Sử Dụng Động Cơ Khoan Trục Vít Trong Công Tác Khoan Dầu Khí Tại Xí Nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro

§å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §¹i Häc Má §Þa ChÊt

Sinh viªn: Hoµng V¨n Biªn Líp: ThiÕt bÞ DÇu khÝ - K50 1

MỞ ĐẦU

Dầu khí là một ngành công nghiệp lớn trên thế giới. Công nghiệp dầu

khí Việt Nam tuy phát triển chưa lâu nhưng đã đạt được nhiều thành tựu đáng

kể, đóng góp tỉ trọng GDP cao so với các ngành khác và trở thành ngành công

nghiệp mũi nhọn đưa đất nước ta tiến lên con đường công nghiệp hoá hiện

đại hoá đất nước. Với việc thành lập xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro

năm1981, chính thức đi vào khai thác năm 1986 ở hai mỏ Bạch Hổ và Mỏ

Rồng nền công nghiệp dầu khí Việt Nam đã có bước khởi đầu khá quan

trọng. Và cho tới nay sự hiện diện của các công ty dầu khí nước ngoài như

BP, BPH, Mobil, Schlumbeger, Halliburton….đưa nền công nghiệp dầu khí

Việt Nam lên tầm cao mới.

Công nghệ khoan là một bộ phận quan trọng của ngành công nghiệp

Dầu khí. Việc lựa chọn phương pháp khoan sao cho phù hợp với từng giếng

khoan cụ thể là vấn đề đáng quan tâm. Cho đến nay Xí nghiệp liên doanh

Vietsopetro đã đưa vào sử dụng loại động cơ khoan trục vít thay thế cho tua

bin khoan để khoan định hướng. Ngoài ra còn thay thế cả khoan rotor và cùng

kết hợp với khoan rotor để mang lại hiệu quả cao trong khi khoan. Tuy bước

đầu sử dụng loại động cơ này chưa có nhiều kinh nghiệm do đó trong quá

trình vận hành đã xảy ra nhiều sự cố hỏng hóc. Đặc biệt là khi khoan trong đất

đá cứng cần phải tăng tải trọng chiều trục làm cho động cơ không quay được

nhưng người điều khiển không biết để điều chỉnh kịp thời dẫn đến làm hỏng

động cơ. Vì thế hạn chế năng suất khoan và tuổi thọ động cơ khoan trục vít.

Vì thế cần nhanh chóng nghiên cứu tìm ra biện pháp để nâng cao hiệu quả sử

dụng là yêu cầu cần thiết thực.



Là sinh viên thuộc bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình, khoa Dầu

Khí, trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội sau một thời gian học tập và

nghiên cứu tại trường cũng như được thực tập tại Xí nghiệp khoan và sửa

giếng của Vietsopetro, được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Bản

em quyết định chọn đề tài:

“SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHOAN TRỤC VÍT TRONG CÔNG TÁC

KHOAN DẦU KHÍ TẠI XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH VIETSOVPETRO”

Chuyên đề :

“ỨNG DỤNG KHOAN ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT NATIONAL

OILWELL962, 4: 5 LOBE 4 STAGE TRONG GIẾNG KHOAN 10009 -

BK10 – TAM ĐẢO”

Nhiệm vụ của đề tài, trước hết là tìm hiểu sơ bộ về các phương pháp

khoan Dầu khí và sau đó là nghiên cứu lịch sử ra đời, cấu tạo, nguyên lý hoạt

động của động cơ khoan trục vít. Ngoài ra nêu lên các thông số kỹ thuật của

động cơ khoan trục vít, quy trình sử dụng động cơ khoan trục vít và ứng dụng

khoan bằng động cơ trục vít trong các giếng khoan tại xí nghiệp liên doanh

Vietsovpetro.

Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, 5 chương nội dung, phần kết

luận, tài liệu tham khảo được trình bày trong 91 trang với 7 bảng biểu, 26

hình vẽ. Đề tài được hoàn thành trường Đại học Mỏ - Địa Chất dưới sự hướng

dẫn của thầy Trần Văn Bản – Bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành tới

thầy giáo Trần Văn Bản – Bộ môn Thiết bị Dầu khí, chú Bùi Văn Tính cùng

các anh chị - Phòng khoan xiên, anh Nguyễn Thanh Hải và các cô chú –

Xưởng Tuabin thuộc xí nghiệp khoan và sửa giếng của Vietsopetro, các thầy

cô giáo trong bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình, bộ môn Khoan Khai

thác, bộ môn Cơ khí, bộ môn Máy Thiết bị Mỏ trường Đại Học Mỏ - Địa



Chất Hà Nội cùng toàn thể các bạn sinh viên đã giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt

đề tài này.

Trong quá trình làm đề tài, do mức độ tìm hiểu mới ở dạng nguyên lí,

tài liệu cũng còn hạn chế và chưa được trực tiếp sử dụng trong thực tế nên đề

tài còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn

đồng nghiệp.

Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng liên hệ theo chỉ sau :

Mail : [email protected]

Phone : (84) + 974 350 300

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Biên



CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN

TRONG KHOAN DẦU KHÍ.

Trong công tác khoan dầu khí thiết bị quay dùng để truyền động

chuyển động quay cho choòng khoan. Nó được chia làm 2 loại chính :

- Chuyển động quay truyền trực tiếp từ trên bề mặt xuống choòng khoan

thông qua cột cần khoan.

- Chuyển động truyền cho choòng khoan thông qua động cơ đáy.

Tùy theo phương pháp khoan và yêu cầu kỹ thuật mà sử dụng thiết bị

khoan quay sao cho phù hợp. Hiện nay trong công tác khoan dầu khí thường

sử dung các loại thiết bị quay như: bàn rotor, đầu quay di động, tuabin khoan,

động cơ khoan trục vít để truyền chuyển động cho choòng khoan trong quá

trình phá hủy đất đá.

1.1. Phương pháp khoan rotor.

1.1.1. Bàn roto (Rotary table)

Khoan rotor là phương pháp khoan truyền thống đã được sử dụng từ rất

lâu và có lẽ trong tương lai nó vẫn được sử dụng vì khó có một phương pháp

nào có thể thay thế hoàn toàn khoan rotor với những ưu điểm riêng biệt.

Trong phương pháp khoan rotor sử dụng bàn rotor để quay cột cần khoan.

Bàn rotor được dùng để quay cột cần khoan. Làm bệ tì để giữ cột cần, ống

chống khi kéo thả và rất nhiều công tác phụ khác. Do vậy cấu tạo của bàn

rotor phải phù hợp để vừa quay được cột cần với tốc độ nhất định và bền chắc

để có thể giữ được cột cần khoan nặng nhất. Đường kính của lỗ rotor phải đủ

lớn để cho phép đường kính lớn nhất của cột ống. Thân của bàn rotor tiếp

nhận toàn bộ tải trọng và truyền cho nền móng. Trong thân của rotor có chứa

dầu bôi trơn.

Đầu trục của rotor có thể lắp then với đĩa xích, hoặc với khớp trục các

đăng. Rotor quay trên các ổ bi có thể hãm chặt rotor bằng then hoặc bằng cơ



cấu hãm. Khi truyền chuyển động quay của rotor cho tời, tốc độ của rotor

được thay đổi bằng hộp số tời hoặc bằng cách thay đổi đĩa xích. Để rotor làm

việc độc lập với tời và điều khiển tốc độ trong một giới hạn rộng người ta cho

rotor nhận chuyển động riêng biệt.

Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn rotor

trong đó đặt ống lỗ vuông để treo bộ khoan cụ nhờ các cơ cấu chèn và làm

quay đầu vuông dẫn khi khoan. Kích thước lỗ này có thể là : 1712 ”, 20

12 ” ,

2712 ”, 37

12 ”, 49

12 ”

Bàn rotor được sử dụng rất nhiều trong khoan dầu khí. Nó có một số chức

năng chính sau :

- Đóng vai trò bộ truyền trung gian biến chuyển động quay của trục nằm

ngang thành chuyển động thẳng đứng của cột cần khoan để truyền mômen

quay từ trên mặt đất xuống choòng khoan.

- Giữ và kẹp chặt bộ cần khoan, ống chống trong thiết bị khoan.

- Tháo và vặn ren của bộ cần khoan.



Hình 1.1 : Hệ thống bàn rotor

1. Trục chủ động

2.Gioăng làm kín

3. Bánh răng nón

4. Ổ lăn chính

5. Ổ lăn bánh răng

6. Ống lót hình nón

7. Đầu vuông dẫn động

8. Miếng chèn chính

9. Gioăng làm kín dung dịch khoan

10. Ổ lăn tự lựa

11. Các te



1.1.2. Đầu quay di động (Topdriver)

Đầu quay di động là bộ phận có chức năng tương tự như bàn rotor truyền

chuyển động quay cho bộ khoan cụ. Đầu quay di động được dẫn động được

dẫn động bằng động cơ thủy lực hoặc động cơ điện. Nó truyền chuyển động

quay cho cột cần khoan mà không cần thông qua cần chủ đạo. Là loại thiết bị

quay mà trong quá trình làm việc nó có thể chuyển động tịnh tiến lên xuống

nhờ cơ cấu thủy lực hoặc cơ cấu xích. Để có công suất lớn và độ ổn định

thường dùng đầu quay di động có 2 động cơ lắp song song cùng độ cao chống

sập lở qua các vùng đất đá mềm và mở rộng góc khi khoan ngang, khoan

xiên. Đầu quay di động có một số ưu nhược điểm sau

Ưu điểm :

- Không phải dùng cần chủ đạo việc tiếp cần nhanh thuận lợi

- Có thể tháo lắp bộ dụng cụ khoan ở mọi độ cao

- Tiếp cần được bằng cần dựng

- Trong quá trình lấy mẫu thu được mẫu chất lượng cao

- Giảm tổn hao năng lượng và khống chế được mômen trong quá trình

khoan

- Thực hiện khoan và chống ống đồng thời trong đất đá mềm rời rất tiện

lợi

- Doa và đặc biệt hơn là doa ngược rất linh hoạt

- Dễ định hướng động cơ đáy trong lúc khoan xiên

- Vận hành thuận tiện, độ an toàn cao



Nhược điểm :

- Lắp thêm hệ thống dẫn hướng trên tháp làm tăng khối lượng thiết bị

trên cao

- Phải có kết cấu hệ thống ống chống vì có lực xoắn phụ

- Phải tăng chiều cao của tháp khoan vì đầu quay di động lớn hơn đầu

quay thủy lực

- Giá thành thiết bị cao và yêu cầu trong công tác bảo dưỡng nhiều hơn

so với khoan rotor.



Hình 1.2 : Hệ thống đầu quay di động.

1: Quạt gió mô tơ 4: Ống dẫn dung dịch 7: Dung dịch vào cần

2: Ống dẫn khí làm mát 5: Nắp chắn 8: Hộp truyền và ổ hướng

3: Quang treo 6: Hãm thủy lực trục chính

9: Cần chuyển tiếp



1.2. Phương pháp khoan tuabin.

1.2.1. Tuabin khoan (Turbine motor)

Trong phương pháp khoan bằng động cơ đáy động cơ truyền chuyển

động cho choòng có thể là tuabin khoan, khoan trục vít. Động cơ này lắp ngay

trên choòng khoan. Trong quá trình khoan bằng động cơ đáy cột cần khoan

không quay tạo điều kiện làm việc nhẹ nhàng cho chúng.

So với khoan rotor tuabin khoan có một số ưu điểm sau :

- Trong khoan tuabin cột cần khoan không quay. Do đó trong quá trình

làm việc cột cần khoan chịu tải nhẹ hơn. Hiện tượng mỏi sinh ra do tải trọng

đặc biệt là ứng suất uốn sẽ có giá tri nhỏ hay bị triệt tiêu dẫn đến sự cố về đứt

cần khoan ít hơn.

- Cột cần khoan không quay sẽ giảm được sự mài mòn cho các bộ phận

của cột cần khoan và các chi tiết quay trên bề mặt

- Sử dụng tuabin để khoan định hướng dễ hơn và năng suất hơn.

Tuy nhiên vẫn có một số nhược điểm sau :

- Đặc tính làm việc của tuabin làm việc với số vòng quay lớn nên cần

phải sử dụng những loại choòng có khả năng chịu được những vòng quay như

thế. Đối với choòng chóp xoay chúng làm việc với tải trọng lớn và số vòng

giảm. Do đó loại choòng này không thỏa mãn khi khoan tuabin. Thời gian

làm việc bị rút ngắn do sự mài mòn nhanh nhất là ổ tựa

- Ở một số đất dẻo đòi hỏi phải mômen phá lớn rất nhiều loại tuabin

thông thường không đạt được những yêu cầu này

- Vùng làm việc ổn định của số vòng quay ở tuabin hẹp. Nếu vượt quá

giới hạn này có thể dẫn đến tuabin ngừng quay

- Trong khoan tuabin công suất thủy lực của máy bơm lớn hơn rất nhiều

so với khoan rotor. Trong khoan rotor công suất thủy lực của bơm chủ yếu là

tiêu thụ trong hệ thống tuần hoàn dung dịch. Nhưng trong khoan tuabin ngoài

thành phần công suất bơm còn cung cấp cho tuabin và cho choòng phá đáy.

Do đó đòi hỏi những thiết bị bơm có công suất lớn và còn sử dụng những



thành phần hệ thống tuần hoàn đảm bảo an toàn trong điều kiện làm việc áp

suất lớn của tuabin. Thông thường khả năng làm việc của bơm giới hạn chiều

sâu làm việc của tuabin

- Những chỉ tiêu cho việc bảo dưỡng, bảo quản sửa chữa tuabin đưa đến

giá thành tăng khi khoan tuabin

Hình 1.3 : Tuabin khoan

Tua bin khoan gồm nhiều tầng giống nhau mỗi tầng có hai phần rotor và

stator. Trên đó gồm các cánh cong thủy lực có chiều uốn cong ngược nhau

sao cho khi làm việc cánh cong của stator hướng dòng chất lỏng đổ vào cánh

cong của rotor làm cho rotor quay. Rotor quay truyền chuyển động cho cho

choòng phá hủy đáy giếng khoan.

Tua bin khoan làm việc theo nguyên lý: Dòng chất lỏng từ máy bơm

chuyển động dọc theo cột cần khoan đi vào tuabin đập lên các cánh của stator.

Trên cánh tuabin năng lượng dòng nước rửa được chuyển hóa thành cơ năng

quay trục tuabin dẫn động cho choòng khoan để phá hủy đất đá. Như vậy việc

trao đổi năng lượng giữa tuabin và chất lỏng được thực hiện bằng năng lượng

thủy động của dòng chảy chất lỏng qua tuabin. Nếu không kể tới tổn thất thì



chênh lệch năng lượng thủy động của dòng chảy đầu vào và đầu ra của bánh

công tác chính bằng cơ năng mà bánh công tác nhận được từ dòng chất lỏng.

Tuabin khoan gồm các loại :

- Tuabin khoan một tầng là tuabin có một tập hợp tầng cánh số tầng cánh

cong của một tập hợp tầng cánh từ 89 đến 121 tầng. Đây là loại tuabin có tốc

độ trung bình nằm trong khoảng 545 đến 660 vòng/phút

- Tuabin khoan nhiều tầng là tuabin có tập hợp tầng cánh, số tầng cánh

cong của các tập hợp tầng cánh từ 239 đến 318 tầng . Đây là loại tuabin có tốc

độ thấp nằm trong khoảng 355 đến 505 vòng/phút

- Tuabin khoan ngắn là loại tuabin có số tầng cánh cong ít nằm trong

khoảng 30 đến 60 tầng. Đây là loại tuabin tốc độ cao nằm trong khoảng 780

đến 1110 vòng/phút

- Tuabin khối lượng nhỏ là tuabin có chiều dài không lớn nhưng số tầng

cánh cong tương đương như tuabin nhiều tầng từ 180 đến 330 tầng, tốc độ

vòng quay từ 464 đến 645 vòng/phút

- Tuabin cong là loại mà sử dụng để khoan định hướng giếng khoan.

Tuabin này có số tầng cánh cong từ 95 đến 109 tầng tốc độ vòng quay từ 660

đến 670 vòng/phút.

1.2.2. Động cơ trục vít ( Positive Displacement Motor ).

Động cơ khoan trục vít là loại động cơ đáy được sử dụng trong công tác

khoan dầu khí đặc biệt là trong công tác khoan định hướng. Động cơ khoan

trục vít được phân làm ba loại theo tốc độ: tốc độ thấp, tốc độ cao, tốc độ

trung bình. Tùy theo yêu cầu khoan mà có thể chọn theo từng loại cho phù

hợp. Hiện nay động cơ khoan trục vít được được sản xuất đa dạng về chủng

loại cho phép lựa chọn tốc độ và mômen quay trong khoảng rộng.



Hình 1.4 : Động cơ khoan trục vít.

