Đọc truyện chuong 3 cot can khoan

chuong 3 cot can khoan

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

Chương iii: Cột cần khoan

3.1. Chức năng và thành phần cột cần khoan.

3.1.1 Chức năng

Là khâu nối giữa dụng cụ đáy và thiết bị trên mặt, thực hiện các nhiệm vụ:

- Truyền chuyển động quay cho choòng trong khoan Roto hoặc đầu quay di động.

- Dẫn nước rửa cho động cơ tuabin làm việc trong khoan tuabin.

- Dẫn nước rửa làm sạch mùn, làm mát dụng cụ đáy trong quá trình tuần hoàn.

- Truyền tải trọng cho choòng, kéo thả dụng cụ khoan.

- Thực hiện các công tác phụ trợ khác như thử vỉa, cứu chữa sự cố ...

3.1.2. Thành phần cột cần khoan:

Cột cần khoan gồm có các bộ phận sau:

- Cần chủ đạo

- Cần khoan

- Za mốc cần khoan.

- Cần nặng

- Đầu nối chuyển tiếp

- Định tâm

3.2. Cấu tạo các bộ phận của cột cần khoan:

3.2.1. Cần chủ đạo:

Là khâu nối giữa cần khoan và đầu thuỷ lực. Cần chủ đạo tạo nên một môi trường trung gian nhận chuyển động quay từ bàn Roto truyền cho choòng qua một cột cần khoan. Để nhận được chuyển động quay này, cần chủ đạo phải có hình dáng bên ngoài được cấu tạo đặc biệt. Cần chủ đạo có tiết diện hình vuông, hình sáu cạnh, và hình tám cạnh.

Cần chủ đạo thường có các đường kính quy ước: 65; 80; 112; 140; 155 (mm).

Chiều dài cần chủ đạo thường cỡ 1214m; (4054ft).

Đầu cần có thể được chồn dày hoặc không chồn dày.Loại không chồn dày ít được sử dụng vì đầu ren của cần yếu.người ta sản xuất hàng loạt các cần chủ đạo đồng bộ với perekhốt trên và dưới của nó.

3.2.2 Cần khoan:

Đây là bộ phận chính của cột cần, thực chất đó là loại ống thép được chồn dày ở 2 đầu để tăng độ bền của ren nối. Tuỳ theo cấu tạo của đầu chồn mà người ta chia ra 3 loại cần đó là:

- Đầu cần chồn dày về phía trong và tiện ren bước ngắn (h.a).

- Đầu cần chồn dày về phía ngoài và tiện ren bước ngắm (h.b)

- Đầu cần chồn dày về cả hai phía trong và ngoài có tiện ren bước ngắn (h.c).

- Ngoài ra còn dùng cần hàn (với za mốc) - là loại đầu nối hiện đại.

Cần khoan được đặc trưng bởi chiều dài và đường kính của chúng.

Cần khoan được chế tạo chủ yếu theo 6 cấp đường kính sau:

60; 73; 89; 114; 141; 168 mm

với mỗi cỡ đường kính có bề dày  từ 8  11mm

Có các cỡ chiều dài khác nhau từ 6  11m.

Với các cỡ đường kính:

2 3/8" ; 2 7/8"; 3*1/2"; 4"; 4*1/2"; 5*"; 5 1/2"

* Được dùng rộng rãi trong khoan dầu ở Mỹ

Các cỡ chiều dài chia ra 3 loại:

Loại 1: 18  22 ft (5,486  6,71m)

Loại 2: 27  30ft (8,229  9,144m)

Loại 3: 38  45ft (11,582  13,716m)

Thép cần khoan là thép hợp kim có độ bền cao.

1. Ren tam giác.

2. Phần đầu cần được chôn dày.

3.2.3. Za mốc nối cần khoan:

Dùng để nối các đoạn cần khoan với nhau. Za mốc nối cần khoan gồm hai chi tiết: za mốc đực và za mốc cái. Việc dùng đầu nối za mốc nhằm mục đích.

- Bảo vệ ren cần khoan bởi vì chúng bị mài mòn rất nhanh do tháo lắp liên tục

- Giảm thời gian tháo vặn cần khoan vì bước ren za mốc lớn hơn bước ren của cần .

Các chi tiết của za mốc được nối với cần khoan qua ren bước ngắn, các chi tiết za mốc được nối với nhau qua bước ren dài hơn gọi là ren za mốc .

Có 3 loại za mốc được chế tạo cho cần khoan:

- Loại za mốc có lỗ mở thường (dz<d't)

- Loại za mốc có lỗ mở rộng (dz  d't)

- Loại za mốc có lỗ mở tăng cường (dz>d't) cần chồn dày bên ngoài

Za mốc có lỗ mở thường có đường kính bên trong của za mốc đực nhỏ hơn đường kính bên trong của phần chồn dày.

Hai loại za mốc có lỗ mở thường và za mốc có lỗ mở rộng được lắp vào loại cần khoan có đầu cần chồn dày bên trong.

Đường kính định mức của za mốc không tương ứng với đường kính ngoài za mốc mà tương ứng với đường kính định mức của cần lắp za mốc đó.

Ngoài ra cần khoan và đầu nối còn có các loại sau

- Cần khoan được nối với các chi tiết za mốc bằng hàn (cần hàn).

- Cần khoan được chồn dày và nối với nhau qua đầu nối mupta.

