Tải bản đầy đủ
b) Nguyên lý hoạt động.

b) Nguyên lý hoạt động.

Tải bản đầy đủ

III.2.3.3 Đối áp ôm cần (pipe ram).
Đối áp ôm cần dùng để đóng giếng khi có cần khoan bên trong. Khi đóng các
má của đối áp sẽ ôm lấy cột cần khoan và bịt kín khoảng không vành xuyến. Hầu
hết ngàm đều có rãnh dẫn tới tâm của cần khoan. Đặc biệt phải chú ý khi đóng
ngàm gần đoạn đầu nối trong khi khoan vì đầu nối có đường kính lớn hơn. Khi đóng
tại những điểm như vậy có thể gây phá hủy ngàm. Khi thử đối áp ôm cần, cần phải
có loại cần có kích thước phù hợp. Ngoài ra, nó cũng sẽ không được đóng khi trong
giếng không có cần khoan vì cũng có thể dẫn tới sự phá hủy má ngàm. Cần khoan
hoặc ống khai thác có thể di chuyển bên trong ngàm. Do đó, để giảm sự mài mòn
cho má ngàm. Áp suất đóng sẽ giảm xuống tới 200 đến 300 psi. Sự di chuyển của
cột cần trong ngàm cần hạn chế tối đa. Đặc biệt là sự đổi hướng đột ngột hướng
chuyển động.

Hình 4.11 Khối ngàm ôm cần của Shaffer
III.2.3.4 Đối áp cắt cần (shear ram )
Đối áp ngàm cắt cần là một dạng đặc biệt của của đối áp ngàm. Thay vì má ôm
cần, nó được trang bị một lưỡi cắt, dùng để cắt cần khoan, cần nặng, cần chủ đạo.
Áp suất cắt cần thường cao hơn và còn phụ thuộc vào loại ống trong giếng và loại
lưỡi cắt.

Hình 4.12 Ngàm cắt cần khoan
III.2.3.5 Đối áp bịt giếng khoan (blind ram)
Đây là một dạng đăc biệt của đối áp ngàm. Nó dùng để đóng giếng khoan khi
không có cần khoan. Bộ phận làm kín của loại này tương đối lớn.

Hình 4.13 Ngàm bịt giếng khoan
III.2.3.6 Đối áp ôm cần vạn năng (multi –rams)
Đối áp loại loại này có khả năng đóng giếng với cần khoan có nhiều đường kính
khác nhau. Một loại đối áp dạng này có khả năng ôm cần khoan có đường kính

ngoài từ 3 ½’’ tới 5’’. Nó sử dụng vai đỡ và các vít định vị như các loại ngàm khác.
Nhưng nó lắp một bộ làm kín đặc biệt. Khi ngàm đóng cần khoan, bộ segment thép
lắp trong khối ngàm sẽ di chuyển vào trong theo bán kính và làm giảm kích thước
lỗ khoan đến khi đóng vào cần khoan. Cơ cấu segment này tương tự như trong đối
áp vạn năng. Với loại đối áp này thì sẽ không cần thiết phải thay đổi đối áp khi thay
đổi đường kính cần khoan.

Hình 4.14 Đường kính ôm cần

Hình 4.15 Cấu tạo bộ ngàm vạn năng
III.2.3.7 Đối áp xoay (rotating BOPs )
Đây là loại đối áp có khả năng làm kín giếng khoan trong khi khoan, nghĩa là
nó sẽ quay cùng cần nặng hoặc cần khoan. Và nó thường được lắp trên các đối áp
khác. Nó dùng trong trường hợp khoan ở những vùng dễ bị kick hoặc phun trào,
khoan dưới cân bằng, khoan với tuần hoàn ngược và tuần hoàn với khí. Nó cho
phép khoan khi áp suất lỗ khoan lên tới 500 đến 700 psi. Trong khi khoan, đĩa cao
su bao quanh ống (stripper rubber) sẽ quay cùng cột cần khoan. Trong khi kéo cần
lên hoặc hạ cần xuống, đĩa cao su sẽ mở rộng cho phép các đầu nối cần khoan có

thể xuyên qua mà vẫn đảm bảo độ kín.
III.3.8 Cụm đối áp lắp dưới biển ( subsea BOP stack )
Hệ thống đối áp dưới biển thì đắt hơn, to lớn hơn, phức tạp hơn. Để điều khiển
nó cần một hệ thống điều khiển từ xa. Thời gian để đóng đối áp cũng sẽ lâu hơn.
Với đối áp ngàm là 30 đến 40 s, còn đối áp vạn năng là từ 45 đến 60s. Khoảng thời
gian này lâu hơn tiêu chuẩn của viện dầu khí mỹ.

