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

Lời nói đầu Ngày nay, ngành công nghiệp Dầu khí đang là một ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam không ngừng vững mạnh và ngày càng phát triển không chỉ ở trong nước mà còn vươn xa tới thị trường quốc tế. Trong công nghiệp Dầu khí không thể không nhắc tới thị trường quốc tế trong công tác thăm dò và khai thác Dầu khí. Đề cập đến sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí không thể không nhắc đến vai trò quan trọng của các thiết bị phục vụ cho công tác khoan và khai thác. Một trong những vấn đề được quan tâm là tìm hiểu về chuyên ngành thiết bị khoan, cấu tạo, nguyên tắc vận hành và nâng cao tuổi thọ cũng như hiệu suất của các thiết bị. Với mong muốn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí nước nhà, qua quá trình học tập và nghiên cứu, cộng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản cũng như sự đồng ý của bộ môn Thiết bị Dầu khí và công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ- Địa Chất Hà Nội em viết về đề tài: “Máy bơm piston YHБ – 600 dùng trong công tác khoan dầu khí" từ đó đi dến chuyên đề " Tính toán các thông số của van bơm piston YHБ – 600 ". Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản, các thầy cô trong bộ môn Thiết bị Dầu khí và công trình, Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05, năm 2011 Sinh viên La văn Diệu Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN 1.1. Chức năng và các bộ phận của tổ hợp khoan Tổ hợp thiết bị khoan bao gồm các thiết bị, cơ cấu máy dùng để thực hiện quy trình công nghệ khoan các giếng khoan theo một công nghệ nào đó. Quy trình công nghệ cơ bản của công tác khoan bao gồm: - Quay dụng cụ khoan, truyền mô men quay và tải trọng lên chòong khoan để thực hiện quá trình phá hủy đất đá (khoan thuần túy). - Vận chuyển mùn khoan, rửa hoặc thổi giếng khoan (làm sạch mùn khoan dưới đáy). - Nâng thả bộ dụng cụ khoan để thay thế dụng cụ phá hủy (chòong khoan), thả cột ống chống để gia cố thành giếng khoan. - Gia công và làm sạch dung dịch, điều chế dung dịch. - Ngoài ra còn có các công việc: thử vỉa, đo độ cong của giếng, xây lắp tháo dỡ… Để làm tốt những công tác trên thì cần phải có những bộ phận để thực hiện chức năng này: - Thiết bị nâng thả bộ dụng cụ và cột ống chống: cơ cấu nâng ( tời khoan, bộ hãm tời, hệ ròng rọc, tháp khoan ). Trong quá trình làm việc cơ cấu nâng chịu tải trọng lớn nhất( trục tải chính). - Thiết bị quay bộ dụng cụ khoan: bàn roto, đầu quay di động, các loại động cơ đáy( tua bin, trục vít, động cơ khoan điện…) - Cơ cấu của bộ dụng cụ phục vụ cho công tác nâng thả bao gồm: khóa tháo vặn cần, ống, hệ thống giá đỡ kẹp cần, êlêvatơ, móc nâng… - Thiết bị làm sạch giếng khoan: các máy bơm khoan, bình điều hòa, hệ thống ống hút, ống đẩy, hệ thống máng tuần hoàn dung dịch, máy trộn, sàng rung, thiết bị tách mùn khoan… - Thiết bị để bịt kín miệng giếng, bao gồm: thiết bị đầu ống, thiết bị chống