Phân loại các loại động cơ trục vít theo tốc độ

- Loại động cơ trục vít tốc độ thấp: Đây là loại động cơ khoan có mômen

quay lớn tốc độ quay thấp để sử dụng để khoan cắt xiên giếng khoan, giếng

khoan theo dõi và kể cả khoan ngang. Đến nay động cơ khoan trục vít cũng

đáp ứng được yêu cầu khoan cần có mômen lớn như: tăng đường kính giếng

khoan, mở rộng thân giếng khoan bên dưới ống chống, cắt ống chống, lấy

mẫu lõi, mở rộng giếng khoan sau khi cắt xiên. Loại tốc độ thấp bao gồm các

loại có cấu tạo có cấu hình của rotor và stator như : 8/9, 9/10

- Loại động cơ khoan trục vít tốc độ trung bình: Đây là loại động cơ có

tốc độ quay và mômen trung bình dùng để nâng cao tốc độ cơ học khoan khi

duy trì thời gian làm việc dài của choòng. Loại động cơ này được ứng dụng

trong những giếng khoan thẳng đứng, giếng khoan có độ lệch đáy lớn, khoan

lấy mẫu và điều chỉnh thân giếng khoan. Loại tốc độ trung bình bao gồm các

loại có cấu tạo có cấu hình của rotor và stator như : 4/5, 5/6, 7/8

- Loại động cơ trục vít tốc độ cao : là loại có mômen thấp tốc độ quay

cao được ứng dụng để khoan nắn và cắt xiên giếng khoan. Trong những điều

kiện trên có thể lựa chọn chính xác phương của thân giếng khoan, góc lệch

quy định khi tải trọng tác dụng lên choòng thấp. Ngoài ra động cơ khoan trục



vít tốc độ cao có thể dùng để khoan nắn giếng khoan thẳng đứng, khoan lấy

mẫu và sửa giếng.

Động cơ khoan trục vít làm việc trên nguyên lý truyền động thủy tĩnh

bằng hình thức thay thế thể tích chất lỏng. Điều này khác hẳn so với tuabin

khoan vì tuabin khoan làm việc theo nguyên lý truyền động thủy động.

Từ đó động cơ khoan trục vít có một số đặc thù sau :

- Kết cấu đơn giản nhỏ gọn chế tạo đơn giản so với tuabin khoan

- Chắc chắn làm việc độ tin cậy cao

- Hiệu suất thủy lực cao lớn hơn 70%

- Khi làm việc sinh ra lực dọc trục không lớn

- Yêu cầu áp suất và lưu lượng đầu vào vừa phải tương đương với áp suất

và lưu lượng khoan rotor

- Thông số đầu vào là áp suất và lưu lượng có thể thay đổi trong khoảng

rộng

- Mômen quay không phụ thuộc vào lưu lượng

- Có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm áp chế độ bơm

- Có độ bền tương đối cao khi chất lỏng chứa các tạp chất và không có

tính bôi trơn

Với những đặc điểm trên cùng với kết quả thực tế sử dụng, hiện nay

động cơ này đã thay thế toàn bộ tuabin khoan và trong tương lai cùng với

rotor khoan là hai loại động cơ chủ đạo trong công nghiệp dầu khí.



CHƯƠNG II:

GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHOAN TRỤC VÍT

2.1. Lịch sử ra đời

Trong nền công nghiệp dầu khí hiện nay do được cải tiến công nghệ, cải

tiến thiết bị nên chiều sâu trung bình của giếng khoan ngày càng tăng lên. Có

thể nói rằng phương pháp khoan truyền thống khoan rotor sẽ vẫn được tiếp

tục sử dụng và không có phương pháp khoan nào có thể thay thế hoàn toàn

được khoan rotor vì những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế.

Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ trước, song song với phương pháp

khoan rotor còn áp dụng các phương pháp khoan khác trong đó có phương

pháp khoan bằng động cơ đáy.

Năm 1923 kỹ sư Liên xô Kapenciusnhikov đã đề nghị dùng động cơ

chìm để quay choòng khoan. Năm 1924 tuabin khoan của Kapenciusnhikov

đã được sử dụng để khoan giếng khoan đầu tiên trên thế giới. Tuabin này chỉ

có một tầng có hộp giảm tốc. Nó không được sử dụng rộng rãi vì trong tuabin

một tầng chất lỏng chảy với tốc độ cao. Dòng chảy với tốc độ cao mang theo

các hạt cát làm cho cánh tuabin rất nhanh bị mài mòn.

Năm 1934 kỹ sư Liên xô Kapenciusnhikov đã đề nghị dùng kiểu tuabin

mới gồm nhiều tầng. Trong tuabin khoan có tới 100 đến 150 tầng, cho phép

tăng công suất lên 10 đến 20 lần, giảm tốc độ vòng quay xuống nhờ vậy mà

không cần hộp giảm tốc. Tốc độ chảy của nước rửa giảm nên cánh ít bị mài

mòn hơn.

Từ năm 1940 – 1941 ở BaCu tuabin khoan trong thực tế. Năm 1944

tuabin bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các giếng khoan dầu khí. Sau

chiến tranh thế giới thứ 2 tuabin khoan là một trong những phương pháp

khoan chủ yếu ở Liên xô.

Tuy vậy đặc điểm của khoan tuabin khoan nhiều tầng không có bộ phận giảm

tốc sẽ không cho phép khoan với vận tốc bé hơn 400 đến 500 vòng /phút. Do



đó sẽ không đảm bảo mômen quay cần thiết và yêu cầu công suất của máy

bơm lớn.

Qua nghiên cứu và thực tế khoan cho thấy rằng động cơ khoan thủy lực

chìm đáp ứng yêu cầu của choòng khoan mới điều này tuabin khoan không

đáp ứng được vì tổn thất thủy lực ở độ sâu lớn tăng . Để đáp ứng yêu cầu đó

cần chuyển đổi từ máy thủy động lực kiểu tuabin sang máy thể tích động cơ

khoan trục vít.

Việc chế tạo động cơ khoan trục vít được tiến hành từ năm 1960. Năm

1964 ở Liên xô cũ đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo động cơ khoan trục vít. Năm

1966 ở Mỹ chế tạo và thử nghiệm loại động cơ này sau đó 2 năm loại động cơ

này được ứng dụng vào thực tế sản xuất. Từ đó loại động cơ khoan trục vít

được phát triển và sử dụng rộng rãi trong giếng khoan thẳng dưng và khoan

xiên.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất động cơ khoan trục vít

như Anadrill, Baker Huges, Blackmax, Sperry sun, National oilwell

verco….và nhiều hãng khác với nhiều chủng loại khác nhau đường kính từ

1,68 đến 11,25 inch số đầu mối ren từ 1/2 đến 9/10 góc chỉnh cong từ 00 đến

30 .

Đối với xí nghiệp liên doanh Dầu khí Vietsopetro đầu những năm 1990

đã đưa vào khoan thử nghiệm loại động cơ khoan trục vít. Đến năm 1997

chính thức sử dụng động cơ khoan trục vít để khoan một số giếng khoan.

Trong những năm đầu sử dụng động cơ khoan trục vít trong công tác khoan

định hướng giếng khoan. Với tính năng và hiệu quả đạt được đến những năm

đầu thế kỷ 20 XNLD Dầu khí Vietsopetro đã sử dụng loại động cơ này để

khoan cả những giếng khoan thẳng đứng trong các địa tầng khác nhau. Hiện

nay tại XNLD Dầu khí Vietsopetro đã sử dụng động cơ khoan trục vít để thay

thế hoàn toàn động cơ tuabin khoan và một phần khoan rotor chủ yếu của các

hãng Anadrill, Blackmax, National oilwell và đang dùng phổ biến động cơ

của hãng National oilwell.



2.2. Cấu tạo động cơ trục vít.

Cấu tạo của động cơ khoan trục vít gồm các bộ phận sau:

- Van thông

- Phần công tác tạo công suất

- Khớp nối cong

- Trục các đăng

- Hệ thống ổ đỡ

- Đinh tâm trên động cơ

Hình 2.1: Cấu tạo động cơ trục vít.

1. Rotor

2. Stator

3. Đầu nối

4. Trục

5. Thân

6. Ổ đỡ

7. Ổ đỡ cao su

8. Vành làm kín



Hình 2.2 : Sơ đồ tổng thể động cơ khoan trục vít



2.2.1.Van thông ( Dump valve ).

Hình vẽ 2.3 : Van thông



Là bộ phân trên cùng của động cơ được nối trực tiếp với cần khoan nằm

phía trên bộ phận công tác. Cấu tạo van thông bao gồm: Ngoài cùng là thân

chính của van phía trên cùng lắp với khoan cụ bởi ren cái, đầu dưới là ren đực

nối với thân của động cơ. Trên thân van có 8 lỗ thoát dung dịch trên thân van

được lắp các chi tiết theo trình tự từ dưới lên trên như sau: ống hãm bên dưới

- lò xo nén giữa piston và ống hãm - piston.

Tác dụng chính của van thông (Dump valve) là thông dung dịch khoan

giữa khoảng không vành xuyến và bên trong cột cần khoan trong quá trình

kéo thả. Bình thường trong lúc kéo thả bộ khoan cụ mở thông giữa giữa bên

trong và bên ngoài cần, cho phép dung dịch khoan có thể ra hoặc vào trong

cần một cách tự do đảm bảo cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài cần.

Khi bắt đầu quá trình làm việc bơm dung dịch tới một giá trị làm việc của van

(giá trị này phụ thuộc vào mỗi loại động cơ do nhà sản suất thiết lập) khi đó

áp lực của dòng dung dịch cụm pistong bên trong van thông sẽ bị ép xuống và

bịt kín 8 lỗ thông giữa bên trong và bên ngoài cần khoan dẫn dòng dung dịch

qua động cơ khi đó động cơ bắt đầu làm việc. Khi ngừng bơm piston sẽ tự

động được đẩy lên dưới lực đàn hồi của lò xo khi đó trong và ngoài cần được

thông với nhau qua lỗ thoát. Chính sự thông giữa trong và ngoài cần giúp cho

quá trình kéo cần không bị piston hóa.



2.2.2. Phần công tác tạo công suất (Power section)

Hình 2.4 : Phần công tác tạo công suất.



Bộ phận công tác thực hiện việc chuyển hóa thủy năng của dòng dung

dịch khoan thành cơ năng làm quay choòng khoan. Để tạo nên chuyển động

cần có phải có một thể tích chất lưu đi qua bộ phận công tác, tốc độ quay

trong động cơ trục vít tỉ lệ thuận với lưu lượng dòng dung dịch bơm xuống.

Giảm áp qua bộ phận này càng lớn thì mômen tạo ra của động cơ càng lớn

Phần công tác cấu tạo bởi 2 phần chính : stator và rotor.

Hình 2.5 : Mặt cắt ngang roto và stator động cơ trục vít.



- Stator là phần vỏ ngoài của động cơ, mặt trong được phủ lớp cao su đặc

biệt chịu được sự mài mòn cơ học, chịu được nhiệt độ cao, chịu va đập và môi

trường dầu mỡ. Bề mặt cao su được đúc chia làm nhiều múi tùy theo cấu tạo

của động cơ và có dạng xoắn. Stator có hình dạng xoắn vít như roto nhưng

chiều ngược lại

- Rotor là trục xoắn được chế tạo bằng hợp kim chịu mài mòn bề mặt

ngoài được mạ crom-niken dầy 2-3mm để giảm ma sát trong khi quay và chịu

sự mài mòn cơ học và ăn mòn hóa học. Dọc theo đường tâm của roto có lỗ

thông suốt chạy dọc theo chiều dài của roto. Đường rỗng thông suốt có tác

dụng giảm trọng lượng của rotor. Thường trong khi khoan đường này được

bịt kín không cho dung dịch khoan chảy qua tránh công suất động cơ giảm

sút. Trong trường hợp với mục đích tăng cường lưu lượng của dòng dung dịch

khoan để làm sạch đáy giếng mà không tăng công suất của động cơ. Đường

này dẫn dung dịch khoan trong trường hợp có sử dụng bộ tiết lưu còn đầu

dưới nắp với trục các đăng.

Rotor và stator đều có các rãnh xoắn giống nhau về chiều xoắn hình dạng

xoắn nhưng có bước xoắn khác nhau theo một tỷ lệ nhất định. Rotor có ít hơn

stator một đầu rãnh xoắn, chính nhờ đó tạo khoảng không dẫn hở cho dòng

dung dịch đi qua bộ phận công tác làm cho động cơ hoạt động. Tùy theo mục

đích sử dụng mà rotor có cấu tạo từ 1 đến 9 đầu rãnh xoắn tương ứng với

stator gồm 2 đến 10 đầu rãnh xoắn.

Tỉ lệ số rãnh của stator và số rãnh roto phụ thuộc vào đặc tính từng loại

động cơ. Ứng với loại động cơ thì có tỉ số này khác nhau.

Ví dụ :

A 800 M 1-2, 4.0 stages (số rãnh rotor là 1, số rãnh stator là 2 số bước xoắn

là 4)

A 800 M 4-5, 5.3 stages (số rãnh rotor là 4, số rãnh stator là 5 số bước xoắn

là 5.3)



+ Số rãnh xoắn (lobe) càng nhỏ thì tốc độ quay rotor càng lớn nhưng mômen

càng nhỏ

+ số rãnh xoắn (lobe) càng lớn thì tốc độ quay rotor càng nhỏ nhưng mômen

càng lớn.

+ Chiều dài trên một bước xoắn ( stages) càng lớn thì mômen càng lớn nhưng

phải khống chế hợp lý vì công nghệ chế tạo và áp suất bơm cho động cơ hoạt

động.

2.2.3. Khớp nối cong (Adjustable housing)

Hình 2.6 : Khớp nối cong.

Nó cho phép liên kết hai phần với nhau đồng thời cũng tạo ra độ nghiêng

trục tâm ảo của 2 phần này. Cũng đồng nghĩa là tạo ra được góc nghiêng cho

động cơ khi khoan xiên.



Cấu tạo chi tiết của cụm khớp nối cong bao gồm :

- Đầu nối chuyển tiếp stator (stator adapter) là đầu nối chuyển tiếp của

stator với vỏ ống lệch (offset housing) thông qua trục (spined mandrel) và

vòng điều chỉnh (adjusting ring) cùng với 2 chi tiết này định vị góc nghiêng

cho động cơ

- Vỏ ống lệch là thân vỏ nối giữa vỏ của trục chính với cụm vỏ điều

chỉnh cong (adjusting bent housing) đầu trên nối với trục then và đầu nối

chuyển tiếp stator (stator adapter) định vị góc nghiêng của động cơ. Ngoài ra

còn có các răng chấu ăn khớp với vòng điều chỉnh trong khi đặt góc nghiêng

của động cơ. Tại đầu trên của răng chấu này có đặc điểm: bên ngoài thân vỏ

có chia thang góc nghiêng theo các cấp độ khác nhau dùng để đặt góc nghiêng

cho người sử dụng, thang này ứng với thang chia nằm trên mặt ngoài điều

chỉnh và bề mặt được phay nghiêng so với đường tâm trục đầu nối

- Vòng điều chỉnh (Adjusting ring) có thể hiểu đây là vòng đệm khi đầu

nối stator và vỏ ống lệch được nối với nhau thông qua bulông ống.Trên thân

ngoài của vòng điều chỉnh có một nửa bề mặt được gắn với hợp kim cứng

nhằm mục đích chống mài mòn trong quá trình làm việc vì điểm này luôn là

mặt lưng cong của động cơ. Mặt bên trong của vòng điều chỉnh được phay

thành nhiều rãnh then ăn khớp với các then trên của bề mặt bulông ống, giữa

bulông ống và vòng điều chỉnh được lồng vào nhau thông qua các rãnh then.

Trên bề mặt tiêp xúc với vỏ lệch của vòng điều khiển cũng được gia công

nghiêng và có răng chấu tương ứng ăn khớp với răng của vỏ lệch trong khi đặt

góc nghiêng của động cơ

- Bulông ống (splined mandrel) có ren hai đầu, trên thân ngoài ở phần

giữa có phay rãnh then để ăn khớp với vòng điều chỉnh tác dụng để liên kết

toàn bộ 3 chi tiết lại với nhau tạo độ cong cho động cơ.

Khớp nối hiệu chỉnh của động cơ cho phép hiệu chỉnh góc lệch của động

cơ theo nấc thang sau :

00 – 0.390 – 0.730 – 1.150 – 1.830– 2.120 – 2.380 – 2.60 – 2.770 – 2.890 – 3.00



Động cơ khoan trục vít có thể điều chỉnh rãnh xoắn có thể điều chỉnh góc

nghiêng từ 0 đến 3 độ.Việc điều chỉnh góc nghiêng này được thực hiện một

cách dễ dàng. Điều này cho phép thay đổi góc nghiêng của bộ khoan cụ một

cách nhanh chóng theo yêu cầu của bộ phận khoan xiên mà không cần phải

tốn nhiều động cơ khi góc nghiêng cố định.

