TÓM TẮT
Hơn 20 năm hoạt động trong lĩnh vực khoan và khai thác dầu khí, Cơng ty
Vietubes đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong nước và nước ngoài, đã được chứng
nhận từ các tổ chức hàng đầu thế giới như API, VAM, JFE, TMK, .... Mối nối đạt u
cầu, khi được kiểm sốt tốt các thơng số, khơng bị xước và tuân theo những yêu cầu
nghiêm ngặt về cách sản xuất, cách bảo quản của các nhà cấp phép. Vì vậy, cơng việc
làm sạch nắp bảo vệ ren dầu khí là vơ cùng cân thiết trong q trình chế tạo mối nối.
Kỹ thuật rửa hay làm sạch nắp bảo vệ ren ống dầu khí hiện nay tại cơng ty là thủ công
với các dụng cụ thô sơ, năng suất thấp và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người
lao động.
Luận văn “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” trình bày các kết quả nghiên cứu theo
hướng phát triển một thiết bị rửa nắp bảo vệ ren ống nhằm cơ khí hóa, bán tự động hóa
cơng việc rửa nắp bảo vệ ren. Quá trình nghiên cứu đã định hướng các nội dung:
- Khảo sát chung về nắp bảo vệ ren ống dầu khí;
- Đề xuất ngun lý và cơng nghệ rửa nắp bảo vệ có thể ứng dụng ở qui mô công
nghiệp, phù hợp với quy mô của Công ty Vietubes.
- Thiết kế, chế tạo mơ hình thiết bị rửa nắp bảo vệ ren công nghiệp công suất nhỏ
với năng suất cho loại nắp bảo vệ cỡ 9-5/8” khoảng 120 chiếc/ca.
Kết quả khảo nghiệm sơ bộ đánh giá khả năng hoạt động của thiết bị rửa nắp bảo
vệ cho thấy thiết bị có thể thực hiện:
- Cỡ nắp bảo vệ phù hợp với bể rửa là 9-5/8”
- Năng suất đạt cho loại nắp bảo vệ cỡ 9-5/8” là 120 chiếc/ca
- Tỉ lệ các loại mỡ bảo vệ ren khơng cịn bám trên nắp lên đến 95%.

xi


ABSTRACT
Over 20 years working in drilling and exploitation of oil and gas field. Vietubes
had many achievement in Vietnam and overseas, has been certified by the world’s

oganizations such as API, VAM, JFE, TNK, …. Good connection is all dimension in
tolerance, not scratched and have to follow many request of Licensers for manufacture
and storage. Hence cleaning protector is very

important for our manufacture

processing. But cleaning protector at our company is being made by handle, so it may
be expensive and not good for employee.
Thesis: “Research for improving and proposed technology of ultrasonic
cleaning equipment, using for protectors of tubular goods” presents the research
results in the developing a semi-automatic device, which can clean the protectors. The
research results have been achieved:
- General survey of petroleum pipe thread protectors;
- Proposed the principles and technology of protector cleaning machine, can be

applied in the Vietubes company.
- Design and manufacture a small protector cleaning machine, that can cleaned
about 120 pieces/ shift for size 9-5/8".
The assessment results of the performance after used the protector cleaning
machine:
- The ultrasonic machine can clean the protector size is 9-5/8”;
- Productivity for the 9-5/8 "protector is 120 pcs/ shift;
- Can remove more than 95% grease on the protectors.

xii


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................... viii
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................. ix

CẢM TẠ ............................................................................................................ x
TÓM TẮT ......................................................................................................... xi
MỤC LỤC ...................................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC BẢNG............................................................................ xvii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................ xviii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ............................................................................. 3
2.1 Mục tiêu chung ............................................................................................. 3
2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................................. 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 3
3.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 3
3.2 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài......................................................... 3
4.1 Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 3
4.2 Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................... 4
5. Kết cấu của đề tài ........................................................................................... 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................... 5
1.1 Giới thiệu giếng khoan, ống dầu khí ............................................................. 5
1.1.1 Giếng khoan .............................................................................................. 5
1.1.2 Ống chống và ống khai dầu khí.................................................................. 6
1.1.2.1 Khái quát ................................................................................................ 6
1.1.2.2 Ren ống dầu khí ...................................................................................... 7
1.2 Nắp bảo vệ ren ống 9-5/8” .......................................................................... 14
1.2.1 Kích thước và thơng số kỹ thuật nắp bảo vệ ren ngồi ............................. 14
1.2.2 Kích thước và thơng số kỹ thuật nắp bảo vệ ren trong.............................. 15
1.2.3 Nắp bảo vệ ren ống bẩn ........................................................................... 16