phun( thiết bị đối áp) - Thiết bị dẫn động : động cơ phát lực, động cơ diezen, động cơ điện, động cơ khí nén, thủy lực, các bộ truyền chuyển động, hộp giảm tốc, hộp tốc độ và các thiết bị điều chỉnh khác… - Dụng cụ và thiết bị đáy: chòong khoan, cần khoan, các chi tiết nối cần, cần nặng, các bộ định tâm, các thiết bị để cứu chữa sự cố. - Thiết bị điều khiển, đo và kiểm tra - Các thiết bị phụ trợ khác phục vụ cho quá trình khoan: các thiết bị phục vụ quá trình xây lắp, cẩu, cần trục, máy bơm phụ trợ, máy nén khí… 1.2. Sơ đồ tổ hợp thiết bị khoan Do trong công tác khoan dầu khí luôn luôn có sự thay đổi về những giải pháp công nghệ cũng như các phương án kỹ thuật nhằm tăng năng suất cho quá trình xây lắp, nên ta cần thiết kế một tổ hợp thiết bị khoan mới. Sau khi lựa chọn các thông số cơ bản thì chúng ta cần thiết kế sơ đồ phối hợp giữa các cơ cấu máy để cho thiết bị làm việc với hiệu quả cao nhất. Sơ đồ bố trí thiết bị là cơ sở để chúng ta thực hiện phương án xây lắp, tháo dỡ và vận chuyển trong quá trình xây dựng. Có nhiều cách bố trí thiết bị khác nhau nhưng chúng ta thường sử dụng cách bố trí chúng trên mặt phẳng như sau:
Hình 1.1 - Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan 1: Bàn rôto 5: Giá để cần khoan 8: Động cơ dẫn động 2: Tời khoan 6: Hộp tốc độ của tời 9: Máy bơm khoan 3: Giá đựng cần 7: Cụm truyền động 10: Khung nền của tháp 4: Sàn chạy cần Các sơ đồ bố trí phải đảm bảo các yếu tố sau: + Khả năng thực hiện chức năng công nghiệp của từng máy với một sơ đồ động học đơn giản nhất. + Sơ đồ bố trí thuận lợi cho công tác tháo dỡ vận chuyển. + Mức độ ổn định cấu trúc và các thông số làm việc máy móc sau nhiều lần di chuyển. + Chi phí cho công tác bố trí, lắp ráp thiết bị phải nhỏ và phù hợp với điều kiện thi công. + Dạng, nguồn năng lượng cho ta sử dụng. + Đặc điểm, yêu cầu của cơ cấu máy về phương diện dẫn động. Sau khi đã thiết kế được sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan, ta phải đi xây dựng sơ đồ truyền động cho tổ hợp thiết bị khoan đó. Sơ đồ truyền động của tổ hợp thiết bị khoan phải thoả mãn một số yêu cầu sau: - Thoả mãn yêu cầu về quy trình công nghệ khoan: đảm bảo tốc độ quay của bộ dụng cụ và khoảng thay đổi tốc độ trong một giới hạn nào đó. - Thời gian thao tác cho công tác nâng thả bộ dụng cụ phải nhỏ. - Sơ đồ truyền động phải có cấu tạo đơn giản. Từ sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan trên, ta có thể xây dựng sơ đồ truyền động cho tổ hợp thiết bị khoan này. Có 3 dạng dẫn động như sau: + Dẫn động riêng: trong đó mỗi một cơ cấu tổ máy được dẫn động bằng một động cơ riêng. + Dẫn động nhóm: cơ cấu máy, tổ hợp máy được dẫn động bằng hai hay nhiều động cơ. + Dẫn động hỗn hợp: ghép nhiều động cơ để chạy cho một thiết bị hoặc một máy công tác (chủ yếu đối với những thiết bị có công suất lớn như trong khoan dầu khí). 