2.2.4. Trục các đăng dẫn động.

Nhìn từ ngoài vào, trục các đăng được định vị bên trong được định vị bên

trong một lớp vỏ nối liền giữa stator của động cơ với thân vỏ của trục chính.

Trục dẫn động là một trụ đặc có đầu trên và dưới được chế tạo đặc biệt để lắp

hai đầu khớp chuyển động các đăng, trong khớp nối của trục các đăng đầu

trục các đăng được gia công bằng 8 lỗ bán nguyệt dùng để định vị 8 viên bi

then truyền động. Tại tâm của mỗi đầu trục có phay một lỗ dạng cối định vị

cho cối đỡ của bi đỡ.

Trục các đăng đầu trên nối với rotor đầu dưới nối với bộ phận chịu lực.

Đây là bộ phận truyền chuyển động quay và mômen từ rotor tới trục chính.

Đồng thời nó còn có nhiệm vụ khống chế chuyển động tịnh tiến của rotor và

khử các dao động ngang lắc của rotor sinh ra vì trong quá trình làm việc rotor

vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến xuống phía dưới.



Hình 2.7 : Trục các đăng dẫn động

1. Đầu nối bộ phận chịu lực 6. Vòng chặn

2. Bi đầu trục 7. Phớt làm kín

3. Ống lồng 8. Trục

4. Bi truyền động 9. Đầu nối rotor

5. Đai ốc giữ bi 10. Lỗ tra mỡ



2.2.5. Hệ thống ổ đỡ.

Cấu tạo của bộ phận chịu lực bao gồm các bộ phận:

- Phần vỏ: Được cấu thành bởi thân chính (bearing section) có nhiệm vụ

chứa toàn bộ ổ bi chặn và ống bạc đỡ. Trên thân vỏ mặt ngoài có gia công ren

dùng để lắp định tâm khoan trong trường hợp cần thiết. Đầu dưới thân vỏ có

lắp đai ốc hãm (bearing nut) để định vị ổ bi và các chi tiết bên trong trục

chính.

- Phần trục chính (driver shaft): Là một trục rỗng để cho dung dịch

khoan có thể đi xuống choòng khoan. Đầu dưới có các bước ren tương ứng

với để lắp vào choòng khoan, đầu trên của trục có đai ốc hãm căn chỉnh vòng

bi bên trong và đầu nối liên kết với trục các đăng.

- Ổ bi: Có 2 loại ổ bi

Ổ bi đỡ tác dụng của loại ổ bi này là chống lắc ngang

Ổ bi chặn tác dụng của ổ bi chặn là chống dơ dọc trục

Theo khả năng bôi trơn hệ thống ổ bi được chia thành loại: ổ bi kín (seal

bearing) và ổ bi hở (open bearing )

Giữa phần vỏ và trục chính được liên kết nhờ ổ bi chặn. Các vòng chặn của bi

lắp trên của trục chính được liên kết nhờ vòng căn bi và đĩa vênh tạo độ căng,

ống bạc lót và đai ốc hãm phía trên còn phía dưới được gối lên vòng đệm

chống xoay.

Ngoài ra trên các đầu trục và vỏ trục chính đều có lắp các bộ làm kín

ngăn mùn khoan xâm nhập vào trong thân của vỏ trục. Một số loại động cơ có

ổ trục được làm kín bên ngoài, phần bên trong được bơm mỡ để đẩy các vòng

làm kín ra ngoài.

Trục chính có nhiệm vụ truyền mômen quay của động cơ và tải trọng lên

choòng khoan đồng thời cũng tiếp nhận phản lực của tải khoan trong quá trình

choòng khoan thực hiện công tác phá hủy đất đá.



Hình 2.8 : Hệ thống ổ bi

1. Trục chính 6. Bi chặn

2. Nắp piston 7. Ống rửa nước

3. Nắp 8. Đĩa vênh

4. Cụm bi đỡ 9. Piston làm kín

5. Vỏ trục chính



Trong quá trình làm việc hệ thống ổ bi chịu tác động phức tạp và lực lớn

nhất. Do vậy bộ phận bên trong được chế tạo từ thép có chất lượng cao phù

hợp với nhiều loại dung dịch khoan có tính chất khác nhau, chế độ khoan

khác nhau. Các vòng bi chịu lực dọc trục có tác dụng hỗ trợ cho tải trọng

chiều trục đặt lên choòng chịu tác động của va đập thủy lực trong quá trình

tuần hoàn khi choòng khoan chưa chạm đáy giếng hoặc khi doa choòng.

2.2.6. Định tâm trên động cơ

Định tâm trên thân động cơ có cấu tạo dạng ống. Bên ngoài gồm các

cánh định tâm thường là cánh thẳng để giảm bớt ma sát với thành giếng. Bên

trong được tiện ren phù hợp để lắp vào phần tiện ren trên thân động cơ tại vị

trí lắp định tâm. Kích thước định tâm phụ thuộc vào đuờng kính choòng

khoan sử dụng. Khi khoan bằng động cơ và có đường kính nhỏ hơn ½ in so

với đường kính choòng khoan. Thường một số loại thường dùng 25 ¾ , 17 ¼ ,

16 ¼, 12 1/8 , 11 ½. Định tâm lắp trên động cơ nhằm tăng tính ổn định của

động cơ khi làm việc và điều chỉnh cường độ góc lệch. Khi khoan trong

trường hợp không cần quan tâm đến góc lệch, thường không lắp định tâm trên

thân động cơ. Trong trường hợp đó tại vị trí lắp định tâm được thay thế bằng

vòng bảo vệ ren.

2.3. Nguyên lý làm việc, sự truyền động thủy lực trong động cơ trục vít.

2.3.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ trục vít

Động cơ khoan trục vít được làm việc dựa trên nguyên lý tác dụng ngược

của máy bơm Moineau. Nó làm việc được nhờ bơm dung dịch khoan để làm

quay rotor xoắn ốc. Động cơ này là loại thể tích rotor bằng thép cách ly các

thể tích làm việc của xy lanh. Cố định trong stator bằng cao su, chất lỏng khi

dịch chuyển xuống dưới nhờ tác dụng đẩy của bơm sẽ tác động một ngẫu lực

lên rotor. Ngẫu lực này có liên quan trực tiếp với áp lực và vận tốc quay, với

lưu lượng tuần hoàn.



Do có độ lệch tâm của rotor và stator chất lỏng được tuần hoàn bằng áp

lực thủy tĩnh của chất lỏng theo rãnh xoắn tác động và truyền mômen cho

rotor làm cho động cơ hoạt động và được truyền chuyển động qua trục các

đăng và ổ bi tới choòng khoan.

Động cơ khoan trục vít làm việc đòi hỏi 2 yếu tố:

- Độ lệch tâm giữa rotor và stator

- Dòng chất lỏng có áp lực lớn qua bộ phận công tác.

Tốc độ quay và mômen phá hủy đất đá của choòng khoan được nhận từ

choòng khoan được nhận từ rotor vì thế cần lựa chọn động cơ khoan trục vít

có mômen và tốc độ phù hợp để ứng với tầng đất đá khoan qua.

Hình 2.9: Mặt cắt sơ đồ bộ phận làm việc

2.3.2. Sự truyền động thủy lực của động cơ trục vít

Động cơ khoan trục vít là dạng máy thủy lực thể tích làm việc trên

nguyên lý truyền động thủy tĩnh. Khi dòng dung dịch qua van thông xuống bộ

phận công tác dưới dạng rãnh xoắn chất lỏng. Nhờ có áp lực đủ lớn và sự lệch

tâm giữa rotor và stator rãnh xoắn chất lỏng tác động vào bề mặt phía trên của

rotor làm rotor quay. Quá trình thay thế các rãnh chất lỏng diễn ra một cách



liên tục, rãnh chất lỏng phía trên thay thế rãnh chất lỏng phía dưới tạo ra một

tập các các rãnh chất lỏng chuyển động tịnh tiến từ trên xuống dưới bộ phận

công tác làm cho trục vít quay.

Trong quá trình làm việc đỉnh ren của rotor luôn tiếp xúc với rãnh ren

của stator hình thành nên đường tiếp xúc là các khoang chứa chất lỏng dạng

xoắn. Đối với động cơ trục vít số đường tiếp xúc bằng số đầu mối ren của

rotor, số khoang xoắn chất lỏng bằng số mối ren của stator. Trong quá trình

làm việc các khoang xoắn chứa chất lỏng chuyển động tịnh tiến từ trên xuống

dưới.

2.3. Giới thiệu một số hãng sản xuất động cơ trên thế giới.

Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng sản xuất chế tạo động cơ khoan trục

vít hoặc bộ phận công tác trong động cơ khoan trục vít. Một số hãng sản xuất

động cơ trục vít được thống kê trong bảng dưới đây:



Bảng 2.1 : Một số hãng sản xuất động cơ đáy trên thế giới

Đối với xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro hiện nay đang sử dụng động

cơ trục vít của 3 hãng sản xuất nổi tiếng thế giới là Anadrill powerpak của

Schlumbeger, Black max của Canada và National Oilwell của Mỹ



CHƯƠNG III:

THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ

KHOAN TRỤC VÍT.

Mặt phẳng trục vít của rotor và stator chia các khoang làm việc của

động cơ thành các vùng làm việc liên quan đến áp suất cao và áp suất thấp,

gọi là buồng làm việc. Những vùng khép kín gọi là các ổ, rãnh. Trong các mặt

cắt ngang có khoang phân biệt với nhau bằng các đuờng tiếp xúc. Mỗi khoang

theo phụ thuộc vào chuyển động quay lần lượt tiếp xúc với các vùng làm việc

áp suất thấp và áp suất cao, tại mỗi một tiếp điểm nó trở thành ổ, rãnh. Về mặt

lý thuyết dọc theo chiều dài của một bước sẽ xảy ra việc phân ra các vùng

nằm phía trên và phía dưới của động cơ trục vít. Bề mặt trục vít rotor, stator

sẽ tiếp xúc với nhau chia vùng áp suất cao của chất lỏng khỏi vùng áp suất

thấp và khống chế chất lỏng chảy tự do chất lỏng chảy từ vùng này sang vùng

kia. Duới tác dụng chênh áp chất lỏng trục dẫn của trục vít chính tạo ra

mômen quay và truyền cho trục cácđăng. Khi chênh áp này càng lớn thì

mômen quay càng lớn.

Động cơ trục vít có một trục cấu tạo đơn giản được sử dụng rộng rãi

trong các ngành công nghiệp. Rotor trục vít có ưu điểm sử dụng như động cơ

thuỷ lực đáy :

- Không có hệ thống phân phối dòng chất lỏng.

- Không có sự dịch chuyển tương đối các chi tiết làm việc trong cặp rotor

và stator

- Liên tục thay đổi vị trí từng đuờng tiếp xúc của các bộ phận làm việc khi

rotor quay cho phép dòng dung dịch có thể tống thoát hết hạt mùn gây nên

mòn, từ các buồng tới các ổ và các rãnh.

Điều kiện tạo thành các ổ rãnh trong cặp roto stato của động cơ các

truờng hợp sau:

+ Số rãnh stator Z1 cần lớn hơn 1 rãnh so với số rãnh của rotor Z2



+ Tỷ số bước răng của stator T và buớc răng t cần tỷ lệ thuận với số các

rãnh xoắn:

1

2

T z

t z= (3.1)

Tỷ lệ số rãnh rotor, stator gọi là tỷ số truyền:

2

2

1

zU

z= (3.2)

Về mặt lý thuyết động cơ trục vít có thể có tỷ số truyền bất kỳ. Động cơ

với rãnh xoắn ít có thể tạo tốc độ vòng quay lớn và với mômen nhỏ. Khi tăng

số bước của rotor thì mômen cũng tăng nhưng tốc độ thì giảm. Điều đó giải

thích rằng cơ cấu trục vít với nhiều rãnh xoắn đóng vai trò động cơ và cũng là

hộp giảm tốc. Tỷ số truyền tỷ lệ với số rãnh xoắn của rotor.

3.1. Tính toán các thông số cho động cơ khoan trục vít

3.1.1. Lượng chất lỏng trên một vòng quay

Đặc điểm xuất phát để tính toán động cơ khoan trục vít là xác định thể

tích chất lỏng được thay thế trên một đơn vị vòng quay của rotor.

Theo một số tác giả thể tích chất lỏng được thay thế khi rotor quay một

vòng tính bằng thể tích rãnh xoắn trong một bước ren và được xác định bằng

công thức:

. . .r st rq n n p A= (3.3)

Trong đó :

q - Lượng chất lỏng trên một vòng quay (in3/ vòng )

nr – Số đầu mối rãnh xoắn của rotor

nst – Số đầu mối rãnh xoắn của stator

pr – Chiều dài bước ren rotor ( inch )



A – Diện tích mặt cắt khe hở giữa rotor và stator ( inch 2 )

Diện tích mặt cắt khe hở giữa rotor và stator được tính theo công thức:

2

2

2. 1..

4 ( 1)st

st

ndA

n

π −=

+ (3.4)

Trong đó:

d – Đường kính ngoài của động cơ ( inch )

Như vậy mỗi loại động cơ khoan trục vít được thiết kế với một q ( thể tích

chất lỏng được thay thế khi rotor quay một vòng ) nhất định.

3.1.2. Tốc độ vòng quay

Tốc độ vòng quay của động cơ khoan trục vít chính là tốc độ quay của

rotor đây thông số kỹ thuật của động cơ và cũng là thông số chế độ khoan.

Đại lượng này phụ thuộc vào lưu lượng nước rửa .

Khi có thể tích chất lỏng được thay thế trên một một vòng quay ta dễ dàng

xác định được tốc độ vòng quay của rotor khi được bơm với lưu lượng Q

231.Q

nq

= (3.5)

Trong đó :

n – tốc độ vòng quay của động cơ ( vòng / phút )

Q – Lưu lượng chất lỏng được bơm qua động cơ ( gallon/ phút )

q – Lượng chất lỏng trên một đơn vị vòng quay ( inch )

231 – Hệ số cân đối đơn vị 1 gallon = 231 inch3

3.1.3. Mômen quay

Mômen quay của động cơ khoan trục vít được xác định bởi sự cân bằng

công suất cơ khí và công suất thủy lực.

Công suất cơ khí được tính bằng (mã lực ) :



.( )

5252

M nN HP= (3.6)

Công suất thủy lực khi tính đến tổn thất được tính bằng ( mã lực )

. .

1714

Q p nN

∆= (3.7)

Trong đó :

N – Công suất của động cơ ( mã lực )

M – Mômen của động cơ ( lb-ft )

∆p – Mức chênh áp ra vào bộ phận công tác ( psi )

n - Hiệu suất thủy lực của động cơ khoan trục vít , thông thường nằm

trong khoảng 0,7 đến 0,8

Cân bằng hai công thức (3.4) và (3.5) tính được mômen động cơ :

5252. . . . .3,064.

1714.

Q p Q pM

n n

η η∆ ∆= = (3.8)

Thay công thức (3.3) vào (3.6) ta được :

0,0133 . .M q pη= ∆ (3.9)

Thay công thức (3.1) vào (3.7) ta được :

0,0133. . . . .st rM n n A pη= ∆ (3.10)

Qua công thức trên ta thấy mômen là đại lượng phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Yếu tố cấu tạo : q, nr, nst, pr, A

- Yếu tố làm việc : ∆p, η

Từ đó ta có nhận xét rằng đối với động cơ khoan trục vít có cùng chiều

dài và đường kính ta có thể sản xuất ra các động cơ có cấu tạo khác nhau về

(số đầu múi rãnh xoắn khác nhau, lưu lượng khác nhau…) cho giá trị mômen

khác nhau. Còn khi ứng với một loại động cơ thì giá trị mômen chỉ phụ thuộc



vào chênh áp ∆p, đồng nghĩa với mômen quay không phụ thuộc vào lưu

lượng nước rửa. Mặt khác đối với động cơ khoan trục vít đại lượng hiệu suất

ảnh hưởng tới mômen và công suất của động cơ là loại hiệu suất thủy lực.

Hiệu suất thủy lực này là ưu điểm nổi bật của động cơ khoan trục vít và cũng

là ưu điểm tốt hơn của động cơ khoan trục vít với tuabin khoan.

3.1.4. Giá trị chênh áp khi đầy tải

Giá trị chênh áp khi đầy tải là sự chênh lệch áp suất giữa đầu ra và đầu

vào của bộ phận công tác khi mômen của tải trọng tác dụng (mômen cản)

bằng mômen định mức của động cơ khoan trục vít.

