Đồ án Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2-500-500 trên giàn khoan Tam Đảo-01 Vietsovpetro

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay công tác thăm dò và khai thác dầu khí đang phát triển rất nhanh chóng và trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân, hàng năm nộp ngân sách Nhà nước hàng ngàn tỉ đồng, đóng góp to lớn vào sự tăng trưởng và sự phát triển của đất nước. Công tác tìm kiếm và thăm dò dầu khí ở Việt Nam được triển khai từ trước năm 1960, song mãi đến năm 1975 ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam mới chính thức được thành lập. Từ năm 1986, Việt Nam trở thành một trong những nước khai thác và xuất khẩu dầu thô trên thế giới. Tuy còn non trẻ, nhưng ngành công nghiệp dầu khí đã nhanh chóng gặt hái được nhiều thành công và là chỗ dựa vững chắc cho sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Cho đến năm 2002, Việt Nam đã khai thác hơn 130 triệu tấn dầu thô và 8.5 tỷ m3 khí đồng hành. Dầu và khí vẫn là nguồn năng lượng chiến lược và quan trọng nhất. Khoan giếng dầu khí là công việc sống còn của ngành công nghiệp dầu khí vì không có giếng thì không thể khai thác dầu khí nằm sâu trong lòng đất. Mục tiêu quan trọng nhất của người kỹ sư dầu khí là biết áp dụng các kỹ thuật và công nghệ mới để khai thác ngày càng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên vô giá này. Để nâng cao hiệu quả công tác khoan dầu khí, việc trang bị công nghệ cũng như các thiết bị hiện đại là rất cần thiết. Trong số các thiết bị công nghệ mới áp dụng có tổ hợp đầu quay di động ( Topdrive ) đã cho kết quả rất khả quan. Việc sử dụng tổ hợp đầu quay di động đã gia tăng được khối lượng công việc khoan, thăm dò và khai thác dầu khí, giảm chi phí cho một giếng khoan và sớm đưa giếng khoan vào khai thác. Được sự đồng ý của các thầy giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình, tôi đã chọn đề tài: “ Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình sửa chữa tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2-500/500 trên giàn khoan Tam Đảo-01 Vietsovpetro ” làm đồ án tốt nghiệp cho mình. Mục đích của đồ án này là nghiên cứu và lập quy trình công nghệ sửa chữa tổ hợp đầu quay di động. Với những tài liệu thu thập trong quá trình học tập và qua thực tế tại giàn khoan Tam Đảo-01 Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro, tôi xin trình bày nội dung đồ án gồm các chương như sau: Chương I: Các phương pháp truyền chuyển động quay cho choòng khoan và giới thiệu tổ hợp đầu quay di động Topdrive. Chương II: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2-500/500. Chương III: Các dang hỏng hóc, nguyên nhân, biện pháp khắc phục và công tác bảo dưỡng sửa chữa Topdrive PS2-500/500. Chương IV: Hệ thống khí nén và tính toán tải trọng tác dụng lên đường ray dẫn hướng để Topdrive PS2-500/500 làm việc an toàn. Chương V: An toàn khi sử dụng tổ hợp đầu quay di động Topdrive PS2-500/500. Đồ án được hoàn thành nhưng còn nhiều thiếu sót do những hạn chế về kiến thức, thời gian thực tập và ngành dầu khí nước ta còn non trẻ nên tài liệu Tiếng việt còn rất ít, nhiều thuật ngữ sử dụng chưa thật chính xác. Tôi mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình, đặc biệt là thầy giáo - Thạc sĩ Lê Đức Vinh đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này! Hà Nội, tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện Phạm Văn Đức CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG KHOAN VÀ GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP ĐẦU QUAY DI ĐỘNG 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CHO CHOÒNG KHOAN 1.1.1. Khoan bằng động cơ đáy Trong công tác khoan dầu khí việc sử dụng động cơ dẫn động cho choòng khoan là một vấn đề cần thiết và được tính toán hết sức cẩn trọng. Bởi nó không chỉ ảnh hưởng tới cả quá trình khoan sau này, mà còn ảnh hưởng tới kinh tế khi thi công một giếng khoan dầu khí trên biển. Trên thực tế việc sử dụng những loại động cơ dẫn động cho choòng, đã được các nhà thầu khoan áp dụng từ lâu. Qua những kiến thức trên lớp và thực tế tôi sẽ giới thiệu sơ qua về nguyên lý cấu tạo và tính năng tác dụng của những loại động cơ dùng để dẫn động quay cho choòng khoan. Có 3 loại động cơ chính dẫn động cho choòng: • Động cơ điện • Tua bin khoan • Động cơ trục vít 1.1.1.1. Khoan tuabin: Từ đầu thế kỷ XX(1923) ở Liên Xô (nay là Liên Bang Nga ) đã dùng động cơ chìm để quay choòng. Vào đầu năm 1924, Tuabin khoan đầu tiên trên thế giới ra đời, chỉ có một tầng từ đó phát triển rất nhanh tới loại có hàng trăm tầng. Vào năm 1934, Nga và Mỹ đã chế tạo thành công tuabin nhiều tầng có thể từ 100 – 150 tầng, tăng công suất từ 10 – 20 lần, do đó giảm được tốc độ quay và không cần đến dùng hộp số. Sau năm 1954, khoan tuabin là chủ yếu, hiện nay song song với các phương pháp khoan khác, tuabin vẫn được sử dụng rộng rãi. Nguyên lý làm việc: Tuabin dùng cho khoan là tuabin dọc nhiều tầng giống nhau, vỏ của tuabin được nối với phần dưới của cột cần khoan bằng ren, còn trục của tuabin nối với choòng khoan. Mỗi một tầng gồm hai phần chính, phần quay được nối với trục tuốc bin gọi là Rôto. Phần đứng yên nối với vỏ gọi là Stato, Stato gồm 1 vòng thép trong đó có gắn các cánh uốn cong. Rôto cũng gồm một vòng thép bên trong cũng được gắn các bản thép cánh uốn cong nhưng ngược chiều với các cánh cong của Stato. Giữa Rôto và Stato có khoảng cách hở để Rôto quay tự do, trong các cánh quạt của tuabin năng lượng thuỷ lực của dòng nước rửa được chuyển hoá thành cơ năng để quay trục tuabin được nối với choòng khoan. Dung dịch qua các rãnh uốn cong của đĩa Stato, dòng dung dịch đó bị đổi hướng, khi ra khỏi Stato có vận tốc tuyệt đối lớn đi vào các rãnh Rôto uốn cong, và vận tốc ở rãnh khi vào Rôto dòng dung dịch tác dụng xuống các cánh cong của Rôto làm đĩa Rôto quay dẫn đến trục Rôto quay. Ở Rôto chất lỏng tham gia 2 chuyển động với 2 vận tốc. Vận tốc tương đối U1 (thành phần nằm ngang) làm quay đĩa Rôto và W1 (thành phần thẳng đứng) theo hướng của cánh cong, véctơ của vận tốc tuyệt đối tiếp tục đổi hướng, và đi ra khỏi Rôto là C2, với vận tốc này dòng dung dịch đi vào rãnh của đĩa Stato. Ở tầng tiếp theo với vận tốc tuyệt đối C2 và ở đây lại lặp lại như ở tầng 1. Cấu trúc của tuabin (Hình 1.1) Tuabin đơn: Được tạo thành bằng vỏ tuabin và gắn chặt với đĩa Stato của tuabin, ở phía bên trong có trục tuabin gắn với đĩa Rôto để treo trục. Bên trong tuabin phải có một ổ tựa dọc (ổ tựa chính) để giữ cho dung dịch khoan không xâm nhập vào ổ trục chính, do vậy người ta có thể đặt ổ tựa chính ở phía dưới để nâng toàn bộ khối Rôto. Tuỳ theo chiều dài của tuabin người ta có thể lắp từ 2-3 ổ tựa ngang. Ở phần trên cùng của tuabin là đầu nối chuyển tiếp để nối với đầu dưới của cột cần khoan. Phía dưới cùng của tuabin có đế tuabin, đế này được bịt kín giữa phần tuabin và trục tuabin nhờ một đệm đặc biệt nhằm đảm bảo áp suất làm việc của tuabin không bị hao hụt trong quá trình làm việc.
Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo một tầng tua bin khoan Tuabin kép: Khi khoan các tầng đất đá dẻo để thực hiện quá trình phá huỷ đất đá ở các giếng có chiều sâu lớn, do lưu lượng dung dịch nhỏ do vậy giá trị mômen và công suất của tuabin không đủ đáp ứng quá trình khoan. Vậy để đáp ứng được điều đó mà không phải thay đổi đường kính tuabin, dẫn đến tăng ổ tựa số tầng tuabin, cần chế tạo tuabin dài 150-200 tầng nối với nhau. Điều này khó khăn cho vận chuyển, chính vì thế mà người ta chế tạo nhiều tuabin để nối với nhau tạo thành tuabin kép. Tuabin kép có 3 kiểu: Các trục nối với nhau bằng khớp nối có rãnh (nối kiểu then hoa). Các trục của các đoạn tuabin đơn nối với nhau bằng ma sát hình nón cụt. Các trục của các đoạn tuabin được nối với nhau thông qua khớp nối kép tức là kết hợp giữa nối ma sát hình nón cụt và côn, rãnh vỏ nối với nhau bằng ren. Ưu, nhược điểm của tuabin khoan: Có thể nói Tuabin khoan là một động cơ thuỷ lực trên đáy, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thuỷ lực của dòng nước rửa thành cơ năng làm quay trục động cơ để truyền chuyển động quay trực tiếp cho choòng khoan trong quá trình phá huỷ đất đá. * Ưu điểm: Không phải chi phí công suất để quay cột cần khoan. Do công suất của tuabin sinh ra được truyền trực tiếp lên choòng, cho nên choòng có thể quay với vận tốc rất lớn, vì thế có thể đạt được vận tốc cơ học khoan cao hơn nhiều so với khoan Rôto. Cột cần khoan ít chịu tải hơn, ít mòn hơn nên giảm được sự cố về cần khoan trong quá trình làm việc. Có thể sử dụng Tuabin khoan để khoan giếng khoan xiên định hướng và khoan ngang rất hiệu quả. Do trên miệng giếng bàn Rôto không quay cho nên giảm được tiếng ồn và cải thiện điều kiện lao động. * Nhược điểm: Tuabin làm việc với số vòng lớn ít phù hợp với đa số loại choòng chóp xoay (vì choòng chóp xoay làm việc với tải trọng lớn, số vòng quay chậm) Cần có máy bơm công suất lớn để bơm chất lỏng xuống dẫn động tuabin, đặc biệt đối với các giếng khoan sâu thì việc này rất khó thực hiện. Việc điều chỉnh tốc độ quay của choòng rất khó khăn, phức tạp. Quá trình bảo dưỡng, sữa chữa tốn nhiều thời gian hơn so với đầu quay di động hoặc bàn Rôto.