xiii



1.3 Các nguyên lý tẩy rửa làm sạch................................................................... 17
1.3.1 Nguyên lý phun rửa ................................................................................. 17
1.3.2 Nguyên lý ngâm phun .............................................................................. 18
1.4 Thực trạng việc rửa nắp bảo vệ ren ............................................................. 19
1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................... 21
1.5.1 Nghiên cứu trong nước ............................................................................ 21
1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước ............................................................................ 23
1.6 Các vấn đề còn tồn tại ................................................................................. 26
1.7 Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài ......................................... 26
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 28
2.1 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 28
2.2 Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 28
2.2.1 Phương pháp kế thừa ............................................................................... 28
2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin ............................................................... 28
2.2.3 Phương pháp tính tốn thiết kế ................................................................. 28
2.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................... 29
CHƯƠNG 3 CỞ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................. 33
3.1 Cơ sở lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm ............................................... 33
3.1.1 Sóng siêu âm ........................................................................................... 33
3.1.2 Bản chất sóng siêu âm ............................................................................. 33
3.1.3 Phân loại sóng siêu âm ............................................................................. 34
3.1.3.1 Theo phương dao động ......................................................................... 34
3.1.3.2 Theo tần số ........................................................................................... 34
3.1.3.3 Các đại lượng đặc trưng ........................................................................ 35
3.2 Lý thuyết làm sạch bằng sóng siêu âm ........................................................ 35
3.2.1 Giới thiệu ................................................................................................ 35
3.2.2 Nguyên lý rửa dùng sóng siêu âm ............................................................ 35
3.2.3 Các yêu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất rửa ......................................... 37
3.2.3.1 Sóng siêu âm ........................................................................................ 37

3.2.3.2 Nhiệt độ ................................................................................................ 37
3.2.3.3 Dung dịch rửa ....................................................................................... 37
xiv


3.2.3.4 Thời gian rửa ........................................................................................ 37
3.2.4 Các thành phần trong máy rửa dúng sóng siêu âm ................................... 38
3.2.4.1 Bồn chứa dung dịch .............................................................................. 38
3.2.4.2 Chất tử phát siêu âm ............................................................................. 38
3.2.4.3 Máy phát sóng cao tần .......................................................................... 39
3.3 Bước sóng và khoảng cách tác động ........................................................... 39
3.3.1 Xác định bước sóng và cơ sở giao thoa sóng ............................................ 39
3.3.2 Xác định khoảng cách tác động ............................................................... 41
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................. 43
4.1 Nghiên cứu đề xuất thông số thiết kế máy .................................................. 43
4.1.1 Tình hình sản xuất thực tế ........................................................................ 43
4.1.2 Đề xuất thông số thiết kế máy .................................................................. 44
4.2 Thiết kế, chế tạo máy rửa nắp bảo vệ bằng sóng siêu âm ............................ 44
4.2.1 Khung đỡ bể rửa siêu âm ......................................................................... 44
4.2.2 Bể rửa siêu âm ......................................................................................... 45
4.2.2.1 Yêu cầu ................................................................................................ 45
4.2.2.2 Xác định khoảng cách tác động............................................................. 45
4.2.2.3 Thiết kế bể rửa siêu âm ......................................................................... 46
4.2.3 Chấn tử phát sóng siêu âm ....................................................................... 48
4.2.4 Nguồn phát siêu âm ................................................................................. 49
4.2.5 Giá đỡ nắp bảo vệ .................................................................................... 49
4.2.6 Chế tạo máy rửa nắp bảo vệ ren ống sử dụng sóng siêu âm ...................... 50
4.3 Khảo nghiệm thực nghiệm máy rửa nắp bảo vệ ren ống .............................. 51
4.3.1 Tiêu chí đánh giá độ sạch của nắp bảo vệ ren ống sau rửa........................ 51
4.3.2 Khảo nghiệm không tải máy rửa nắp bảo vệ ren ống................................ 52

4.3.3 Khảo nghiệm xác định dung dịch tẩy rửa ................................................. 53
4.3.3.1 Nước..................................................................................................... 53
4.3.3.2 Nước và xà phòng ................................................................................. 54
4.3.3.3 Dầu KO ................................................................................................ 55
4.3.4 Khảo nghiệm xác định cách sắp xếp nắp bảo vệ ren đặt vào bể ................ 57
4.3.5 Kết luận ................................................................................................... 58
xv