Giá trị chênh áp khi đầy tải được xác định theo công thức :

[ ]125 6,25.( 1) .đt r tp n s∆ = + − (3.11)

Trong đó :

∆pđt – Giá trị chênh áp khi đầy tải ( psi )

St – Số bước xoắn của rotor

nr – Số rãnh xoắn của rotor

Giá trị chênh áp khi đầy tải là đại lượng đánh giá trạng thái tải trọng của

động cơ khi khoan. Khi làm việc giá trị chênh áp lớn hơn động cơ sẽ làm việc

ở trạng thái quá tải.Vì vậy nếu giá trị chênh áp tăng đến một giá trị nhất định

động cơ sẽ ngừng quay. Giá trị này được xác định theo công thức

∆ps = 1,75 ∆pđt (3. 12)

Với ∆ps : áp suất ngừng quay động cơ

Theo tính toán thiết kế mỗi loại động cơ khoan trục vít có một giá trị

chênh áp khi đầy tải từ đó trong khi vận hành sử dụng có thể xác định được

giá trị áp suất ngừng quay động cơ để tránh hiện tượng quá tải của động cơ và

dẫn tới làm động cơ ngừng quay. Giá trị này có giúp biết được trạng thái làm

việc của động cơ bằng cách so sánh giá trị áp suất trên đồng hồ với giá trị áp

suất của động cơ.



3.2. Đặc tính kỹ thuật của động cơ khoan trục vít.

Để có cơ sở kỹ thuật trong việc lựa chọn thông số chế độ khoan hợp lý

cần nắm chắc đặc tính kỹ thuật của các loại động cơ khoan trục vít. Hiện nay

XNLD Vietsopetro đang sử dụng động cơ khoan trục vít của Anadrill,

Blackmax, National Oilwell. Đặc tính kỹ thuật của động cơ khoan trục vít

gồm: bảng thông số kỹ thuật của động cơ và đường đặc tính của động cơ.

Đường đặc tính của động cơ được xây dựng trên cơ sở số liệu thử

nghiệm bằng cách cho động cơ làm việc trên hệ thống thử nghiệm. Các động

cơ khoan trục vít sau thời gian sử dụng để đưa về bờ để kiểm tra thử nghiệm

để đưa ra đường đặc tính. Tại xưởng động cơ của xí nghiệp khoan và sửa

giếng thuộc XNLD Vietsopetro có hệ thống thử nghiệm động cơ. Tất cả các

động cơ khoan trục vít trước khi đưa đi sử dụng đều được thử nghiệm trên hệ

thống để kiểm tra các thông số kỹ thuật.



Hình 3.1 : Sơ đồ hệ thống thử nghiệm động cơ khoan trục vít

1, Bể chất lỏng 5,9, Đồng hồ đo áp suất

2, Bộ lọc 6, Bộ thu các thông số

3, Bơm cao áp 7, Động cơ trục vít

4, Van an toàn 8, Bộ phận tạo mômen cản để đo

Hệ thống thu nhận tín hiệu ghi các thông số áp suất vào, áp suất ra, tốc độ

vòng quay, mômen cản, chênh lệch áp suất. Mômen cản trên trục ra của động

cơ đặc trưng cho khả năng tải của động cơ.



Lưu luợng lớn nhất 400(gal/ph) 1510(l/ph)

Số vòng trên đơn vị thể tích 0,68(v/gal) 0,18(v/l)

Chênh áp khi đầy tải 980(psi) 6750(kpa)

Mômen khi đầy tải 4170(ft-lbs) 5650(Nm)

Tải trọng lớn nhất lên choòng 642000(lbs) 2890(kN)

Hình 3.2 : Đặc tính làm việc động cơ khoan trục vít 6 ¼ ” 4/5 lobe 7.5 stage



Phân tích đường đặc tính kỹ thuật của động cơ khoan trục vít. Đường đặc

tính của động cơ trục vít bao gồm 3 đường biểu diễn đặc tính: đường tốc độ

vòng quay, đường mômen và đường công suất. Các biểu đồ biểu diễn các

đường trên trục hoàng là giá trị chênh lệch áp suất đầu vào và đầu ra của động

cơ còn tục tung là các đại lượng tốc độ vòng quay, mômen và công suất.

3.3.1. Đường biểu diễn số vòng quay.

Đường biểu diễn tốc độ trong thực tế khi làm việc do có tổn thất lưu

lượng nên đường biểu diễn tốc độ là đường cong đi xuống theo chiều tăng gía

trị chênh áp, mức độ giảm tốc độ vòng quay tương ứng với mức độ tổn thất

lưu lượng. Nguyên nhân do tổn thất lưu lượng là dòng chảy qua khe lệch tâm

giữa rotor và stator và dòng chảy qua khe hẹp trên đỉnh bề mặt của các ren

xoắn. Ở mức chênh áp thấp thì dòng chảy nhỏ khi chênh áp tăng lên dòng

chảy cũng tăng lên. Dòng chảy tăng tức là tổn thất lưu lượng tăng. Các đường

đặc tính của động cơ cho thấy rằng ứng với giá trị chênh lệch áp khi đầy tải

thì tổn thất lưu lượng lớn đặc biệt có loại động cơ tổn thất lên tới

40 % .

Ứng với mỗi giá trị lưu lượng ta có một đường biểu diễn tốc độ trên tất

cả các đường đặc tính của động cơ. Trên các đường đặc tính của động cơ

thường có 4 (3) đường tốc độ tương ứng với giá trị lưu lượng khác nhau,

khoảng trên và dưới của các giá trị lưu lượng này do nhà sản xuất đưa ra và

coi đây là tiêu chuẩn để lựa chọn động cơ khi làm việc. Điều này cho phép

thay đổi chế độ lưu lượng để thay đổi số vòng quay một cách linh hoạt.

3.3.2. Đường biểu diễn mômen.

Đường biểu diễn mômen là đường thẳng đi lên độ lớn của mômen tỉ lệ

thuận với giá trị chênh áp. Giá trị chênh áp suất tăng thì mômen quay tăng.

Khác với tốc độ vòng quay đường biểu diễn mômen không phụ thuộc vào giá

trị lưu lượng chất lỏng đi qua động cơ. Ở mỗi giá trị chênh áp có một giá trị

mômen không đổi với các giá trị lưu lượng khác nhau.



3.3.3. Đường biểu diễn công suất.

Đường biểu diễn công suất là tập hợp các đường có điểm xuất phát từ

gốc tọa độ. Ứng với mỗi giá trị lưu lượng hình thành một đường biểu diễn

công suất. Giá trị công suất tỉ lệ thuận với lưu lượng tức là nếu lưu lượng thấp

hơn thì đường biểu diễn công suất nằm ở phía dưới còn lưu lượng lớn hơn thì

có đường công suất nằm ở phía trên.

Khi làm việc do tổn thất tại giá trị chênh áp ∆pđt, ∆ps và do tổn thất thủy

lực nên đường biểu diễn công suất làm việc là tập hợp các đường cong lồi

xuất phát từ gốc tọa độ mỗi đường cong bao giờ cũng tồn tại một giá trị cực

đại. Ban đầu khi khi tăng giá trị chênh áp ∆p thì công suất công suất cũng

tăng nhưng khi ∆p đến một giá trị nhất định thì công suất đạt cực đại và bắt

đầu giảm. Nếu tiếp tục tăng ∆p một mặt do tổn thất thủy lực tăng nhanh mặt

khác gây quá tải động cơ và làm động cơ ngừng quay. Giá trị công suất cực

đại của động cơ đạt được tại ∆p nào đó có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn ∆pđt phụ

thuộc vào mỗi động cơ. Như vậy giá trị chênh áp cực đại chưa phải là tối ưu.

Do đó cần nghiên cứu để lựa chọn được công suất tối ưu của động cơ khi sử

dụng.

Trên cơ sở phân tích đường đặc tính có một số nhận xét về động cơ khoan

trục vít :

- Mômen của động cơ tỉ lệ thuận với số múi rãnh xoắn

- Tốc độ quay tỉ lệ nghịch với số múi rãnh xoắn

- Số bước xoắn càng lớn thì công suất và áp suất làm việc càng lớn.

Qua đặc tính kỹ thuật của động cơ khoan trục vít được giới thiệu có thể biểu

diễn về mối quan hệ giữa mômen và tốc độ vòng quay với cấu tạo đầu múi

rãnh xoắn :



Hình 3.3 : Biểu đồ tương quan giữa mômen và tốc độ quay so với số múi rãnh

xoắn của rotor và stator

Đặc tính của động cơ trục vít thuỷ lực. Thông số năng luợng của động cơ

trục vít thuỷ lực đuợc xác định bằng tỷ số truyền, độ giảm áp và lưu luợng

chất lỏng Q.

Khi lưu luợng chất lỏng không thay đổi thì động cơ có sự thay đổi

mômen quay M phụ thuộc vào độ giảm áp ∆p tốc độ vòng quay n của trục,

công suất N và hệ số hiệu dụng .

Tốc độ vòng quay lớn nhất tuơng ứng với chế độ không tải, mômen quay

lớn nhất tuơng ứng với chế độ hãm khi tốc độ bằng không. Khởi động của

động cơ được xảy ra khi giảm áp từ 1- 2 MPas áp này của động cơ để sản sinh



ra thắng tổn thất cơ khí và thuỷ lực. Khi tăng mômen hãm thì chênh áp tăng

đồng thời tăng công suất và hiệu suất .

Chế độ công suất cực đại gọi là chế độ hiệu quả nhất. Chế độ hiệu suất

lớn nhất gọi là chế tối ưu. Thông thuờng trong động cơ trục vít không có sự

trùng hợp giữa 2 chế độ trên. Vùng làm việc ổn định của động cơ sẽ nằm giữa

2 chế độ nói trên với tốc độ vòng quay 50 – 100 v/p và chế độ làm việc hiệu

suất thông thuờng 0,4 – 0,5 hiệu suất thể tích 0,8 – 0,9 hiệu suất chung 0,5 –

0,6. Khi đã đạt giá trị mômen hãm tới hạn trục vít của động cơ ngừng quay

còn áp suất lúc đó sẽ quyết định độ kín stator và rotor khi độ kín bị phá huỷ

dung dịch chảy qua động cơ.

Trong vùng làm việc từ chế độ quay trơn không tải đến chế độ làm việc tối ưu

tỷ lệ thuận với lưu luợng . Do đó khi Q thay đổi thì tốc độ thay đổi theo công

thức :

2

2 11

.Q

n nQ

= (3.13)

Với việc tăng lưu luợng của chất lỏng khoảng làm việc của động cơ mở

rộng. Trong động cơ trục vít tốc độ quay phụ thuộc vào mômen quay, ngoài ra

phụ thuộc độ mòn quá trình làm việc đặc tính làm việc giảm. Điều này đuợc

giải thích do sự tăng dò qua khe hở khi độ mòn tăng lên .Độ mòn của rotor và

stator theo đỉnh răng mép cũng theo các răng dẫn đến độ không kín khít

khoang làm việc và làm cho tổn thất thể tích tăng lên và giảm đặc tính của

động cơ. Độ mòn của cặp làm việc rotor và stator sẽ quyết định thời gian làm

việc của động cơ thông thuờng 50 – 200h và phụ thuộc vào chất luợng động

cơ cũng như tính chất dung dịch.



Hình 3.4: Đường đặc tính tổng hợp của động cơ trục vít

Để xác định khả năng làm việc hợp lý tương ứng với động cơ khoan trục

vít cần xác định vùng làm việc trên đường đặc tính bằng cách xây dựng

đường hiệu suất. Cơ sở xây dựng đường hiệu suất là căn cứ theo sự giảm tốc

độ vòng quay của động cơ khi gia tăng áp suất để xây dựng đường hiệu suất.

Sau khi xác định được đường hiệu suất căn cứ vào giá trị hiệu suất đặc thù

của thiết bị để lựa chọn khoảng hiệu suất làm việc. Động cơ khoan trục vít là

loại máy thủy lực thể tích khi làm việc công suất của động cơ giảm là do tổn

thất lưu lượng. Do đó đặc thù là loại động cơ thể tích và trong hệ thống khoan

tổn hao lưu lượng từ 10 đến 30% đồng nghĩa với hiệu suất trong khoảng 70 –

90% . Cụ thể như sau động cơ khoan trục vít tốc độ cao chọn hiệu suất 70%,

động cơ khoan trục vít tốc độ trung bình chọn hiệu suất 80%, động cơ khoan

trục vít tốc độ thấp chọn hiệu suất 90%.

Với 3 hãng động cơ khoan trục vít mà XNLD Vietsopetro đã và đang sử

dụng là Anadrill, Blackmax, National Oilwell thì đối với động cơ của hãng

Anadrill đã xác định được vùng làm việc trên đường đặc tính còn đối với 2

hãng còn lại là Blackmax, National Oilwell chưa đề cập đến khoảng làm việc.



CHƯƠNG IV:

QUY TRÌNH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT TRONG GIẾNG KHOAN

DẦU KHÍ.

4.1. Quy trình tiến hành sử dụng động cơ đáy

4.1.1. Chọn động cơ theo đường kính giếng khoan.

Việc chọn lựa động cơ theo đường kính giếng khoan thiết kế là tiêu chí đầu

tiên. Ở đây việc chọn lựa động cơ theo đường kính giếng khoan cụ thể là theo

đường kính choòng khoan. Đường kính choòng khoan tương ứng với các loại

động cơ được cho bảng dưới đây.

LOẠI ĐỘNG CƠ

ĐƯỜNG KÍNH CHOÒNG

( mm )

A962 (245mm) - National 311 – 445

- Blackmax 311 – 445

- Anadrill 311- 660

A800 (203 mm) - National 245 – 311

- Blackmax 245 – 311

- Anadrill 250 – 374

A675 (172 mm ) - Blackmax 222 – 251


A475 (120 mm) - Blackmax 149 – 200


A375 (95 mm) - Blackmax 108 – 149


Bảng 4.1: Bảng lựa chọn đường kính choòng theo đường kính từng loại

động cơ



4.1.2. Chuẩn bị thả động cơ vào giếng khoan

4.1.2.1. Đưa động cơ lên sàn khoan

- Khi đưa động cơ lên sàn khoan cũng như khi đưa xuống cầu trượt bắt

buộc phải sử dụng đầu nối kéo thả chuyên dụng của từng loại động cơ.

- Kiểm tra tình trạng bề mặt bên ngoài của động cơ.

4.1.2.2. Thử động cơ trên bề mặt

- Không lắp choòng khi thử động cơ

- Kiểm tra độ dơ dọc trục của động cơ

- Thả động cơ vào giếng, kiểm tra tình trạng của van thông

- Lắp cần vuông vào động cơ

- Thả động cơ vào giếng sao cho các lỗ thoát của van thông nằm bên

dưới miệng phễu

- Bật bơm tăng dần lưu lượng đồng thời quan sát sự thoát dung dịch qua

các lỗ van thông

- Khi van thông đóng ghi nhận áp suất đóng van. Có thể kéo cao để quan

sát dễ dàng trạng thái làm việc của van thông

- Tăng dần lưu lượng bơm đến giá trị thiết kế. Ghi nhận áp suất bơm và

so sánh với chỉ số áp suất ghi trên đặc tính kỹ thuật của chúng

- Đánh giá sự làm việc của động cơ

- Thả động cơ trở lại để các lỗ thoát của van thông nằm bên dưới miệng

phễu trước khi tắt bơm.

- Sau khi tắt bơm đối với động cơ Anadrill kéo toàn bộ lên để xem xét

khả năng làm mát và bôi trơn ổ chứa bi (xem xét sự thoát dung dịch ở phần

bên ngoài trục ngay bên trên đầu nối với choòng khi bơm 4 – 10 % thể tích

dung dịch thoát qua khe hở đó)

- Lắp choòng khoan và tiến hành thả cần nếu không phải đặt hoặc chỉnh

góc lệch.



4.1.2.3. Đặt và chỉnh góc lệch động cơ

- Đưa động cơ về vị trí thuận tiện

- Lắp khóa máy để giữ và tháo lắp khớp chỉnh góc

- Tháo khớp nối giữa vòng chỉnh góc thân động cơ 2- 3 vòng

- Kéo phần trên của động cơ lên khoảng 2 – 3 cm để lộ các bánh răng ở

bên trong vòng chỉnh góc

- Dùng khóa xích hay vòng chỉnh góc sao cho giá trị góc lệch ghi trên

vòng trùng với giá trị tương ứng ghi bên dưới thân động cơ

- Hạ nhẹ nhàng phần trên của động cơ xuống để các bánh răng khớp lại

với nhau

- Đảo lại vị trí của 2 khóa máy

- Xiết chặt khớp nối cong lại tương ứng với mômen đã quy định theo

bảng :

Bảng 4.2 : Mômen vặn khớp nối cong

LOẠI ĐỘNG CƠ

ANADRILL

BLACKMAX

A962 81 500 Nm 81 300 Nm

A800 47 500 Nm 54 230 Nm

A675 34 000 Nm 29 830 Nm

A475 12 500 Nm 16 270 Nm



Hình 4.1 : Thao tác đặt góc lệch đầu nối cong trên động cơ .