1.3.Giới thiệu tổ hợp thiết bị khoan 1.3.1.Hệ thống quay 1.3.1.1. Bàn rô to Tác dụng của bàn rô to: + Làm quay và truyền mô men cho bộ cần khoan. + Giữ và kẹp chặt bộ cần khoan, ống chống trong giếng khoan. + Tháo hoặc vặn ren của bộ cần khoan. + Treo bộ cần trong quá trình nâng hạ. Nguyên lý làm việc của bàn roto: bàn roto nhận chuyển động từ trục roto qua bộ kẹp xích, nhờ có bộ bánh răng hình côn biến chuyển động quay quanh trục ngang thành chuyển động quay theo trục thẳng đứng. Hiện tại xích truyền động của roto là kép, cường độ và công suất cao chịu tải trọng lớn, chịu mài mòn, vì vậy xích roto rất chống mòn và dễ đứt nên ta phải thường xuyên bôi trơn, và phải có hộp bảo vệ xích. Khi truyền chuyển động quay cho roto qua tời, tốc độ roto được thay đổi nhờ hộp số của tời hoặc bằng cách thay đổi đĩa xích. Nhưng trong một số trường hợp để roto làm việc độc lập với tời và điều khiển tốc độ trong một thời gian rộng, nó có thể được truyền động bằng động cơ dẫn động riêng. Bàn roto có từ 3 đến 6 cấp tốc độ truyền và có một tốc độ quay ngược để tháo lắp cần khoan và cứu chữa sự cố. Bảng 1.1 - Đặc tính kỹ thuật của bàn rôto Các thông số  Kiểu bàn rôto    P 700  P 560   Kích thước lỗ, (mm)  700  560   Tốc độ vòng quay của mâm rôto, (v/ph)  250  250   Mô men quay, (kG.m)  8000  5000   Kích thước: dài, rộng, cao (mm)  2272x1545x620  2315x1545x750   Trọng lượng, (kg)  4850  5850   1.3.1.2. Đầu thủy lực Là thiết bị chuyên dụng để treo và quay bộ khoan cụ, chuyển dung dịch khoan từ vòi cao áp xuống giếng, chịu tải trọng lớn, vòng quay có lúc tới 380v/ph, chịu áp suất thuỷ lực tới 320 atm. Đầu thuỷ lực được chế tạo từ các chi tiết có vật liệu đảm bảo các yêu cầu sau: - Thời gian và độ an toàn của quá trình khoan giếng. - Đảm bảo độ chịu tải và độ bền của các chi tiết khi chịu tải lớn nhất. - Đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa vỏ và phần thân giếng.

Hình 1.2 - Đầu xanhích 1: Lỗ dẫn hướng 5: Ổ bi 11: Ống cong 2, 8: Bộ gioăng trên và dưới 7: Ổ bi đỡ phụ 12: Nắp 3: Thân 9: Bộ gioăng nối nhanh 13: Quang treo 4, 6: Vòng bi 10: Bộ đầu nối nhanh 14: Cổ ngỗng 1.3.1.3. Động cơ đáy Đặc trưng cơ bản của động cơ đáy là được lắp trực tiếp ngay phía trên choòng khoan. Trong quá trình khoan thì cột cần không quay nên tránh được ma sát giữa cột cần và thành giếng, do đó ít gây ra hiện tượng sập lở do cần, ít gây mòn và giảm hiện tượng đứt gãy trong quá trình làm việc. Ngoài ra động cơ đáy còn có ưu điểm là truyền gần như toàn bộ công suất của động cơ cho dụng cụ phá huỷ. Động cơ đáy sử dụng trong quá trình khoan gồm 3 loại: tua bin khoan, động cơ đáy trục vít và động cơ điện chìm. 1.3.1.4.Tua bin khoan Là loại tua bin thuỷ lực nhiều tầng có cấu tạo giống nhau, mỗi tầng bao gồm Stato được gắn chặt với thân và Roto được gắn với trục. Dòng chất lỏng đi qua cánh stato và cánh roto theo một góc nhất định nào đó, làm cho roto quay và dòng chất lỏng lại tiếp tục đi vào tầng tiếp theo. Cứ như vậy, năng lượng của dòng chất lỏng được các tầng tiếp nhận và biến thành chuyển động quay của choòng. 