*Đặc tính của ren cần khoan và ren za mốc

a.Ren cần khoan:

Là ren nối giữa các đầu cần và với các chi tiết của za mốc

- Tiết diện ren hình tam giác, đầu và chân ren lượn tròn, góc đỉnh bằng 60o, đường phân giác chia đôi góc đỉnh của ren vuông góc với trục cần khoan

- Bước ren của cần là khoảng cách giữa hai đường phân giác đi qua hai đỉnh gần nhau, ký hiệu là P. Bước ren cần khoan thường là 3,175 mm (8 vòng ren/in).

- Độ côn của đầu ren cần khoan là1/16 góc nghiêng 1047'24"

- Ren cần có thể trái hoặc phải.

b.Ren za mốc.

Tiết diện của ren za mốc hình tam giác, chân ren lượn tròn, đỉnh ren cắt phẳng. Góc đỉnh bằng 600 đường phân giác góc đỉnh vuông góc với trục

Độ côn za mốc phụ thuộc vào cỡ và kiểu za mốc, thường là 1/4 hay 1/5

Bước ren của zamốc dài hơn ren cần, nó vào khoảng 4 hay 5 vòng/in

Hiện nay cần khoan loại 1 được sử dụng rộng rãi nhất, loại cần có đầu nối mở rộng thường dùng cho khoan tuabin, loại cần có đầu nối thường được dùng cho khoan roto.

3.2.4.Cần nặng:

Cần nặng được lắp trên choòng khoan, nhằm giữ hướng thẳng đứng phần dưới của lỗ khoan nhờ độ cứng vững của nó lớn hơn cần khoan và khe hở cũng bé hơn. Dùng để truyền tải trọng cho choòng khoan bằng một phần trọng lượng của nó.

Có nhiều loại cần nặng.

* Cần nặng nhẵn: được chia làm 2 loại

+ loại có đường kính đều

+ loại có hai đầu tăng dần.

* Cần nặng hình xoắn ốc (giảm diện tích tiếp xúc với thành giếng khoan và giúp tuần hoàn dung dịch tốt hơn).

* Cần nặng vuông (độ cứng vững cao và khả năng dẫn hướng tốt nhưng giá thành cao và sử dụng phức tạp nên ít dùng).

Cần nặng được nối trực tiếp với nhau không thông qua đầu nối trung gian.

Chiều dài cần nặng được chuẩn hoá: 9,144m

Đường kính cần nặng thường là: 9 " (241,3mm); 8"(203,2mm); 7 " (196,85mm); 6 "(171,45mm); 4 "(120,65mm).

3.2.5. Đầu nối chuyển tiếp:

Là đầu nối giữa những chi tiết có đường kính khác nhau với nhau.

Đầu nối chuyển tiếp được phân thành 2 nhóm:

a. Nhóm đầu nối chuyển tiếp của cần chủ đạo.

Đầu nối chuyển tiếp phía trên của cần chủ đạo được nối với đầu thuỷ lực là đầu nối ren trái để tránh tháo trong quá trình khoan.

Đầu nối phía dưới của cần chủ đạo với cần khoan là đầu nối ren phải.

b. Nhóm đầu nối chuyển tiếp trung gian để nối các phần trong cột cần khoan như giữa cần khoan và cần nặng, giữa cần nặng có đường kính khác nhau với nhau, giữa cần nặng và choòng v.v...

3.2.6. Định tâm cần khoan:

- Công dụng: Ngăn ngừa sự cong lệch giếng khoan khi thi công.

Nhờ tiếp xúc với thành giếng khoan ở 3 điểm nên bộ định tâm đảm bảo sự đồng trục giữa cột cần khoan và giếng khoan đặc biệt trong khoan tuabin.

Có nhiều loại định tâm khác nhau phụ thuộc vào độ cứng đất đá ở thành giếng khoan.

Ví dụ định tâm trên được sử dụng phổ biến hơn cả. Trên thân có 3 rãnh phân bố cách nhau 1200. Trên mỗi rãnh có lắp hai bánh răng hình trụ, hai đầu định tâm có ren để nối với đầu nối chuyển tiếp của cột cần khoan nhằm giảm tối đa lực ma sát với thành giếng khoan.

Nhiều trường hợp người ta lắp trên tuabin hai bộ định tâm, xen giữa 2 bộ định tâm là một đoạn cần nặng.

- Cấu tạo:

3. 2.7. Vật liệu chế tạo các chi tiết của cần khoan.

Là thép hợp kim với thành phần cácbon trung bình. Mọi chi tiết của cần khoan đều được gia công nhiệt luyện để tăng cơ tính. Gần đây người ta đã chế tạo các cần khoan nhẹ bằng hợp kim đặc biệt. Cần khoan nhẹ dùng trong khoan Roto và tuabin là hợp kim nhôm hai đầu được chồn dày vào phía trong. Da mốc cũng được cấu tạo nhẹ. Cần khoan bằng hợp kim nhôm có những ưu điểm sau:

- Trọng lượng cột cần nhỏ nên khoan được chiều sâu lớn với cùng thiết bị.

- Thời gian nâng thả nhanh, tiêu thụ năng lượng giảm, vận chuyển và bảo quản nhẹ nhàng hơn.

Nhược điểm:

- Giá thành cao.

- Đặc tính bền giảm đi khi nhiệt độ đáy tăng trên 1100C.

- Mài mòn nhanh do ma sát với thành giếng khoan vì vậy cần hợp kim nhôm chỉ được dùng rộng rãi trong khoan tuabin vì cột cần không quay.

3.3. Chịu tải của cột cần khoan trong quá trình làm việc

Trong quá trình làm việc tải trọng tác dụng lên cột cần khoan rất đa dạng khác nhau về đặc tính và giá trị. Chịu cả tải trọng động lẫn tải trọng tĩnh bao gồm: Kéo, nén, uốn, xoắn, lực ma sát, quán tính và các dao động. Đặc tính của các lực tác dụng lên cột cần khoan luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào chiều dài của cột cần khoan. ở gần đáy các lực luôn biến đổi, khi càng gần miệng tải trọng càng ổn định dần. Nói tóm lại đặc điểm của sự làm việc của cột cần khoan là sự mất ổn định dưới tác dụng của các lực ngang lực chiều trục, lực xoắn. Trục của cột cần khoan trong trường hợp chung có hình xoắn trong không gian. Độ dài các bước xoắn thay đổi theo chiều sâu giếng khoan. Chiều dài bước xoắn nhỏ nhất ở điểm trung hoà và tăng dần lên miệng giếng khoan.

3.3.1. ứng suất phần trên của cột cần khoan.

Phần trên cột cần chủ yếu chịu ứng suất tĩnh: kéo và xoắn.

a. ứng suất kéo của cột cần khoan.

ứng suất kéo lớn nhất trong quá trình kéo cột cần khoan, tổng hợp lực phần trên sẽ là:

QK = Q + Qm + Qqt

Trong đó: Q - Trọng lượng bản thân cột cần

Qm - Lực ma sát với thành giếng khoan.

Qqt - Lực quán tính ; Qqt = q a g

a - gia tốc kéo; g - gia tốc trọng trường).

Qm = . Q ;  = 0,2  0,3 (hệ số ma sát)

Bây giờ xét từng trường hợp cụ thể.

Q - Trọng lượng của cột cần khi ngâm trong dung dịch, được tính bằng công thức sau:

Q = [(L - lcn) q + lcn . qcn + G ] ( 1 - d )

Trong đó: L - Chiều dài cột cần, m

lcn - Chiều dài cần nặng, m

q, qcn - Trọng lượng 1m cần khoan, cần nặng, kg.

G - Trọng lượng của choòng và tuabin, kg.

d , t - Trọng lượng riêng của dung dịch và của thép.

Như vậy, ứng suất kéo của cột cần khoan được tính theo công thức:

K = Q F

F =  4 (D2 - d2) - Tiết diện cần khoan

D, d - Đường kính ngoài và trong của cần khoan.

Ta xét ứng suất kéo ở phần trên cột cần trong 3 trường hợp sau:

- Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan: K'

K' = QF

- Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan nhưng có sự tuần hoàn của nước rửa: K"

K" = K' + p . Ft F

Trong đó: p - Tổn thất áp suất bên trong cần khoan, cần nặng,

tuabin, choòng.

Ft - Diện tích tiết diện ngang lỗ thoát nước trong

cần khoan.

- Trường hợp choòng làm việc với tải trọng Gc: K"'

K"' = Q - Ge F

+ Độ dãn cần:

Trong trường hợp giếng khoan thẳng đứng độ dãn nở toàn phần do trọng lượng bản thân của cột cần được xác định theo biểu thức sau đây:

L = 110 . K .  - d 2E [(L - lcn)2 + l2cn + 2lcn (L - lcn) . Fcn F ]

Trong đó: E - Mô đun đàn hồi của thép cần khoan.

Fcn - Tiết diện ngang của cần nặng.

b. ứng suất xoắn của cột cần khoan.

Trong khi khoan đồng thời với ứng suất kéo, cột cần phải chịu ứng suất xoắn do sự quay của cột cần khoan: ( Được mô tả theo hình vẽ dưới đây).

O Mc+ Mck Mx

a. Khoan Rôto O Mx

Ma sát với thành nhỏ nê Mx còn truyền tới miệng

Ma sát với thành lớn, Mx bị trượt tiếp tuyến tại một điểm nào đó

b. Khoan Tuabin

- Trong khoan Roto Mx có giá trị tăng dần từ đáy lên miệng.

- Trong khoan tuabin: biến thiên ngược lại, phía dưới cùng có giá trị lớn nhất bằng mô men phản của tuabin và giảm dần lên mặt và tuỳ thuộc vào ma sát với thành giếng khoan (hình vẽ).

Trong khoan Roto ứng suất xoắn cực đại max ở phần trên cùng của cột cần được tính như sau:

max = Mmax Wx = 71620 Nkt + Nc n . Wx

Trong đó: Nkt - Công suất để quay cột cần khoan không tải.

Nc - Công suất tiêu thụ để quay choòng phá đá.

n - Số vòng quay.

Mmax - Mô men xoắn lớn nhất.

Wx =  (D4 - d4) 16 . D Modul chống xoắn.

Như vậy ứng suất tổng cộng xuất hiện tại tiết diện trên cùng của cột cần khoan được tính: .

 = K2 + 4x2

3.3.2. ứng suất phần dưới cột cần khoan:

Trong quá trình làm việc phần dưới của cột cần chịu các ứng suất: xoắn, kéo, nén, uốn.

a. ứng suất nén: (n)

Khi khoan với tải trọng đáy là Gc , ứng suất nén sẽ có giá trị lớn nhất tại tiết diện dưới cùng của cột cần.

n = Gc F

b. ứng suất uốn: ( u)

+ ứng suất uốn do cong lỗ khoan:

ứng suất uốn sinh ra trong cột cần khoan, khi cần khoan làm việc trong một giếng khoan xiên có bán kính cong là R được tính bằng công thức:

u = D . E 2 R - (1)

D - Đường kính ngoài cần khoan.

E - Modul đàn hồi của thép cần khoan.

R - Bán kính cong của giếng khoan.

+ Mômen uốn do lực ly tâm tác dụng

trong quá trình quay cột cần.

Khi quay dưới tác dụng của lực ly tâm cộng với áp lực chiều trục cột cần khoan bị lệch khỏi hướng cân bằng ban đầu, tạo thành các cung uốn. Mô men xoắn sẽ làm cho cột cần khoan tạo thành cung uốn một hình xoáy ốc. Trong điều kiện bình thường ở giếng khoan thẳng đứng phương trình của cung uốn của trục cần khoan là:

y = f . sin  . z l - (2)

l - Độ dài nửa cung uốn.

f - Độ võng ở nửa cung uốn.

l f

Hình: Chịu uốn của

cột cần khoan

Mô men uốn được xác định qua biểu thức đường trung hoà:

d2y dz2 = - Mu EI - (3)

Lấy đạo hàm bậc 2 của phương trình (2) thay vào (3) chúng ta được:

Mu = 2 . E. I l2 . f . sin z l - (4)

Mô men uốn sẽ đạt giá trị cực đại khi sin z l = 1. Tức là:

tại điểm z = sin z l = sin 2  z l =  2 nghĩa là giữa cung uốn: z=l/2

Mumax= 2. E . I l2 f - (5)

Mô men này tương đương với ứng suất uốn là:

u = Mumax W = 2. E . I l2 . W . f - (6)

Nếu ta thay E = 2 .106 KG/cm2 và 2 10 sẽ có được công thức sau:

u = 2000 . f . I l2 . W - (7)

Trong đó: f - Độ võng của cung uốn, tính bằng cm,

f = 11 Dc - Dd 2 - (8)

Dc ; Dd - Đường kính choòng và da mốc (tính bằng cm)

I - Mô men quá tính của tiết diện cần khoan.

I =  64 (D4 - d4) - (9)

W - Mô dul chống uốn của cần W =  32 (D4 - d4) D - (10)

D, d - Đường kính ngoài và trong của cần ở chỗ chôn dày.

Trong khoan Roto ứng suát uốn có đặc tính thay đổi. Qua 1 vòng quay ứng suất uốn của nó thay đổi liên tục từ giá trị cực đại đến giá trị cực tiểu. Sự tuần hoàn của thay đổi ứng suất này dẫn đến hiện tượng mỏi cần khoan.

3.3.3. ổn định cột cần khoan.

Dưới tác dụng của một số tải trọng cần khoan có thể mất ổn định. Nói chung sự mất ổn định của cột cần khoan là do tải trọng đáy, lực ly tâm, lực uốn, xoắn và áp lực... Quan trọng nhất vẫn do tải trọng đáy và lực ly tâm làm cho cột cần tạo thành một đường cong trong không gian.

+ Cột cần khoan mất ổn định do áp lực đáy sinh ra:

Trong quá trình khoan cần phải tạo áp lực đáy xuống choòng bằng một phần trọng lượng của cột cần. Nếu tải trọng này vượt quá một giá trị tới hạn thì cột cần sẽ bị mất ổn định và bị võng ở phần dưới của cột cần. Nếu cần khoan quay thì lực ly tâm còn hỗ trợ thêm cho độ võng tăng lên.

Để nghiên cứu độ võng của cột cần khoan chúng ta chỉ đề cập đến tác dụng của tải trọng chiều trục do trọng lượng riêng bản thân cột cần ở vùng giếng thẳng đứng.

Với giả thiết rằng ở 2 đầu của thanh dầm, phần dưới ngàm cố định, phần trên di động. Theo Tymisenko sự mất ổn định của thanh dầm do trọng lượng riêng của nó sẽ vượt quá một lực tới hạn (Pth). Lực tới hạn bằng một nửa trọng lượng riêng của dầm ở chiều dài tới hạn.

Như vậy cân bằng lực tới hạn cho bằng công thức culer với trường hợp trên, lực tới hạn theo Tymisenko sẽ thu được:

Pth = 2. E . I l2th = 12 . qc . lth

Từ đó rút ra: lth = 3 22E.I qc

EI - độ cứng của cần.

Bất kỳ điều kiện nào ở hai đầu của dầm, chiều dài tới hạn uốn võng của cần khoan ở phía dưới có thể viết qua biểu thức chung:

lth = u . 3 E.I qc (1 - d  )

Trong đó u là hệ số mà giá trị của nó phụ thuộc vào điều kiện giới hạn ở 2 đầu. Gần nhất với điều kiện thực tế là trường hợp u =1.

Trong thực tế khi khoan tải trọng đáy được chọn lớn hơn rất nhiều so với tải trọng giới hạn. Có thể nói rằng, cần khoan làm việc bị uốn võng. Nhưng độ võng cực đại bị giới hạn bởi đường kính giếng khoan và đường kính cân nặng. Khi tải trọng đáy đạt tới giá trị tới hạn, cần khoan sẽ rời khỏi trạng thái ổn định.

Cần sẽ chạm vào thành giếng khoan ở một điểm nằm trong khoảng giữa choòng và điểm trung hoà. Nếu tiếp tục tăng tải trọng đáy thì sẽ xuất hiện 2 hay nhiều nửa cung uốn.

+ ổn định cột cần khoan trong chuyển động quay:

Khi khoan Roto cột cần khoan quay, phần dưới chịu nén. Dưới tác dụng của lực ly tâm, nếu số vòng quay vượt quá một giá trị tới hạn thì sẽ rời khỏi vị trí thẳng đứng và tạo ra cung uốn.

Như đã biết phương trình đàn hồi của cột cần khoan bị uốn cong dưới tác dụng của lực ly tâm y = f sin zl (-1)

Phương trình thoả mãn các điều kiện giới hạn với: z = l , y = 0, y"=0 và z = l . y = 0, y'=0 .

Để xác định số vòng quay tới hạn và chiều dài nửa bước sóng người ta sử dụng phương pháp năng lượng gần đúng mà kết quả thu được cũng khá chính xác theo yêu cầu thực tế. Trong phạm vi phương pháp năng lượng, người ta so sánh thế năng biến dạng của dầm khi nó rời khỏi vị trí thẳng đứng và công cơ học của các lực tác dụng bên ngoài ở một vị trí mới của dầm phải thoả mãn điều kiện:

EP = (L1 + L2 + L3 ) = 0 - (2)

Trong đó EP là thế năng biến dạng của dầm được tính theo công thức sau:

EP = 12 EI ( d2y dz2 )2 dz = 4.f2.EI 2l2 sin2 zl dz - (3)

L1 - Là công cơ học của lực kéo hay nén được tính bằng biểu thức:

L1 =  G2 ( dy dz )2 dz = 2.f2.E 2l2 cos2 zl dz - (4)

L2 - Là công cơ học của các lực trọng lượng riêng được tính bằng biểu thức:

L2 = q2 (l - z) ( dy dz )2 dz = 2.f2.q 2l2 (l - z) cos2 zl dz - (5)

L3 - Là công cơ học do lực ly tâm gây ra được xác định theo công thức sau đây:

L3 = 12 y. dFc =12 q2 g y2 dz = f2.q. 2 2g sin2 zl dz - (6)

Trong số biểu thức trên :

 - Vận tốc quay của cột cần.

G - Tải trọng chiều trục tác dụng xuống cùng nửa bước sóng.

dấu (-) biểu thị tải trọng kéo.

dấu (+) biểu thị tải trong nén.

Sau khi lấy tích phân và thay vào biểu thức (2) ta thu được:

2.f2.EI 4l3  2.f2.G 4l - 2.f2.q 8 - f2.q. 2. l 4g = 0 - (7)

Từ công thức (7) ta rút ra:

th =  . ( 2 . EI q.l3  G q.l - 05) . gl - (8)

mà ta có : n =  2 cho nên biểu thức của số vòng quay tới hạn là (n¬th).

nth = 12 ( 2 . EI q.l3  G q.l - 05) . gl (9)

Trong đó: l - Chiều dài nửa bước sóng của cột cần khoan.

Để tính chiều dài l, từ biểu thức (7) ta có thể bỏ qua công cơ học của các lực do trọng lượng riêng, bởi chúng rất nhỏ so với lực chiều trục, do đó:

q.2.l4  2 .g. F. l2 - 2 . g . E. I = 0 (10)

Giải phương trình trên chúng ta được nghiệm:

l =  2.g.F + 4. g2. G2+4 2. g. q . 2. EI 2 . q . 2 - (11)

Nếu chúng ta thay các giá trị: 2  10 ; G = q . z ; g = 1000cm/S2

và E = 2.106KG/cm2 ta sẽ có biểu thức tính chiều dài nửa nước sóng như sau:

l = 10  . 05z + 025z2 + 02 I . 2 q - (12)

Cột cần khoan có thể xem như một thanh dầm có đường kính không thay đổi theo suốt chiều dài của chúng. Đầu nối có ảnh hưởng tới dạng uốn của dầm trong thời gian quay. Do khối lượng cua nó lớn, các đầu nối đặc biệt sẽ chiếm các điểm có độ võng cực đại. Do vậy chiều dài của nửa bước sóng l tính bằng biểu thức (12) lớn hơn hoặc bằng chiều dài của một đoạn cần khoan thì lấy chiều dài của một đoạn cần. Nếu l < lc thì lấy giá trị l theo tính toán.

3.4. Kiểm toán cột cần khoan

Khi khoan và khi kéo thả cột cần khoan chịu tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động. Để kiểm toán bền cột cần phải tính toán ứng suất tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm của cột cần. ứng suất tổng hợp này không được phép vượt quá ứng suất cho phép của cột cần. Khi kiểm toán cần khoan kiểu mới người ta kiểm toán bộ bền tĩnh, nghiên cứu hiện tượng mỏi. Các phương pháp kiểm toán độ bền trong khoan rôto và khoan tuabin cũng khác nhau.

3.4.1. Kiểm toán bền cột cần khoan trong khoan roto:

Trong khoan roto chúng ta sẽ tiến hành kiểm toán cột cần tại 2 tiết diện nguy hiểm trong trường họp có cần nặng. Khi không có cần nặng tại 3 tiết diện ( hình vẽ a,b):

Các bước kiểm toán được tiến hành như sau:

a, Xác định chiều dài cần nặng:

lcn = c. Gc qcn (1 - d ) , m

Trong đó: (c = 1,25 ) - Là hệ số kể đến sự tăng chiều dài cần nặng trên tải trọng đáy.

Gc - Tải trọng đáy ( KG)

qcn - Trọng lượng 1m cần nặng (kg/m)

b. Kiểm tra độ bền tĩnh phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 1 - 1).

Hệ số an toàn ở tiết diện trên cùng được xác định bằng công thức:

k = c   1,4

c - giới hạn chảy của thép cần khoan KG/cm2

 - ứng suất tổng cộng tại tiết diện trên cùng.

 = k2 + 4 2

K = [ (L - lcn) q + lcn . qcn + G] ( 1 - d ) F , KG/cm2

 = Mx Wx

Mx - mômen xoắn.

Wx - Modul chống xoắn.

Mômen xoắn lớn nhất Mx = 71620 Nn .k đ

ở đây: kđ- hệ số động

N- Công suất quay cột cần phục vụ choòng phá đá

N = Nkt + Nc

Nkt= C. d. D2.L . n 1.7,kw ( Công suất quay cột cần khôn tải)

Nc= 46,2 .10 -4.k .Gc.Dcn, kw( Công suất tiêu thụ cho choòng phá đá)

ở đây: C . hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng( xem bảng 1 dưới đây)

Bảng hệ số phụ thuộc vào độ công của giếng khoan

Bảng 5

Góc nghiêng của giếng khoan Hệ số C

3

3 5

69

1016

1825

2635 18,8.10-5

(22,6 28,8).10-5

(30,8 34,3).10-5

(35,2 40,3).10-5

(41,5 46,6).10-5

(47,5 52,2).10-5

D - Đường kính ngoài cần khoan, m

L - Chiều dài cần khoan, m

K - Hệ số phụ thuộc vào độ mòn của choòng.

Nếu choòng mới K = 0,1

Nếu choòng đã mòn K = 0,2  0,3

Gc - Tải trọng đáy (T)

Dc - Đường kính choòng.

Wx - Modul chống xoắn, Wx =  (D4 - d4) 16.D

Chúng ta có thể tính  theo công thức sau:

 = 71620 . Nkt + Nc Wx . n kđ

Thông thường phần dưới của cột cần khoan chịu những ứng suất tĩnh nhỏ dần, do đó chúng ta có thể lắp ở phần dưới một khoảng chiều dài nào đó loại cần có chất lượng thấp hơn. Hệ số dự trữ bền phần dưới được tính bằng công thức sau đây:

k = c1 [(l1 - lcn) q1 + lcn. qcn] ( 1 - d ) F2 + 42  1,4

Trong đó:

q1, l1 - là trọng lượng một mét cần và chiều dài của đoạn cần phía dưới.

Độ dài l1 chúng ta phải ước chừng, nếu như đoạn l1 được chọn mà tính toán có k<1,4 thì cần phải rút ngắn bớt chiều dài lại, nếu k>>1,4 thì lại tăng chiều dài lên. Nếu cột cần được lắp ráp bằng 2 đoạn cần có đường kính khác nhau thì phần dưới chúng ta cũng kiểm tra độ bền như công thức trên.

Để tính toán hệ số bền (an toàn) cho tiết diện trên cùng, chúng ta dùng công thức sau đây:

k =  4

c. Kiểm tra độ bền phần dưới của cột cần khoan:

Hệ số dự trữ phần dưới của cột cần khoan được tính theo công thức sau: k = c   1,4

 - ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dưới cùng của cột cần khoan.

 = (n + u)2 .42

Trong trường hợp lắp cần nặng (tiết diện 2 - 2), n = 0.

ứng suất tổng sẽ là:  = n2 + 42

ứng suất uốn được tính theo công thức: u = 2000. f. I l2. W¬u ,

Trong đó: f = 11 Dc - Dg 2

I =  ( D42 - d4) 64

Wu =  ( D4 - d4) 32D

l - Chiều dài nửa bước sóng được tính theo công thức của Sarkisov:

l = 10  . 05z + 025z + 02 I . 2 q* , m

z - khoảng cách từ tiết diện trung hoà đến tiết diện kiểm tra, m

q* - trọng lượng 1 cm cần khoan.

Nếu phần dưới cột cần có lắp cần nặng thì z = 0, nên l sẽ được tính như sau:

l = 10 4 02 . I . 2 q , m

 - vận tốc góc rad/300   = n 30

Giá trị ứng suất tiếp  ở tiết diện dưới (3-3) không có cần nặng được tính như sau:

 = 71620 Nc n . Wx kđ

Trường hợp có cần nặng được tính là:

 = 71620 . Nc + Ncn n . Wx kđ

Ncn - công suất quay cần nặng không tải.

3.4.2. Kiểm toán cột cần trong khoan tuabin:

Tính toán cột cần trong khoan tuabin xuất phát từ việc xác định chiều dài cho phép của cột cần khoan có tính đến trọng lượng của tuabin, cần nặng và áp lực của nước rửa.

lcn = C. Gc qcn (1 - d ) , m

Xuất phát từ công thức:

Qcf = [ (l - lcn) q + lcn. q¬cn + QT] (1 - d  ) + P0. F0 , ta có:

- Chiều dài cho phép của đoạn cần khoan dưới cùng (l1 ) như sau:

l1 = Qcf1 - (lcn.qcn + QT) ( 1 - d ) - P0.F0 q1 . ( 1 - d ) + lcn , m

Qcf1 - Tải trọng kéo cho phép của đoạn cần khoan tương ứng, được tính bằng công thức:

Qcf1 = c. F1 n

Trong đó: P0 - Tổn thất áp suất bên trong cột cần, tuabin và choòng

F0 - Diện tích tiết diện lỗ thoát nước của cần ( F0 = d24 )

F1 - Diện tích tiết diện ngang cần khoan (chỗ cắt ren)

n - Hệ số an toàn của cần khoan.

ở điều kiện khoan bình thường lấy n  1,3

ở điều kiện khoan phức tạp lấy n  1,4

QT - Trọng lượng của tuabin

- Nếu cột cần khoan gồm nhiều đoạn có bề dày hoặc mác thép khác nhau, thì chiều dài đoạn liền kề phía trên (l2) được tính bằng công thức sau:

l2 = Qcf2 - Qcf1 - P0. Fk' q2 ( 1 - d ) , m

l3 = Qcf3 - Qcf2- Qcf_ p0.Fk" q3 ( 1 - d ) , m

Như vậy: F'k ,Fk" - hiệu giữa hai tiết diện trên và dưới của các đoạn cần

Chiều dài tổng cộng: L = l1 + l2 + l3 , m

3.5. Sử dụng cần khoan

3.5.1. Đề phòng sự mài mòn cần khoan

Trong quá trình làm việc, cột cần khoan bị mài mòn do chúng tiếp xúc với thành lỗ khoan hay cột ống chống. Các vùng sinh ra ma sát nhiều nhất là:

- Cần nặng, do độ hở giữa cần nặng và thành lỗ khoan nhỏ.

- Cần khoan nằm trong phần của lỗ khoan cong.

- Các đoạn cần khoan có độ võng cực đại.

- Vùng đầu nối da mốc, nhất là da mốc cái.

Để tránh sự mài mòn nhanh chóng ở đầu nối da mốc, người ta có thể hàn bên ngoài đầu nối da mốc bằng lớp hợp kim cứng dưới dạng vành nhẫn với nhiều kiểu khác nhau (xem hình dưới).

a) b) c)

= Phủ hợp kim cứng bên ngoài đầu nối theo các dạng khac nhau =

Chú thích: a - Phủ 1 lớp 1 - đầu nối

b - Phủ 2 lớp 2 - Lớp vật liệu cứng (hợp kim cứng)

c - Các vòng nhẫn 3 - Lớp thép cứng

4 - Vòng nhẫn hợp kim cứng.

+ Trong khoan roto để giảm sự mài mòn cho cần khoan, cần thiết phải lắp các vòng bảo vệ được chế tạo bằng cao su chống mòn. Các vòng này được lắp vào cần khoan bên cạnh da mốc bằng một thiết bị chuyên dụng. Vì có đường kính lớn hơn đường kính da mốc, vòng bảo vệ cao su này có tác dụng như gối đệm ngăn không cho da mốc cọ xát vào thành lỗ khoan hoặc ống chống.

3.5.2. Đề phòng đứt cần khoan.

Đứt cần là một sự cố khá phổ biến gây nhiều khó khăn trong quá trình thi công. Loại cần khoan được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là loại được chồn dày bên trong và lắp với da mốc có lỗ mở bình thường hay mở rộng (3H; 3) Hiện tượng đứt cần khoan xảy ra nhiều nhất khoảng (6070%) tại vòng ren đầu tiên không ăn khớp ở đầu cần. Bởi vì tại đây có sự tập trung ứng suất, đặc biệt là ứng suất động dẫn đến gẫy cần. Hiện tượng đứt cần thường xảy ra ở nửa đoạn dưới của cột cần. Nguyên nhân chủ yếu là do thành phần ứng suất thay đổi do lực ly tâm gây ra.

Vì vậy để tránh cho hiện tượng gẫy cần ta phải có các biện pháp đề phòng sau đây:

- Tăng độ bền mỏi của thép cần khoan.

- Gia công nhiệt luyện 2 đầu ren để tăng cơ tính đầu nối.

- Sử dụng các loại cần hàn vừa bền lại vừa kín.

- Dùng cần có đầu nối không tháo lắp theo phương pháp hàn hoặc ép.

+ Phương pháp hàn:

1- Mối hàn 2- Cần khoan 3- Da mốc

Sau khi lắp đầu nối vào cần khoan, người ta hàn liền mép đầu nối với cần nhiều lớp liên tục để tăng độ bền cho đầu nối (Đây là kỹ thuật khó vì thép cần khác tính chất của thép hàn).

+ Phương pháp ép.

Tạo nên mặt tiếp xúc căng, có độ dôi ở giữa đầu nối và phần hình trụ ở thân cần. Có thể ép trực tiếp hoặc thông qua một vòng phụ.

- Phương pháp ép trực tiếp.

Trong phương pháp ép trực tiếp, người ta chế tạo đầu nối có đường kính trong ở phần không cắt ren nhỏ hơn đường kính ngoài của cần. Khi lắp là lắp nóng, khi nguội mặt tiếp xúc sẽ có độ căng nhất định. (hình vẽ dưới).

- Phương pháp ép thông qua một vòng phụ:

Trước khi lắp đầu nối người ta lắp vào thân cần một vòng ép từ vật liệu đầu nối ở vị trí sao cho khi lắp vào khoảng cách giữa vòng phụ là 1  2mm. Người ta sẽ cuốn sợi axebet vào khoảng này để ngăn cách mối hàn với thân cần khoan. Sau đó hàn nối giữa vòng ép (3) và đầu nối (2) qua mối hàn (5) (hình vẽ b).

- Các phương pháp ép đầu nối vào cần khoan

a - Phương pháp ép trực tiếp.

b - Phương pháp ép thông qua một vòng phụ.

1 - Cần khoan

2 - Đầu nối da mốc

3 - Vòng ép phụ.

5 - Lớp hàn

4 - Lớp axbet

3.5.3. Chuẩn bị cần khoan:

Trước khi vận chuyển đến khoan trường cần khoan phải được kiểm tra sơ bộ ở kho cần ống, đặc biệt lưu ý ở đầu ren nối đầu tiên bằng mắt thường sau đó bằng Calip. Ren không nứt đảm bảo liền và kín.

Da mốc được lắp vào đầu cần tại xưởng. Trước khi lắp phải chải thật sạch đầu ren, bôi trơn và xếp thành từng bộ. Lắp da mốc ở trạng thái nguội hoặc nóng  có 3 phương pháp lắp:

- Lắp bằng tời khoan.

- Lắp bằng máy chuyên dụng.

- Lắp bằng tay (da mốc được đốt nóng).

Hai phương pháp đầu lắp ở trạng thái nguội, lắp bằng tời có nhiều nhược điểm là quá trình vặn không được liên tục, mô men vặn tuỳ tiện. Nếu da mốc không được vặn chặt thì trong quá trình khoan da mốc lại bị vặn thêm vào. Hiện tượng vặn thêm dưới tác dụng của tải trọng chiều trục và mômen uốn làm cho ren dễ bị hỏng. Vì vậy việc lắp da mốc vào cần ở lỗ khoan cần hết sức hạn chế.

Lắp da mốc ở trạng thái nóng là phương pháp tốt nhất. Quá trình lắp như sau:

Các da mốc và cần ở trạng thái nguội không bôi trơn và vặn chết bằng tay. Sau đó đánh dấu mặt đầu của da mốc lên cần khoan. Dựa vào vạch dấu này mà vặn da mốc ở trạng thái nóng. Tháo da mốc cho vào lò nung nóng ở nhiệt độ khoảng 4000C. Trước khi vặn da mốc phải bôi trơn ren cần khoan. Vặn da mốc cho đến khi mặt đầu của nó trùng với vạch đã đánh dấu trên cần. Lưu ý không được vặn quá để tránh rạn nứt. Việc lắp da mốc ở trạng thái nóng bảo đảm mối nối chắc chắn và kín.

3.5.4. Sử dụng cần khoan

Cần khoan mới lắp được xếp thành từng bộ. Cho đến khi hết giá trị sử dụng chúng vãn nằm trong bộ ấy. Trong mỗi bộ đều giống nhau về đường kính , chiều dài, bề dày và mác thép để nhằm tăng hiệu quả sử dụng và để loại bỏ đồng đều. Chiều dài của một bộ thường là : 250m.

Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng cần khoan là:

+ Độ mòn của cần khoan (tức là mức độ giảm đường kính và trọng lượng).

+ Thời gian làm việc của cần (số giờ khoan).

Tuỳ theo độ mòn của cần người ta chia ra làm 3 loại:

- Cần loại I - để khoan những giếng khoan sâu hay phức tạp.

- Cần loại II- để khoan những giếng có độ sâu trung bình.

- Cần loại III - để khoan những giếng có độ sâu nhỏ.

Khi lắp cần dựng chú ý cho chiều dài phải bằng nhau, không để đầu ren va đập vào bàn roto hay các vật kim loại khác trên sàn làm việc.

Khi khoan tua bin phải vặn chặt các đầu ren để tránh tự tháo do mô men phản của tuabin.

Để phòng sự cong của cần chủ đạo khi di chuyển từ ngoài tháp vào phải giữ phần giữa thân bằng cáp.

Khi thả cần không phanh hãm đột ngột hoặc để elêvatơ đập vào bàn roto nhằm tránh gây ra sự cố đáng tiếc.

3.5.5. Sửa chữa cột cần khoan

Sau khi thi công xong một giếng khoan, các bộ cần khoan và cần chủ đạo được đưa về xưởng để kiểm tra. Sau đó phải thử rò để phát hiện các hỏng hóc khác. Trong xưởng sửa chữa tiến hành các công việc sau:

+ Nắn thẳng các cần khoan và cần chủ đạo.

+ Uốn cong các cần định hướng đặc biệt.

+ Phục hồi các bề mặt mài mòn của các chi tiết.

+ Hàn vào da mốc các vòng nhẫn bằng hợp kim cứng.

+ Hàn da mốc vào cần.

+ Sửa chữa lại ren bị hư hỏng.

+ Phục hồi gờ mắc êlêvatơ của các da mốc...

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau

#anhhung