Luận văn thạc sĩ về nghiên cứu thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu phát triển thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm, xác định chế độ hoạt động hiệu quả.

• Tác giả: Trương Hoài Phi
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật 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 thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 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
• 3.1.1.2.3. 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 yếu 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
• 3.2. Các thành phần trong máy rửa dùng sóng siêu âm
• 3.2.1. Bồn chứa dung dịch
• 3.2.2. Chấn tử phát siêu âm
• 3.2.3. Máy phát sóng cao tần
• 3.3. Bước sóng và khoảng cách tác động
• 3.3.1. Xác định bước sóng và cơ sở giao thoa sóng
• 3.3.2. 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
• 4.4. Xác định chế độ hoạt động phù hợp
• 4.4.1. Xác định miền thực nghiệm
• 4.4.2. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố công suất
• 4.4.3. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố thời gian
• 4.4.4. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về 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 rửa 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 sử dụng sóng siêu âm trong quá trình rửa cho phép loại bỏ các vết bẩn cứng đầu mà các phương pháp rửa thủ công không thể thực hiện được. Theo nghiên cứu, thiết bị này có thể đạt năng suất lên đến 120 chiếc nắp bảo vệ cỡ 9-5/8” trong một ca làm việc, với tỷ lệ loại bỏ mỡ bảo vệ lên đến 95%. Điều này cho thấy hiệu quả rửa của thiết bị là rất cao, góp phần quan trọng trong việc bảo trì và bảo vệ ren ống dầu khí.

1.1. Tình hình hiện tại của ngành dầu khí

Ngành dầu khí tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đóng góp lớn vào GDP quốc gia. Tuy nhiên, việc làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí hiện nay chủ yếu vẫn được thực hiện thủ công, dẫn đến nhiều bất cập như tốn thời gian, chi phí cao và ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động. Việc áp dụng công nghệ mới như công nghệ rửa siêu âm không chỉ giúp cải thiện quy trình làm sạch mà còn nâng cao năng suất lao động. Theo thống kê, việc áp dụng công nghệ này có thể giảm thiểu đáng kể chi phí sản xuất và thời gian làm việc, từ đó tăng cường hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.

II. Nguyên lý hoạt động của thiết bị rửa bằng sóng siêu âm

Nguyên lý hoạt động của thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm dựa trên hiện tượng cavitation. Khi sóng siêu âm được phát ra trong dung dịch rửa, nó tạo ra các bọt khí nhỏ. Những bọt khí này sẽ nổ tung, tạo ra áp lực và nhiệt độ cao, giúp làm sạch bề mặt nắp bảo vệ một cách hiệu quả. Công nghệ rửa này không chỉ giúp loại bỏ bụi bẩn mà còn làm sạch các vết dầu mỡ bám lâu ngày. Việc sử dụng thiết bị rửa siêu âm còn giúp tiết kiệm nước và hóa chất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Kết quả khảo nghiệm cho thấy, thiết bị có thể làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí với hiệu suất cao, đồng thời đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất rửa

Hiệu suất rửa của thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tần số sóng siêu âm, loại dung dịch rửa, thời gian rửa và nhiệt độ. Nghiên cứu cho thấy, tần số sóng siêu âm từ 20 kHz đến 40 kHz là tối ưu cho việc làm sạch nắp bảo vệ. Ngoài ra, dung dịch rửa cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng làm sạch. Việc lựa chọn dung dịch phù hợp không chỉ giúp nâng cao hiệu quả rửa mà còn bảo vệ bề mặt nắp bảo vệ khỏi hư hại. Thời gian rửa cũng cần được điều chỉnh hợp lý để đạt được kết quả tốt nhất mà không làm giảm tuổi thọ của thiết bị.

III. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị rửa siêu âm

Việc ứng dụng thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế lớn. Thiết bị này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho quá trình làm sạch, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngành dầu khí có thể tận dụng công nghệ này để cải thiện quy trình sản xuất, từ đó tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường. Hơn nữa, việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe người lao động cũng là một trong những lợi ích quan trọng của việc áp dụng công nghệ này. Các doanh nghiệp trong ngành dầu khí cần xem xét đầu tư vào công nghệ rửa siêu âm để tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc sử dụng thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Công nghệ này cho phép giảm lượng hóa chất sử dụng trong quá trình rửa, từ đó hạn chế ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, việc giảm thiểu thời gian làm sạch cũng đồng nghĩa với việc tăng cường năng suất lao động, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công. Từ đó, các doanh nghiệp có thể đầu tư vào các lĩnh vực khác, nâng cao khả năng cạnh tranh và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dầu khí tại Việt Nam đóng góp khoảng 16-18% GDP trong giai đoạn 2008-2015, với Petrovietnam là đầu tàu kinh tế trọng điểm, thu hút vốn và công nghệ hiện đại. Trung bình mỗi năm, các công ty liên kết với Petrovietnam sử dụng khoảng 10.000 tấn ống chống và ống khai thác, được ghép nối bằng các mối ren đạt độ chính xác cao, không trầy xước và phải được bảo vệ kỹ lưỡng. Nắp bảo vệ ren ống dầu khí giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ ren ống khỏi bụi bẩn, mỡ bảo vệ và các tác nhân gây hại trong quá trình vận chuyển và lưu kho.

Hiện nay, công việc rửa nắp bảo vệ ren ống tại Công ty Vietubes chủ yếu thực hiện thủ công bằng bàn chải và dầu hỏa, gây tốn thời gian, năng suất thấp và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lao động. Kỹ thuật rửa siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp để làm sạch các chi tiết phức tạp, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả làm sạch. Do đó, nghiên cứu phát triển thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm nhằm cơ khí hóa, bán tự động hóa công đoạn này là cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát đặc tính nắp bảo vệ ren ống, đề xuất công nghệ rửa siêu âm phù hợp với quy mô công nghiệp của Vietubes, thiết kế và chế tạo thiết bị rửa công suất nhỏ cho nắp bảo vệ cỡ 9-5/8 inch với năng suất khoảng 120 chiếc/ca, đồng thời xác định chế độ hoạt động tối ưu để đạt hiệu quả làm sạch trên 95% mỡ bảo vệ ren. Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao năng suất, giảm chi phí và bảo vệ sức khỏe người lao động trong ngành cơ khí dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết sóng siêu âm và nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm. Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số trên 20 kHz, khi truyền qua dung dịch rửa tạo ra hiện tượng xâm thực, hình thành và phá vỡ các bọt khí li ti, sinh ra các xung lực mạnh giúp bóc tách và loại bỏ các lớp bẩn bám trên bề mặt chi tiết. Các yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu suất làm sạch gồm tần số sóng siêu âm, công suất phát, loại dung dịch rửa và thời gian rửa.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng các mô hình thiết kế kỹ thuật cơ khí để tính toán kích thước bể rửa, bố trí chấn tử phát sóng siêu âm, đảm bảo sóng siêu âm lan tỏa đều và tác động hiệu quả lên bề mặt nắp bảo vệ ren. Các khái niệm chính bao gồm: nắp bảo vệ ren ống dầu khí, sóng siêu âm, hiện tượng xâm thực, công suất và tần số sóng siêu âm, dung dịch rửa, và chế độ vận hành thiết bị.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thực tế sản xuất tại Công ty Vietubes, tài liệu chuyên ngành, các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ rửa siêu âm và thiết bị làm sạch chi tiết cơ khí. Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phương pháp kế thừa: tổng hợp và phân tích các công trình nghiên cứu liên quan để làm cơ sở lý thuyết và kỹ thuật.
• Phương pháp thu thập thông tin: khảo sát thực trạng nắp bảo vệ ren ống, đặc tính vật liệu, kích thước, và các phương pháp rửa hiện tại.
• Phương pháp tính toán thiết kế: xác định thông số kỹ thuật, bố trí chấn tử siêu âm, thiết kế bể rửa và cấu trúc thiết bị.
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: chế tạo mô hình thiết bị rửa siêu âm công suất 600 W, tần số 40 kHz, thực hiện thí nghiệm làm sạch nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch tại phòng thí nghiệm REME Lab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cỡ mẫu thực nghiệm gồm các nắp bảo vệ ren ống dính mỡ bảo vệ với kích thước đường kính 280 mm, chiều dài 190 mm. Phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm phổ biến và giá trị kinh tế của nắp bảo vệ cỡ 9-5/8 inch. Thời gian nghiên cứu từ tháng 10/2015 đến tháng 05/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế và chế tạo thiết bị rửa siêu âm: Thiết bị được thiết kế với bể rửa siêu âm có kích thước phù hợp cho nắp bảo vệ ren 9-5/8 inch, bố trí chấn tử phát sóng siêu âm công suất 60 W, tần số 40 kHz, nguồn phát 600 W, điện áp 220 V. Năng suất đạt khoảng 120 chiếc/ca, đáp ứng yêu cầu sản xuất của Vietubes.