1.3.1.5. Động cơ đáy trục vít Động cơ đáy trục vít có kích thước không lớn, rất hiệu quả khi khoan các giếng có đường kính bé và chiều sâu lớn, khoan cắt xiên, khoan ngang, khoan các thân giếng cũ. 1.3.1.6. Động cơ điện chìm Đây là thiết bị quay được truyền động bằng điện thông qua dây cáp lắp phía trong cột cần khoan, chiều dài của dây cáp tương ứng với chiều dài của cần khoan. Khoan bằng động cơ điện chìm về mặt lý thuyết tỏ ra có nhiều lợi thế như khi khoan bằng tua bin và trục vít. Tuy nhiên nó có hạn chế về mặt đặc tính cứng của động cơ, số vòng quay cao, yêu cầu kỹ thuật truyền điện và dẫn điện xuống động cơ tuyệt đối an toàn, tuổi thọ động cơ thấp nên phạm vi áp dụng chưa được rộng rãi. 1.3.2: Hệ thống nâng thả 1.3.2.1: Tháp khoan Tháp khoan là một bộ phận của tổ hợp thiết bị khoan, nó có các chức năng: Nâng thả bộ dụng cụ khoan, ống chống và các thiết bị khác; Treo một phần trọng lượng cột cần khi khoan giảm tải; Dùng để dựng cột cần dựng; Bảo vệ con người và thiết bị. Chiều cao của tháp phụ thuộc vào chiều sâu của giếng khoan (chiều dài cần dựng). Thực tế người ta chế tạo tháp với các chiều cao tiêu chuẩn sau: - Tháp cao 28 m cho các giếng sâu 1200 ( 1300 m - Tháp cao 41 ( 42 cho các giếng sâu 1300 ( 3500 m - Tháp cao 53 m cho các giếng sâu > 3500 m. Tùy theo kết cấu của tháp mà ta phân tháp ra làm ba loại chính: tháp chữ A, tháp 3 chân, tháp 4 chân. 1.3.2.2 .:Tời khoan Tời khoan là một bộ phận trong cơ cấu nâng thả của tổ hợp thiết bị khoan, nó có các chức năng: Nâng thả bộ dụng cụ khoan và ống chống; Điều chỉnh tải trọng đáy trong khi khoan; Sử dụng với một số mục đích kỹ thuật khác. Tùy theo sức nâng, công suất trên trục tời, dạng động cơ dẫn động, nguyên lý cấu tạo,.. mà tời được chia làm nhiều loại khác nhau. Tuy nhiên, với bất kỳ loại tời nào, trong quá trình tính toán và chọn tời, ta cũng phải chú ý các thông số cơ bản như: số tốc độ, sức nâng của tời, cống suất dẫn dộng tời và kích thước của tang tời. Để từ đó chọn được loại tời hợp lý nhằm mạng lại năng suất làm việc cũng như hiệu quả kinh tế là cao nhất. 1.3.2.3. Hệ thống palăng Hệ thống palăng biến chuyển động quay của tang tời thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của móc nâng và làm giảm tải cho dây cáp. Tuỳ theo tải trọng nâng thả và số nhánh dây cáp, hệ thống palăng được phân ra làm nhiều cỡ. Với tải trọng 50 ( 75 tấn sử dụng vỡ 2 x 3 hoặc 3 x 4 Với tải trọng 100 ( 130 tấn sử dụng cỡ 4 x 5 hay 5 x 6 hoặc 6 x 7 . Trong ký hiệu trên: chữ số đầu chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc động, chữ số thứ hai sau dấu (x) chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc cố định. Dây cáp được mắc vào các con lăn của hệ thống Ròng rọc tĩnh và động theo một trình tự nhất định. Một đầu cáp được giữ cố định (thường ở 1 chân của tháp sao cho kíp trưởng dễ quan sát khi làm việc) gọi là đầu cáp chết còn một đầu mắc vào tời khoan gọi là cáp tời hay là đầu cáp cuốn. - Các bộ phận chính của hệ thống palăng * Bộ ròng rọc tĩnh Gồm một khung kim loại trên đó có lắp một trục, trên trục được gắn các puly để luồn cáp tời đi qua. Toàn bộ bộ ròng rọc tĩnh được lắp lên sàn trên cao của tháp khoan. Tải trọng đặt lên hệ ròng rọc cố định cũng như lên tháp khoan lớn hơn tải trọng ở móc nâng. * Ròng rọc động và móc nâng Ròng rọc động thờng chế tạo liền khối với móc nâng. Móc nâng dùng để treo cột cần khoan, móc vào êlêvatơ khi kéo thả dụng cụ. Ngoài móc nâng ra còn có quang treo, quang treo có 2 loại: loại đơn và loại kép. Quang treo là khâu nối giữa móc nâng và êlêvatơ. Ngoài ra cũng có thể chế tạo bộ ròng rọc động tách rời với móc nâng (Riêng biệt). * Cáp tời C¸p têi gåm 6 mói ®­îc xo¾n quanh lâi (b»ng sîi h÷u c¬ hay kim lo¹i).Mçi mói l¹i cã tõ 19 ®Õn 37 sîi thÐp xo¾n víi nhau t¹o thµnh mói. Th«ng th­êng chiÒu xo¾n cña c¸c sîi thÐp ë c¸c mói ng­îc víi chiÒu xo¾n cña c¸c mói trªn lâi c¸p khoan. ChÝnh ®iÒu nµy lµm cho c¸p cøng h¬n nh­ng còng phÇn nµo gióp chèng xoay. Cáp khoan thờng được chế tạo theo các kích thớc quy chuẩn: 25 mm, 28 mm, 32 mm, 35 mm 1.3.3. Thiết bị chống phun Những giếng khoan dầu khí không thể dự đoán được chính xác áp suất trong lòng đất đối với từng giếng, vì trong quá trình thi công giếng khoan có thể gặp hiện tượng phun trào. Đây là sự cố nguy hiểm nhất gây nhiều hậu quả rất nặng nề về tính mạng của con người cũng như về vật chất. Để hạn chế và khắc phục sự cố này người ta dùng hệ thống van đối áp được lắp đặt trên miệng giếng khoan. Hệ thống này có nhiệm vụ bịt kín miệng giếng khoan khi xuất hiện phun trào dầu khí, tuần hoàn dung dịch tách bớt khí khỏi dung dịch qua các bình và máy tách khí, phun được dung dịch nặng để dập giếng khoan. 1.3.3.1. Đối áp vạn năng Người ta gọi nó là đối áp dạng màng hoặc túi. Nó có thể đóng trên bất kỳ thiết bị khoan nào và thậm chí đóng cả giếng khoan trống. Nó cho phép việc thao tác cột cần khoan qua lớp màng trong khi giếng khoan được đóng và dưới tác dụng của áp suất.

Hình 1.3 - Đối áp vạn năng 1: Tấm chống mòn 4: Buồng mở 2: Đệm làm kín 5: Piston 3: Nắp 6: Buồng đóng 1.3.3.2. Đối áp ngàm(hay đối áp má) Khi đóng giếng hoàn toàn, bộ phận để đóng giếng là má đặt nên gọi là đối áp má đặt. Trong khi khoan hoặc chống ống nếu xảy ra hiện tượng dầu khí phun thì van sẽ làm kín bằng cách ôm kín lấy cần hoặc ống chống (đối áp ôm cần). Khi đang khoan nếu dầu và khí phun bất chợt với áp suất cao thì lúc đó để đóng miệng giếng phải cắt đứt bộ dụng cụ hoặc cột ống để bịt kín cả miệng giếng( cắt cần). Đối áp ngàm có thể đóng bằng tay hoặc bằng thuỷ lực nhưng mở thì hoàn toàn bằng thuỷ lực. 1.3.5.3. Đối áp xoay Đối áp xoay cho phép xoay và thao tác cột cần khoan, nó được lắp đặt phía trên các đối áp thông thường. Nó được sử dụng để khoan dưới áp suất mà dung dịch khoan vẫn có tỷ trọng nhỏ và chủ yếu trong trường hợp khoan thổi khí. Nó cho phép tự động đóng kín miệng giếng ở bất kỳ vị trí nào của cột cần khoan. Khi làm việc nó được lắp cùng một đối áp ngàm hoặc đối áp vạn năng.
Hình 1.4 - Đối áp xoay 1: Đệm xoay 5: Mở then lăn 9: Đường hồi dung dịch 2: Thân quay 6: Thân 10: Đệm làm kín 3: Gioăng 7: Đầu vuông dẫn động 11:Lỗ điền đầy 4: Bộ mở then 8: Ổ lăn 1.3.4. Hệ thống tuần hoàn dung dịch Hệ thống tuần hoàn và thiết bị làm sạch dung dịch các các chức năng như: Nâng mùn khoan; Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng sau khi ngưng tuần hoàn dung dịch; Làm mát dụng cụ khoan, giảm ma sát cho bộ khoan cụ…. Sơ đồ làm việc của hệ thống tuần hoàn dung dịch được thể hiện trên hình 1.5.
Hình1.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn dung dịch 1,2. Máy bơm dung dịch 3,4. Bể chứa dung dịch sạch 5. Ống cao áp 6. Van một chiều 7. Tuy ô cao áp 8. Máng xả  9. Sàng rung 10. Bể chứa chất thải 11.Bể chứa dung dịch 12. Máng lọc bùn 13. Máng tách khí 14. Manifold hút  15. Đầu xanhích 16. Cần chủ động 17. Cần khoan 18. Cần nặng 19. Thành giếng 20. Chòong khoan   21. Khoảng không vành xuyến giữa ống chống và cột cần khoan Giải thích sơ đồ 1.5: Từ bể chứa (11) dung dịch sẽ đi qua máy lọc bùn (12) khi đó bùn được giữ lại để dung dịch tiếp tục đi qua máy tách khí (13), phần lẫn khí trong dung dịch sẽ được tách khí ra từ máy tách khí, dung dịch đi vào bể chứa (3 và 4) từ bể chứa (3) dung dịch sẽ đi vào máy bơm. Từ (4) dung dịch sẽ đi qua manifold hút sau đó dung dịch tiếp tục đi xuống cần khoan va choòng khoan lúc này dung dịch và tạp chất được đưa ngược lên thành giếng và quay trở về máng xả (8) để tiếp tục qua sàng rung. Cuối cùng chất thải được đưa trở về bể chứa (10) còn dung dịch sẽ trở về bể chứa (11) và tiếp tục vòng tuần hoàn.   1.3.4.1 Máy bơm dung dịch Trong công tác khoan thăm dò và khai thác dầu khí, máy bơm piston được sử dụng rộng rãi . Hiện nay người ta sử dụng rất nhiều loại máy bơm như: máy bơm tác dụng đơn, máy bơm tác dụng kép, máy bơm tác dụng ba và máy bơm tác dụng bốn. Tuỳ thuộc vào lưu lượng và cột áp khác nhau cần thiết mà có thể sử dụng các loại máy bơm khoan với chức năng như trên. Nước bị ép từ bơm khoan chảy qua đường ống cao áp, qua tuy ô cao áp vào đầu xa nhíc. Đường ống cao áp gồm:, tuy ô cao áp, ống thẳng đứng. - Bình điều hòa Bình điều hòa có tác dụng làm giảm dao động áp suất nước vào và điều hòa lưu lượng bơm do bơm làm việc không đều. Về cấu tạo bình điều hòa là một bình chứa khí có tác dụng như lò xo để giảm bớt va đập thủy lực và được đặt ngay trên máy bơm. Bình điều hòa có hai loại, dạng hình cầu và dạng hình trụ. Nhìn chung cả hai dạng bình này đều có cấu tạo và nguyên lý làm việc như nhau. - Ống cao áp Để dẫn nước rửa từ bình điều hòa đến tháp khoan. Ống cao áp làm bằng cần khoan, hai đầu có mặt bích để bắt vào bình điều hòa và ống đứng. - Ống thẳng đứng Đặt trong tháp khoan để dẫn nước rửa từ ống cao áp đến vòi của tuy ô cao áp. - Khóa nước Đùng để bảo đảm chế độ không tải khi khởi động bơm và để tăng dần áp suất lên. Khi bơm mới khởi động người ta đóng khóa nước lại để bơm làm việc với chế độ không tải, sau đó mở dần khóa nước để áp suất trong bơm tăng lên từ từ. Đường kích lỗ khóa phải bằng đường kính ống cao áp. -Tuy ô cao áp Dùng để nối giữa đầu thủy lực và ống thẳng đứng. Tuy ô cao áp phải đủ bền và chịu được áp suất cao CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ BẢN BƠM PISTON: 2.1. Tổng quan về máy bơm khoan trong công nghiệp dầu khí: Máy bơm dung dịch khoan là thiết bị không thể thiếu được trong mỗi tổ hợp thiết bị khoan. Nhiệm vụ của nó là hút chất lỏng ở bể chứa và bơm vào trong cần khoan xuống đáy giếng, làm mát choòng khoan và đưa mùn khoan lên mặt đất. Ngoài ra, máy bơm khoan còn tạo năng lượng chất lỏng để làm quay tuabin khoan trong quá trình khoan bằng tuabin. Trong một số trường hợp, máy bơm khoan còn được dùng để ép chất lỏng vào vỉa để duy trì áp suất vỉa, tăng tuổi thọ khai thác cho vùng mỏ. Để thực hiện được các nhiệm vụ này thì máy bơm khoan thường được sử dụng là máy bơm piston, vì máy bơm loại này có các ưu điểm: - Có thể bơm được các dung dịch có trọng lượng riêng khác nhau; - Có thể tạo được áp suất lớn; - Áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào nhau. Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khoan; - Cấu tạo đơn giản, dễ thay thế, bảo dưỡng. - Độ bền cao và dể vận chuyển. Ngoài ra, máy bơm piston sử dụng trong công nghiệp dầu khí có nhiệm vụ: - Bơm trám ximăng; - Bơm ép nước hoặc bơm nứt vỉa thuỷ lực; - Bơm vận chuyển sản phẩm khai thác. Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy bơm khoan: Bảng 2.1 - Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy bơm khoan Các thông số  Kiểu bơm    12ГP  Y8-6  YHБ-600   Công suất máy bơm, kW Chiều dài hành trình piston, mm Số xy lanh Đường kính xy lanh, mm Đường kính cần piston, mm Lưu lượng, l/s với xy lanh lớn nhất với xy lanh nhỏ nhất Áp suất, kG/cm2, với xy lanh lớn nhất với xy lanh nhỏ nhất Kích thước, mm: dài rộng cao Trọng lượng bơm  316 300 2 130÷160 65 24 15,1 175 200 3950 2250 2300 9510  632 350 2 150÷170 65 32,3 24,4 154 200 4190 2362 3205 14600  600 400 2 130÷200 70 51,1 19,7 100 250 5100 2626 1877 25156   2.2. Phân loại máy bơm piston: - Phân loại theo cách bố trí xi lanh: + Bơm thẳng đứng; + Bơm nằm ngang. - Phân loại theo cấu tạo của piston: + Bơm piston đĩa; + Bơm piston trụ. - Phân loại theo lưu lượng: + Bơm lưu lượng nhỏ: Q < 15 m3/h; + Bơm lưu lượng trung bình: Q = 15 ( 60 m3/h; + Bơm lưu lượng lớn: Q> 60 m3/h. - Phân loại theo số xi lanh: + Bơm 1 xi lanh; + Bơm 2 xi lanh; + Bơm 3 xi lanh; + Bơm 4 xi lanh. - Phân loại theo áp suất: + Bơm có áp suất thấp: P < 10at; + Bơm có áp suất trung bình: P = 10 ( 20 at; + Bơm có áp suất cao: P > 20 at. - Phân loại theo cách tác dụng: + Bơm tác dụng đơn; + Bơm tác dụng kép: - Bơm 1 xi lanh tác dụng kép; - Bơm 2 xi lanh tác dụng đơn. + Bơm tác dụng 3: ghép 3 xi lanh tác dụng đơn; + Bơm tác dụng 4: - 2 xi lanh tác dụng kép; - 4 xi lanh tác dụng đơn. - Phân loại theo loại dẫn động: dẫn động bằng tay, dẫn động bằng điện, dẫn động bằng khí nén… 2.3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy bơm piston : Bơm piston là một máy thủy lực, trong đó năng lượng cơ học của động cơ truyền cho chất lỏng nhờ một quả nén (gọi là piston) chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh. Ta xét cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn và bơm piston tác dụng kép. 2.3.1. Bơm piston tác dụng đơn : a) Cấu tạo:
Hình 2.1- Sơ đồ cấu tạo của máy bơm piston tác dụng đơn 1. Xi lanh 2. Cần piston 3. Piston 4. Hộp van 5. Ống đẩy 6. Van đẩy 7. Van hút  8. Ống hút 9. Bể hút 10. Con trượt 11. Thanh truyền 12. Tay quay 13.Trục khuỷu   b) Nguyên lý làm việc : Trong quá trình làm việc, trục khuỷu 13 quay, truyền chuyển động khứ hồi cho piston 3 qua hệ thống con trượt 10, tay quay 12 và thanh truyền 11. Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh. Khoảng không gian giữa mặt đầu của piston và các van là khoang làm việc của máy bơm. Thể tích khoang làm việc này thay đổi phụ thuộc vào vị trí của piston. Những điểm tận cùng bên phải và bên trái của piston gọi là điểm chết phải (điểm A) và điểm chết trái (điểm B). Khoảng cách từ điểm chết phải đến điểm chết trái gọi là hành trình của piston, ký hiệu là S; S = 2R, R: bán kính tay quay của trục khuỷu. Khi piston chuyển động từ A sang B, van hút 7 đóng lại, van đẩy 6 mở ra, chất lỏng bị đẩy ra ngoài. Ngược lại, khi piston chuyển động từ B sang A, áp suất trong ống hút giảm. Lúc này van hút 7 mở, van đẩy 6 đóng, chất lỏng từ bể 9 được hút đầy vào khoang làm việc của máy bơm. Quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy. Sau mỗi vòng quay của trục khuỷu, bơm thực hiện một quá trình hút và một quá trình đẩy. 2.3.2. Bơm piston tác dụng kép : a) Cấu tạo:
Hình 2.2 - Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép 1. Cần piston 5. Buồng làm việc 9. Tay quay 2. Xilanh 6. Van hút 10. Trục khuỷu 3. Ống hút 7. Ống xả 11. Con trượt 4. Van xả 8. Bể chứa b) Nguyên lý làm việc: Nhờ có hệ thống tay quay - thanh truyền, chuyển động của động cơ sẽ được biến thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh với hành trình S = 2.R (R- bán kính tay quay). Hai điểm B1, B2 ứng với hai vị trí biên của tay quay. Khi piston đi từ B1 đến B2 thì khoang B1 thực hiện quá trình hút, khoang B2 thực hiện quá trình đẩy. Khi đó khoang thể tích B1 tăng lên, áp suất giảm dần và nhỏ hơn áp suất mặt thoáng Pa, do đó chất lỏng từ bể chứa qua van hút 6 vào buồng làm việc B1, trong khi đó van 4 đóng lại. Còn bên khoang B2 thì thể tích buồng làm việc giảm, áp suất tăng lên, van 6 đóng lại và van 4 mở ra, chất lỏng sẽ được đẩy qua van đẩy 4 vào ống xả 7. Khi piston tới B2 thì khoang B1 kết thúc quá trình hút, khoang B2 kết thúc quá trình đẩy. Quá trình ngược lại, khi piston đi từ B2 đến B1 thì khoang B2 thực hiện quá trình hút, khoang B1 thực hiện quá trình đẩy. Như vậy, mỗi vòng quay của trục chính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy (hai chu kỳ hay còn gọi là tác dụng kép). Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại quá trình hút và đẩy như cũ. 2.4. Các thông số cơ bản của máy bơm piston: Các thông số cơ bản là các thông số biểu thị khả năng làm việc và đặc tính của bơm, bao gồm: Cột áp (H - m cột nước); Lưu lượng (Q - l/s); Công suất (N - kW); hiệu suất (().