Hình 1.2 : Sơ đồ tuabin khoan
Hình 1.3: Các đường đặc tính lý thuyết tua bin khoan 1.1.1.2. Khoan bằng động cơ trục vít (Positive Displaycement Mud Motor) Các kiểu chính của động cơ trục vít: Động cơ trục vít có ba kiểu chính: Động cơ trục vít tốc độ thấp, tốc độ trung bình và tốc độ cao. Động cơ trục vít tốc độ thấp: Có mômen quay cao rất phù hợp với quá trình cắt xiên và khoan ngang, đặc biệt việc tăng đường kính giếng mở rộng thân giếng khoan và ống chống hoặc khoan lấy mẫu đạt hiệu quả tốt. Động cơ trục vít tốc độ trung bình: Có thể tăng vận tốc cơ học khoan khi duy trì thời gian làm việc dài của choòng. Thường được sử dụng khi khoan giếng thẳng đứng và khoan giếng có khoảng dịch đáy lớn. Động cơ trục vít tốc độ cao: Mômen quay nhỏ được dùng để khoan ngắn hoặc cắt thân giếng khoan vì trong từng điều kiện cụ thể mà ta chỉ có thể lựa chọn chính xác phương của thân giếng, góc lệch phương thân giếng. Điều này chỉ có thể được xác định khi tải trọng tác dụng lên choòng thấp. => Động cơ trục vít có kích thước không lớn, phù hợp khi sử dụng chúng với ống mềm quấn vào tang tời, khoan các giếng có đường kính bé chiều sâu lớn. Đặc biệt khoan cắt xiên, khoan ngang và khoan những giếng có thân giếng yếu. Ưu, nhược điểm: Mômen quay không phụ thuộc vào đặc điểm lưu lượng dòng dung dịch của máy bơm mà vẫn cho hiệu suất cao, có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm áp, có kết cấu đơn giản, tiết kiệm vật liệu chế tạo động cơ. Động cơ có đặc điểm nổi bật là tương đối bền khi bơm chất lỏng có chứa tạp chất và không có tính chất bôi trơn, bởi vì các chi tiết ít bị mài mòn, sự phân bố chất lỏng trong động cơ được tự động nhờ sự thay đổi liên tục vị trí không gian của đường tiếp xúc. Động cơ trục vít dùng để khoan các giếng khoan xiên, ngang, định hướng đặc biệt đối với các giếng khoan sâu khi khoan bằng choòng có đường kính bé và trong công tác sửa chữa giếng. 1.1.1.3. Động cơ điện chìm: Nguyên lý cấu tạo: Bộ dụng cụ khoan điện chìm bao gồm động cơ điện, trục truyền để lắp vào choòng khoan và bộ phận ngăn ngừa sự xâm nhập dung dịch khoan vào bên trong của động cơ. Động cơ điện thường là động cơ không đồng bộ 3 pha ngậm dầu với Rôto ngắn mạch gồm nhiều đoạn, thân rôto làm bằng sắt từ và được lắp trên trục truyền bằng các then hoa hoặc các ren côn. Stato của động cơ gồm nhiều tấm ghép bằng sắt từ và phản từ, giữa các đoạn Rôto và Stato người ta lắp các ổ trục hướng tâm. Trục truyền có 2 loại chính là: trục ngâm dầu chạy trên các ổ bi và loại chạy trên các ổ trượt cao su. Phần dưới của động cơ có các ổ bi đỡ để tiếp nhận toàn bộ tải trọng chiều trục trong quá trình làm việc. Đầu trên và đầu dưới của trục có lắp các phớt chắn dầu. Khoảng trống trong động cơ được lấp đầy dầu, áp suất dầu trong động cơ luôn phải lớn hơn áp suất chất lỏng tuần hoàn ở bên ngoài từ 2-3 at, để không cho chất lỏng khoan lọt vào động cơ. Phần trên của động cơ lắp 3 bộ điều áp kiểu piston : Một cái chứa dầu máy bay dẫn vào bên trong phớt, còn 2 cái chứa dầu biến áp liên thông với phần trong của thân động cơ để bổ sung áp suất cho dầu trong động cơ. Bời trong quá trình làm việc xảy ra sự rò rỉ dầu qua phớt cũng như quá trình động cơ bị đốt nóng thì áp suất sẽ giảm cần phải bù thêm. Đặc tính không tải của động cơ là dòng tăng rất nhanh khi số vòng quay tăng ít. Vì vậy khi khởi động và chất tải cần phải tăng điện áp trong quá trình làm việc thì trị số mômen cực đại thường gấp 2 lần mômen định mức. Quá trình truyền điện từ trên mặt xuống động cơ là nhờ cáp điện lắp phía trong cần khoan, chiều dài mỗi đoạn cáp tương ứng với chiều dài của cần khoan. Khi lắp cần khoan thì các đoạn cáp điện tự động nối với nhau bằng một đầu nối đặc biệt gắn trong gia mốc. Ưu nhược điểm: Khoan bằng động cơ điện chìm về lý thuyết tỏ ra lợi thế như khoan tuabin và khoan trục vít tuy nhiên có hạn chế về mặt đặc tính của động cơ số vòng quay cao, yêu cầu kỹ thuật dẫn điện xuống động cơ phải an toàn tuyệt đối. Tuổi thọ của động cơ không cao do phải làm việc dưới nhiệt độ, áp suất tương đối cao, khả năng bảo dưỡng phức tạp, khó khăn. Chi phí cho công tác vận hành tốn kém, động cơ cồng kềnh, phức tạp.
