vững mạnh.
2.2.Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan
Dung dịch khoan được tuần hoàn theo sơ đồ dưới:
7 15
6
5
1 2 16
14
3 4
9 8 17
19
10
18
20
21
Trần Sách Đôn 13 412 11 ết bị dầu khí K 50
Thi
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn.
1,2. Máy bơm dung dịch 14. Manifold hút
3,4. Bể chứa dung dịch sạch 15. Đầu xa nhích
5. Manifold cao áp 16.Cần chủ động
6. Van một chiều 17. Cần khoan
7. Vòi cao áp 18. Cần nặng
8. Máng xả 19. Thành giếng
9. Sàng rung 20. Choòng khoan
10.Bể chứa chất thải 21. Khoảng trống
11. Bể chứa dung dịch Giữa ống trống và cần khoan
12.Máng lọc bùn
13.Máng tách khí
* Giải thích sơ đồ 1.1
- Từ bể chứa (11) dung dịch sẽ đi qua máy lọc bùn (12) khi đó bùn được giữ
lại để dung dịch tiếp tục đi qua máy tách khí (13), phần lẫn khí trong dung dịch sẽ
được tách khí ra từ máy tách khí, dung dịch đi vào bể chứa (3 và 4) từ bể chứa (3)
dung dịch sẽ đi vào máy bơm. Từ (4) dung dịch sẽ đi qua manifold hút sau đó dung
dịch tiếp tục đi xuống cần khoan va choòng khoan lúc này dung dịch và tạp chất
được đưa ngược lên thành giếng và quay trở về máng xả (8) để tiếp tục qua sàng
rung. Cuối cùng chất thải được đưa trở về bể chứa (10) còn dung dịch sẽ trở về
bể chứa (11) và tiếp tục vòng tuần hoàn.
Trong công tác khoan Dầu khí thì dung dịch đóng vai trò quan tr ọng. Bởi vì
dung dịch khoan có chức năng sau:
- Chức năng nâng mùn khoan: Trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan có
nhiệm vụ nâng mùn khoan lên miệng giếng. Việc nâng mùn khoan lên phụ thuộc
vào vận tốc, trọng lượng riêng và độ nhớt của dung dịch khoan. Các tính chất này
phụ thuộc tính chất đất đá tạo mùn ở mỗi tầng địa chất.
- Chức năng giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng sau khi ngưng tuần hoàn
dung dịch mùn sẽ được giữ lại trong khoảng không vành xuyến. Chính tính lưu
biến của dung dịch đã giữ mùn khoan ở trang thái này nhờ sự gen hóa khi ngưng
tuần hoàn. Thực tế là các dung dịch nhớt đều có tính lưu biến.
- Chức năng làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho bộ khoan dụng cụ:
Dụng cụ khoan bị nóng lên bởi ma sát cơ học, chuyển thành nhiệt và nóng lên bởi
nhiệt độ ở đáy giếng ( nhiệt địa ). Việc dung dịch khoan có khả năng làm giảm ma
Trần Sách Đôn 5 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng. Do đó để cải thiện chức năng này người ta
cho thêm vào dung dịch các chất chống ma sát như dầu và các phụ gia khác.
- Chức năng gia cố thành giếng khoan: dung dịch khoan sẽ thẩm thấu vào
thành để lại một lớp màng các hạt keo. Lớp màng này được gọi là vỏ sét. Lớp vỏ
sét này bám chắc được lá nhờ các sản phẩm đặc biệt gọi là chất khử lọc.
- Chức năng khống chế sự xâm nhập các chất lỏng từ vỉa: dung dịch khoan
tác động một áp suất tĩnh lên thành giếng có giá trị bằng
Ph = 9,81.ρ.H (2.1)
H: Chiều cao của cột dung dịch ( m )
Ρ: Khối lượng riêng của dung dich khoan ( kg/m3)
Nếu áp suất thủy tĩnh Ph lớn hơn áp suất chất lỏng trong thành thì chất lỏng
này không thể chảy vào trong giếng được. Do đó có thể coi dung dịch khoan như
một đố áp đầu tiên khống chế áp suất ở đáy giếng.