4.4 Xác định chế độ hoạt động phù hợp ............................................................ 58
4.4.1 Xác định miền thực nghiệm ..................................................................... 58
4.4.2 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố cơng suất ................................................. 59
4.4.3 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố thời gian .................................................. 63
4.4.4 Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ................................................................... 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 75
1. Kết luận ........................................................................................................ 75
2. Kiến nghị ...................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 76
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 78

xvi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1: Đóng góp của Petrovietnam trong GDP [1] ................................................... 1
Bảng 1.1: Thông số các nắp bảo vệ ren thông dụng tại Vietubes ............................... 10
Bảng 1.2: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp ngoài ......................................... 12
Bảng 1.3: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp trong .......................................... 12
Bảng 1.4: Giá trị nắp bảo vệ ren ống được làm sạch ................................................. 13
Bảng 1.5: Giá trị nắp bảo vệ ren ống mua mới .......................................................... 13

Bảng 4.1: Chi phí thực hiện cơng việc rửa nắp bảo vệ ren cỡ 9-5/8” ......................... 43
Bảng 4.2: Chi phí thực hiện công việc rửa nắp bảo vệ ren cỡ 3-1/2” ......................... 44
Bảng 4.3: Thông số chấn tử siêu âm ......................................................................... 48
Bảng 4.4: Thơng số nguồn phát sóng siêu âm ........................................................... 49
Bảng 4.5: Độ sạch của các nắp bảo vệ ren dầu khí sau rửa ........................................ 51
Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố đối với mỡ bảo quản ................................. 59
Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố đối với vặn ống ........................................ 60
Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo cơng suất phát sóng cho mỡ vặn ống . 63
Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo cơng suất phát sóng cho mỡ bảo quản 63
Bảng 4.10: Miền thực nghiệm................................................................................... 66
Bảng 4.11: Bảng ma trận thí nghiệm với mỡ vặn ống ............................................... 67
Bảng 4.12: Bảng ma trận thí nghiệm với mỡ bảo vệ ................................................. 67

xvii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc giếng khoan [2] .............................................................................. 5
Hình 1.2: Chng khoan ............................................................................................. 6
Hình 1.3: Ống chống dầu khí ...................................................................................... 6
Hình 1.4: Ống khai thác .............................................................................................. 6
Hình 1.5: Ống chống dầu khí ...................................................................................... 7
Hình 1.6: Vặn ống chống tại khu vực khoan ............................................................... 7
Hình 1.7: Mối nối thơng dụng ..................................................................................... 7
Hình 1.8: Hình các mối nối kín ................................................................................... 7
Hình 1.9: Nắp bảo vệ ren ống ..................................................................................... 8
Hình 1. 10: Đầu pin và nắp bảo vệ đầu pin của ống .................................................... 8
Hình 1.11: Nắp bảo vệ đầu box và đầu box của ống.................................................... 9
Hình 1. 12: Nắp bảo vệ CEL ....................................................................................... 9
Hình 1. 13: Nắp bảo vệ ren CENL .............................................................................. 9

Hình 1.14: Nắp bảo vệ OE ........................................................................................ 10
Hình 1.15: Các kiểu lắp nắp bảo vệ ren ống .............................................................. 11
Hình 1. 16: Cỡ nắp bảo vệ thường dùng tại Vietubes ................................................ 11
Hình 1.17: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống được làm sạch............................ 13
Hình 1.18: Tỉ lệ giá trị các loại nắp bảo vệ ren ống mua mới .................................... 14
Hình 1.19: Bản vẽ nắp bảo vệ ren ngồi.................................................................... 15
Hình 1.20: Bản vẽ nắp bảo vệ ren trong .................................................................... 16
Hình 1.21: Nắp bảo vệ dính mỡ lưu kho ................................................................... 16
Hình 1.22: Nắp bảo vệ ren dính mỡ vặn ống ............................................................. 17
Hình 1.23: Các thành phần của một máy rửa bát theo nguyên lý phun rửa [ .............. 17
Hình 1.24: Các thành phần của một máy rửa bát theo nguyên lý ngâm phun [16] ..... 18
Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý rửa siêu âm [11] ............................................................ 19
Hình 1.26: Các bước tiến hành rửa nắp bảo vệ .......................................................... 20
Hình 1.27: Dây chuyền rửa thanh long tại vựa thanh long Khải Hồn (Tiền Giang)
[13] ........................................................................................................................... 21
Hình 1.28: Máy rửa bát cơng nghiệp Cơng ty Viễn Đơng [14] .................................. 22
Hình 1.29: Máy rửa sử dụng sóng siêu âm dùng trong công nghiệp [3] ..................... 23
xviii