Qua ưu nhược điểm của động cơ điện chìm thì trên thực tế ít được ứng dụng rộng rãi do nó mang lại hiệu quả kinh tế không cao. Hiện nay loại động cơ này đang ở trong giai đoạn thử nghiệm. 1.1.2. Khoan bằng động cơ trên bề mặt. Có 2 loại chính cơ bản: Bàn rôto (bàn xoay) và đầu quay di động (Top Drive) 1.1.2.1. Bàn Rôto Chức năng và nguyên lý cấu tạo Chức năng của bàn quay rôto: Đóng vai trò là bộ truyền trung gian, biến chuyển động quay của trục nằm ngang thành chuyển động quay của trục thẳng đứng (cột cần khoan) để truyền mômen quay từ trên bề mặt xuống choòng khoan. Chịu tải trọng của bộ dụng cụ khoan hoặc ống chống. Tiếp nhận các phản lực từ đáy trong quá trình khoan. Trong công tác khoan dầu khí tùy theo yêu cầu mà có thể thiết kế truyền động cho rôto bằng 2 phương án: dùng động cơ dẫn động riêng hoặc từ hộp tốc độ của tời qua bộ truyền xích hay các đăng.
Hình 1.4: Các bộ phận chính của bàn rôto Nguyên lý cấu tạo : Bao gồm các bộ phận chính sau: trục dẫn, cặp bánh răng nón, bàn quay và hệ thống ổ đỡ (vòng bi). Cặp bánh răng nón dùng để truyền chuyển động quay từ trục dẫn nằm ngang đến bàn quay xung quanh trục thẳng đứng. Tất cả các hệ thống ổ đỡ và cặp bánh răng đều được bôi trơn bằng dầu. Đặc tính kỹ thuật của bàn rôto là: tần số quay và số tốc độ truyền công suất, tải trọng tĩnh cho phép lên rôto và đường kính lỗ bàn rôto. Để truyền chuyển động quay lên cần chủ đạo thì phía trong lỗ rôto được đặt các bạc hãm định hình theo kích thước và tiết diện cần chủ đạo (hay còn gọi là các chấu chèn). Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn rôto trong công tác khoan dầu khí thì điều kiện lỗ bàn rôto từ (400 – 700) mm. Rôto có từ 3 đến 6 tốc độ truyền và một tốc độ quay ngược để tháo cần khoan hoặc cứu chữa sự cố. Tùy theo cách bố trí cặp bánh răng nón và các ổ đỡ (Có 2 loại ổ đỡ là ổ đỡ chính và ổ đỡ phụ) mà bàn rôto được phân ra làm 2 loại là bàn rôto có ổ đỡ chính ở trên và bàn rôto có ổ đỡ chính ở dưới. Ổ đỡ chính là ổ đỡ mà trong quá trình làm việc chịu tác dụng của toàn bộ trọng lượng cột cần khoan hoặc ống chống treo trên nó và lực ma sát giữa cần chủ đạo với bàn rôto. Ổ đỡ phụ chỉ chịu tác dụng của tải trọng từ đáy do rung động của cột khoan và phản lực đáy gây nên. Ưu, nhược điểm: 1. Ưu điểm: Bộ phận cơ khí này có kết cấu đơn giản và rất ít phải bảo dưỡng. Thời gian cho việc chuẩn bị và kết thúc các thao tác trong quá trình kéo thả dụng cụ khoan và tiếp cần rất nhanh gọn. 2. Nhược điểm: Không dùng để khoan lấy mẫu do phải kéo bộ dụng cụ khoan lên khỏi đáy khi tiếp cần nên dễ làm vỡ mẫu, sập thành lỗ khoan trong đất đá không ổn định. Sử dụng thiết bị đầu quay rôto không dùng được tần số cao. 1.1.2.2. Đầu quay di động (TopDrive) Đây là loại thiết bị tạo chuyển động cho cột cần khoan quay rất hiện đại, để quay cột cần khoan và truyền chuyển động xuống choòng khoan. Các mô