Đề tài Thiết kế Đầu quay di động

LỜI NÓI ĐẦU Thêm một năm thành công nữa đến với ngành dầu khí Việt Nam. Ngành đã giữ vững được vị trí đầu tàu trong nền kinh tế, đáp ứng đủ nhu cầu về năng lượng cho đất nước , đóng góp không nhỏ cho sự phát triển nền kinh tế. Cùng với sự gia tăng không ngừng của nhu cầu sử dụng năng lượng hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ của thế giới. Việt Nam với tốc độ phát triển kinh tế nhanh của mình cũng đang ngày một đòi hỏi nhu cầu cao về nguồn cung dầu mỏ. Ngành dầu khí với nhiệm vụ của mình là cung cấp năng lượng đảm bảo cho sự phát triển không ngừng của đất nước đã và đang phát triển công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác nhằm đảm bảo được trữ lượng . Khoan là một trong những bước đầu tiên và vô cùng quan trọng để có được sản phẩm dầu thương phẩm. Đòi hỏi phát triển ngành dầu khí dẫn tới nhu cầu hiện đại hóa trong công tác khoan dầu khí. Nhiều thiết bị mới được nhập và sử dụng, trong đó Top Driver là một thiết bị hiện đại đã được đưa vào ứng dụng và cho hiệu quả cao. Sử dụng đầu quay di động gia tăng một khối lượng lớn trong công tác khoan, thăm dò và khai thác dầu khí , thực hiện được những công tác khoan phức tạp, giảm chi phí và thời gian đưa giếng vào sản xuất. Được sự đồng ý của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình, tôi đã thực hiện bản đồ án tốt nghiệp với đề tài :” Nghiên cứu đầu quay di động Varco-8SA. Tính toán lựa chọn đầu quay”. Đồ án được chia làm 4 chương: - Chương 1: Tổng quan về việc sử dụng đầu quay di động ở Vietsovpetro. - Chương 2: Cấu tạo và nguyên lí làm việc của đầu quay di động Varco-8SA. - Chương 3: Quy trình vận hành, bảo dưỡng và những hư hỏng thường gặp khi sử dụng đầu quay di động Varco-8SA. - Chương 4: Tính toán lựa chọn đầu quay. Trong điều kiện hạn chế về tài liệu, khả năng của người viết,do đó một số thuật ngữ của đồ án chưa được chuẩn xác. Bên cạnh đó là việc thiếu kinh nghiệm thực tiễn vầ thời gian làm đồ án. Mặc dù vậy với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của giảng viên- TS Nguyễn Văn Giáp, các thầy cô trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã giúp tôi hoàn thành đồ án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình, đặc biệt là giảng viên TS Nguyễn Văn Giáp và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này. Hà Nội, tháng 5 năm 2011  Sinh viên thực hiện Phạm Anh Tài   CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG ĐẦU QUAY DI ĐỘNG Ở VIETSOVPETRO 1.1. Các loại đầu quay di động sử dụng trong công tác khoan dầu khí Đầu quay di động đầu tiên được phát triển bởi công ty National Oil Well, mẫu đầu quay đầu tiên là mẫu thử nghiệm TDS1. Đến năm 1983 mẫu TDS là mẫu đầu quay đầu tiên trên thế giới được sản xuất và đưa vào sử dụng trong công tác khoan. Từ đây rất nhiều mẫu đầu quay đã được Varco và các công ty khác phát triển. Các loại đầu quay được Varco phát triển qua các năm: Bảng 1.1. Các loại đầu quay được NOV phát triển Năm  Tên đầu quay  Công suất(hp)  Momen xoắn liên tục (ft-lb)  Khả năng nâng (ton)   1982  TDS1  Mẫu thử