2. Hiệu quả làm sạch: Thí nghiệm cho thấy tỉ lệ loại bỏ mỡ bảo vệ ren trên nắp bảo vệ đạt trên 95%, vượt trội so với phương pháp rửa thủ công. Độ sạch được đánh giá bằng cảm quan và kiểm tra kỹ thuật, đảm bảo không còn mỡ bám trên bề mặt ren.

3. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất rửa: Công suất sóng siêu âm và thời gian rửa là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ sạch. Khi tăng công suất từ 300 W lên 600 W và thời gian rửa từ 5 đến 15 phút, độ sạch tăng đáng kể, đạt tối ưu ở 600 W và 10 phút. Dung dịch rửa pha nước và xà phòng cho hiệu quả tốt hơn so với nước tinh khiết.

4. So sánh với phương pháp thủ công: Thiết bị rửa siêu âm giảm thời gian rửa xuống còn khoảng 1/3 so với rửa thủ công, giảm nhân công và loại bỏ hoàn toàn việc tiếp xúc trực tiếp với dầu hỏa, góp phần bảo vệ sức khỏe người lao động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ rửa siêu âm trong việc làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí. Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực giúp loại bỏ mỡ bảo vệ và bụi bẩn hiệu quả mà không làm hư hại vật liệu nhựa và thép của nắp bảo vệ. Các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, thời gian và độ sạch cho thấy điểm tối ưu rõ ràng, giúp xác định chế độ vận hành phù hợp.

So với các nghiên cứu trước đây về máy rửa siêu âm công nghiệp, thiết bị này được thiết kế đặc thù cho nắp bảo vệ ren ống dầu khí với kích thước lớn hơn và yêu cầu làm sạch cao hơn. Việc ứng dụng công nghệ này không chỉ nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường do giảm sử dụng dung môi dầu hỏa.

Các kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hiệu quả làm sạch bằng sóng siêu âm trong công nghiệp cơ khí, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu sản xuất của ngành dầu khí Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng thiết bị rửa siêu âm trong sản xuất: Đề nghị Công ty Vietubes đầu tư và áp dụng thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống siêu âm cho nắp cỡ 9-5/8 inch, nhằm nâng cao năng suất lên 120 chiếc/ca, giảm thời gian rửa xuống còn 10 phút, thực hiện trong vòng 6 tháng.

2. Mở rộng nghiên cứu và phát triển thiết bị cho các cỡ nắp khác: Tiếp tục nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị rửa siêu âm cho các loại nắp bảo vệ ren ống có kích thước khác như 3-1/2 inch, 7 inch, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng, dự kiến hoàn thành trong 12 tháng.

3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành, bảo trì thiết bị rửa siêu âm, đồng thời tuyên truyền về lợi ích sức khỏe và môi trường, giảm thiểu tiếp xúc với dung môi độc hại, thực hiện trong 3 tháng đầu sau khi thiết bị được đưa vào sử dụng.

4. Xây dựng quy trình vận hành và kiểm soát chất lượng: Thiết lập quy trình chuẩn vận hành thiết bị, kiểm soát chất lượng độ sạch nắp bảo vệ ren ống sau rửa, đảm bảo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả sản xuất, áp dụng ngay khi thiết bị hoạt động.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật trong ngành cơ khí dầu khí: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ làm sạch nắp bảo vệ ren ống, giúp cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí vận hành.