Hình 4.16 Đối áp xoay

Hình 4.17 Cụm đối áp ngầm dưới biển
III.3 Hệ thống kiểm soát đối áp.
III.3.1 Hệ thống kiểm soát đối áp trên mặt.
Thiết bị đóng (hệ thống tích áp) đơn giản chỉ là những bình nén thủy lực dùng
để điều khiển đối áp. Chất lỏng thủy lực được dẫn bằng ống thép hoặc ống mềm tới
cổng đóng và cổng mở trên thân của bộ đối áp. Đối áp có thể được đóng từ hệ
thống tích áp hoặc thông qua một bảng điều khiển từ xa. Mỗi hệ thống tích áp gồm
có bốn bộ phận cơ bản sau : bình tích áp, hệ thống máy bơm, hệ thống ống dẫn, và
các bể chứa.
III.3.2 Bình tích áp
Bình chứa thì được thiết kế với nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau nhưng về
nguyên lý thì giống nhau. Có ba loại bình tích sau thì phổ biến.

- Bình tích hình trụ với ruột mềm :
Đây là loại được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp dầu khí. Nó gồm một
bình hình trụ dài và một cái ruột mềm được gắn với đỉnh của bình thông qua một
vít nối và cho phép phao được nạp đầy nitro. Lượng nitro được nạp vào bình phụ
thuộc vào kích thước của bình. Áp suất tương ứng của bình được gọi là áp suất
trước khi nạp, nó được ghi lại sau khi ruột được nạp đầy.

Khi máy bơm tích áp bơm chất lưu thủy lực vào trong bình (thông qua một cái
van ở đáy bình), ruột bên trong bình sẽ bị ép lại và nến khí nitro ở bên trong. Khi áp
suất ở trong bình đạt tới áp suất hoạt động của hệ thống thì máy bơm dừng lại và
chất lưu được chứa trong bình dưới dạng nén. Bình tích này thì có rất nhiều kích
thước. Loại 11 và 35 gallons thì được sử dụng phổ biến hơn. Đối với loại 11 gallons,
thể tích ruột nitro là khoảng 1 gallons. Còn loại còn lại là khoảng 10 gallons.

- Bình tích hình trụ với một phao nổi.
Loại bình này cũng có dạng hình trụ. Nhưng thay nó thay ruột mềm bằng một
phao nổi. Nitro được bơm trước đó tới áp suất trước nạp. Sau đó, máy bơm sẽ bơm
chất lưu thủy lực vào bình và phao sẽ dâng lên, nén khí nitro. Khi áp suất của bình
đạt tới áp suất hoạt động của hệ thống, máy bơm sẽ dừng lại và chất lưu được chứa
dưới dạng nén. Loại bình này cũng có nhiều kích cỡ khác nhau.

Hình 4.18 Kiểu van nổi và kiểu ruột mềm

- Bình hình cầu với phao nổi.
Có dạng hình cầu có một cái phao bên trong. Tuy nhiên ở đây phao lại không
ngăn cách nitro và chất lưu. Đây chính là hạn chế chính của loại bình này. Phao thì
nổi trên mực chất lỏng và đóng van trước khi chất lưu chảy ra ngoài. Sức chứa của
loại bình này là 80 gallons.

Hình 4.19 Thể tích và áp suất hoạt động của bình tích

III.3.3 Hệ thống máy bơm
Hệ thống máy bơm dùng để cung cấp chất lưu thủy lực cho các bình tích. Gồm
2 loại máy bơm: loại dùng khí và loại dùng điện. Mỗi bộ đều hoạt động độc lập với
cái còn lại. Cả hai bộ đều được nối tới hệ thống ống dẫn chung tới bình tích.

Hình 4.20 Máy bơm điện

Hình 4.21 Máy bơm dùng khí nén
III.3.4 Hệ thống ống dẫn
Hệ thống ống dẫn có tác dụng dẫn dòng chất lưu tới các bộ phận của đối áp
đồng thời cũng điều chỉnh áp suất dòng chất lưu tới đối áp. Hệ thống này gồm hai
bộ điều chỉnh chính: một cho đối áp ngàm và van, và một cho đối áp vạn năng.

Ví dụ : áp suất hoạt động của hệ thống là 3000 psi. thì bộ phận điều chỉnh sẽ
làm cho áp suất của bình tăng lên đến 3000 psi và điều chỉnh nó xuống 1500 psi cho
đối áp ngàm và van. Và nó cũng điều chỉnh xuống áp suất hoạt động của đối áp vạn
năng. Áp suất của đối áp ngàm, van, đối áp vạn năng và của bình tích sẻ hiển thị
trên đồng hồ đo (lắp trên cụm ống).
Hệ thống ống cũng có chức năng đưa chất lưu từ đối áp về các bể chứa.
III.3.5 Bể chứa
Bể chứa là một thiết bị dùng để chứa chất lưu sau khi từ đối áp trở về ở dạng
không nén.
III.3.6 Bảng điều khiển từ xa.
Bảng điều khiển được xem là xa vì nó nằm cách hệ thống tích áp một khoảng
cách nhất định. Vị trí thông thường bảng điều khiển được lắp là tại vị trí của thợ
khoan hoặc gần đường thoát hiểm. Một vài công ty đã qui định khoảng cách an toàn
cho bảng điều khiển. Có ba loại hệ thống hoạt động từ xa cơ bản là : khí, điện – khí
và loại điện – thủy lực.