nghiện đầu tiên được phát triển thành công   1983  TDS3  Đầu quay di động thương mại đầu tiên của thế giới   1985  BJ Power Swilve  Đầu quay có đường dung dịch khoan qua động cơ đầu tiên được phát triển   1989  TDS-4S  1100  61800  750   1991  PS2-500/500  1100  53845  350   1994  IDS-350PE  900  60000  350   1996  TDS-8SA  1150  62250  750   2002  IDS-4A  1150  67000  500   2003  TDS-1000SA  1150  95000  1000   2004  IDS-350P  900  60000  350   2008  TDX-1250  2×1340  150000  1250   Qua bảng ta thấy được công suất và momen xoắn của các loại đầu quay vô cùng đa dạng . Với công suất, mômen và tải trọng nâng của đầu quay ngày càng tăng cho phép ta có thể khoan được những giếng khoan ngày càng sâu hơn. Điều này cho phép công tác khoan tiến xa hơn tới các vùng nước sâu. Với các loại đầu quay di động ở trên nhà sản xuất đã chia ra làm các nhóm sau : - Đầu xoay di động điện bao gồm các loại: TDX-1250, TDX-1000, HPS-1000, TDS-1000, TDS-8SA, TDS-4, TDS-12, TDS-11SA, IDS-4A, IDS-350PE, TDS-10SA. Đầu quay di động điện có nhiều loại tạo cho người sử dụng nhiều lựa chọn. Loại này tạo được momen xoắn lớn, tải trọng nâng lớn và công suất của động cơ lớn cho phép khoan được những giếng khoan sâu. Tuy nhiên loại này có trọng lượng bản thân lớn nên cần phải có kết cấu tháp khoan vững chắc. Hệ thống điện của loại này cũng phức tạp hơn so với loại đầu xoay thủy lực. - Đầu quay di động thủy lực : TD-350, TDS-250, TD-150. Đầu quay thủy lực có trọng lượng bản thân nhỏ hơn so với loại đầu quay động cơ điện. Đầu quay loại này có hộp số cho tỉ số truyền lớn hơn nhiều so với loại đầu quay điện. Tuy nhiên loại này có công suất khá nhỏ kết cấu cồng kềnh do cần thêm ống dẫn dung dịch và cần thêm hệ thống bơm cho đầu xoay. Đầu quay di động được sử dụng nhiều nhất hiện nay trên thị trường là chiếc TDS-11 với 1000 chiếc được sử dụng tính tới năm 2010. Vietsopetro hiện nay các giàn cố định sử dụng phương pháp khoan roto truyền thống . Ngoài ra còn có 3 giàn khoan tự nâng đều sử dụng phương pháp khoan bằng đầu quay di động là giàn Cửu Long, Tam Đảo 01 và Tam Đảo 02. Với giàn khoan Cửu Long được đóng vào năm 1982 và Tam Đảo 01 được đóng vào 1988 hiện nay đều sử dụng đầu quay di động NOVPS2. Loại đầu quay này có các thông số chính như sau: Động cơ điện GE752DC Công suất động cơ 1100HP Trọng lượng 70500(lb) ≈ 32 (tấn) Chiều cao đầu quay 49,2 ft ≈ 15m Hộp số 2 tốc độ Tốc độ quay lớn nhất 269(v/f) Sức nâng lớn nhất 500 tấn Kích thước cần khoan sử dụng
(in). Với giàn khoan Tam Đảo 02 là giàn mới được đóng mới tại singapo và được nhập về Việt Nam cuối năm 2010. Trên giàn này hiện đang sử dụng đầu quay di động NOV TDS-8SA. Loại này có các thông số chính như sau: Động cơ điện GEB-20A1 AC Công suất động cơ 1150HP Trọng lượng 38750(lb) ≈ 19 (tấn) Chiều cao đầu quay 20.8 ft ≈ 15m Hộp số 1 tốc độ Tốc độ quay lớn nhất 353(v/f) Sức nâng lớn nhất 750 tấn Kích thước cần khoan sử dụng