2. Nhà quản lý và lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất ống dầu khí: Tham khảo để đánh giá hiệu quả đầu tư thiết bị rửa siêu âm, tối ưu hóa nguồn lực, nâng cao năng suất và bảo vệ sức khỏe người lao động.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo về ứng dụng sóng siêu âm trong công nghiệp, phương pháp thiết kế và thực nghiệm thiết bị cơ khí, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

4. Cơ quan quản lý và các tổ chức kiểm định chất lượng sản phẩm dầu khí: Hiểu rõ quy trình làm sạch nắp bảo vệ ren ống, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn trong sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần rửa sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí?
   Nắp bảo vệ ren ống thường dính mỡ bảo vệ và bụi bẩn, nếu không làm sạch sẽ gây trầy xước, han gỉ ren ống, ảnh hưởng đến chất lượng mối nối và an toàn khai thác. Việc rửa sạch đảm bảo ren ống đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

2. Công nghệ rửa siêu âm có ưu điểm gì so với rửa thủ công?
   Rửa siêu âm làm sạch nhanh, hiệu quả cao, loại bỏ trên 95% mỡ bảo vệ, giảm thời gian và nhân công, không gây hại sức khỏe do không tiếp xúc trực tiếp với dung môi dầu hỏa, đồng thời dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa.

3. Thiết bị rửa siêu âm được thiết kế cho loại nắp bảo vệ nào?
   Thiết bị nghiên cứu và chế tạo chủ yếu cho nắp bảo vệ ren ống dầu khí cỡ 9-5/8 inch, loại nắp có giá trị kinh tế cao và phổ biến tại Công ty Vietubes, với năng suất khoảng 120 chiếc/ca.

4. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch bằng sóng siêu âm?
   Công suất sóng siêu âm, tần số, thời gian rửa và loại dung dịch rửa là các yếu tố chính. Công suất và thời gian tăng sẽ nâng cao độ sạch, dung dịch pha nước và xà phòng giúp tăng hiệu quả làm sạch so với nước tinh khiết.

5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại nắp bảo vệ khác không?
   Có thể, tuy nhiên cần nghiên cứu thiết kế bể rửa và bố trí chấn tử phù hợp với kích thước và hình dạng từng loại nắp bảo vệ để đảm bảo hiệu quả làm sạch tối ưu.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm công suất 600 W, tần số 40 kHz, phù hợp cho nắp cỡ 9-5/8 inch.
• Thiết bị đạt năng suất khoảng 120 chiếc/ca, làm sạch trên 95% mỡ bảo vệ ren, vượt trội so với phương pháp thủ công.
• Xác định được chế độ vận hành tối ưu gồm công suất 600 W, thời gian rửa 10 phút và dung dịch pha nước-xà phòng.
• Giải pháp giúp giảm thiểu tác động xấu đến sức khỏe người lao động, tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất tại Công ty Vietubes.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu cho các loại nắp bảo vệ khác và triển khai áp dụng trong thực tế sản xuất, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành thiết bị.

Đầu tư thiết bị rửa siêu âm, hoàn thiện quy trình vận hành và đào tạo nhân viên để đưa công nghệ vào ứng dụng thực tế, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngành cơ khí dầu khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngành công nghiệp dầu khí là ngành công nghệ cao. Thăm dò khai thác dầu khí là ngành khai thác khoáng sản nằm sâu trong lòng đất được hình thành từ các trầm tích hàng ngàn năm trước nên việc thăm dò và khai thác nguồn tài nguyên này đòi hỏi công nghệ hiện đại, chi phí đầu tư lớn hơn so với các ngành công nghiệp khác. Công nghiệp dầu khí là ngành đòi hỏi vốn đầu tư lớn, rủi ro nhiều và lợi nhuận cao. Tại Việt Nam, ngành dầu khí là một ngành kinh tế trọng điểm có đóng góp lớn cho sự phát triển của đất nước.