tơ được lắp ở đầu trên cột cần khoan ngay dưới đầu tiếp nhận tuần hoàn chất lỏng. Động cơ di động lên xuống theo cần dẫn hướng và được ổn định bởi hệ thống giá trượt dẫn hướng lắp dọc theo tháp khoan. Hệ thống truyền động này cho phép tăng công suất truyền cho cột cần khoan mà nó không phụ thuộc vào công tác khoan, công nghệ khoan. Thiết bị này làm việc rất ổn định và ít gây rung động va đập và đặc biệt có thể khử được mômen phản lực đáy. 1.2. GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP ĐẦU QUAY TOPDRIVE 1.2.1. Đặc điểm chung 1.2.1.1. Trong công tác khoan dầu khí dùng bàn Roto, cần vuông là tiêu chuẩn công nghiệp trong thời gian nhiều năm. Để lắp ráp cần khoan phải sử dụng cùng lúc nhiều thiết bị và dụng cụ. Phương pháp khoan này làm việc tốn nhiều sức lao động, làm giảm đi hiệu quả và sự cản trở phát triển. Topdrive thay đổi đáng kể việc tiếp cần khoan, truyền chuyển động quay, tăng thêm sự an toàn và hiệu quả khi khoan. Đặc biệt Topdrive làm giảm đáng kể khả năng kẹt bộ khoan cụ trong giếng khoan. 1.2.1.2. Topdrive là tổ hợp thiết bị quay gắn liền với thiết bị nâng. Vòng bi quay gắn vào thân hộp số, điều này cho phép nó vừa quay cột cần khoan vừa để đỡ cụm thiết bị. Topdrive còn tách biệt tải khi khoan và tải khi kéo thả bộ cần khoan, ống chống. Việc tách biệt tải như trên làm tăng an toàn và tăng độ bền của vòng bi quay. 1.2.1.3. Topdrive bao gồm hệ thống giữ cần để vặn vào, tháo ra các mối nối trong quá trình khoan. Khi vặn vào, tháo ra các mối nối cần khoan với mômen tăng hoặc giảm được thực hiện bằng việc tăng hoặc giảm mômen vặn ở động cơ điện thông qua hộp số. Mối nối ren giữa van cầu trên và đầu nối chủ lực, van cầu trên và van giữ dung dịch, van giữ dung dịch và van cầu dưới, van cầu dưới và đầu nối làm việc được hãm bởi vành kẹp để các mối nối đó không tự tháo ra được trong khi tiếp cần và tháo bớt cần khoan. 1.2.1.4. Elevator có thể thay đổi vị trí nhờ các xi lanh gắn vào quang treo. Elevator có thể đưa tới lỗ phụ, đẩy ra phía trước, phía sau của Topdrive để tránh giếng khoan trong khi khoan. Khả năng di chuyển đó cung cấp cho thợ khoan thao tác thuận tiện với cột cần khoan. 1.2.1.5. Hệ thống cân bằng cho phép thợ khoan vặn tháo các mối nối cần khoan với sự làm giảm mòn và hư hỏng ren của mối nối. Ba chế độ của hệ thống được chọn bởi thợ khoan. Các chế độ này dùng để tách mối nối, nối các mối nối với sự kiểm soát tải lên ren và đặt xấp xỉ tải Topdrive để thả ống chống. 