- Chức năng truyền dẫn công suất cho động cơ đáy: Đối với một số ứng
dụng cho khoan định hướng, khoan bằng choòng kim cương người ta lắp vào bộ
khoan một động cơ đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích). Động cơ này làm việc nhờ
dung dịch khoan cụ làm quay dụng cụ phá đá. Khi vận hành động cơ này sẽ gây
sụt áp lớn và tổn thất áp suất trong hệ thống đẩy của bơm.
- Chức năng truyền thông tin (dữ liệu) địa chất: Nhờ tuần hoàn mà dung dịch
khoan cho nhà địa chất và thợ khoan khi khoan biết được địa tầng của mỗi vùng
khoan qua.
Chính nhờ các chức năng của dung dịch khoan giúp cho quá trình khoan được
thuận lợi. Sau khi đưa mùn khoan lên dung dịch khoan đã bị bẩn. Để tiếp tục tái sử
dụng dung dịch cần phải làm sạch dung dịch trước khi bơm trở lại. Các thiết bị
bơm và làm sạch dung dịch gồm có:
+ Máy bơm dung dịch và hệ thống vòi cao áp
+ Sàng rung
+ Máng lắng
+ Máy lọc cát
+ Máy tách khí
+ Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan
2.2.1. Máy bơm dung dịch khoan
Hiện nay máy bơm khoan được sử dụng trên giàn khoan là loại máy bơm
piston: Máy bơm hai xi lanh tác dụng kép hoặc máy bơm piston 3 xi lanh tác dụng
đơn dung dịch rửa giếng khoan.
Máy bơm khoan được dùng nhiều là loại bơm piston bởi vì nó có một số ưu
điểm sau:
Trần Sách Đôn 6 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Tạo được áp suất lớn
- Lưu lượng bơm và áp suất bơm độc lập với nhau
- Cấu tạo đơn giản dễ thoan thay thế, lắp ráp và bảo dưỡng
- Độ bền cao phù hợp với công tác khoan trên biển
Do bơm piston có thể tạo ra áp lực cao nên chúng được dùng để đ ưa dung
dịch khoan xuống giếng khoan. Chất lỏng dung dịch mà bơm có thể đưa đ ược
xuống là nước, sét, dung dịch nhũ tương
2.2.2. Sàng rung
Sàng rung là một bộ máy lọc nước đầu tiên sau khi dung dịch từ giếng khoan
ra.
Sàng rung được cấu tạo từ các tấm lưới kim loại đặt nghiêng 13-15 độ.
Dung dịch chảy vào là nhờ sự rung động nhịp nhàng của đối trọng, và lò xo
giảm đối mà những phần tử nhỏ, nhẹ chảy xuống máng vào bể chứa dung dịch
còn các phân tử nặng lớn rơi ra ngoài.
2.2.3. Máy lọc cát (hyđroxycl )
Là loại máy lọc cát trong dung dịch sau khi đã chảy qua sàng rung và máng
lắng. Dung dịch được các bơm ly tâm xả vào các côn theo phương tiếp tuy ến.
Những phân tử nặng rơi xuống dưới chảy ra ngoài. Còn các phân tử nhẹ trào lên
trên chảy vào máng dung dich ( n các loại này co kích thước nhỏ hơn 74 μm ). Máy
lọc cát sẽ tách các loại hạt có kích thước lớn hơn 74 μm.
2.2.4. Máng lắng
Được dùng để tách bớt một phần chất rắn trong dung dịch đã l ọt qua sang
rung. Máng lắng có chiều rộng từ 600-700 mm, chiều sâu từ 400 – 600 mm và
chiều dài từ 40 – 50 m. Máng lắng có tác dụng làm chậm tốc độ chảy của dung
dịch. Tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng đọng trên suốt chiều dài máng.
2.2.5 Máy tách khí
Là loại máy dùng để xử lý dung dịch khoan khi bị lẫn khí, tránh, tránh nguy
cơ phun trào, tránh nguy cơ gây hỏa hoạn đồng thời đảm bảo hiệu suất cho các
loại máy bơm.
Máy tách khí có nhiều loại được sử dụng, nhưng đều có nguyên lý làm việc
giống nhau. Nguyên lý cơ bản là sử dụng chênh lệch áp suất trong bình chân không
của buồng máy với áp suất của các bọt khí lẫn trong dung dịch. Điều quan trọng
nhất của máy tách khí là máy hút chân không để hút hết không khí trong bình tạo ra
một áp suất nhỏ hơn áp suất bên ngoài.
2.2.6. Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan
Trần Sách Đôn 7 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch bao gồm: Bể chứa, thùng trộn, phễu
trộn, máy quấy và súng phun.
1. Bể chứa dung dịch khoan
Bể chứa dung dịch khoan có dạng hình hộp chữ nhật với các kích thước tiêu
chuẩn sau:
Chiều dài: 3700 ÷6000( mm )
Chiều rộng: 2650 ( mm )
Chiều cao: 1820 ( mm )
Bể chứa được gia công từ các tấm tôn dày hàn vững chắc nhờ các thanh thép
định hình. Số lượng bể chứa cho một giàn khoan có thể thay đổi theo vị trí của
giàn khoan đó.
2. Thùng trộn dung dịch khoan
Thùng trộn dung dịch khoan được cấu tạo đơn giản, thường để trộn sét khô,
hóa phẩm và nước lã để tạo thành dung dịch khoan.
Thùng trộn có thể tích 4000 ÷ 10000 ( mm3 ). Bên trong có cánh được lắp trên
trục làm nhiệm vụ sáo trộn đều đất sét hóa phẩm và nước lã. Thùng trộn có một
máy khuấy bằng động cơ điện. Nước được bơm vào thùng qua ống dẫn lắp ở
phái trên còn hóa chất và lắp được đưa vào thùng từ nắp.
Với loại thùng trộn dạng này có thể tạo dung dịch khoan từ sét cục.
3. Phễu trộn
Phễu trộn dùng để gia công dung dịch khoan từ sét bột, dưới sự tác động của
dòng xoáy lực, xoáy cuộn để trộn đều sét, hóa phẩm và nước.
4.Máy quấy và sung phun
Là thiết bị dùng để quấy dung dịch trong bể. Việc khuấy động lần này làm
cho chất rắn trong bể không thể lắng đọng xuống đáy bể. Đặc biệt là dung dịch
nặng có bột đá ba-rít.
Nhờ vào máy quấy và sung phun làm cho các hạt rắn phân bố đều trong dung
dịch. Cả hai loại này thường được lắp ở bể chứa .
2.3. Những yêu cầu công nghệ của máy bơm dung dịch khoan
Đối với bơm dung dịch khoan cần được đáp ứng những yêu cầu sau:
- Do độ sâu của khoan là rất lớn vì vậy bơm cần có áp suất lớn cũng như đạt
được độ ổn định trong quá trình truyền dung dịch
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Có khả năng bơm dung dịch một cách ổn định
- Đáp ứng được những yêu cầu của công tác khoan
- Có mối liên kết lắp đặt hợp lý với các thiết bị trên giàn
2.4. Những kết quả đã đạt được, những tồn tại cần tập chung nghiên cứu.
Trần Sách Đôn 8 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Từ khi hình thành ngành Dầu khí tới nay các loại máy bơm đã được sử dụng
trên giàn khoan khai thác Dầu khí của Xí nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro một cách
hợp lý và hiệu quả. Đã góp phần to lớn trong công cuộc xây dựng nền công
nghiệp của đất nước từng bước phát triển hơn. Việc sử dụng máy bơm trong
công tác khai thác Dầu khí đã được sử dụng một cách hợp lý giúp cho quá trình
khai thác, tìm kiếm thăm dò đạt hiệu quả cao.
Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn còn có nhưng tồn tại hạn chế về mặt đáp ứng
các yêu cầu công nghệ hiện đại đang được sử dụng trên giàn khai thác Dầu khí
hiện nay. Do thời gian làm việc không đảm bảo được những yêu cầu cần thiết. Vì
vậy chúng ta cần phải có những biện pháp nhằm nâng cao hiệu tuổi thọ cũng như
khả năng làm việc của máy bơm để có thể đáp ứng được những yêu cầu công
việc.
Trần Sách Đôn 9 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 3
TÌM HIỂU VỀ MÁY BƠM PISTON YHБ-600
3.1. Lý thuyết cơ bản của máy bơm piston
3.1.1Tổng quan về máy bơm piston và việc phân loại chúng
Máy bơm piston được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế
quốc dân. Nó được sử dụng để bơm nước lã, bơm dung dịch, bơm hoá chất… và
phục vụ cho nhiều mục đích khác.
Nhất là chúng được dùng rất nhiều trong công tác khoan dầu khí hiện nay,
chúng được dùng để bơm dung dịch khoan xuống giếng khoan, dung dịch này có
các tác dụng:
- Làm mát dung cụ khoan
- Gia cố thành giếng khoan
- Làm sạch giếng khoan
- Khống chế chất lỏng từ vỉa
Máy bơm piston có thể tạo ra áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào
nhau. Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan. Cấu tạo
đơn giản, dễ sửa chữa, lắp ráp, độ bền cao và dễ thay thế
3.1.2.Phân loại máy bơm piston
* Phân loại theo cách bố trí xylanh:
- Bơm thẳng đứng
- Bơm nằm ngang
* Phân loại theo các tác dụng:
- Bơm tác dụng đơn
- Bơm tác dụng kép:
+ Bơm 1: xylanh tác dụng kép
+ Bơm 2: xylanh tác dụng đơn
- Bơm tác dụng ba: ghép 3 xylanh tác dụng đơn
- Bơm tác dụng bốn:
+ Hai xylanh tác dụng kép
+ Bốn xylanh tác dụng đơn
* Phân loại theo cấu tạo của piston:
- Bơm piston đĩa
- Bơm piston trụ
* Phân loại theo lưu lượng:
- Bơm lưu lượng nhỏ: Q
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
- Bơm lưu lượng lớn: Q=60 m3 /h
* Phân loại theo áp suất:
- Bơm có áp suất thấp: P
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Trong quá trình làm việc, trục khuỷu (13) quy, truyền chuyển động khứ hồi
cho piston (3) qua thống con trượt (10), tay quay (12) và thanh truyền (11). Piston
chuyển động tịnh tiến qua lại trong xylanh. Khoảng không gian giữa mặt đầu của
piston và các van là khoang làm việc của máy bơm. Thể tích khoang làm việc này
thay đổi phụ thuộc vào vị trí của piston.
Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của piston gọi là điểm chết phải
(điểm A) và điểm chết trái (điểm B). Khoảng cách từ điểm chết phải đến điểm
chết trái gọi là hành trình của piston, ký hiệu là S; S=2R, R: bán kính tay quay của
trục khuỷu. Khi piston chuyển động từ A sang B, van hút (7) đóng lại, van đẩu (6)
mở ra, chất lỏng bị đẩy ra ngoài. Ngược lại, khi piston chuyển động từ B sang A,
áp suất trong ống hút giảm. Lúc này van hút (7) mở, van đẩy (6) đóng, chất lỏng từ
bể chứa (9) được hút đầy vào 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.
3.1.3.2. Bơm piston tác dụng kép
7 2
4 4
1 11
B2 B1
R
S=2R 6
6 10 9
3
5 P
a
8
Hình 3.2. Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép
Bảng 3.2. Các chi tiết trong Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1 Xilanh 7 Van hút
2 Cần piston 8 Ống hút
3 piston 9 Bể hút
4 Hộp van 10 Con trượt
5 Ống đẩy 11 Thanh truyền
6 Van đẩy 12 Tay quay
13 Trục khuỷu
Nhờ có hệ thống tay quay- thanh truyền, chuyển động của động cơ sẽ được
biến thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xylanh với hành trình S=2R. Hai
Trần Sách Đôn 12 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
điểm B1, B2 ứng với hai vị trí biên của tay quay. Khi piston đi từ B 1 đến B2 thì
khoang B1 thực hiện quá trình hút, khoang B2 thực hiện quá trình đẩy. Khi đó
khoang thể tích B1 tăng lên, áp suất giảm dần và nhỏ hơn áp suất mặt thoáng P a, do
đó chất lỏng từ bể chứa qua van hút (6) vào buồng làm việc B1, trong khi đó van
(4) đóng lại. Còn bên khoang B2 thì thể tích buồng làm việc giảm, áp suất tăng lên,
van (6) đóng lại và van (4) mở ra, chất lỏng sẽ được đẩy qua van đẩy (4) và ống
xả (7). Khi piston tới B2 thì khoang B1 kết thúc quá trình hút, khoang B2 kết thúc
quá trình đẩy.
Quá trình ngược lại, khi piston đi từ B2 đến B1 thì khoang B2 thực hiện quá
trình hút, khoang B1 thực hiện quá trình đẩy. Như vậy, mỗi vòng quay của trục
chính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy( hai chu kỳ hay còn gọi là
tác dụng kép). Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại quá trình hút và đẩy như
cũ.
3.1.4. 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 đặc tính
của bơm. Bao gồm:
- Cột áp (áp suất): H (m cột nước)
- Lưu lượng : Q (l/s)
- Công suất : N (ml)
- Hiệu suất : η
- Cột áp (H)
Ở đây ta dùng khái niệm “Năng lượng đơn vị”. Năng lượng đơn vị là năng
lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng.
3.4.1.1. Cột áp
Cột áp của máy bơm là năng lượng đơn vị của dòng chảy trao đổi với bơm.
Nó được tính bằng sự chênh lệch năng lượng đơn vị của dòng chảy ở mặt tr ước
và mặt sau của máy bơm.
H = ∆eBA = eB - eA (3.1)
Trần Sách Đôn 13 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
PB B B B
, VB
PA
A A
, VA
Z Z
A B
Hình 3.3. Sơ đồ tính toán cột áp của bơm
Ta xét 2 mặt cắt (hình 1.1): mặt trước A-A và mặt sau B-B của bơm:
Ta gọi:
eA và eB: Năng lượng đơn vị ở mặt cắt A-A và B-B;
ZA và ZB: Độ cao của mặt cắt đến mặt nước;
PA, VA và PB, VB: Áp suất và tốc độ của dòng chảy ở 2 mặt cắt.
Ta có:
PA α .V 2
eA = + ZA + A A (3.2)
γ 2g
PB α .V 2
eB = + ZB + B B (3.3)
γ 2g
Trong đó:
g : Gia tốc trọng trường;
γ : Trọng lượng riêng của chất lỏng;
αA, αB : Hệ số điều chỉnh động năng.
Thay công thức (3.2) và (3.3) vào (3.1), ta được:
PB − PA α B.V B2 − α A.V A2
∆e BA = + (ZB − Z A ) + (3.4)
γ 2g
Nhận thấy:
∆eBA > 0: Máy bơm cung cấp năng lượng cho chất lỏng;
∆eBA < 0: Chất lỏng cung cấp năng lượng cho máy thuỷ lực;
∆eBA = H, gọi là cột áp. Đơn vị là mét cột nước.
Trần Sách Đôn 14 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
PB − PA
Thành phần + ( Z B − Z A ) là thế năng đơn vị, được gọi là cột áp tĩnh. Ký
γ
hiệu là Ht.
α B.VB2 − α A.V A2
Thành phần là động năng đơn vị, được gọi là cột áp động. Ký
2g
hiệu là Hđ.
Như vậy
H = Ht + Hđ (3.5)
3.1.4.2. Lưu lượng
Lưu lượng là lượng chất lỏng chảy qua máy bơm trong một đơn vị thời gian.