Ngành dầu khí nói chung và Petrovietnam nói riêng luôn có những đóng góp đáng kể vào nguồn thu ngân sách Nhà nước, chiếm tỷ trọng cao trong kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam và thu hút các nhà đầu tư nước ngoài mang vốn và công nghệ hiện đại vào Việt Nam. Trong giai đoạn 2008 - 2015, Petrovietnam luôn duy trì vai trò là đầu tàu kinh tế của đất nước. Trong khi khối doanh nghiệp Nhà nước đóng góp khoảng 42% GDP của cả nước, riêng Petrovietnam đã chiếm khoảng 16 - 18% GDP [1]. Bảng 1: Đóng góp của Petrovietnam trong GDP [1] Năm 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Doanh thu hợp 127,0 137,0 235,0 325,0 363,0 390,0 366,0 311,0 nhất của PVN GDP 1.192,9 Đóng góp của PVN trong 18,9 16,0 24,0 26,6 25,9 24,3 23,3 13,0 GDP (%) Nộp ngân sách 121,8 88,0 110,4 160,8 186,3 195,4 189,4 115,1 của PVN Đóng góp của PVN trong ngân 29,2 22,6 27,9 27,1 24,4 24,1 23,3 13,0 sách (%) Đóng góp của thu từ dầu tho 24,0 12,9 14,4 11,5 18,3 12,1 12,1 7,1 trong thu ngân sách (%) (Đơn vị: Nghìn tỷ đồng) Mỗi năm để đảm bảo được sản lượng khai thác theo kế hoạch, trung bình mỗi năm các công ty trực thuộc hoặc liên kết với PVN cần sử dụng khoảng 10.000 tấn ống chống, ống khai thác.

Nguồn ống này dựa trên 2 nguồn cấp chính: nhập khẩu và một số được 1 Luan van sản xuất trong nước. Các ống này được ghép nối với nhau tạo thành hàng km dài (sâu) nhờ mối ghép ren. Để các mối nối đạt được chất lượng cao, ngoài việc tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu của các nhà cấp phép, các cá nhân thực hiện mối nối phải kiểm soát dung sai theo tiêu chuẩn đã được quy định, và thông tin của từng loại đầu như báo cáo đo ren trong thời gian khoảng 10 năm. Mối nối ren phải đạt độ bóng cao, kích thước đạt độ chính xác cao +/-0.0001 inch, bề mặt ren phải đat độ bóng Ra 0.32, không được trầy xước, mòn, rỗ, dập,….

Bên cạnh đó, ren phải đảm bảo sạch, khô, không dính nước hoặc các hóa chất gây cho ren bị gỉ, sét,…. Vì vậy, ren ống sau khi kiểm tra xong luôn được lau khô, bôi mỡ chuyên dùng (mỡ bảo vệ ren) và lắp nắp bảo vệ ren. Tùy thuộc vào kế hoạch khoan của chủ đầu tư mà sẽ sử dụng loại mỡ bảo vệ ren phù hợp. Hiện nay, công nghệ bảo vệ mặt ren sau gia công cũng chỉ là bôi mỡ bảo vệ và lắp nắp bảo vệ ren.

Trong khi đó, việc kiểm tra ren cho ống lưu kho trước khi đưa vào sử dụng thì được thực hiện thường xuyên. Nắp bảo vệ có thể tái sử dụng để giảm chi phí, hay người ta tái sử dụng nắp bảo vệ trong quá trình sản xuất để quay đầu ống. Nắp ống đạt yêu cầu sử dụng là những nắp phải sạch, không có nước, không dính phoi tiện, bụi bẩn, bùn đất,…. Vì vậy, các nắp bảo vệ được sử dụng lại luôn phải rửa sạch mỡ bảo vệ ren, bụi bẩn, dầu nhớt, được lau khô và được kiểm tra kỹ.

Hiện nay tại Vietubes, nắp bảo vệ được rửa thủ công bằng cách dùng bàn chải rửa với dầu hỏa, sau đó được lau và phơi khô. Việc rửa thủ công nói trên mất thời gian, không đảm bảo độ sạch, tốn nhiều nhân lực, chi phí cao, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người lao động. Bên cạnh đó, hiện nay công nghệ rửa siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi để làm sạch các vết bẩn bám lâu ngày trên bề mặt mọi chất liệu như: dầu mỡ, bụi bẩn, dấu vân tay,… Cho phép làm sạch nhanh, tiết kiệm thời gian, làm sạch được những chi tiết nhỏ, tinh xảo mà rửa thủ công không làm sạch được. Hiện nay rửa siêu âm được ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực gồm rửa các chi tiết máy, khuôn mẫu, rửa dụng cụ y tế, rửa đồ trang sức như vàng bạc kim cương, rửa các linh kiện điện tử, bo mạch,….