1.2.1.6. Topdrive có nhiều cách để quay cột cần khoan khi khoan các giếng dầu khí và khi tiếp cần. Hệ thống giữ cần của Topdrive để thiết kế tiếp cần dựng. Do đó giảm được 2/3 thời gian tiếp, tháo cần khi khoan. Topdrive linh hoạt hơn bàn Roto , có thể kéo cần cùng với sự tuần hoàn dung dịch khoan, quay cùng với kéo cần, thả ống chống với cột ống dựng. 1.2.1.7. Topdrive được liên kết với hệ ròng rọc động bằng quang treo động cơ thủy lực. Một trục chính dẫn đường từ động cơ điện 1 chiều qua hộp số, một hệ thống van cầu được gắn bên trục chính, sự thiết kế này đã tạo ra tải trọng tập trung vào ổ đỡ của đầu thủy lực trong khi khoan. Topdrive làm việc có hiệu quả hơn, khả năng đặc biệt của nó là có thể doa ngược, tức là vừa kéo cần vừa quay bộ khoan cụ. 1.2.1.8. Bục điều khiển của thợ khoan được thiết kế để thợ khoan thao tác đơn giản nhất. Bục điều khiển bao gồm các đèn chỉ thị để thợ khoan theo dõi tình trạng hiện hữu của các bộ phận trong Topdrive. Đồng hồ đo mômen, đồng hồ đo tốc độ quay cũng nằm trong bục điều khiển. 1.2.2. Một số hãng chế tạo tổ hợp đầu quay di động trên thế giới 1.2.2.1. Hãng Tesco Đây là hãng chế tạo thiết bị khoan Canađa đã nghiên cứu chế tạo thành công Topdrive từ năm 1986. Sản phẩm của hãng Tesco được sử dụng trên cả đất liền và trên biển. Nó có khối lượng là 12.000pounds, do đó làm giảm tải trọng cho tháp khoan và lắp ráp cũng như vận chuyển dễ dàng. Các sản phẩm của hãng: Tesco-500T, Tesco-350T Các thông số kỹ thuật: Tesco-350T,Tesco-500T Mômen quay lớn nhất: 40000f -L6 Tốc độ quay lớn nhất : 200(v/p) Công suất: 200 - 400HP Áp suất làm việc của hệ thống thủy lực: (1000 -2000) PSi Tải trọng làm việc ( 350 - 500) T Trọng lượng: (11000 - 12000) pounds Dùng với tháp khoan có chiều cao 142ft
Hình 1.5 : Tesco-500T Topdrive
Hình 1.6 : Tesco-350T Topdrive 1.2.2.2. Hãng Rarco-BJ Đây là hãng sản xuất của Mỹ với nhiều loại sản phẩm TDS-3S, TDS-4S, TDS-6S. Động cơ trên tổ hợp đầu quay là động cơ điện một chiều có công suất 1100 - 1300HP. 1.2.2.3. Hãng Maritime Hydraulics A.S Đây là hãng sản xuất Topdrive của Nauy, sản phẩm của hãng là: DDM500-DC Các thông số kỹ thuật: Động cơ điện một chiều: GE 753USI Áp suất thủy lực: 180 (bar) (2650PSi) Áp suất khí nén: 7bar Mômen quay liên tục: 44.000 N - m Mômen quay gián đoạn: 50.000 N - m Tốc độ quay lớn nhất: 186 v/p Tải trọng làm việc: 500T Chiều dài: 6935mm Trọng lượng: 16T 1.2.2.4. National Oilwell Đây là hãng sản xuất của Mỹ, các sản phẩm chính của hãng: PS2-500/500, PS-500/500, PS-350/500. 1.2.3. Những ưu điểm chính của Topdrive Trong công tác khoan việc sử dụng Topdrive thay thế bàn Roto và cần vuông tăng thêm nhiều ưu điểm: An toàn Topdrive cho phép nối các mối nối ở bất kỳ vị trí nào trên tháp khoan; điều khiển vặn vào, tháo ra các mối nối từ xa nhanh chóng; tháo nối được nhiều loại đầu nối vì thế giảm rủi ro cho các thiết bị vặn cần và khóa càng cua. Van cầu trên và van cầu dưới kiểm soát an toàn áp suất trong cần. Do không phải dùng cần vuông nên giảm được độ mòn cho thiết bị chống phun BOP. An toàn cho kíp khoan Tiếp cần là công việc nguy hiểm nhất của kíp khoan, Topdrive làm giảm mối nối chỉ còn 1/3 ( Do cần dài hơn 3 lần so với khoan Roto), điều này làm giảm các sự cố. Tăng hiệu quả và giảm giá thành khoan