4.1.3. Thả động cơ vào giếng khoan

- Khi choòng khoan được đưa tới gần sát đáy giếng ngưng thả bơm rửa

và tăng lưu lượng bơm tới giá trị đã tính toán và ghi lại áp suất không tải P0

- Trước khi khoan cần phải đặt phin lọc trên đầu cột cần khoan và cần

phải kiểm tra thường xuyên công việc này khi tiếp cần

- Thả từ từ choòng tới sát đáy giếng khoan và tăng dần tải trọng lên

choòng Áp suất của bơm lúc này cũng đồng thời tăng lên dần. Quá trình

khoan được bắt đầu.

- Cần ghi nhớ rằng áp suất bơm và mômen xuất hiện lên choòng tỉ lệ

thuận với tải trọng tác dụng lên choòng

- Tiếp tục tăng đều tải trọng lên choòng đồng thời quan sát đồng hồ áp

suất cho tới khi áp suất bơm đạt giá trị yêu cầu tối đa (áp suất làm việc tối đa

P1)

- Hiệu số giữa áp suất làm việc giữa áp suất làm việc P1 và áp suất không

tải P0 được gọi là áp suất chênh lệch và được ký hiệu là ∆P

∆P = P1– P0

- Giá trị áp suất chênh lệch. Tối đa ∆P = 60% – 75 % giá trị tổn hao áp

suất cực đại của động cơ (đã có chỉ dẫn của mỗi loại động cơ trong đặc tính

kỹ thuật của chúng). Thông thường tùy từng trường hợp cụ thể phụ thuộc vào

từng loại động cơ ta lấy ∆P = 10 – 20 at

- Khi đạt tới áp suất làm việc tối đa P1 ngừng tăng tải chờ để choòng

khoan có đủ thời gian phá hủy đất đá áp suất bơm sẽ giảm nhỏ hơn P1 tiếp tục

tăng đều tải trọng lên choòng cho tới khi áp suất tăng trở lại và đạt tới giá trị

P1. Quá trình khoan được tiếp tục

- Trong suốt quá trình khoan đặc biệt trong khi khoan chỉnh xiên cố gắng

luôn giữ cho áp suất bơm không đổi bằng giá trị P1 vì nếu vượt quá giá trị này

thì động cơ sẽ bị quá tải động cơ ngừng quay



- Cần chú ý rằng sự ngừng quay của động cơ do quá tải làm giảm tuổi

thọ một cách đáng kể của động cơ vì vậy cần chú ý để hiện tượng ngừng quay

động cơ không xảy ra trong khi khoan.

- Khi có hiện tượng động cơ ngừng quay do quá tải cần khẩn trương ngay

lập tức ngừng quay rotor (nếu khoan có quay rotor) tắt bơm trước khi kéo

choòng khỏi đáy giếng khoan.

- Việc lựa chọn chế độ khoan tối ưu có thể tiến hành bằng cách thay đổi

tải trọng lên choòng trong phạm vi cho phép sao cho

P0 < P < P1

Thực chất ở đây là lựa chọn chênh lệch áp suất trong khi khoan để để đạt

được tốc độ khoan cơ học lớn nhất.

- Khi khoan bằng động cơ sự truyền tải tới choòng khoan thực hiện được

tốt khi kết hợp quay rotor (đặc biệt tại những đoạn có góc lệch lớn) . Tuy

nhiên cần biết rằng khi khoan có quay rotor đều có hại cho động cơ ngay cả

khi góc lệch bằng 0 độ

- Khi cần thiết phải kéo choòng lên khỏi đáy giếng để đo góc tiếp cần

dạo cần phải kéo lên từ từ để tránh gây giảm đột ngột mômen ở stator. Tốt

nhất chỉ kéo choòng lên khi choòng đang quay không tải.

LOẠI ĐỘNG CƠ

CƯỜNG ĐỘ LỆCH

CỰC ĐẠI CỦA THÂN

GIẾNG

GÓC LỆCH LỚN

NHẤT CHO PHÉP

QUAY ĐỘNG CƠ

( 0/10 m) ( Độ )

A962 M

A800 M

A675 M

A475 M

2.95

3.61

5.91

8.53

1.50

1.50

1.50

1.50

Bảng 4.3 : Điều kiện cho phép quay rotor khi khoan bằng động cơ trục vít.



4.1.4. Quy trình điều chỉnh lưu luợng khi khoan bằng động trục vít

Dựa vào đặc tính kỹ thuật của động cơ để lựa chọn chế độ khoan. Khác

với khoan rotor chế độ khoan bằng động cơ đáy phụ thuộc rất nhiều đến đặc

tính kỹ thuật của loại của loại động cơ đang sử dụng. Do đó khi khoan bằng

động cơ đáy thường căn cứ vào đặc tính kỹ thuật của động cơ để lựa chọn chế

độ khoan. Đặc tính kỹ thuật của động cơ là các thông số chuẩn về lưu lượng,

số vòng quay, trọng lượng, chiều dài động cơ, tải trọng lớn nhất lên choòng,

mômen, đường kính choòng phù hợp. Duới đây là bảng một số loại động cơ

đang đuợc sử dụng tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro:



Nationnal

962

National

800

BL

962

A 962

BL

800

A 800

BL

675

A 675

BL

475

A 475

BL

375

Loại

động cơ

5: 6

5: 6

5: 6

4: 5

5:6

5:6

4:5

7:8

6:7

4:5

5:6

4:5

7:8

Cấu

hình roto/ S

tator 4,0

3,0

5,0

3,6

4,0

3,0

3,6

3,0

5,0

4,8

4,0

3,5

2,3

Bước

xoắn 37,85

37,85

32,2

31,5

37,85

37,85

56,78

18,93

18,93

18,93

6,32

6,32

6,3

Min

75,7

75,7

56,8

56,8

75,7

75,7

74

56,78

37,85

37,85

15,76

15,76

10,1

Max

Lưu

lượng bơm

(l/s)

65

65

150

120

40

67

74

48

56

150

67

50

60

Min

136

136

260

220

127

134

219

145

173

300

217

262

121

Max

Số

vòng Q

uay (vòng/ phút)

311

311

245

245

311

311

245

251

222

212

149

149,4

121

Min

445

445

311

311

445

660

311

374

251

251

200

177,8

149

Max

Đường

Kính

choòng phù hợp (m

m)

2370

2030

1220

1190

2300

2449

1700

1587

1050

793

700

281

227

Trọng

lượng (kg)

9,24

7,89

7,32

7,13

8,53

8,01

7,47

7,19

7,98

6,52

5,89

5,07

5,18

Chiều

dài động Cơ

(m)

113

113

64

64

34,04

34,04

29,5

29,5

22,69

22,69

11,35

11,35

5 Tải

trọng lên choòng lớn nhất (T

)

1200

1200

1200

1200

7250

7525

3600

5200

5200

1550

1500

725

725

Min

12580

9450

5410

5160

8530

8830

4000

6000

6000

1700

1700

1125

1125

Max

Mô m

en (F

t/lb)

Bảng 4.4 :Bảng đặc tính kỹ thuật của các loại động cơ khoan trục vít hiện có ở

XNLD Vietsopetro

Trong quá trình sử dụng động cơ khoan trục vít thông số lưu lượng đối

với mỗi loại động cơ quyết định đến các thông số khác của động cơ trục vít



như: số tốc độ, mômen quay, công suất của động cơ. Do đó điều chỉnh lưu

luợng là yếu tố ảnh hưởng tới các yếu tố khác. Việc điều chỉnh lưu lượng ở

đây chính là điều chỉnh lưu luợng của máy bơm piston khoan.

Lưu luợng lý thuyết Q (lưu luợng chưa kể đến sự rò rỉ) của máy thủy lực thể

tích bằng tổng thể tích làm việc của máy bơm dung dịch trong một đơn vị thời

gian.

60

....

60

.).2(.

nSaFinSfFiQ =

−= (4.1)

Trong ®ã:

i : sè xi lanh lµm viÖc

F: diÖn tÝch bÒ mÆt lµm viÖc cña mÆt piston (mm2)

n: sè vßng quay trôc m¸y b¬m

S: hµnh tr×nh lµm viÖc cña piston (mm)

a: HÖ sè tÝnh ®Õn diÖn tÝch cña cÇn piston:

. F

fa −= 2

Tõ c«ng thøc: 60

.... nSaFiQ = , ta cã thÓ rót ra çc ph−¬ng ph¸p

®iÒu chØnh l−u l−îng cho b¬m piston nh− sau:

- Thay ®æi sè xilanh lµm viÖc i.

- Thay ®æi diÖn tÝch lµm viÖc cña mÆt piston, b»ng çch thay ®æi

®−êng kÝnh xilanh.

- Thay ®æi chiÒu dµi cña hµnh tr×nh piston S.

- Thay ®æi sè vßng quay cña trôc ®éng c¬.

Ngoµi ra ta cã thÓ sö dông çc ph−¬ng ph¸p kh¸c nh−: ghÐp b¬m song

song cïng lµm viÖc, l¾p thªm van tiÕt l−u ë ®−êng ra cña b¬m…



4.1.4.1. Thay ®æi ®−êng kÝnh xilanh b¬m.

Víi mçi mét m¸y b¬m dung dÞch khoan dÇu khÝ ®−îc trang bÞ mét vµi

bé xilanh – piston ®Ó phôc vô c«ng t¸c ®iÒu chØnh l−u l−îng trong khi khoan.

Víi çc má dÇu hiÖn nay cña ViÖt Nam th× çc cÊp xilanh ®−îc sö dông cã

®−êng kÝnh tõ 110÷200 mm. Tuú theo l−u l−îng yªu cÇu vµ cÊu tróc giÕng

khoan mµ ta thay ®æi, lùa chon ®−êng kÝnh xilanh sao cho phï hîp.

Mét sè cÊp ®−êng kÝnh cña çc m¸y b¬m nh−:

M¸y b¬m Y8 – 3 : 130 ; 150 ; 170 ; 185 ; 200 .

M¸y b¬m Y8 – 4 : 120 ; 130 ; 150 ; 170 .

Nh− vËy çc m¸y b¬m ®Òu cã nhiÒu cÊp ®−êng kÝnh xilanh vµ ∆D =

6.35÷20 mm.

Víi ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l−u l−îng b»ng çch chØ thay ®æi ®−êng

kÝnh xilanh th× ta cã kÕt cÊu gän nhÑ, giµ thµnh rÎ, dÔ sö dông, thuËn lîi khi

b¬m dung dÞch khoan kh«ng cÇn ¸p suÊt vµ l−u l−îng qu¸ lín.

ë ph−¬ng ph¸p kÕt hîp thay ®æi ®−êng kÝnh xilanh víi thay ®æi tèc ®é

cña ®éng c¬ dÉn ®éng th× sÏ cho ta sö dông trong tr−êng hîp khoan s©u víi

yªu cÇu ¸p suÊt vµ l−u l−îng lín. Tuy nhiªn nã cång kÒnh,gi¸ thµnh cao, ®ßi

hái c«ng nh©n vËn hµnh cã tr×nh ®é cao.

Ưu nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l−u l−îng b¬m b»ng viÖc

thay ®æi ®−êng kÝnh xilanh cña m¸y b¬m:

- Ưu ®iÓm:

• T¨ng ®−îc mét l−u l−îng ®¸ng kÓ nªn tiÖn cho

viÖc lùa chän.

• C«ng t¸c thay thÕ kh«ng qu¸ phøc t¹p.

• Gi÷ ®−îc ¸p suÊt æn ®Þnh cÇn thiÕt ®Ó ®−a mïn

khoan lªn trªb bÒ mÆt

- Nh−îc ®iÓm:

• Buéc ph¶i ng−ng tiÕn ®é thi c«ng khi th¸o l¾p.



• Chi phÝ lín nªn lµm ¶nh h−ëng tíi hiÖu qu¶ kinh

tÕ.

• Yªu cÇu thî cã tr×nh ®é cao vµ kinh nghiÖm ®Ó

phôc vô qu¸ tr×nh thay thÕ xilanh.

4.1.4.2. Thay ®æi tèc ®é quay cña tay biªn ( thay ®æi sè hµnh tr×nh piston).

§iÒu chØnh tèc ®é cña bé truyÒn ®éng lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ cho

phï hîp víi çc yªu cÇu cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh»m ®¶m b¶o n¨ng suÊt

cao, víi chi phÝ n¨ng l−îng nhÊt ®Þnh, ®¶m b¶o ®−îc çc chØ tiªu n¨ng l−îng

cao nhÊt.

§èi víi ®éng cã dÉn ®éng cho m¸y b¬m ng−êi ta sö dông 2 lo¹i ®éng

c¬ lµ;

- §éng c¬ ®iÖn.

- §éng c¬ Diesel.

Khi dÉn ®éng lµ ®éng c¬ ®iÖn.

NÕu ®éng c¬ dÉn ®éng cho m¸y b¬m lµ ®éng c¬ ®iÖn th× viÖc ®iÒu chØnh

tèc ®é cña ®éng c¬ lµ ®¬n gi¶n h¬n rÊt nhiÒu so víi viÖc ta thay ®æi tû sè

truyÒn tõ ®éng c¬ vµo tay biªn cña m¸y b¬m.

ViÖc thay ®æi tèc ®é truyÒn ®éng cña çc c¬ cÊu c«ng t¸c cã thÓ thùc

hiÖn hoÆc lµ b»ng viÖc sö dông bé truyÒn ®éng ®iÒu chØnh ®−îc hoÆc lµ thay

®æi chÝnh tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn. Ph−¬ng ph¸p thø hai ®−îc sö dông phæ

biÕn v× nã lµm cho phÇn kÕt cÊu c¬ khÝ cña c¬ cÊu c«ng t¸c ®¬n gi¶n ®i rÊt

nhiÒu.

a) Víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch song song lµ thay ®æi ®iÖn ¸p

®Æt vµo phÇn øng. Muèn vËy cÇn ph¶i cã nguån ®iÖn mét chiÒu víi ®iÖn ¸p

thay ®æi ®−îc. Nguån mét chiÒu nh− vËy cã thÓ lµ bé biÕn ®æi ®Æc biÖt ®Ó

cïng víi ®éng c¬ t¹o thµnh hÖ truyÒn ®éng kh¸c nhau nh−: hÖ m¸y ph¸t -



®éng c¬ ; hÖ chØnh l−u ®iÒu khiÓn ®−îc - ®éng c¬ ; bé biÕn ®æi tranditor - ®éng

c¬ … Th«ng dông lµ sö dông hÖ m¸y ph¸t - ®éng c¬.

Ưu iÓm cña ph−¬ng ph¸p lµ: cã d¶i ®iÒu chØnh réng, ®é ªm dÞu vµ tÝnh

kinh tÕ cao khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬.

Nh−îc ®iÓm lµ: ®ßi hái vèn ®Çu t− lín do tæng c«ng suÊt ®Æt vµo ®éng

c¬ ®iÖn lín gÊp 3 lÇn c«ng suÊt cÇn cho m¸y c«ng t¸c, vµ hiÖu suÊt cña c¶ hÖ

còng thÊp h¬n ; viÖc vËn hµnh tæ hîp m¸y ph¸t - ®éng c¬ còng tiªu tèn ®¸ng

kÓ cho phôc vô kü thuËt.

b) Víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp lµ ®−a vµo m¹ch phÇn

øng ®iÖn trë phô cã gi¸ trÞ sao cho dßng më m¸y kh«ng v−ît qu¸ dßng cho

phÐp. Cïng víi qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña ®éng c¬ th× còng cÇn gi¶m dÇn gi¸ trÞ

®iÖn trë phô. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng

®iÖn n¨ng ®¸ng kÓ ®Ó ®èt nãng ®iÖn trë phô.

c) Trong thùc tÕ, ®Ó thay ®æi M, n cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ta cã thÓ

thùc hiÖn b»ng hai çch lµ:

- Çch 1: Cho ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ - m¸y ph¸t. Trong

tr−êng hîp nµy cã nh−îc ®iÓm lµ chi phÝ chÕ t¹o nªn thiÕt bÞ lín vµ

kÝch th−íc, träng l−îng còng lín nªn Ýt dïng.

- Çch 2: Dïng bé biÕn ®æi Tranditor cho phÐp thay ®æi dßng ®iÖn

xoay chiÒu thµnh dßng mét chiÒu vµ cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é v«

cÊp.−u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ: gi¶m bít ®−îc çc bé truyÒn

trung gian, dÔ chän ®−îc tèc ®é hîp lÝ phï hîp ®iÒu kiÖn cô thÓ, nªn

hay ®−îc sñ dông.

d) Víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®−îc thùc hiÖn ®¬n gi¶n h¬n c¶ lµ ®−a

®iÖn trë phô vµo m¹ch r«to. Víi çch ®iÒu chØnh nµy sÏ gi÷ ®−îc kh¶ n¨ng

chÞu qu¸ t¶i, t¨ng m«men më m¸y vµ t¨ng ®é dèc cña ®−êng ®Æc tÝnh c¬. Tuy



nhiªn ph−¬ng ph¸p nµy chØ ®iÒu chØnh tèc ®é theo h−íng gi¶m tèc ®é quay

cña ®éng c¬.