(in). 1.2. Sơ đồ hệ thống đầu quay di động trên giàn khoan Sơ đồ bố trí của đầu quay di dộng trên toàn bộ các hệ thống của giàn khoan (hình 1.1) -1: Ròng rọc tĩnh -13: Máy phát điện -2: Cáp tời khí nén -14: Thùng chứa nhiên liệu -3: Cáp tời khoan -15: Phòng điều khiển hệ thống điện -4: Sàn phụ -16: Bơm dung dịch khoan -5: Ròng rọc động -17: Thùng chứa bùn ướt -6: Đầu xoay di động -18: Thùng chứa dung dịch -7: Thanh dẫn hướng cho đầu xoay -19: Hố chứa bùn khoan -8: Cần khoan -20: Bộ tách bùn và khí 9: Lều nghỉ của công nhân khoan -21: Sàng rung -10: Thiết bị đối áp -22: Cụm manifold -11: Thùng chứa dung dịch -23: Máng kéo cần khoan -12: Đĩa cáp điện -24: Giá để cần khoan
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí của tổ hợp khoan Vị trí của đầu quay di động trong hệ thống khoan (hình 1.2)
Hình 1.2. Đầu quay di động trong tổ hợp thiết bị khoan -1: Tời khoan -4: Đầu quay di động -2: Ống dẻo quay -5: Cáp khoan -3: Ròng rọc động 1.3. Ưu nhược điểm của đầu quay di động Ưu điểm của đầu quay di động : - Không phải dùng cần chủ đạo do đó việc tiếp cần khoan nhanh chóng và thuận lợi, an toàn cho kíp khoan, giảm thời gian khoan; - Tiến hành tháo lắp bộ khoan cụ ở mọi độ cao; - Có thể doa ngược được; - Lấy được mẫu khoan tốt trong khoan lấy mẫu; - Giảm tổn hao năng lượng và khống chế được mômen phản lực đáy trong quá trình khoan; - Có thể khoan được cả với cần đơn và cần dựng; - Thích hợp với khoan định hướng và khoan ngang; - Giảm hiện tượng kẹt cần khoan; - Khả năng điều khiển giếng khoan tốt. Nhược điểm của đầu quay di động: - Phải lắp thêm hệ thống ray dẫn hướng ở trên tháp làm tăng khối lượng ở trên cao; - Tăng chiều cao của tháp vì đầu quay di động dài hơn đầu quay thủy lực thông thường; - Tăng giá thành thiết bị khoan đặc biệt là công tác bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp hơn nhiều so với bàn rôto; - Do cấu tạo phức tạp nên đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao. CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA ĐẦU QUAY DI ĐỘNG VARCO-8SA 2.1. Cấu tạo của đầu quay di động Varco-8SA 2.1.1. Các thông số cơ bản của đầu quay Varco-8SA
Hình 2.1: Đầu quay di động Varco-8SA Tổ hợp đầu xoay di động Varco-8SA có các thông số kĩ thuật như sau: Động cơ dẫn động: GEB-20A1 AC; Công suất động cơ: 1150 (HP); Chiều cao làm việc: 24 (ft); Trọng lượng: 38750 (lb); Hộp số: 1 tốc độ; Tỷ số truyền: 8,5:1; Tốc độ quay lớn nhất: 353 (v/p); Mômen quay liên tục lớn nhất: 62250 (ft.lb); Số vòng quay tương ứng mômen quay lớn nhất: 94 (v/p); Mômen quay không tải: 95000 (ft.lb); Sức nâng: 750 (tấn); Kích thước ống dẫn dung dịch khoan: 3.82 (in); Kích thước cần khoan sử dụng:
(in); Đường kính ngoài lớn nhất của cần khoan:4÷8-1/2 (in); Bộ kẹp cần: PH-100; Áp suất làm việc của IBOP (internal blowout preventer): 15000 (psi); Khả năng quay / sự định hướng:
/ không giới hạn; Hệ thống làm mát: Quạt gió; Dải nhiệt độ làm việc:
. 2.1.2. Các bộ phận chính của đầu quay di động 2.1.2.1. Bộ phận cơ khí chính của đầu quay di động Hệ thống truyền động Hệ thống truyền động (Hình 2.2 ) bao gồm các bộ phận chính sau: Động cơ điện; Hộp tốc độ; - Cụm ống rửa. Động cơ điện Động cơ điện mà TDS-8SA sử dụng là GEB-20A1 AC, sử dụng dòng điện 3 pha. Các thông số của động cơ: - Điện áp: 600 (V); - Cường độ dòng điện: 1470 (A); - Mômen quay: 10600 (ft.lb);