Không tốn thời gian lắp và nhấc cần vuông. Không phải tốn thời gian nhấc đầu thủy lực và cần vuông khi đang khoan. Thực hiện công việc nối vào ở bên dưới, trong khoan định hướng không cần các dụng cụ bề mặt sau mỗi lần nối. Tăng thời gian khoan thuần túy, giảm được công tác kéo thả. Giữ dung dịch khoan Van giữ dung dịch khoan được lắp trên thân của van cầu trên, tự động đóng khi áp suất dung dịch xuống khoảng 60PSi và tự động mở khi áp suất dung dịch tăng trở lại. Cải thiện công tác bảo dưỡng Các bộ phận chính như động cơ khoan bố trí để bảo dưỡng được đơn giản. Động cơ điện có thể tháo tách rời khỏi hộp số. Mức dầu trong hộp số dễ kiểm tra. Hệ thống thủy lực và phin lọc nhớt có thể thay mà không cần xả dầu khỏi hộp số. Phân tách tải khi khoan và khi kéo thả cần Tải được phân tách khi khoan và kéo thả cần cho phép tải phân theo đường vòng cho vòng bi đỡ trục chính trong Topdrive khi nâng hạ cột cần khoan và thả ống chống, cho phép nâng được tải lớn hơn ở vòng bi đỡ chính, làm tăng độ bền của vòng bi. Quang treo Elevator Quang treo Elevator được gắn với các xi lanh khí nén, cho phép lựa chọn 4 vị trí của Elevator: Đẩy ra sau tâm giếng khoan Đẩy ra trước tới lỗ phụ Đẩy ra trước tới sàn trên cao để đóng mở Elevator Đẩy thẳng tâm giếng khoan để nâng hạ Vừa xoay vừa đẩy cột cần khoan đi xuống Một đặc điểm quan trọng của Topdrive là vừa kéo cần vừa tuần hoàn dung dịch Việc liên tục xoay có ý nghĩa quan trọng là giảm ma sát khi chuyển cần khoan trong khoan định hướng hay khoan ngang. Giảm chi phí cho chất phụ gia và bôi trơn, ít bị kẹt cần. Giảm thời gian tiếp cần Topdrive có thể tiếp cần dựng với chiều dài 93foot (28m), như vậy thời gian tiếp cần giảm được 2/3. Giảm thời gian khi doa lỗ, giảm thời gian làm sạch lỗ khoan Khoan nhiều giếng trên cùng bộ khoan cụ vì không phải tháo cột cần khoan. Hệ thống đối trọng bằng khí nén Cho phép giảm tải lên ren đầu nối cần khoan và ống chống khi lắp ráp hoặc khi tháo mối nối, tránh làm mòn ren. Có 3 chế độ điều khiển hệ thống đối trọng từ bục kíp trưởng: Chế độ chỉ Topdrive Chế độ tiếp cần khoan Chế độ ống chống 1.2.4. Một số nhược điểm của Topdrive Vốn đầu tư ban đầu lớn, nếu xét về giá thành thiết bị thì Topdrive đắt hơn bàn Roto rất nhiều lần, do đó đòi hỏi chủ đầu tư phải có tiềm lực tài chính. Phải có tháp khoan chuyên dùng có gắn đường ray trượt cho Topdrive. Tải trọng chất lên sàn khoan lớn làm giảm khả năng chất tải lên giàn khoan, ảnh hưởng đến độ vươn xa của sàn control. Topdrive là tổ hợp nhiều cơ cấu thiết bị nên chi phí về bảo dưỡng sửa chữa hàng năm lớn. Topdrive là thiết bị hiện đại do đó đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức, trình độ làm việc cao hơn. 1.2.5. Công dụng của Topdrive Truyền chuyển động quay và mômen quay cần thiết cho bộ khoan cụ. Có khả năng kẹp chặt các cần để tháo ra, vặn vào các mối nối của cần khoan.