Ở mçi cÊp ®−êng kÝnh , khi t¨ng P ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh nµo ®ã th×

l−u l−îng cña m¸y b¬m sÏ thay ®æi theo chiÒu gi¶m l−u l−îng do çc tæn thÊt

nh−: sù rß rØ l−u l−îng … Khi ®−êng gi¶m l−u l−îng c¾t ®−êng ®Æc tuyÕn cña

cÊp xilanh kÕ tiÕp th× lóc nµy ta cÇn thay ®æi cÊp xilanh - piston kh¸c ®Ó m¸y

b¬m lµm viÖc b×nh th−êng. NÕu ta kh«ng thay ®æi th× m¸y b¬m sÏ bÞ qu¸ t¶i v×

lóc nµy ¸p suÊt P tiÕp tôc t¨ng.ë ®©y çc ®−êng ®Æc tuyÕn cña m¸y b¬m lµ çc

®−êng dèc nªn d¶i thay ®æi l−u l−îng gÊp khóc kh«ng ®Òu vµ kh«ng liªn tôc

lµm cho m¸y b¬m ph¶i lµm viÖc ë nhiÒu chÕ ®é kh¸c nhau nªn dÔ g©y háng

hãc.

Khi dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ Diesel.

Khi thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ Diesel lµ ta thay ®æi l−îng nhiªn liÖu cÊp

cho ®éng c¬ b»ng tay ga.

NhËn xÐt:

Ưu ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p:

- DÔ dµng thay ®æi tèc ®é dÉn tíi thay ®æi l−u l−îng cña b¬m.

- Thao t¸c nhanh, dÔ dµng thay ®æi, dÔ vËn hµnh.

- Lµm mÒm ®−êng ®Æc tÝnh l−u l−îng.

Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p:

- ë mét tèc ®é th× l−u l−îng thay ®æi kh«ng lín.

Ngoµi ra ta cßn ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ dÉn ®éng b»ng çch l¾p

thªm hép tèc ®é vµo trôc cña ®éng c¬ dÉn ®éng.

Ưu nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p:

- Ưu ®iÓm:

• DÔ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬.



- Nh−îc ®iÓm:

• KÕt cÊu cña ®éng c¬ cã thªm hép tèc ®é v× vËy

trë nªn kång kÒnh.

• NÕu ®éng c¬ lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th× ta cßn

ph¶i l¾p thªm bé biÕn ®æi dßng th× nã chiÕm

thªm diÖn tÝch sö dông.

• Khi t¨ng tèc ®é m¸y ph¶i lµm viÖc ë chÕ ®é rÊt

kh¾c nghiÖt nªn dÔ g©y háng hãc.

• T¨ng gi¸ thµnh khi mua m¸y.

• Thay ®æi ë nh÷ng cÊp tèc ®é nhÊt ®Þnh, kh«ng

thay ®æi theo mét d¶i tèc ®é ®−îc.

4.1.4.3. Thay ®æi l−u l−îng b»ng ph−¬ng ph¸p ghÐp b¬m:

Ta cã hai ph−¬ng ph¸p ghÐp b¬m lµ ghÐp song song vµ ghÐp nèi tiÕp

çc b¬m cïng lµm viÖc trong mét hÖ thèng. Nh−ng ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng

cña b¬m piston ta chØ ¸p dông ph−¬ng ph¸p ghÐp çc b¬m song song trong

mét hÖ thèng. Mçi b¬m sÏ cã mét ®−êng hót riªng, cßn ®Çu x¶ th× gép chung

l¹i thµnh mét ®−êng x¶.

Yªu cÇu ®èi víi çc m¸y b¬m nµy lµ ph¶i cã cïng cét ¸p, cho dï l−u

l−îng tiªng cña mçi b¬m cã thÓ kh¸c nhau. Ap dông ph−¬ng ph¸p nµy t¨ng

®iÒu chØnh l−u l−îng b¬m mµ kh¸ ®¬n gi¶n. Tuy nhiªn l−u l−îng b¬m t¨ng

theo nh÷ng gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, khã ®¹t ®−îc l−u l−îng theo ý muèn. MÆt kh¸c

chi phÝ kh¸ tèn kÐm v× cÇn ph¶i cã nhiÒu b¬m cïng lµm viÖc. Ph−¬ng ph¸p

nµy ®−îc thay thÕ b»ng çc m¸y b¬m cã nhiÒu xilanh.

4.1.4.4. Thay ®æi l−u l−îng b»ng çch ®iÒu chØnh van tiÕt l−u:

Trong qu¸ tr×nh khoan th× van tiÕt l−u còng ®ãng vai trß kh¸ quan träng,

v× vËy lu«n cÇn ph¶i cã c«ng nh©n trùc tiÕp ®iÒu chØnh van khi cã bÊt th−êng

x¶y ra. Cô thÓ nh− lµ khi cã hiÖn t−îng mÊt dung dÞch khoan th× ng−êi c«ng



nh©n ph¶i lËp tøc ®iÒu chØnh van tiÕt l−u ®Ó gi¶m bít l−îng dung dÞch ®i vµo

trong vØa vµ tiÕp theo th× míi thay ®æi tÝnh chÊt cña dung dÞch nh»m kh¾c phôc

hiÖn t−îng mÊt dung dÞch. Tuy nhiªn kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh l−u l−îng b»ng

ph−¬ng ph¸p nµy sÏ kh«ng kÐo dµi mµ chØ ®iÒu chØnh tøc thêi råi tÝnh ®Õn kh¶

n¨ng cña ph−¬ng ph¸p tiÕp theo. V× khi ®iÒu chØnh van tiÕt l−u sÏ cÇn ph¶i tÝnh

®Õn kh¶ n¨ng cã ®¸p øng ®ñ ¸p suÊt ®Ó ®−a mïn khoan lªn bÒ mÆt giÕng hay

kh«ng.

Ngoài ra trong quá làm việc của bơm piston do áp suất và lưu lượng

của bơm thay đổi trong một khoảng rộng do đó ảnh hưởng lớn đến các thông

số làm việc trực tiếp của động cơ trục vít. Để hạn chế điều này một biện pháp

đang được sử dụng hiện nay là nắp thêm bình điều hòa cho máy bơm khoan.

Tính toán bình điều hòa là đi xác định thể tích không khí trong bình

dựa trên giá trị lớn nhất của mức độ không ổn định áp suất.

Trong quá trình làm việc, áp suất và thể tích không khí trong bình luôn

thay đổi.

Ta gọi:

+ Pmax, Ptb, Pmin, là áp suất lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không

khí trong bình.

+ Vmax, Vtb, Vmin là thế tích lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không

khí trong bình

Gọi δ là hệ số biểu thị mức độ không ổn định của áp suất, được xác

định theo công thức:

ax minm

Tb

P P

Pδ

−= (4.2)

Trong đó: ax min

2m

Tb

P PP

+= (4.3)

Tương tự: ax min

2m

Tb

V VV

+= (4.4)

Ta đi tìm sự liên quan giữa δ và V

(4.5)

ax min ax min

ax min

2( )m m

m Tb Tb

Tb

V V V V V

V V V V

VV

δ

δ

− − ∆= = =

+

∆⇒ =



Ở đây V∆ - Chính là thể tích của chất lỏng được tích lại trong bình

Như vậy mức độ không ổn định về áp suất δ cũng đặc trưng cho sự thay

đổi thể tích trong bình.

Tương tự ta có thể xác định được:

- Với máy bơm 1 xylanh tác dụng kép : ∆V=0,21 F.S

- Với máy bơm 2 xylanh tác dụng kép: ∆V=0,042 F.S

- Với máy bơm 3 xylanh tác dụng đơn: ∆V=0,09 F.S

Nếu ta chọn δ = 0,025 (chuyển động của chất lỏng trong bình có độ ổn

đinh max) thì ta xác định được lượng khí cần nạp vào bình cho các loại bơm

khác nhau:

Từ δ

VVtb

∆= có thể xác định được thể tích chứa khí của bình:

SFSFVtb ..22..025,0

55,0== - Cho máy bơm tác dụng đơn

SFVtb ..9= - cho máy bơm tác dụng kép

SFSFVtb ..6,3.025,0

09,0== - cho máy bơm tác dụng ba

SFVtb ..2= - cho máy bơm tác dụng bốn

(Các giá trị trên đều đúng cho bình điều hòa hút và đẩy)

- Thể tích của bình điều hòa được xác định theo công thức:

δ

VVV tbb

∆==

5,15,1 ,( 3

m ) (4.6)

4.1.5. Kéo động cơ sau khi khoan

- Phải thận trọng khi kéo động cơ có đặt góc lệch lớn qua những khoảng

chiều sâu đặt chân đế ống chống qua hệ thống ngăn cách nước, hệ thống đối

áp.

- Khi khoan doa ngược hoặc xuôi phải luôn duy trì bơm tuần hoàn và

quay rotor nếu động cơ có đặt góc. Thận trọng để tránh việc cắt thân khi doa

qua.

- Khi kéo cần lên tới miệng giếng trước khi tháo động cơ phải tiến hành

các công việc sau:

+ Kiểm tra làm việc của van thông.



+ Đối với động cơ Anadrill kiểm tra tình trạng mỡ bôi trơn ổ chứa bi

xem xét sự thoát dung dịch ở phần bên ngoài trục ngay bên trên đầu nối với

choòng

+ Rửa sạch bên trong động cơ bằng cách cho vòi nước vào đầu trên của

động cơ buộc lại kéo động cơ lên cho choòng khoan vào cối tháo choòng lắp

khóa giữ thân động cơ quay nhẹ rotor đồng thời mở vòi nước để chảy qua

động cơ cho tới khi thấy nước chảy ra đã sạch

+ Rửa sạch phần bên ngoài động cơ bằng nước.

+ Tháo choòng khoan ra khỏi động cơ.

+ Kiểm tra độ dơ của choòng khoan xác định tình trạng làm việc của

chúng.

Phương pháp kiểm tra độ dơ của động cơ khoan trục vít.

Đối với động cơ của hãng Blackmax :

Do hệ thống ổ bi của động cơ khoan trục vít của hãng Blackmax là ổ bi

kín được bôi trơn bằng loại dầu chuyên dụng nên khi dầu được bơm ép vào hệ

thống ổ bi làm piston bị đẩy sát vào vòng hãm. Trong quá trình làm việc

lượng dầu bôi trơn tổn hao dần piston thụt vào và tạo chiều sâu A độ dơ dọc

trục .Để kiểm tra độ dơ dọc trục ta dùng đoạn dây thép nhỏ luồn qua khe hở

giữa trục và đầu dưới của vỏ động cơ để xác định chiều dài A tính từ vòng

hãm đến đầu của piston. Sau đó so sánh với khoảng cách cho phép giữa piston

và vòng hãm trong bảng. Nếu chiều dài A bằng hoặc lớn hơn giá trị trong cột

khi hết hoặc chưa có mỡ thì không được phép sử dụng động cơ trên.



KHOẢNG CÁCH PISTON VÒNG HÃM

LOẠI ĐỘNG CƠ

KHI CHƯA HẾT

HOẶC CHƯA CÓ MỠ

KHI CÓ MỠ

9 5/8 (BL 962) 2 3/8 – 60,3 mm 2 1/8 – 53,97 mm

8 (BL 800) 3 ¼ - 82,5 mm 3 – 76,3 mm

6 3/4 (BL 675) 2 3/16 – 55,6 mm 1 15/16 – 49,2 mm

4 3/4 (BL 475) 2 1/4 – 57,2 mm 2 – 50,8 mm

3 3/4 (BL 375) 1 7/16 – 36,5 mm 1 3/16 – 30,2 mm

Bảng 4.5 : Độ dơ cho phép tối đa của động cơ Blackmax



Hình 4.2 : Đo độ dơ dọc trục đối với động cơ hãng Blackmax



Đối với động cơ của hãng Anadrill :

Trong cấu trúc của của hệ thống ổ bi có cụm đĩa vênh dùng để tạo độ

căng cho tất cả các chi tiết lắp trên vỏ. Sau một thời gian làm việc các lò xo

đĩa có thể bị biến dạng và kém tính đàn hồi như vậy có ảnh hưởng tới độ căng

trong các chi tiết . Điều này có thể dẫn đến các ổ bi không quay trơn hoặc bị

kẹt trong quá trình động cơ làm việc. Ngoài ra nó cũng tạo điều kiện cho bùn

khoan xâm nhập vào hệ thống ổ bi.

Để kiểm tra độ dơ dọc trục thực hiện các tác sau :

+ Treo động cơ lên đo khoảng cách khe hở đầu trục theo chiều dọc trục

ta đo được khoảng cách A.

+ Ép động cơ xuống đo khoảng cách khe hở đầu trục theo chiều dọc ta

đo được khoảng cách B.

+ Sau đó ta lấy A-B lấy kết quả rồi tra bảng nếu kết quả lớn hơn giá trị ở

bảng dưới đây thì không sử dụng động cơ đó

ĐỘ DƠ CHO PHÉP LỚN NHẤT ĐỘNG CƠ

(in) (mm)

A962 M 0.31 8.0

A800 M 0.24 6.0

A675 M 0.24 6.0

A475 M 0.16 4.0

Bảng 4.6 : Độ dơ dọc trục cho phép của Anadrill



Hình 4.3 : Đo độ dơ dọc trục đối với động cơ hãng Anadrill.

Quy cách kiểm tra bảo dưỡng sơ bộ động cơ sau khi khoan xong :

+ Kiểm tra độ dơ dọc trục của động cơ

+ Làm sạch động cơ trước khi gửi về bờ.



4.2. Sự cố phức tạp khoan động cơ trục vít, biện pháp khắc phục và

nâng cao hiệu quả động cơ trục vít

4.2.1. Các sự cố phức tạp trong khi khoan động cơ trục vít, biện pháp

khắc phục

Qua nhiều năm sử dụng động cơ khoan trục vít tại XNLD

Vietsopetro đã tổng kết và nêu lên một số sự cố hỏng hóc gặp phải trong quá

trình khoan mà ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất khoan cũng như tuổi

thọ động cơ.

4.2.1.1. Van thông không làm việc

Ảnh hưởng của hiện tượng này hay gặp trong quá trình khoan nó

không ảnh hưởng đến tuổi thọ của của động cơ nhưng ảnh hưởng tới năng

suất khi khoan vì hiện tượng này xảy ra khiến cho động cơ không làm việc

được do đó hiện tượng van thông không làm việc được làm chậm và giảm

đáng kể năng suất khoan.

Nguyên nhân: Do để lâu piston bị kẹt có vật cứng chèn vào lò xo

hoặc không đủ áp lực nén lên lò xo theo thiết kế, do mặt côn của piston bị

mòn sau một thời gian làm việc dẫn đến không đủ áp lực đẩy piston đi xuống.

Khi ở trên bề mặt : khi thử động cơ trên bề mặt trước khi thả van thông

không đóng khi đã bơm với lưu lượng thiết kế

Cách khắc phục: Tắt mở bơm để tạo xung thủy lực, tác động cơ học

bằng cách nén tải trực tiếp nên piston của van, hàn kín các lỗ thoát theo đúng

quy cách

Khi đã thả xuống đáy giếng: Khi bắt đầu tăng tải lên choòng áp suất hầu

như không thay đổi, khi tiếp tục tăng tải áp suất không thay đổi. Hoàn toàn

không có mômen phản dễ dàng nhận thấy khi có sử dụng hệ thống MWD tốc

độ khoan bằng không.

Cách khắc phục: tắt mở bơm để tạo xung thủy lực, quay rotor nếu

điều kiện cho phép cộng với tắt mở bơm, kéo cần và tiến hành thử khắc phục

như trên.