Với mong muốn bán tự động hóa việc rửa nắp bảo vệ tiến đến công tác rửa đầu nối ống và ống với số lượng lớn trong thời gian ngắn, tiết kiệm chi phí, giảm ảnh hưởng xấu của dầu hỏa đến sức khỏe con người,… .Từ các nguyên do trên, đề tài “Nghiên cứu phát 2 Luan van triển thiết bị và xác định chế độ hoạt động khi rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí bằng sóng siêu âm” đã được triển khai với định hướng giải quyết và cải tiến công việc rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí tại công ty Vietubes. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu âm để rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí theo cơ chế cơ học, bán tự động thay cho hoạt động rửa thủ công. Qua đó giúp giảm thời gian, nâng cao năng suất, hiệu quả công việc rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí phục vụ sản xuất.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định các tính chất cơ lý của nắp bảo vệ ren ống dầu khí; - Nghiên cứu tính khả thi của việc ứng dụng kỹ thuật siêu âm rửa nắp bảo vệ ren ống dầu khí; - Nghiên cứu đề xuất công nghệ rửa nắp bảo vệ ren ống bằng kỹ thuật siêu âm; - Tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị rửa nắp bảo vệ bằng kỹ thuật siêu âm; - Thử nghiệm, đánh giá khả năng hoạt động của thiết bị rửa nắp bảo vệ và xác định chế độ hoạt động phù hợp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Nắp bảo vệ ren ống dầu khí; - Công nghệ và thiết bị làm sạch chi tiết/sản phẩm bằng kỹ thuật siêu âm.2 Phạm vi nghiên cứu Do máy rửa nắp bảo vệ ren ống bằng kỹ thuật siêu âm chưa có mặt trên thị trường nên máy được nghiên cứu chế tạo thử nghiệm ở dạng một thiết bị thử nghiệm.

Thiết bị thử nghiệm rửa nắp bảo vệ ren ống bằng kỹ thuật siêu âm ứng dụng cho nắp bảo vệ đường kính 9-5/8 inch. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất phương án kết cấu cho máy rửa nắp bảo vệ ren sử dụng sóng siêu âm; - Xác định tính khả thi, kinh tế khi rửa nắp bảo vệ ren sử dụng sóng siêu âm so với các phương pháp đang được sử dụng hiện nay.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu giúp xác định giải pháp khả thi cho việc sử dụng sóng siêu âm để làm sạch các nắp bảo vệ ren ống dầu khí, qua đó giúp giảm độc hải cho người lao động, thu gom chất thải bẩn dễ dàng, giảm chi phí sản xuất; - Mang đến hiệu quả kinh tế khi sản xuất, giảm số lượng lao động khi thực hiện rửa nắp, hạn chế ô nhiễm môi trường do vương vải dầu bẩn khi rửa nắp thủ công. Kết cấu của đề tài Kết cấu của đề tài gồm có 4 chương chính với các nội dung: - Mở đầu Giới thiệu tính cấp thiết, nhu cầu từ thực tế và cơ sở lựa chọn đề tài. - Chương 1: Tổng quan Trình bày các nội dung liên quan đến nắp bảo vệ ren ống, kỹ thuật siêu âm, các máy thiết bị làm sạch chi tiết/sản phẩm bằng kỹ thuật siêu âm, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan và định hướng nghiên cứu.

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Đề cập các nội dung nghiên cứu, thực hiện của đề tài cùng các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày các cơ sở lý thuyết và các thông số liên quan đến đề tài thực hiện. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày, phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu triển khai thực hiện đề tài. - Kết luận và kiến nghị - Phụ lục 4 Luan van 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. 5 Luan van Hình 1.2: 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.