Hình 1.30: Máy rửa rửa dụng cụ thuỷ tinh FlaskScrubber Glassware Washers [7] .... 23
Hình 1.31: Máy rửa chi tiết máy TM-800 Mega Tank [8] ......................................... 24
Hình 1.32: Máy làm sạch nắp bảo vệ ren của Knight Manufacturing [9] ................... 25
Hình 2.1: Nắp bảo vệ ren ống dầu khí bẩn (dính mỡ) cần làm sạch ........................... 29
Hình 2.2: Chấn tử phát siêu âm 40 kHz ................................................................... 30
Hình 2.3: Mơ hình bài tốn hộp đen mơ tả q trình nghiên cứu ............................... 31
Hình 3.1: Ví dụ sóng âm [6] ..................................................................................... 34
Hình 3.2: Biểu diễn sóng [17] ................................................................................... 34
Hình 3.3: Sóng siêu âm phát ra trong dung dịch rửa [17] ......................................... 34
Hình 3.4: Quá trình hình thành và phá vỡ của bọt khí [17] ........................................ 36

Hình 3.5: Hiện tượng xâm thực của bọt khí [17] ....................................................... 37
Hình 3.6: Các yếu tố chính của quá trình rửa bằng siêu âm [3] ................................. 38
Hình 3.7: Bồn rửa siêu âm ........................................................................................ 38
Hình 3.8: Chấn tử phát siêu âm................................................................................. 39
Hình 3.9: Máy phát sóng cao tần .............................................................................. 39
Hình 4.1: Khung đỡ bể rửa siêu âm .......................................................................... 45
Hình 4.2: Bản vẽ bố trí các chấn tử siêu âm .............................................................. 46
Hình 4.3: Bản vẽ bố trí các nắp bảo vệ trong bể rửa .................................................. 47
Hình 4.13: Nắp dính mỡ bảo quản sau khi rửa bằng nước ......................................... 54
Hình 4.14: Nắp dính mỡ vặn ống sau khi rửa nước pha xà phịng ............................. 55
Hình 4. 15: Nắp dính mỡ bảo quản sau khi rửa nước pha xà phịng........................... 55
Hình 4.16: Nắp dính mỡ vặn ống sau khi rửa dầu KO ............................................... 56
Hình 4.17: Nắp dính mỡ bảo quản sau khi rửa dầu KO ............................................. 57
Hình 4.18: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ sạch với thời gian và cơng suất ................... 68
Hình 4.19: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ sạch mỡ vặn ống ....................... 69
Hình 4.20: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ sạch với thời gian và cơng suất ................... 70
Hình 4.21: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ sạch mỡ vặn ống ....................... 70
Hình 4.22: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ sạch với thời gian và cơng suất ................... 72
Hình 4.23: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ sạch mỡ vặn ống ....................... 72
Hình 4.24: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ sạch với thời gian và cơng suất ................... 73
Hình 4.25: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ sạch mỡ vặn ống ....................... 73
xix


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề
Ngành cơng nghiệp dầu khí là ngành cơng nghệ cao. Thăm dị khai thác dầu khí là


ngành khai thác khống sản nằm sâu trong lịng đất được hình thành từ các trầm tích
hàng ngàn năm trước nên việc thăm dò và khai thác nguồn tài nguyên này địi hỏi cơng
nghệ hiện đại, chi phí đầu tư lớn hơn so với các ngành công nghiệp khác. Công nghiệp
dầu khí là ngành địi 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 ln 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 ln duy trì vai trị 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
1.1477,7 1.700,5 1.980,8 2.537,5 2.978,2 3.139,6 3.937,0 4.192,9
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


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, khơng được trầy xước, mịn,
rỗ, dập,…. Bên cạnh đó, ren phải đảm bảo sạch, khơ, khơng 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, khơng 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 khơ. Việc rửa thủ cơng 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 cơng 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 cơng 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


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 cơng ty Vietubes.
2.

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 cơng. 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.
2.2 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 tốn 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.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
- Nắp bảo vệ ren ống dầu khí;
- Cơng nghệ và thiết bị làm sạch chi tiết/sản phẩm bằng kỹ thuật siêu âm.
3.2 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.
4.


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.

3


4.2 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.
5.

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 cơng trình
nghiên cứu trong và ngồi 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


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu giếng khoan, ống dầu khí
1.1.1 Giếng khoan
Giếng khoan dầu là cơng trình nhân tạo hình trụ được thi cơng 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).