Hình 2.2 Hệ thống truyền động 1-Xilanh cân bằng 6-Bánh răng kép 11-Vỏ bọc trục dẫn 2-Phanh động cơ 7-Đáy hộp tốc độ 12-Ổ đỡ chính 3-Động cơ 8-Quang treo 13-Bánh răng chính 4-Bánh răng chủ động 9-Cổ ngỗng 14-Giá đỡ 5-Nắp hộp tốc độ 10-Ống rửa 15-Trục dẫn - Khối lượng động cơ: 5960 (lb); - Tốc độ quay lớn nhất: 2300 (v/p); - Dao động lớn nhất cho phép: 0,44 (in/s); - Điện trở (tại 25
- đối với mỗi cặp cực): 0,0088 (
). * Phanh động cơ Phanh của động cơ được đặt ngay phía trên của động cơ dẫn động. Phanh hoạt động dựa vào khí nén, nguồn khí nén này được cấp qua hệ thống cấp khí, và được điều khiển từ bàn điều khiển với 2 vị trí “ON” và “OFF”. Tại đây các tín hiệu được điều khiển đến hộp nối van điện từ (van solenoid) điều khiển phanh. Dòng khí nén đi vào các ống cao su tạo ra lực ép, ép lên má phanh chống lại chuyển động quay của động cơ. Khi công tắc ở vị trí “ ON”, lúc này van ở trạng thái đóng đồng thời có đèn báo và còi hú báo hiệu cho người vận hành biết. Khi công tắc ở vị trí “OFF”, lúc này van mở và ta có thể tiến hành khoan bình thường.
Hình 2.3 Phanh động cơ
Hộp tốc độ Hộp tốc độ của TDS-8SA là hộp tốc độ đơn với tỷ số truyền từ động cơ sang trục dẫn là 8,5:1. Bên trong hộp tốc độ gồm 1 cặp bánh răng kép, 1 bánh răng chính, các bạc lót và các gioăng làm kín. Ngoài ra còn có 2 cặp ổ đỡ chính, đây là thành phần chịu tải trong quá trình nâng, thả ống và quá trình khoan. Vỏ hộp tốc độ tạo thành một khoang kín để chứa dầu bôi trơn cho hệ thống bánh răng và các ổ trục. Bên sườn của vỏ hộp tốc độ có mắt thăm dầu để kiểm tra mức dầu bên trong. Dầu bôi trơn luôn được tuần hoàn trong hộp tốc độ nhờ vào bơm dầu (bơm được đặt ở ngay trên vỏ hộp tốc độ) và hệ thống các kênh dẫn, điều này đảm bảo rằng các bánh răng và ổ chặn luôn được bôi trơn. Bên sườn và dưới đáy hộp tốc độ có các gờ nhỏ để làm tăng sự thoát nhiệt cho hộp tốc độ.
Hình 2.4 Cấu tạo hộp tốc độ
Cụm ống rửa Cụm ống rửa nối trục chính của hộp số với phần tĩnh của cổ ngỗng, nó cho phép dung dịch khoan đi qua với nhiệt độ và áp suất thay đổi với mọi tốc độ quay của trục. Chức năng của gioăng xoay là thực hiện chuyển động quay tự do ở vị trí thẳng đứng. Đầu quay phải được gắn với gioăng xoay một cách chính xác và luôn được bôi trơn. Nếu đầu quay được cất giữ trong một thời gian, thì phải tháo ra để kiểm tra gioăng xoay, xem xét sự mòn hỏng nếu có. Cổ ngỗng nằm ngay phía trên cụm ống rửa nối ống rửa và ống chữ S. Cổ ngỗng có phần tĩnh và phần động, phần tĩnh được bắt chặt vào vỏ bọc trục dẫn còn phần động nối với ống chữ S. Giữa phần tĩnh và phần động có đệm làm kín để ngăn sự rò rỉ của dung dịch