4.2.1.2. Động cơ ngừng quay do bị quá tải

Ảnh hưởng của sự cố động cơ ngừng quay do quá tải ở XNLD

Vietsopetro đã gặp khá nhiều trong quá trình khoan đặc biệt trong những giai

đoạn đầu khi mới đưa động cơ này vào sử dụng loại động cơ này. Lúc sự cố

xảy ra nếu người thợ khoan không có kinh nghiệm khắc phục kịp thời thì hậu

quả của sự cố là không lớn còn không sẽ làm phá vỡ đỉnh rãnh của stator làm

giảm hiệu suất thủy lực hoặc làm hỏng động cơ. Tuy nhiên cho dù thế nào khi

có sự cố này xảy ra là gây tác hại vì nếu nhẹ thì giảm hiệu suất thủy lực nặng

thì làm hỏng động cơ. Như vậy sự cố này làm giảm nghiêm trọng năng suất

khoan

Nguyên nhân: Tải trọng chiều trục điều chỉnh không phù hợp với

động cơ tải trọng tác động lớn hơn tải trọng làm việc của động cơ, người thợ

khoan không tuân thủ quy trình kỹ thuật khoan bị cuốn theo tốc độ cơ học

khoan mà không nghĩ tới đang khoan bằng động cơ khoan trục vít dẫn đến

tăng tải vượt quá tải trọng tối đa của động cơ, người thiết kế chế độ khoan

chưa tính đến khả năng làm việc khi rotor và stator của động cơ bị mòn. Do

đó quá trình làm việc theo thời gian mômen động cơ tạo ra bị giảm dần mà tải

trọng không đổi dẫn đến hiện tượng quá tải.

Cách khắc phục: Lập tức ngừng quay rotor nếu đang quay và tắt hẳn

bơm kéo choòng ra khỏi đáy giếng. Bật lại bơm tăng dần lưu lượng và nếu

thấy áp suất bình thường thì tiếp tục khoan.

4.2.1.3. Tắc bên trong động cơ

Ảnh hưởng của sự cố tắc bên trong động cơ là sự cố gặp phải khi

khoan bằng dung dịch có tỷ lệ chất độn cao đặc biệt là chất chống mất dung

dịch. Khi sự cố tăc động cơ xảy ra tương tự như động cơ không quay do quá

tải sẽ gây tác động nghiêm trọng thậm chí nghiêm trọng hơn so với sự cố

động cơ không quay do quá tải bởi vì nó không những phá vỡ đỉnh rãnh của

stator làm giảm hiệu suất thủy lực hoặc làm hỏng động cơ mà khi sự cố này



xảy ra bắt buộc phải kéo toàn bộ cột cần lên để khắc phục sự cố. Như vậy sự

cố này làm giảm năng suất khoan.

Nguyên nhân: có vật lạ trong dung dịch khoan do không được lọc kỹ

hoặc bị rơi vào hệ thống tuần hoàn dung dịch, chất độn rắn hoặc các chất

chống mất dung dịch bị dồn cục bộ tạo nút trong bộ phận công tác. Ngoài ra

hiện tượng tắc bên trong động cơ còn do những mảnh vỡ cao su của stator bị

rơi ra bó làm tắc động cơ.

Cách nhận biết : Áp suất bơm tăng đột ngột. Sau khi kéo choòng lên

khỏi đáy giếng khi bật bơm trở lại áp suất vẫn ở trạng thái cũ.

Cách khắc phục : Kéo cần lên để xem xét và khắc phục.

4.2.1.4. Khoan không có tải trọng tác dụng lên choòng

Nguyên nhân của hiện tượng này là do thân giếng có góc lệch lớn

ma sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng lớn tải trọng không truyền được tới

choòng định tâm bị treo ở thành giếng. Lúc này lực sườn rất lớn không thắng

được lực ma sát

Cách nhận biết: Tốc độ khoan giảm hoặc bằng không do khoan

không đi, áp suất tải trọng không đổi nhưng mômen tăng, khi thử tăng thêm

tải trọng áp suất vẫn không đổi.

Cách khắc phục: kéo dạo cần quay rotor doa lại đoạn thân giếng mới

mở cho thêm chất bôi trơn dung dịch vào.

4.2.2. Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ trục vít

Trong quá trình khoan việc lựa chọn biện pháp kỹ thuật để áp dụng là

yếu tố quan trọng để nâng cao tuổi thọ cũng như tăng hiệu quả khi khoan

bằng động cơ khoan trục vít. Qua nghiên cứu và thực tế cho thấy khi khoan

bằng động cơ trục vít cần có một số giải pháp kỹ thuật sau để tăng hiệu quả

khoan.



4.2.2.1. Nâng cao hệ thống tuần hoàn dẫn động cho động cơ

Hình 4.4 : Sơ đồ hệ thống tuần hoàn dung dịch.

Dung dịch từ bể dung dịch được bơm piston hút và đẩy theo ống dẫn

vào cột cần khoan tới động cơ khoan trục vít sinh ra mômen làm quay

choòng. Dung dịch ra khỏi đáy của động cơ đẩy mùn khoan lên mặt đất . Hỗn

hợp dung dịch và mùn khoan chảy vào hệ thống tách mùn khoan . Sau khi

tách mùn khoan dung dịch chảy vào bể để cung cấp cho bơm.

Do ảnh hưởng của pha rắn đến động cơ nên cần lưu ý pha rắn trong

dung dịch phải được đảm hàm lượng thấp có thể để giảm thiểu sự ăn mòn. Vì

vậy khi khoan bằng động cơ khoan trục vít hệ thống làm sạch dung dịch bao

gồm sàng rung máy lọc cát phải lắp đặt đúng quy chuẩn trong quá trình tuần

hoàn phải luôn có phin lọc ở bên dưới cần vuông

4.2.2.2. Lựa chọn dung dịch khoan phù hợp

Khi khoan bằng động cơ đáy nói chung và động cơ khoan trục vít

nói riêng loại dung dịch và thành phần dung dịch có ảnh hưởng lớn đế chế độ



làm việc cũng như tuổi thọ động cơ. Dung dịch khoan khi khoan bằng động

cơ khoan trục vít ảnh hưởng trực tiếp tới động cơ đặc biệt liên quan đến các

vấn đề sau :

- Tác động đến hợp chất cao su đàn hồi của stator.

- Làm mòn bề mặt rotor.

- Ảnh hưởng đến độ bền kẹt cố các ổ bi (đối với động cơ hãng Anadrill)

Về nguyên tắc khi khoan bằng động cơ khoan trục vít có thể sử dụng

được tất cả các loại dung dịch: dung dịch gốc nước, dung dịch gốc dầu, dung

dịch bọt, dung dịch nitrogen, …

Tuy nhiên việc lựa chọn dung dịch thành phần và tính chất của dung

dịch phụ thuộc vào điều kiện khoan. Với mục đích giảm thiểu sự ảnh hưởng

không tốt của dung dịch tới động cơ khoan trục vít cần quan tâm những mặt

sau:

+ Chỉ sử dụng dung dịch gốc dầu có nồng độ chất thơm và chất độc hại

thấp < 2 %

+ Không sử dụng dung dịch dầu diezen vì khi bơm qua động cơ dầu

diezen sẽ làm tổn hại nghiêm trọng đến hợp chất cao su tổng hợp của stator.

+ Dung dịch khoan với độ 4 < PH < 10

+ Không bơm dung dịch axit qua động cơ

+ Dung dịch có chứa hợp chất Clo có thể làm giảm tuổi thọ của rotor và

stator do bị ăn mòn đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao. Đặc biệt lưu ý tới lớp

mạ của rotor khi nồng độ của hợp chất clo vượt quá 30.000 phần triệu

+ Để tránh hư hại và kéo dài tuổi thọ của động cơ phải thận trọng xem

xét trước khi sử dụng bất kỳ một chất phụ gia nào.

+ Tỷ trọng dung dịch không nên vượt quá 17 ppg (2.04 g/cm3)

+ Hàm lượng cát trong dung dịch < 2% với hàm lượng cát > 5% có thể

làm giảm 50 % tuổi thọ của động cơ. Đặc biệt khi tỷ trọng dung dịch > 1.4

g/cm3 cần phải giữ hàm lượng cát càng nhỏ càng tốt.

+ Hàm lượng pha rắn trong dung dịch càng nhỏ càng tốt.



+ Không được bơm xi măng qua động cơ.

+ Cần lưu ý ảnh hưởng của tỷ trọng và độ nhớt tới tổn hao áp lực để có

được các thông số tối ưu của động cơ.

Các chất chống mất dung dịch và các chất độn khác trong quá trình

làm việc khi bơm qua động cơ cần quan tâm đến vấn đề làm tắc bên trong

động cơ ở vị trí van thông, bộ phận công tác, đầu trục, ổ bi, làm mòn stator,

rotor và các bộ phận khác của động cơ. Vì vậy để tránh tác hại khi sử dụng

các chất chống mất dung dịch và các chất độn khác cần lưu ý sử dụng chất đã

nghiền đều và kỹ có độ ráp nhỏ, khi pha chế cần cho chất độn đều đặn tránh

chất độn bị dồn cục bộ.

4.2.2.3. Lựa chọn động cơ có áp suất làm việc theo nhiệt độ đáy giếng.

Nhiệt độ đáy giếng là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới

tuổi thọ của động cơ . Nhiệt độ càng cao tuổi thọ động cơ càng giảm.

Do điều kiện thi công giếng khoan có nhiệt độ cao và nhiều giếng có nhiệt độ

rất cao nên động cơ khoan trục vít stator có chứa hợp chất cao su đàn hồi hợp

chất này sẽ bị giãn nở khi nhiệt độ đáy giếng cao.

Khi nhiệt độ đáy giếng nhỏ hơn 60 0 ta sử dụng động cơ khoan trục

vít bình thường tức là ở nhiệt độ này mức giãn nở cao su đàn hồi không ảnh

hưởng đến quá trình làm việc của động cơ.

Khi nhiệt độ đáy giếng từ 600 đến 1270 mức độ giãn nở của hợp chất

cao su đàn hồi bắt đầu có sự ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ làm việc của

động cơ . Qua thực tế và yêu cầu nhà sản xuất ở nhiệt độ này ta vẫn có thể sử

dụng loại động cơ bình thường, nhưng phải bù trừ giãn nở nhiệt của hợp chất

cao su đàn hồi bằng cách giảm chênh lệch áp suất ∆p làm việc động cơ . Hệ

số rút giảm nhiệt ∆p được tra theo hình vẽ sau :



Hình 4.5 : Hệ số rút giảm chênh áp làm việc

Khi nhiệt độ đáy giếng lớn hơn 1270 C (260 F0) không thể sử dụng

các loại động cơ khoan trục vít thông thường. Để khoan nhiệt độ này chúng ta

sử dụng các loại động cơ đặc biệt. Hiện nay có hai loại động cơ dùng để

khoan ở nhiệt độ cao. Thứ nhất là loại động cơ có cấu tạo stator là hợp chất

cao su đàn hồi đặc biệt chịu được nhiệt độ cao, thứ hai là loại động cơ mà bộ

phận công tác được chế tạo có khoảng khe hở giữa rotor và stator còn gọi là

oversize. Ở mỗi khoảng nhiệt độ ta chọn loại động cơ có kích thước khe hở

phù hợp theo đặc tính kỹ thuật của động cơ .

Ở các giếng có nhiệt độ cao với mục đích hạn chế bớt ảnh hưởng của

nhiệt độ tới tuổi thọ của động cơ trong khi kéo thả cần nên tiến hành bơm rửa

để làm mát động cơ.

4.3. Công tác an toàn khi khoan bằng động cơ khoan trục vít.

4.3.1. An toàn cho giếng khoan.

Trước khi khoan bằng động cơ khoan trục vít người kíp trưởng khoan cần

chỉ huy thực hiện các công tác sau :

- Rửa sàn khoan, giá để cần khoan, rotor và các vị trí khác.

- Thu dọn các thiết bị không cần thiết trên sàn khoan .



- Kiểm tra sự hoàn hảo các thiết bị đo kiểm tra gồm mômen, số vòng

quay, đồng hồ đo áp suất và đồng hồ trọng lượng.

- Kiểm tra hệ thống thiết bị chống phun.

- Khi khoan những đoạn có khả năng xuất hiện dầu khí, kíp trưởng phải

biết chắc là trên khoan có hai van ngược đã được ép thử có đường kính phù

hợp với đường kính cần khoan sử dụng.

- Phải rửa sạch các thùng đựng dung dịch máng dung dịch và lọc sạch

sơlam trong dung dịch.

- Kiểm tra hệ thống làm sạch dung dịch sàng rung, tách cát, bể lắng.

- Kiểm tra hệ thống tách khí.

- Kiểm tra hệ thống máy bơm theo đúng thiết kế xy lanh, piston đảm bảo

áp suất và lưu lượng.

- Trước khi thả động cơ vào giếng phải kiểm tra động cơ.

- Điều chỉnh các thông số dung dịch theo yêu cầu.

- Trong khi nâng hạ cột cần khoan kíp trưởng phải theo dõi chỉ số đồng

hồ trọng lượng trong trường hợp bị vướng không được phép dạo bộ khoan cụ

với tải trọng vượt quá 10 tấn trọng lượng bản thân của bộ khoan cụ.

- Trong quá trình hạ cần khoan nếu kim chỉ trọng tải tên đồng hồ tụt

xuống quá mức 5 vạch chia độ thì phải bơm rửa giữa chừng và doa thành

giếng khoan khi khoan tránh khoan thân giếng thứ hai

- Không được đặt ngay cột cần khoan lên đáy giếng khoan để tránh hiện

tượng kẹt cần do lắng đọng mùn khoan trong quá trình nâng hạ và hẹp phần

giếng khoan phần đáy. Sau khi hạ cần dựng cuối cùng cần phải bơm rửa phục

hồi tuần hoàn dung dịch sau đó mới đặt cột cần khoan lên đáy. Trước khi tiếp

cần phải dạo lại giếng và đảm bảo giếng khoan không có phức tạp mới tiếp

cần. Đảm bảo thời gian tiếp cần ngắn nhất tránh phức tạp trong thời gian tiếp

cần.

- Trong khi tiếp cần phải luôn theo dõi việc đặt phin lọc tránh để quên

phin trong bộ cần khoan.



- Trước khi kéo cần phải bơm rửa thật sạch giếng khoan.

- Để các thông số kỹ thuật khoan được theo dõi chính xác thợ trực bơm

không được tự động thay đổi tốc độ máy bơm luôn trực máy bơm không vượt

quá áp suất tối đa P1.

- Khi khoan có sử dụng hệ thống MWD khi tắt bơm để đo phải theo sự

chỉ dẫn của kỹ sư khoan xiên. Phải đồng thời tắt hết các bơm cùng một lúc.

4.2.2. An toàn cho người và thiết bị.

Trước khi bắt đầu công tác khoan động cơ khoan trục vít đội trưởng hoặc

tránh kỹ sư phải họp và phổ biến công nghệ và biện pháp an toàn cho giếng

khoan cho con người và thiết bị cho toàn thể công nhân trong kíp khoan.

- Phân công nhiệm vụ cho từng cá nhân trong từng công việc.

- Kíp trưởng lúc nhận ca phải kiểm tra các thông số kỹ thuật khoan.

Trong thời gian khoan phải thay nhau kiểm tra các vị trí làm việc thường

xuyên nhắc nhở kiểm tra thực hiện công tác an toàn của thành viên trong kíp.

- Khi đưa động cơ lên sàn khoan phải tuân thủ các biện pháp an toàn

chọn cáp có đường kính phù hợp, phải có đầu nối chuyên dụng để kéo động

cơ .

- Trước khi thả động cơ phải kiểm tra định tâm, van thông, sự quay của

động cơ lắp cần vuông vào động cơ và bật bơm thả cho van thông nằm trong

phễu quan sát sự làm việc của van thông.

- Khi thả cần phải xiết chặt các mối ren trong bộ khoan cụ đúng mômen

quy định phải bơm rửa và khoan doa khi vướng.

- Cấm cùng một lúc đưa cần lẻ đặt vào lỗ phụ để tiếp cần và nối cần chủ

lực với bộ cần khoan để khoan tiếp.

- Kíp trưởng và thợ trực bơm phải thống nhất quy ước về tín hiệu khởi

động và tắt bơm.

- Khi kéo động cơ lên phải rửa sạch động cơ cả trong lẫn ngoài bằng

nước.



CHƯƠNG V :

ỨNG DỤNG KHOAN ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT National oilwell 962,

4: 5 lobe 4 stage TRONG GIẾNG KHOAN 10009 - BK10 – TAM ĐẢO

5.1. Sử dụng động cơ khoan trục vít để khoan giếng 10009 - BK10 – TAM

ĐẢO.

5.1.1. Profile giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO.

Hình 5.1 : Profile giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO



5.1.2. Cấu trúc giếng khoan giếng 10009 – BK10 – TAM ĐẢO.

Hình 5.2: Cấu trúc giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO.



5.1.3. Cấu trúc bộ khoan cụ giếng 10009 – BK10 – TAM ĐẢO.

- Bộ khoan cụ của giếng đoạn 400 – 2285:

Choòng khoan 17 ½ + động cơ 962 ( định tâm trên thân động cơ 17 ¼ , góc

điều chỉnh khớp nối cong 0,390 – 1,15 0 ) + định tâm 393,7 + UBHO (đầu nối

đặc biệt có khóa giữ bộ MWD không cho xoay khi bơm ) + cần nặng không

nhiễm từ 241,3 ( MWD ) + cần nặng không nhiễm từ 228,6 + cần nặng 203,2

+ búa khoan 7 ¾ + cần nặng 203,2 + búa khoan 7 ¾ + cần nặng 165,1 + cần

khoan nặng 127.