Đơn vị tính có thể là: lít/giây (l/s); lít/phút (l/ph); mét khối/giờ (m3/h).
Máy bơm có i xylanh tác dụng đơn
i.F .S .n
Q= (l/s) (3.6)
60
Máy bơm có i xylanh tác dụng kép
i.a.F .S .n
Q= (l/s) (3.7)
60
Trong đó:
F: tiết diện xylanh;
S: khoảng dịch chuyển của piston;
i: số xylanh;
n: số hành trình kép;
a: hệ số kể đến ảnh hưởng của cần piston:
f
a = 1−
2F
f: tiết diện cần piston.
Với bơm tác dụng đơn thì: a=1.
3.1.4.3. Công suất
Công suất của động cơ (Nđc) chi phí cho quá trình bơm làm việc bao gồm 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 thuỷ lực hay công suất có ích (Ntl);
γ .Q.H
N tl = (3.8)
75
Công suất thuỷ lực chính là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với bơm trong 1
đơn vị thời gian.
Trần Sách Đôn 15 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Chi phí công suất để thắng các tổn hao thuỷ lực, tổn hao thể tích, tổn hao cơ
khí, được đánh giá bằng hệ số ηtl, ηV vµ ηc.
Tổn hao thuỷ lực ηtl: bao gồm chi phí để thắng các sức cản thuỷ lực do ma
sát với thành ống và các tổn hao cục bộ do thay đổi tốc độ dòng chảy khi chất
lỏng chuyển động từ bể chứa đến ống đẩy. Ngoài ra còn để thắng lực quán tính
của van.
Ht
η tl = (3.9)
Hl
Ht, Hl : cột áp thực tế và cột áp lý thuyết.
Tổn hao thể tích ηV : được xác định bằng hệ số hút đầy:
Qt
ηV = (3.10)
Ql
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 công suất
chỉ báo (Nlv):
N tl
N lv = (3.11)
η tl .ηV
Tổn hao cơ khí(ηc):là các tổn hao từ động cơ đến trục của piston. Như vậy,
công suất của động cơ sẽ là:
N tl γ .Q.H
Nđc= = (3.12)
η tl .ηV .η c 75.η tl .ηV .η c
3.1.4.4. Hiệu suất (η)
Hiệu suất của máy bơm η (hiệu suất toàn phần) được xác định theo công
thức:
N tl
η= = η tl .ηV .η c (3.13)
N dc
Thông thường, η = 0,67 ÷ 0,85.
Trần Sách Đôn 16 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
3.1.5. Đường đặc tính của máy bơm piston
3.1.5.1. Đường đặc tính cơ bản của máy bơm
H
n1 < n2 = const
1' 2'
1 2
Q
0 Q1 Q2
Hình 3.4. Đường đặc tính của bơm piston
Đồ thị biễu 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
Đường 1’ và đường 2’ là đường đặc tính lý thuyết ứng với tốc đ ộ quay là
n1=const (Q1) và n2=const (Q2).
Đường 1 và 2 là đường đặc tính thực tế ứng với n1 và n2, n1
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.5. 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
việc giảm. Khi H thấp, η giảm do công suất có ích trên trục máy bơm nhỏ; khi H
cao, η giảm do hiện tượng rò rỉ.
3.1.5.3. Đường đặc tính xâm thực của máy bơm
Hiện tượng xâm thực là việc tạo nên một vùng hơi cục bộ (bọt khí) ở trong
các chất lỏng đang chảy nếu như áp suất tĩnh tuyệt đối đạt bằng hoặc thấp hơn
áp suất bốc hơi của chất lỏng đó. Áp suất bốc hơi này phụ thuộc vào nhiệt độ
chất lỏng và điều kiện khí quyển. 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 thuỷ lực.
- Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng làm việc bình thường của máy
bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất định phụ thuộc
độ chân không của máy bơm.