Hình 4.22 Bảng điều khiển của thợ khoan
III.3.7 Những yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển.

- Công suất của bình nạp và máy bơm phải đủ cho hệ thống đối áp.
- Giữ được áp suất và không bị rò rỉ hoặc bơm vượt áp.
- Các máy bơm được thiết kế để nạp chất lưu cho bình tách trong một khoảng
thời gian phù hợp và duy trì quá trình nạp trong suất quá trình chống phun.

Ngoài những yêu cầu chung trên, các hãng sản xuất còn có những yêu cầu riêng
khác cho hệ thống điều khiển nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động và
hiệu quả.

Hình 4.23 Hệ thống điều khiển đối áp
Các bộ phận trong thiết bị chống phun đều hoạt động trên nguyên lý thủy lực,
đó là do sự di chuyển lên hoặc xuống, trước hoặc sau của piston. Do đó chức năng
của hệ thống kiểm soát là điều chỉnh chất lưu tới các mặt phù hợp của piston để
đóng hoặc mở đối áp.
Khi khoan trên đất liền, các giàn tự nâng hoặc các giàn cố định, việc điều khiển
đối áp thì rất dễ dàng nhờ việc gộp các chức năng của đối áp tới một nguồn thủy lực
đặt ở một vị trí an toàn cách xa đầu giếng. Việc điều khiển đối áp được thực hiện
thông qua các ống dẫn thủy lực lớn nối từ cụm điều khiển thủy lực tới các cổng
đóng và mở trên thân đối áp.

Hệ thống này giảm thiểu tối đa số lượng van kiểm soát cần dùng để điều chỉnh
chất lưu thủy lực tới cụm đối áp. Đồng thời nó cũng cho phép chất lưu thủy lực
quay trở lại cụm điều khiển thủy lực để phục vụ cho lần đóng, mở tiếp theo.
Trong công tác khoan trên biển, để phòng ngừa từ xa và nâng cao tính an toàn,
cụm đối áp có thể được đặt ở đáy biển.Bộ đối áp này thì lớn hơn và phức tạp hơn so
với bộ đối áp đặt trên giàn. Trong trường hợp này, việc điều khiển thủy lực trực tiếp
là rất khó vì đường thủy lực nối từ cụm đối áp tới bề mặt là rất dài và lớn. Ngoài ra,
thời gian đóng, mở đối áp khi có xuất hiện sự cố phun là lâu và không thể chấp
nhận được. Mặt khác, đường thủy lực quá dài cũng gây nên hiện tượng tổn hao áp
suất trên ống dẫn, một nguyên nhân có thể làm cho đối áp không đóng được do
không đủ áp suất cần thiết.
Để giải quyết vấn đề này, hệ thống điều khiển gián tiếp đã được nghiên cứu phát
triển thêm. Hai loại hệ thống điều khiển kiểu này hay dùng là : Loại thủy lực và loại
kết hợp thủy lưc – điện.
Hệ thống điều khiển thủy lực gián tiếp : Kích thước của hệ thống này giảm
xuống là do sự phân chia chức năng thành hai phần chính.
- Chuyển năng lượng thủy lực xuống BOP thông qua những ống dẫn có
đường kính lớn.
- Chuyển tín hiệu điều khiển xuống van kiểm soát thông qua những đường
dây cáp nhỏ. Những van kiểm soát này sẽ điều khiển trực tiếp các hoạt động đóng
mở của đối áp.
Van kiểm soát được đặt ở bộ điều khiển trên cụm đối áp. Thông thường có hai
bộ điều khiển nhằm mục đích dự phòng trong trường hợp hỏng hóc.
Chất lưu thủy lực dùng để điều khiển cụm BOP sẽ không được thu hồi trở lại,
nó sẽ được xả ra biển thông qua các van kiểm soát. Để thu hồi chất lưu thủy lực
chúng ta sẽ phải bố trí thêm các ống dẫn, điều này là không cần thiết đối với những
thiết bị đặt ở sâu đưới đáy biển như thế này.
- Hệ thống kết hợp thủy lực – điện : khi khoan ở những vùng nước sâu hơn,
việc kiểm soát cụm BOP sẽ gặp những rắc rối lớn trong thao tác và thời gian đóng
mở. Để khác phục khó khăn này người ta thay thế các van kiểm soát đường thủy lực
bằng các cáp điện. Những cáp điện này sẽ điều khiển các van xung điện. Van xung
điện sẽ gửi tín hiệu thủy lực tới các van kiểm soát tương ứng, van kiểm soát sẽ được
khởi động và điều chỉnh nguồn thủy lực tới đóng hoặc mở cụm BOP.