- Bộ khoan cụ của giếng đoạn 2285 – 3600 :

Choòng khoan 12 ¼ + động cơ 962 ( định tâm trên thân động cơ

12 1/8 , góc điều chỉnh khớp nối cong 0,39 0 ) + cần nặng 203,2 + định tâm

295,3 + cần nặng không nhiễm từ 203,2 ( MWD ) + cần nặng không nhiễm từ

203,2 + cần nặng 165,1 + búa khoan 158,8 + cần khoan nặng 127.

- Bộ khoan cụ của giếng đoạn 3600 – 4700:

Choòng khoan 8 ½ + cần nặng 165,1 + định tâm 214,3 + cần nặng 165,1 +

cần khoan nặng 127 + búa khoan 158,8 + cần khoan nặng 127.

Phân tích đặc điểm của từng thiết bị trong cấu trúc bộ khoan cụ:

+ Choòng khoan : Đường kính choòng được lựa chọn theo đuờng kính giếng

khoan. Chủng loại choòng phụ thuộc vào địa tầng khoan qua. Để khoan bằng

động cơ đáy thường sản xuất loại choòng riêng có độ bền của trục cao hơn do

có số vòng quay của động cơ lớn hơn so với khoan rotor.

+ Động cơ trục vít:

Đuờng kính động cơ được chọn phụ thuộc vào đường kính choòng. Định tâm

trên đường kính của định tâm thường nhỏ hơn đường kính choòng 1/8 – 1/4

inch, đối với đoạn thân giếng thẳng đứng có thể không sử dụng định trên thân

động cơ trong trường hợp này thường lắp vòng bảo vệ thay vào. Độ lệch của

khớp nối cong được trước khi thả vào giếng khoan. Nó phụ thuộc vào độ tăng



giảm hoặc ổn định góc của đoạn thân giếng phải khoan qua. Độ lệch có thể

điều chỉnh được từ 00 – 3 0 .

+ Định tâm bên trên động cơ có tác dụng đảm bảo cho động cơ làm việc ổn

định, giảm bớt dao động ngang của động cơ. Đường kính của định tâm được

lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu tăng hoặc giảm hay ổn định góc nghiêng.

+ Van ngược: Van ngược trong bộ khoan cụ có tác dụng ngăn không cho mùn

khoan chui ngược vào máy đo làm kẹt phần tạo xung của máy đo.

+ UBHO : Đuợc lắp trong bộ khoan cụ khi có sử dụng hệ thống đo MWD là

đầu nối đặc biệt có khóa giữ bộ MWD không cho xoay khi bơm

+ Cần nặng không nhiễm từ: Có tác dụng tạo ra môi trường không từ tính để

máy đo làm việc chính xác khi đo góc phương vị. Đối với truờng hợp trong

bộ khoan cụ có sử dụng máy đo MWD thì toàn bộ hệ thống máy đo phải nằm

trong cần nặng không nhiễm từ.

+ Cần nặng : Do có sử dụng động cơ đáy trong bộ khoan cụ nên khi xác định

cần nặng phải tính đến trọng lượng của động cơ đáy.

+ Cần khoan nặng: lắp chuyển tiếp giữa cần nặng với cần khoan.

+ Búa thuỷ lực: Theo nguyên tắc đường kính của búa phải nhỏ hơn đuờng

kính của cần nặng trong bộ khoan cụ. Đối với loại búa gồm hai đoạn riêng

biệt như hiện nay đang đựoc sử dụng thì giữa hai đoạn búa có lắp thêm cần

khoan nặng . Chiều dài cần nặng bên trên búa thuỷ lực được tính toán sao cho

có đủ tải trọng tác dụng lên búa khi đập xuống (phụ thuộc vào giới hạn làm

việc do đặt trước)



5.2. Kiểm toán khả năng làm việc động cơ khoan trục vít National oilwell

962 4: 5 lobe 4 stage để khoan đoạn thân giếng ổn định góc trong khoảng

chiều sâu 2285m – 3600m.

5.2.1. Các số liệu cho trước về giếng khoan

- Đáy giếng ở chiều sâu 2285m (sau khi chống ống với đường kinh 340mm)

- Phương pháp khoan: sử dụng động cơ 962 để khoan bằng choòng 311mm

trước khi chống ống đường kính 245mm (trong khoảng chiều sâu 2285m –

3600m)

- Profile giếng khoan trong khoảng chiều sâu này: khoảng ổn định góc lệch

α = 290 , θ = 3000

- Địa tầng : Mioxen và Oligoxen

Mioxen : Tầng Mioxen trong đoạn 2285 m – 3200 m. Khi khoan dễ bị kẹt bộ

dụng cụ khoan do chênh lệch áp suất vì có độ thẩm thấu cao.

Oligoxen: Có chiều sâu đoạn tiếp theo từ 3200m – 3600m. Đất đá tầng này

thuộc loại trung bình cứng và có áp suất vỉa cao do đó khi khoan qua tầng này

có thể bị kẹt bộ khoan cụ do sập lở vì chênh lệch áp suất.

- Tải trọng lên choòng 4- 8 tấn

- Tốc độ quay choòng khoan 80 – 90 vg/ph

- Lưu lượng bơm 41- 48 (l/s)

- Hai máy bơm với đuờng kính xylanh 171,45mm, số lần đẩy 65lần/phút

- Áp suất bơm khi chưa có tải :

Từ 2285m – 3200m Po = 125 at

Từ 3200m – 3500m Po = 160 at

Từ 3500m – 3600m Po = 160 at

Áp suất trong khi khoan khống chế tải trọng sao cho áp suất khi khoan nằm

trong khoảng ∆P = 10 – 15 at so với áp suất choòng khi chưa chạm đáy.



5.2.2. Bộ khoan cụ trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m.

- Choòng khoan đường kính 311mm chiều dài 0,39m

- Động cơ trục vít National 962 5:6 lobe 4 stage

khớp nối cong chỉnh 0,390

định tâm 12 1/8 inch (có hệ thống MWD) chiều dài 8,05m

- Định tâm đường kính 295mm chiều dài 1,7m

- Van ngược đường kính 203mm chiều dài 0,47m

- UBHO đường kính 203mm chiều dài 0,9m

- DUBT đưòng kính 203mm chiều dài 9,45m

- Cần khoan nặng xoắn đường kính 203mm chiều dài 9,45m

- Đầu nối đường kính 203mm chiều dài 0,88m

- Cần nặng xoắn đường kính 165mm chiều dài 53,43m

- Cần khoan nặng đường kính 127mm chiều dài 28,25m

- Búa thuỷ lực cơ học đập xuống đường

kính 158mm chiều dài 5,11m

- Cần khoan nặng đường kính 127mm chiều dài 9,41m

- Búa thuỷ lực đập lên đường kính 158mm chiều dài 6,27m

- Cần khoan nặng đuờng kính 127mm chiều dài 141,12m

- Cần khoan đường kính 127mm chiều dài 1980,18m

Tổng chiều dài bộ khoan cụ 2285m



Hình : Cấu trúc bộ khoan cụ đoạn 2285m- 3600m



5.2.3. Kiếm toán khả năng làm việc của động cơ National oilwell 962 5:6

lobe, 4.0 stage trong khoảng chiều sâu 2285m – 3600m

Hình 5.4 : Đoạn thân động cơ National 962 5:6 lobe, 4.0 stage trong khoảng

chiều sâu 2285m – 3600m Góc nghiêng trong đoạn giếng khoan α = 29 0

Chiều dài bộ khoan cụ động cơ định tâm L = 0,39 + 8,05 + 1,7 =10,14 m

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên choòng G = 8 (Tấn)

� Gk = tg 290 . G = 8. tg290 = 4,43 (Tấn)



Công suất tiêu hao cho choòng khoan khoan phá huỷ đá :

Nc = 32,4. 10-4. k. Gc. Dc. n

Trong đó :

k : hệ số phụ thuộc vào độ mài của choòng k = 0,1

Gc : Tải trọng lên cần khoan

Dc : đường kính choòng khoan

Từ đó tính được :

Nc G = 32,4 . 10-4. 0,1. 8. 31,1. 90 = 7,2 KW

Nc Gk = 32,4. 10-4. 0,1.4,43. 31,1. 90 = 4,01 KW

Công suất tổng cộng để choòng khoan phá hủy đất đá là :

Nc = Nc G + Nc Gk = 7,2 + 4,01 = 11,21 KW

Từ đó đem đối chiếu với đường đặc tính của động cơ National 962 loại 5:6

lobe, 4.0 stage đang sử dụng để khoan trong đoạn thân giếng 2285m -3600m

để kiểm toán khả năng làm việc của động cơ đã được chọn.



Hình : Đường đặc tính động cơ National oilwell 962 loại 5: 6 lobe, 4 stage.

Qua đường đặc tính của động cơ trục vít National 962 loại 5: 6 lobe, 4 stage

nhận thấy rằng với lưu lượng theo thiết kế là 41 – 48 (l/s) tương đương

khoảng gần 800 (gpm) trong khoảng làm việc công suất của động cơ khoảng

100 KW đáp ứng được công suất phá hủy đất đá đã tính toán ở trên là 11,21

KW. Vậy động cơ National 962 loại 5:6 lobe, 4.0 stage đáp ứng được khả

năng làm việc để khoan trong đoạn thân giếng 2285m -3600m



Kết luận

Có thể nói sự ra đời của động cơ khoan trục vít cùng với hệ thống đo

trong khi khoan (MWD) đánh dấu một bước ngoặt lớn trong quá trình phát

triển nhanh chóng của công nghệ khoan những năm gần đây. Từ những ngày

mới được phát minh cho tới nay cấu tạo của động cơ khoan trục vít không

ngừng được cải tiến hoàn thiện. Ban đầu trong cấu tạo của động cơ khoan

trục vít không có khớp nối cong chỉ dùng để thay cho khoan tuabin tiến tới

động cơ trục vít có khớp nối cong cố định dùng để khoan các giếng khoan

định hướng cho đến nay động cơ rãnh xoắn có khớp nối cong điều chỉnh được

sử dụng trong mọi trường hợp khoan.

Nhờ có một số ưu việt hơn so với động cơ đáy khác mà ngày nay động

cơ rãnh xoắn có khớp nối cong điều chỉnh được đang được sử dụng rộng rãi

trên toàn thế giới. Ở xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro động cơ khoan

trục vít đã được đưa vào sử dụng từ cuối năm 1997 để khoan các giếng kôan

xiên định hướng thay cho tuabin khoan. Trong những năm đầu sử dụng xí

nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro động cơ khoan trục vít đã được đưa

vào sử dụng để khoan các đoạn thân giếng khi cần thiết phải điều chỉnh góc

góc lệch hoặc góc phương vị do các kỹ sư chuyên trách đảm nhiệm. Từ đầu

năm 2000 cho tới nay động cơ khoan trục vít còn được dùng để khoan đoạn

thân giếng khi không cần chỉnh góc lệch và góc phương vị quá trình khoan

những đoạn thân giếng này đều do các đội khoan trên các giàn cố định đảm

nhận. Việc sử dụng rộng rãi động cơ khoan trục vít để khoan toàn bộ các đoạn

thân giếng đòi hỏi phải nắm được về cấu tạo ,nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ

thuật, quy trình sử dụng, bảo dưỡng sau khi khoan cũng như ảnh hưởng của

môi trường dung dịch khoan và một số hóa chất khác của điều kiện địa chất

đến tuổi thọ động cơ trục vít nhằm sử dụng khoan hiệu quả nhất tăng vận tốc

cơ học và giảm giá thành mét khoan đồng thời đảm bảo an toàn cho người và

thiết bị.



Đồ án tốt nghiệp được bố cục gồm 5 chương:

Chương I : Tổng quan về các phương pháp khoan trong khoan dầu khí

Chương II : Giới thiệu về động cơ khoan trục vít

Chương III : Thông số kỹ thuật và đường đặc tính của động cơ khoan trục

vít

Chương IV : Quy trình sử dụng động cơ khoan trục vít trong giếng khoan

dầu khí

Chương V : Ứng dụng khoan động cơ trục vít National Oilwell 962, 4: 5

lobe 4 stage trong giếng khoan 10009 – BK10 – TAM ĐẢO

Qua quá trình nghiên cứu về động cơ khoan trục vít trong đề tài tác giả

rút ra nhận xét sau :

- Sử dụng động cơ khoan trục vít có nhiều ưu điểm trong công tác khoan hiện

nay : kết cấu đơn giản dễ chế tạo độ bền cao, có sự lựa chọn cao về chủng loại

dùng trong nhiều trường hợp từ tốc độ thấp đến cao, hiệu suất thủy lực cao,

mômen không phụ thuộc vào lưu lượng, thích ứng với choòng khoan và hệ

thống đo mới.

- Sử dụng hiệu quả trong công tác khoan cắt xiên, khoan đa đáy, khoan giếng

khoan độ cong lớn.

Từ đó tác giả đề xuất kiến nghị để nâng cao hiệu quả sử dụng của động cơ

khoan trục vít cần lựa chọn áp dụng thông số kỹ thuật của động cơ khoan trục

vít là vấn đề đáng quan tâm . Sau đó đòi hỏi người vận hành sử dụng cần

giám sát kiểm tra thường xuyên để khắc phục những sự cố trong quá trình

khoan nhằm nâng cao hiệu quả khi khoan.



Tài liệu tham khảo

1. Các tác giả, Công nghệ khoan, Bộ môn Khoan khai thác Trường Đại

học Mỏ - Địa Chất Hà Nội.

2. Trương Biên, Thiết bị khoan, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội.

3. Nguyễn Văn Giáp, Thiết bị khoan thăm dò, Trường Đại học Mỏ - Địa

Chất Hà Nội.

4. Nguyễn Đức Sướng, Vũ Nam Ngạn, Truyền động thủy lực và khí nén,

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội.

5. Hoàng Dung, Nguyên lý phá hủy, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà

Nội.

6. Cao Ngọc Lâm, Thiết kế chế độ khoan tối ưu, Trường Đại học Mỏ - Địa

Chất Hà Nội.

7. Lê Phước Hảo, Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB giáo dục.

8. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB ĐHQG Tp Hồ

Chí Minh.

9. Phạm Đức Thiên, Nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ trục

vít tại XNLD Vietsopetro, luận văn thạc sĩ , Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà

Nội.

10. Schlumberger, Powerpak Steerable Motor Handbook.

11. A National Oilwell Technology, Motor Handbook.

12. Blackmax , Operation Motor handbook

13. Schlumberger, Anadrill, Directional Drilling Training Manunal.

14. Baker Hughes INTEQ - New Motor Handbook

15. Baker Hughes INTEQ - New NAVIDRILL Handbook

16. CTES - Coiled Tubing Manual

17. National Oilwell Varco, Downhole drilling equipment

18. Kalsi Seal, Advange seal bearing assembly for positive displacement

motors used in microhole drilling



19. Scott P McGrath and Eligo Miyazaki, Advace in motor – driven core

barrel

20. Robbin, Myers, Stator life of positive displacement downhole drilling

motor

21. H.R MOTAHHARI, G.HARELAND, NYGAARD, Method optimizing

motor and bit performance for maximum ROP

22. William C Lyons, Standard handbook of petroleum and natural gas

engineering

23. Sonatrach's, Drilling Equipments

24. Sonatrach, Directional _Drilling

25. Nelik_ L and Brennan, Progressing Cavity Pumps_ Downhole Pumps_

Mudmotors

26. Mitchell, Advanced Oil Well Drilling Engineering

27. COMPUTALOG - Advanced Directional Drilling

28. National petroleum technology office, Microhole technology

development

29. Dressen D.S, JC Cohen and D. Morhen ,PDM performance and test

result and preliminary analysis : Imcompressible and compressible fluid

30. Philip Head, Mike Yazatich, Timhanson, Elictric coild tubing drilling

project update

31. Dan Tuner, Philip Head, Mike Yazatich, New DC motor for dowhole

drilling and pumping application

32. Ron huges, Aaron Kirk, Built for purpose straight hole drilling motor

33. Charlie Pratten, State of the art positive displacemen motor enhance

vertical drilling performance

34. CAVO, Drilling motor

35. John H Cohen, Curtis E Leitko, William C Maurer, High power drilling

motor field test



36. Samuel, Mathematical modeling and design analysis of the power

section of a positive displacement motor

37. Urayama, Development of remote controlled dynamic orienting system

38. Delpassand, Majid, Mud motor stator temperature analysis technique

39. John H Cohen, William C Maurer, Improved high power TSD bit

40. Yakov A Gelfgat , Mikhail Y Gelfgat, Yuri S Lopatin, Advanced

drilling solution

Documents

Sử Dụng Động Cơ Khoan Trục Vít Trong Công Tác Khoan Dầu Khí Tại Xí Nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro