Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phát triển thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Trương Hoài Phi
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Khoa Cơ khí
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu phát triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 0.1.1. Mục tiêu chung
• 0.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 0.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 0.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 0.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 0.4. Kết cấu của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu giếng khoan, ống dầu khí
• 1.2. Ống chống và ống khai dầu khí
• 1.3. Ren ống dầu khí
• 1.4. Nắp bảo vệ ren ống 9-5/8”
• 1.4.1. Kích thước và thông số kỹ thuật nắp bảo vệ ren ngoài
• 1.4.2. Kích thước và thông số kỹ thuật nắp bảo vệ ren trong
• 1.5. Nắp bảo vệ ren ống bẩn
• 1.6. Các nguyên lý tẩy rửa làm sạch
• 1.6.1. Nguyên lý phun rửa
• 1.6.2. Nguyên lý ngâm phun
• 1.7. Thực trạng việc rửa nắp bảo vệ ren
• 1.8. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.8.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.8.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.9. Các vấn đề còn tồn tại
• 1.10. Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp kế thừa
• 2.2.2. Phương pháp thu thập thông tin
• 2.2.3. Phương pháp tính toán thiết kế
• 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Cơ sở lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm
• 3.1.1. Sóng siêu âm
• 3.1.1.1. Bản chất sóng siêu âm
• 3.1.1.2. Phân loại sóng siêu âm
• 3.1.1.2.1. Theo phương dao động
• 3.1.1.2.2. Theo tần số
• 3.1.1.3. Các đại lượng đặc trưng
• 3.1.2. Lý thuyết làm sạch bằng sóng siêu âm
• 3.1.2.1. Nguyên lý rửa dùng sóng siêu âm
• 3.1.2.2. Các yêu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất rửa
• 3.1.2.2.1. Sóng siêu âm
• 3.1.2.2.2. Dung dịch rửa
• 3.1.2.2.3. Thời gian rửa
• 3.1.3. Các thành phần trong máy rửa dùng sóng siêu âm
• 3.1.3.1. Bồn chứa dung dịch
• 3.1.3.2. Chấn tử phát siêu âm
• 3.1.3.3. Máy phát sóng cao tần
• 3.1.4. Bước sóng và khoảng cách tác động
• 3.1.4.1. Xác định bước sóng và cơ sở giao thoa sóng
• 3.1.4.2. Xác định khoảng cách tác động
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Nghiên cứu đề xuất thông số thiết kế máy
• 4.1.1. Tình hình sản xuất thực tế
• 4.1.2. Đề xuất thông số thiết kế máy
• 4.2. Thiết kế, chế tạo máy rửa nắp bảo vệ bằng sóng siêu âm
• 4.2.1. Khung đỡ bể rửa siêu âm
• 4.2.2. Bể rửa siêu âm
• 4.2.2.1. Xác định khoảng cách tác động
• 4.2.2.2. Thiết kế bể rửa siêu âm
• 4.2.3. Chấn tử phát sóng siêu âm
• 4.2.4. Nguồn phát siêu âm
• 4.2.5. Giá đỡ nắp bảo vệ
• 4.2.6. Chế tạo máy rửa nắp bảo vệ ren ống sử dụng sóng siêu âm
• 4.3. Khảo nghiệm thực nghiệm máy rửa nắp bảo vệ ren ống
• 4.3.1. Tiêu chí đánh giá độ sạch của nắp bảo vệ ren ống sau rửa
• 4.3.2. Khảo nghiệm không tải máy rửa nắp bảo vệ ren ống
• 4.3.3. Khảo nghiệm xác định dung dịch tẩy rửa
• 4.3.3.1. Nước và xà phòng
• 4.3.4. Khảo nghiệm xác định cách sắp xếp nắp bảo vệ ren đặt vào bể
• 4.3.5. Xác định chế độ hoạt động phù hợp
• 4.3.5.1. Xác định miền thực nghiệm
• 4.3.5.2. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố công suất
• 4.3.5.3. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố thời gian
• 4.3.5.4. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí

Nghiên cứu thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí. Thiết bị này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả làm sạch mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe của người lao động. Việc ứng dụng công nghệ sóng siêu âm trong rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho quy trình sản xuất.

1.1. Giới thiệu về nắp bảo vệ ren ống dầu khí

Nắp bảo vệ ren ống dầu khí là một phần quan trọng trong việc bảo vệ các mối nối ren khỏi bụi bẩn và các tác nhân gây hại. Chúng được thiết kế để giữ cho ren luôn sạch sẽ và khô ráo, đảm bảo chất lượng trong quá trình khai thác.

1.2. Tầm quan trọng của việc làm sạch nắp bảo vệ

Việc làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng mối nối. Nếu không được làm sạch đúng cách, nắp bảo vệ có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong quá trình khai thác, dẫn đến giảm hiệu suất và tăng chi phí.

II. Vấn đề và thách thức trong việc rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí

Hiện nay, việc rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công, dẫn đến nhiều vấn đề như hiệu suất thấp, tốn thời gian và ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động. Những thách thức này cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.1. Nhược điểm của phương pháp rửa thủ công

Phương pháp rửa thủ công không chỉ tốn nhiều thời gian mà còn yêu cầu nhiều nhân lực. Hơn nữa, việc sử dụng hóa chất tẩy rửa có thể gây hại cho sức khỏe người lao động và môi trường.

2.2. Tác động đến sức khỏe và môi trường

Việc tiếp xúc thường xuyên với hóa chất tẩy rửa và dầu mỡ có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho người lao động. Đồng thời, việc xả thải hóa chất ra môi trường cũng gây ô nhiễm.

III. Phương pháp rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm

Công nghệ rửa bằng sóng siêu âm đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả cho việc làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo độ sạch cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm

Sóng siêu âm tạo ra các bọt khí nhỏ trong dung dịch tẩy rửa, giúp làm sạch các vết bẩn bám chặt trên bề mặt nắp bảo vệ. Nguyên lý này cho phép làm sạch hiệu quả mà không cần sử dụng hóa chất độc hại.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng sóng siêu âm

Việc sử dụng sóng siêu âm trong rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm thời gian, giảm chi phí lao động và đảm bảo an toàn cho sức khỏe người lao động.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm có khả năng làm sạch lên đến 95% các loại mỡ bảo vệ. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Đánh giá hiệu quả làm sạch

Các thử nghiệm cho thấy thiết bị có thể làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí với năng suất đạt 120 chiếc/ca. Điều này chứng tỏ rằng công nghệ sóng siêu âm là một giải pháp khả thi cho ngành công nghiệp dầu khí.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất

Thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất ống dầu khí, giúp nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm mở ra nhiều triển vọng cho ngành công nghiệp dầu khí. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn bảo vệ sức khỏe người lao động và môi trường.

5.1. Tương lai của công nghệ rửa siêu âm

Công nghệ rửa siêu âm có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất công nghiệp đến y tế.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả làm sạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu giếng khoan, ống dầu khí 1.1 Giếng khoan Giếng khoan dầu là công trình nhân tạo hình trụ được thi công vào vỏ trái đất, có quỹ đạo thẳng đứng/ngang/xiên/cong nhằm mục đích khai thác dầu mỏ. Các thành phần của giếng khoan gồm miệng giếng, thành giếng, đáy giếng và trục giếng (hình 1.1: Cấu trúc giếng khoan [2] Cấu trúc của thành giếng khoan dầu khí gồm các lớp ống như sau: ống chống định hướng, ống chống bề mặt, ống chống trung gian, ống khai thác với vanh xi măng. Để có được giếng khoan dầu khí người ta sử dụng công nghệ và thiết bị chuyên dụng khoan giếng như choòng khoan, bộ dụng cụ khoan,… để khoan phá hủy đất đá đến độ sâu yêu cầu với mục đích mở lỗ. Các ống chống được thả xuống và được bơm trám xi măng bên ngoài ống đề hình thành đầu giếng.

Sau khi đầu giếng đã được lắp đặt xong, tiếp tục triển khai các công việc chuẩn bị để khoan đến chiều sâu chống cho các cột ống tiếp theo. Công việc được thực hiện tuần tự cho đến khi thả được ống khai thác vào trong túi dầu, túi khí.2: Choòng khoan 1.2 Ống chống và ống khai dầu khí 1.1 Khái quát Sản phẩm ống chống dầu khí là những đoạn ống dài tối đa khoảng 13 m và có đường kính từ 2-3/8” đến 30” được chế tạo bằng các loại thép chuyên dùng. Các ống này có kết cấu giống nhau gồm một đầu có ren ống lỗ, một đầu có ren ống ngoài để giúp các ống này có thể kết nối với nhau nhờ mối nối ren. Sản phẩm ống chống dầu khí thông dụng gồm các loại như sau: - Ống chống dầu khí: là những ống thép có đường kính ngoài từ lớn 4-1/2 inch đến 30 inch, được thả vào trong giếng khoan phục vụ cho công tác gia cố thành giếng trong quá trình khai thác cũng như trong quá trình khoan.3: Ống chống dầu khí Hình 1.4: Ống khai thác - Ống khai thác dầu khí: là những ống thép có đường kính ngoài từ 2-3/8 inch đến 4-1/2 inch, được thả vào trong giếng khoan phục vụ cho công tác vận chuyển dầu hoặc khí từ giếng khoan.

- Ống khoan và các phụ kiện khoan: là đoạn ống có đường kính ngoài từ 2-3/8 inch đến 6-5/8 inch, được sử dụng để nối dài choòng khoan, chuyển dung dịch khoan và momen xoắn xuống giếng khoan qua đầu khoan.5: Ống chống dầu khí Hình 1.6: Vặn ống chống tại khu vực khoan 1.2 Ren ống dầu khí Để đạt được đến độ sâu theo yêu cầu trong giếng khoan dầu khí, các tuyến ống được ghép nối với nhau bằng ren ống. Hiện nay, các mối nối thông dụng (không có phần làm kín) được chế tạo theo các tiêu chuẩn như API, API 5CT, AI Spec.1, 6A và các mối nối kín (có phần làm kín) như VAM, NSPJ, JFE, Tenaris - Hydril, Hunting,….7: Mối nối thông dụng Hình 1.8: Hình các mối nối kín Tùy vào địa chất của từng khu vực khoan mà sử dụng các loại mối nối phù hợp. Các mối nối thông dụng thường sử dụng cho các lớp ống dẫn và ống chống bề mặt phía bên ngoài với độ sâu vài chục mét đến 1. Còn các mối nối kín thường dùng cho các lớp ống chống bên trong như ống chống trung gian, ống chống sản xuất và ống khai thác có độ sâu lên đến vài kilômét.

Trong công nghệ khoan, các ống chống có đầu nối sử dụng các loại ren như Buttress, VAM TOP, VAM 21, JFE,… được dùng trong những điều kiện khoan thẳng. Với các loại ống dầu khí không có đầu nối ống dùng các loại ren VAM FJL, VAM SLIJ-II, VAM MUST,… thì sử dụng cho các loại khoan xiên. Các loại ren thường được bảo quản bằng cách bôi mỡ bảo vệ và lắp nắp bảo vệ ren.3 Nắp bảo vệ ren ống dầu khí Nắp bảo vệ ren ống dầu khí là những nắp tròn được chế tạo bằng vật liệu nhựa hoặc bằng nhựa bọc thép để chụp/nút kín nhằm bảo vệ ren ống chống, ống khai thác, ống khoan,… phục vụ trong lĩnh vực thăm dò và khai thác dầu khí. Nắp bảo vệ ren được sử dụng thường xuyên để bảo vệ ren ống trong suốt quá trình vận chuyển và lưu trữ ống chống và khai thác trong lĩnh vực dầu khí.

Đối với ống có kích thước nhỏ sử dụng nắp bảo vệ ren bằng nhựa, nắp bảo ren bằng nhựa bọc thép được sử dụng để bảo vệ ren cho những loại ống dầu khí có kích thước lớn. a) Nắp nhựa b) Nắp nhựa bọc thép Hình 1.9: Nắp bảo vệ ren ống Nắp bảo vệ ren ống thường được phân loại theo dạng đầu nối ống, cấu tạo, kết cấu. a) Theo dạng đầu nối ống Một bộ nắp bảo vệ cho một mối nối bất kỳ đều gồm có 2 cái gồm 1 cái Pin (là đầu ren bên ngoài) và 1 cái Box (là đầu ren bên trong). Đầu pin (đầu ren ngoài) và nắp bảo vệ pin được lắp cho của ống.

10: Đầu pin và nắp bảo vệ đầu pin của ống Đầu Box (đầu ren trong) và nắp bảo vệ Box được lắp cho của ống.11: Nắp bảo vệ đầu box và đầu box của ống b) Theo cấu tạo Theo cấu tạo nắp bảo vệ ren ống được chia làm 3 loại: - CEL (Closed End Liftable): là loại nắp bảo vệ được thiết kế cho phép cái móc cẩu móc vào khi cần cẩu di chuyển ống.12: Nắp bảo vệ CEL - CENL (Closed End Non Liftable): là loại nắp bảo vệ được thiết kế không cho phép cái móc cẩu móc vào.13: Nắp bảo vệ ren CENL - Ngoài ra, còn có một số loại nắp bảo vệ ren đặc biệt như OE (Open End), OED (Open End Driftable) được thiết kế chỉ để bảo vệ ren và đầu ống hoặc sử dụng để mở lòng ống với không khí khi cần sử dụng trong quá trình làm sạch lòng ống hoặc kiểm tra đường kính trong của ống.14: Nắp bảo vệ OE Một số loại nắp bảo vệ ren tiêu biểu đang được sử dụng tại công ty Vietubes được giới thiệu ở bảng 1.1: Thông số các nắp bảo vệ ren thông dụng tại Vietubes Đường Đường Chiều Dạng STT Tên nắp bảo vệ kính kính Mối nối dài đầu nối trong ngoài 1 3-1/2” VAM TOP Pin 122 92 112 VAM TOP Pin 2 3-1/2” VAM TOP Box 94 69 105 VAM TOP Box 3 4-1/2” VAM TOP Pin 140 118 127 VAM TOP Pin 4 4-1/2” VAM TOP Box 100 130 93 VAM TOP Box 5 5-1/2” VAM TOP Pin 153 147 158 VAM TOP Pin 6 5-1/2” VAM TOP Box 150 110 157 VAM TOP Box 7 7” VAM TOP Pin 168 158 197 VAM TOP Pin 8 7” VAM TOP Box 149 154 178 VAM TOP Box 9 7-5/8” VAM TOP Pin 178 167 218 VAM TOP Pin 10 7-5/8” VAM TOP Box 150 173 217 VAM TOP Box 11 9-5/8” VAM TOP Pin 186 222 274 VAM TOP Pin 12 9-5/8” VAM TOP Box 180 222 264 VAM TOP Box 13 13-3/8” BC Pin 189 316 360 BUTTRESS Pin 14 13-3/8” BC Box 190 316 370 BUTTRESS Box (Đơn vị: mm) c) Kết cấu Có hình dạng giống một đoạn ống trụ tròn, với phần làm việc chính có cấu tạo bằng nhựa. Kết cấu của nắp lắp trong và kết cấu của nắp lắp ngoài là ngược nhau nhưng chúng cũng đều có 2 phần như sau: 10 - Đối với lắp nắp lắp ngoài, phần bên trong là phần chính có cấu tạo bằng ren nhựa để bảo vệ ren ngoài. Phần bên ngoài là phần vỏ có cấu tạo bằng thép đối với nắp có đường kính lớn, và bằng nhựa đối với nắp có đường kính nhỏ. - Đối với lắp nắp lắp trong, phần bên ngoài là phần chính có cấu tạo bằng ren nhựa để bảo vệ ren trong.

Phần bên trong là phần vỏ có cấu tạo bằng thép đối với nắp có đường kính lớn, và bằng nhựa đối với nắp có đường kính nhỏ. a) Lắp trong b) Lắp ngoài Hình 1.15: Các kiểu lắp nắp bảo vệ ren ống Tương ứng với các đường kính ống chống và ống khai thác dầu khí, đường kính của nắp bảo vệ ren ống cũng có dải từ 2-3/8 inch đến 30 inch. Nhưng trong các năm từ 2013 trở lại đây, các dải nắp bảo vệ thường hay được dùng tại Vietubes từ 3-1/2 inch đến 20 inch (hình 1. a) Nắp bảo vệ 3-1/2 inch b) Nắp bảo vệ 20 inch Hình 1.16: Cỡ nắp bảo vệ thường dùng tại Vietubes Các thông số chi tiết của các nắp bảo vệ điển hình tại Vietubes được giới thiệu ở bảng 1.2: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp ngoài 3 1/2 inch 7 inch 13 3/8 inch Các thông số VAM TOP Pin VAM TOP Pin VAM TOP Pin Tổng chiều dài nắp 122.00 Chiều dài lắp ghép 102.38 Chiều dài ren 62.00 Đường kính nắp 112.00 Đường kính lắp ghép 88.69 Đường kính lỗ nắp 92.00 Chiều dày chịu lực 19.3: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp trong 3 1/2 inch 7 inch 13 3/8 inch Các thông số VAM TOP Box VAM TOP Box VAM TOP Box Tổng chiều dài nắp 94.79 Chiều dài lắp ghép 76.51 Chiều dài ren 57.62 Đường kính nắp 105.00 Đường kính lắp ghép 89.29 Đường kính trụ nắp 87.50 Chiều dày chịu lực 17.28 (Đơn vị: mm) Nhựa là vật liệu chính để cấu thành nên nắp bảo vệ ren, các loại vật liệu thường được sử dụng để chế tạo nắp bảo vệ ren ống như nhựa Polyethylen hay vật liệu composite.

Với mục đích chỉ làm tăng độ cứng cho các nắp bảo vệ có kích thước lớn nên vật liệu thép sử dụng cho nắp là thép tấm carbon thông thường dày khoảng 2 mm. Trong năm 2014, giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống được làm sạch tại Vietubes được giới thiệu ở bảng 1.4 và đánh giá qua hình 1.4: Giá trị nắp bảo vệ ren ống được làm sạch STT CỠ NẮP GIÁ TRỊ (VNĐ) 1 3-1/2" 193.17: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống được làm sạch Trong khi đó, giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống mua mới tại Vietubes được trình bày ở bảng 1.5 và đánh giá qua hình 1.5: Giá trị nắp bảo vệ ren ống mua mới STT CỠ NẮP GIÁ TRỊ STT CỠ NẮP GIÁ TRỊ (VNĐ) (VNĐ) 1 3-1/2" 36.18: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống mua mới Qua các bản và các biểu đồ so sánh, ta nhận thấy rằng giá trị nắp bảo vệ loại 9-5/8” là cao nhất chiếm 41% và 46% trong các loại nắp được làm sạch và các loại nắp được mua mới. Vì vậy, loại nắp bảo vệ ren ống 9 - 5/8” được chọn để nghiên cứu phát triển máy rửa sạch ứng dụng kỹ thuật siêu âm.2 Nắp bảo vệ ren ống 9-5/8” 1.