Hình 2.5 Cụm ống rửa 1-Vỏ bọc trục dẫn 2-Lò xo 3-Đai ốc hãm 4-Gioăng cố định 5-Thân dưới 6-Thân trên 7-Cơ cấu treo (Điều chỉnh sự lệch trục) 8-Gioăng xoay Hệ thống cân bằng sử dụng khí nén Hệ thống cân bằng có chức năng treo trọng lượng của hệ thống đầu quay dưới áp lực khí nén, có tác dụng điều khiển và giữ thăng bằng cho cột cần khoan và ống chống trong quá trình nối ống. Nó được điều chỉnh để giảm tải trọng lên ren của đầu nối bảo vệ và cần khoan trong quá trình tiếp cần, qua đó bảo vệ các chi tiết này. Ba chế độ của hệ thống được chọn bởi kíp trưởng từ phòng điều khiển. Các chế độ này dùng trong các quá trình tháo, lắp cần với sự kiểm soát tải lên ren và một chế độ dùng trong quá trình thả ống chống. TDS-8SA được treo bởi hệ ròng rọc 750 (tấn). Khi tải trọng nhẹ, chẳng hạn chỉ có đầu quay hay đầu quay với một đầu nối thì dầm chịu tải trọng chính được đỡ bởi 8 bình tích khí nén được liên kết với hệ thống quang treo. Áp suất trong bình tích khí nén có thể được điều chỉnh cho các tải trọng khác nhau. Không khí sạch và khô từ giàn cung cấp tới van điều chỉnh, van này được gắn trên đường ống dẫn khí. Hộp điều khiển tại bàn của kíp trưởng đưa tín hiệu tới van hoặc để cung cấp cho các bình tích khí nén hoặc để xả khí từ bình tích.
Hình 2.6 Hệ thống cân bằng Các bình tích được liên kết với van điều chỉnh bằng hệ thống ống dẫn. Hộp điều khiển được lắp bởi 3 bộ tiết lưu dùng để điều chỉnh áp suất với các điều kiện tải trọng khác nhau. Mỗi bộ tiết lưu được liên kết với van và đồng hồ cho phép người vận hành dễ dàng điều chỉnh các mức áp suất khác nhau. Một thiết bị tăng áp suất khí nén với một bình dự trữ khí nén ở giàn khoan, một van điều chỉnh được dùng trong hệ thống giúp cho hệ thống cân bằng. Có nguồn áp suất khí nén lớn để hoạt động khi các thiết bị phụ trợ khác cần lượng khí nén cao. Việc giảm áp suất khí nén cho hệ thống cân bằng có thể dẫn đến phá huỷ đầu nối, hay gây ra một số hư hỏng khác. Hệ thống dẫn hướng TDS-8SA được đặt trên xe lăn dẫn hướng, xe lăn này có thể di chuyển lên xuống trên thanh ray nhờ vào các con lăn. Tuy nhiên các thanh ray phải thật sự thẳng hàng, không bị bóp méo và chúng phải song song với nhau. Ở phía dưới cùng của mỗi thanh ray có các tấm đệm để giới hạn chuyển động của xe lăn dẫn hướng. Các tấm đệm này phải đặt cách mặt sàn khoan tối thiểu là 11ft (3,04 m), điều này đảm bảo các ống cao áp không chạm sàn khoan khi xe lăn ở vị trí thấp nhất. Các con lăn có khả năng tự điều chỉnh khe hở giữa nó và thanh ray đảm bảo sự di chuyển thuận lợi và an toàn khi mà các thanh ray không được hoàn hảo. Với hai tầng lò xo cho phép giới hạn chuyển động của các con lăn với hệ thống lò xo đã tạo cho các con lăn luôn tiếp xúc với bề mặt của thanh ray. Các con lăn được gắn lò xo nên lực ép được giảm không chỉ cho thanh ray mà cho cả trục lăn do đó gia tăng tuổi thọ của các bộ phận này. Hệ thống làm mát (Hình 2.7) Hệ thống quạt gió thổi liên tục không khí tới làm mát động cơ, đồng thời tạo ra đối lưu cưỡng bức đối với bộ trao đổi nhiệt của hệ thống truyền động, làm giảm nhiệt độ của dầu bôi trơn. Hệ thống làm mát bao gồm: quạt gió hướng trục (tác dụng làm giảm nhiệt độ của dầu bôi trơn); quạt gió làm mát động cơ; hệ thống ống dẫn khí và động cơ có 2 trục dẫn với công suất 20 (HP). Động cơ này đồng thời dẫn động cho cả quạt gió hướng trục, quạt gió làm mát động cơ. Một bộ khử ẩm được đặt ngay ở cửa nạp khí giúp loại bỏ bớt hơi nước có trong không khí nạp vào. Hình 2.7 Hệ thống làm mát Hệ thống xilanh ổn định hướng cho đầu quay (Hình 2.8) Hệ thống bao gồm xilanh, ắcqui thủy lực, cụm van điều áp và các thiết bị liên quan như buồng góp, ống dẫn... Xilanh (hoạt động bằng thủy lực) nối phần đáy của hộp tốc độ với giá xe lăn dẫn hướng, được điều chỉnh thông qua một ắcqui nằm trên xe lăn dẫn hướng. Ắcqui được nạp bằng nitơ và được giữ ở một mức áp suất nhất định (điều chỉnh bởi van điều áp). Cùng với hệ thống cân bằng, xilanh ổn định hướng có tác dụng giữ cho đầu nối bảovệ luôn ở trạng thái thẳng đứng khi tháo rời khỏi cột cần khoan (trong quá trình tháo lắp cần) làm cho quá trình tháo lắp cần dễ dàng hơn
Hình 2.8 Xilanh ổn định hướng Hệ thống ôm, kẹp cần khoan PH-100 Hệ thống ôm, kẹp cần khoan (Hình 2.9) có hai chức năng chính đó là kéo cần dựng và cung cấp mômen xoắn lên đến 100000 (ft.lb) để tháo, vặn cần khoan tại chiều cao bất kỳ của tháp khoan. Hệ thống này bao gồm các bộ phận chính như sau: Cơ cấu giá đỡ liên kết quay Elevator và quang treo elevator Cụm bản lề nghiêng; Cụm van cầu (IBOP) Cơ cấu tạo mômen xoắn;
Hình 2.9 Bộ kẹp cần PH-100
Cơ cấu giá đỡ liên kết quay
Hình 2.10 Cấu tạo giá đỡ liên kết quay 1-Thân giá đỡ 6-Đai ốc 2-Vấu lắp bản lề nghiêng 7-Bulông 3-Vòng hãm 8-Ống bao trục dẫn 4-Vòng găng piston 9-Vấu móc quang treo elevator 5-Bánh răng điều chỉnh 10-Vấu lắp xilanh điều chỉnh bản lề nghiêng Giá đỡ liên kết quay có cấu tạo là một khối rỗng, hai mặt bên có các vấu để móc quang treo elevator, mặt trước có vấu để lắp bản lề nghiêng. Mặt trong của giá đỡ liên kết quay có dạng hình trụ, cho phép trục dẫn quay tự do trong giá đỡ. Bên trong của giá đỡ có một xilanh thủy lực để giữ giá đỡ luôn nâng lên so với đầu nối trong quá trình khoan và hạ giá đỡ xuống đầu nối trong quá trình nâng thả cột cần khoan. Ngoài ra còn có các đường ống thủy lực được tuần hoàn liên tục trong quá trình khoan. Bánh răng điều chỉnh được bắt bulông vào mặt trên của giá đỡ, bánh răng được dẫn động thông qua một động cơ thủy lực trên cụm ghim chốt, trong quá trình khoan ghim chốt giữ cho đầu quay đứng yên, khi cần nâng thả cần dựng, ghim chốt được tháo ra để giá đỡ có thể quay tự do 360
. Giá đỡ là một bộ phận chịu tải trong quá trình nâng thả cột cần khoan. Cụm bản lề nghiêng
Hình 2.11 Cụm bản lề nghiêng Cụm bản lề nghiêng bao gồm một bản lề nghiêng được gắn trên thân của giá đỡ liên kết quay, hai xilanh thủy lực, dây cáp điều khiển và cặp thanh truyền, vòng kẹp. Bản lề nghiêng có thể xoay tự do trong một khoảng nhất định nhờ vào chốt xoay, xilanh thủy lực được điều khiển từ bàn điều khiển thông qua một van điện từ, van điện từ này điều chỉnh lượng chất lỏng nạp vào xilanh. Bản lề nghiêng được nối với quang treo elevator qua cặp thanh truyền và vòng kẹp. Dây cáp điều khiển dùng để điều chỉnh khoảng cách giữa elevator và sàn dựng cần khoan trong quá trình tiếp cần giúp thợ khoan trên cao thực hiện thao tác dễ dàng hơn. Cơ cấu tạo mômen xoắn Cơ cấu gồm ống thủy lực và bàn kẹp. Bên trong ống thủy lực là hệ thống các ống dẫn, xilanh nâng và cáp nâng, dây cáp nâng nối đầu piston của xilanh nâng với bàn kẹp và được vắt qua một con lăn ở trên đỉnh ống thủy lực. Nhờ hệ thống cáp này mà bàn kẹp có thể chuyển động lên xuống ở trên ống thủy lực (khi tháo lắp IBOP). Bàn kẹp (Hình 2.12) có phần thân được tách làm hai nửa và được nối với nhau bằng hai chốt bản lề, mặt trên là bạc ổn định còn ở mặt dưới là vành dẫn hướng. Các chi tiết này cũng được chế tạo làm hai nửa và được bắt bulông vào thân bàn kẹp. Bên trong bàn kẹp gồm có hai má kìm và một xilanh khí nén để sinh lực kẹp, cụm chi tiết này dùng để kẹp chặt cột cần khoan trong quá trình lắp cột cần khoan vào van tiết kiệm dung dịch. Các chi tiết má kìm, bạc ổn định và vành dẫn hướng có thể thay đổi được tùy thuộc vào kích cỡ của cần khoan sử dụng. Elevator và quang treo elevator Elevator là bộ phận trực tiếp ôm, kẹp cần, được sử dụng trong quá trình tháo, lắp cần khoan. Elevator được móc vào giá đỡ liên kết quay thông qua quang treo elevator. Quang treo được điều khiển thông qua cụm bản lề nghiêng. Khả năng linh động của elevator là rất cao, elevator có thể được đẩy ra trước, sau lỗ khoan hoặc đẩy tới lỗ chuột. Trong quá trình khoan, quang treo elevator được đẩy ra phía sau và được giữ cố định ở vị trí nghiêng khoảng
để tránh giếng khoan. Elevator được điều khiển từ bàn điều khiển thông qua việc điều chỉnh cụm bản lề nghiêng.
Hình 2.12 Cấu tạo bàn kẹp 1-Vòng đệm xilanh 8-Chốt bản lề 17,23-Đai ốc 2-Đầu xilanh 9-Thanh chặn 18-Lò xo 3,4-Vòng găng piston 10,11-Đệm làm kín 19-Vành dẫn hướng 5-Piston 12,21-Cặp má kìm 20-Thân bàn kẹp 6,14-Bạc ổn định 15-Thân lắp bạc ổn định 24-Má kẹp 7,13,22-Bulông 16-Vòng đệm Cụm van cầu (IBOP)
Hình 2.13 Cấu tạo cụm van cầu Cụm van cầu là một đoạn van đối áp được đặt giữa đầu quay di động và cột cần khoan, nó có tác dụng chống phun bên trong cột cần khoan. Cụm van cầu gồm có van cầu trên, van cầu dưới và đầu nối bảo vệ, các chi tiết này được nối với nhau bằng ren. Ngoài ra còn có cụm 3 vành kẹp được lắp giữa trục dẫn và van cầu trên, van cầu trên và van cầu dưới, van cầu dưới và đầu nối bảo vệ. Các vành kẹp này nhằm ngăn sự tự tháo ren giữa các chi tiết trên trong quá trình tháo lắp cần khoan. Mỗi vành kẹp có cấu tạo gồm một ống lồng phía trong có dạng côn đôi và hai vòng đệm bên ngoài. Sự vặn xiết các bulông giữa hai vòng đệm làm cho hai vòng đệm cùng nhau ép chặt ống lồng, tạo ra lực kẹp. Đối với các vành kẹp này, nếu được lắp đặt đúng theo tiêu chuẩn có thể chịu đựng được mômen xoắn đến 76000 (ft.lb). Sự đóng, mở của van cầu trên được điều khiển từ bàn điều khiển, còn đối với van cầu dưới được thực hiện bằng tay. Van cầu trên Van cầu trên được gắn trực tiếp vào đầu dưới của trục dẫn với một đầu nối ren thuận đường kính
(in) theo tiêu chuẩn của API (viện dầu mỏ Mỹ). Bên trong có một bi cầu với đường kính lỗ là 3 (in). Hai cơ cấu dẫn động khí nén dùng để điều chỉnh van đóng hay mở. Trục của cơ cấu dẫn động có chỗ để cho cờ lê vào đóng hoặc mở bằng tay khi cần thiết. Trên thân van có lắp một ống bao, trên hai mặt bên của ống bao được gắn hai khuỷu dẫn động dùng để đóng mở van cầu trên thông qua tay đòn điều khiển.