Trần Sách Đôn 18 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.6. Đường đặc tính xâm thực của máy bơm
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 giới hạn thì bơm
sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực.
Vai trò của bơm piston trong công tác khoan
Máy bơm dung dịch khoan là thiết bị không thể thiếu được trong mỗi tổ hợp
thiết bị khoan. Nhiệm vụ của nó là hút chất lỏng ở bể chứa và bơm vào trong cần
khoan xuống đáy giếng, làm mát choòng khoan và đưa mùn khoan lên mặt đất.
Ngoài ra, máy bơm khoan còn tạo năng lượng chất lỏng để làm quay tuabin khoan
trong quá trình khoan bằng tuabin. Trong một số trường hợp, máy bơm khoan còn
được dùng để ép chất lỏng vào vỉa để duy trì áp suất vỉa, tăng tuổi thọ khai thác
cho vùng mỏ.
Để thực hiện được các nhiệm vụ này thì máy bơm khoan thường được sử
dụng 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 quan trọng
để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan;
- Cấu tạo đơn giản, dễ thay thế, bảo dưỡng.
- Độ bền cao và dễ vận chuyển.
Ngoài ra, máy bơm piston sử dụng trong công nghiệp dầu khí có nhiệm vụ:
- Bơm trám ximăng;
- Bơm ép nước hoặc bơm nứt vỉa thuỷ lực;
- Bơm vận chuyển sản phẩm khai thác.
Trần Sách Đôn 19 Thiết bị dầu khí K 50
- Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
3.2. Đặc tính Kỹ thuật và nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ-600
3.2.1. Đặc tính kỹ thuật của máy bơm YHБ-600
Máy bơm YHБ-600 là dạng máy thủy lực thể tích nằm ngang có 2 xylanh tác
dụng kép. Nó là máy bơm dùng để bơm dung dịch khoan xuống đáy giếng trong
quá trình khoan thông qua cột cần khoan. Ngoài ra, còn dùng để bơm dung dịch
khoan xuống đáy giếng làm quay tuabin và choòng khoan đồng thời tạo áp suất để
đưa mùn khoan lên trên bề mặt và gia cố thành giếng khoan, làm mát choòng
khoan. Đặc tính kỹ thuật của máy như sau :
Công suất máy bơm 600 kW
Công suất thuỷ lực 475 kW
Chiều dài hành trình Piston 400 mm
Đường kính ty Piston 70 mm
Loại bình ổn áp IIK-70-250 màng cao su
Thể tích khí trong bình ổn áp 70 dm3
Áp suất bơm lớn nhất 250 kG/cm2
Đường kính của đầu thủy lực 196,80,2 mm
Đường kính trục chủ động 175 mm
Đường kính trục trung gian 120 mm
Độ côn lỗ lắp nối van 1:6
Số xylanh 2
Số hành trình kép lớn nhất của piston 65 lần/phút
Tốc độ vòng quay của trục chủ động 320 vòng/phút
Tỷ số truyền động 123/25
Dạng van Van đĩa
Dạng van an toàn Dạng màng
Loại dây đai П
Số dây đai 16
Kích thước bơm:dài x rộng x cao 510x3020x330 mm
Nhiệt độ chất lỏng trong bơm < 800C
Đường của bánh đai Ф1400 ; Ф1700 ; Ф1800 mm
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
làm việc với những giá trị lưu lượng và cột áp khác nhau. Đường kính xylanh càng
nhỏ thì diện tích buồng làm việc sẽ càng nhỏ, nên lưu lượng bơm sẽ giảm và cột
áp bơm (áp suất bơm) sẽ càng tăng. Ngược lại, đường kính xylanh càng lớn thì lưu
lượng bơm sẽ càng lớn và áp lực bơm càng nhỏ. Điều này được thể hiện rõ nhất
qua bảng đặc tính làm việc của bơm ứng với mỗi cấp xylanh.
Bảng 3.3. Các thông số kỹ thuật của xylanh
Trần Sách Đôn 20 Thiết bị dầu khí K 50
nguon tai.lieu . vn