Hình 2.14 Cấu tạo van cầu trên Van cầu dưới (Hình 2.15) Van cầu dưới được đặt ở giữa đầu nối bảo vệ và van cầu trên. Kích cỡ của van cầu dưới được chọn theo kích cỡ của đầu nối và kích cỡ van cầu trên. Trên thân van có cửa để đặt cờ lê đóng mở van bằng tay. Đầu nối bảo vệ Là một đầu nối chuyển tiếp giữa van cầu dưới và cột cần khoan nhằm bảo vệ van cầu dưới, đầu nối này có thể được thay thế dễ dàng. Đây là một bộ phận chịu tải thường xuyên do đó cần được kiểm tra đều đặn.
Hình 2.15 Cấu tạo van cầu dưới 2.1.2.2. Hệ thống điều khiển của đầu quay di động Hệ thống điều khiển chính của đầu quay di động Hệ thống điều khiển của TDS-8SA có sơ đồ cấu tạo như Hình 2.16. Trong hệ thống điều khiển có bàn điều khiển giúp người vận hành dễ dàng thao tác các chức năng của tổ hợp đầu quay. Trên bàn điều khiển có các nút bấm để thực hiện các chức năng như: điều chỉnh bản lề nghiêng qua đó điều chỉnh vị trí của elevator; đóng mở phanh động cơ; điều chỉnh mômen vặn, tháo cần; điều khiển các động cơ phụ trợ (quạt gió, bơm dầu…); điều chỉnh giá đỡ liên kết quay; đóng mở van cầu trên; thay đổi chiều quay của đầu quay. Bàn điều khiển thực hiện các chức năng trên nhờ vào một hệ thống các van điện từ nối với các bộ phận đó.
Hình 2.16 Mô hình hệ thống điều khiển Bẩy đèn báo sáng trên bàn điều khiển cho ta biết các điều kiện sau: Hệ thống van cầu đã đóng; Phanh động cơ đang đóng (ở vị trí “ON”); Áp suất dầu bôi trơn bị giảm; Sự lưu thông không khí bị gián đoạn; Động cơ bị quá nhiệt; Lỗi dẫn động; Chế độ tự động. Bàn điều khiển cũng có hệ thống còi báo để cảnh báo các điều kiện cho người vận hành biết, còi báo này có thể được tắt đi.
Hình 2.17 Bàn điều khiển của TDS-8SA Hệ thống dây điện và ống dẫn phụ trợ Hệ thống dây điện bao gồm cáp điện và cáp điều khiền dùng để dẫn điện cho động cơ, hệ thống cảm biến và van điện từ (solenoid). Các dây cáp điện được xoắn lại với nhau và được đặt trong ống bảo vệ. Hệ thống ống dẫn phụ trợ bao gồm 3 đường ống dẫn
(in) dùng để dẫn chất lỏng, trong đó có một đường dự trữ và một đường ống
(in) dùng để dẫn khí. Các đường dẫn này dẫn chất lỏng, khí tới các hệ thống điều khiển bằng khí nén, hoặc làm mát động cơ…