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
ngồi 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


Hình 1.2: Chng khoan
1.1.2 Ống chống và ống khai dầu khí
1.1.2.1 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 ngồi để giúp các
ống này có thể kết nối với nhau nhờ mối nối ren. Sản phẩm ống chống dầu khí thơng
dụng gồm các loại như sau:
- Ống chống dầu khí: là những ống thép có đường kính ngồi 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.

Hình 1.4: Ống khai thác

Hình 1.3: Ống chống dầu khí

- Ống khai thác dầu khí: là những ống thép có đường kính ngồi 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 ngồi 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.
6


Hình 1.5: Ống chống dầu khí


Hình 1.6: Vặn ống chống tại khu vực khoan

1.1.2.2 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 thơng dụng (khơng có phần
làm kín) được chế tạo theo các tiêu chuẩn như API, API 5CT, AI Spec. 7.1, 6A và các
mối nối kín (có phần làm kín) như VAM, NSPJ, JFE, Tenaris - Hydril, Hunting,….

Hình 1.7: Mối nối thơng 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 ngồi với độ sâu vài chục mét đến 1.500 mét. 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 kilơmét.
Trong cơng 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 khơng 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.
7


1.1.3 Nắp bảo vệ ren ống dầu khí
Nắp bảo vệ ren ống dầu khí là những nắp trịn 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.

Hình 1. 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.
8


Hình 1.11: 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.

Hình 1.12: 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.


Hình 1.13: Nắp bảo vệ ren CENL
- Ngồi ra, cịn 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 khơng khí khi cần sử dụng trong q trình làm sạch lịng ống hoặc kiểm tra
đường kính trong của ống.
9


Hình 1.14: 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.
Bảng 1.1: Thông số các nắp bảo vệ ren thơng dụng tại Vietubes
Đường
kính
ngồi
112

Mối nối

Dạng
đầu nối

122

Đường
kính
trong
92


VAM TOP

Pin

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

STT

Tên nắp bảo vệ

Chiều
dài

1

3-1/2” VAM TOP Pin

2

(Đơn vị: mm)
c) Kết cấu
Có hình dạng giống một đoạn ống trụ trịn, 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 ngồi. Phần bên ngồi 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 ngồi

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 1.16).

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 và bảng 1.3.
11


Bảng 1.2: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp ngoài
3 1/2 inch
VAM TOP Pin

7 inch
VAM TOP Pin


13 3/8 inch
VAM TOP Pin

Tổng chiều dài nắp

122.00

176.65

189.00

Chiều dài lắp ghép

102.30

144.15

150.38

Chiều dài ren

62.30

100.15

130.00

Đường kính nắp

112.00


196.50

360.00

Đường kính lắp ghép

88.40

174.70

339.69

Đường kính lỗ nắp

92.00

179.00

330.00

Chiều dày chịu lực

19.70

32.50

38.62

Các thông số


(Đơn vị: mm)

Bảng 1.3: Thông số chi tiết nắp bảo vệ ren ống lắp trong
3 1/2 inch
VAM TOP Box

7 inch
VAM TOP Box

13 3/8 inch
VAM TOP Box

Tổng chiều dài nắp

94.10

148.79

189.79

Chiều dài lắp ghép

76.60

120.09

143.51

Chiều dài ren


57.60

102.09

115.62

Đường kính nắp

105.00

189.56

370.00

Đường kính lắp ghép

89.70

177.73

339.29

Đường kính trụ nắp

87.00

175.56

340.50


Chiều dày chịu lực

17.50

28.70

46.28

Các thơng số

(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 1.17.

12


Bảng 1.4: Giá trị nắp bảo vệ ren ống được làm sạch
STT
1

CỠ NẮP
3-1/2"

GIÁ TRỊ (VNĐ)

193.960.000

2

4-1/2"

645.240.000

3

5-1/2"

35.100.000

4

7"

230,950.000

5

9-5/8"

1.074.264.000

6

13-3/8"


382.720.000

7

16"

63.000.000

TỔNG CỘNG

2.625.234.000

Hình 1.17: 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 1.18.
Bảng 1.5: Giá trị nắp bảo vệ ren ống mua mới
STT

CỠ NẮP

STT

CỠ NẮP

3-1/2"

GIÁ TRỊ
(VNĐ)
36.400.000


1

7

9-5/8"

2

4-1/2"

73.140.000

8

10"

750.120.000

3

5-1/2"

13.6500.000

9

10-3/4"

195.738.480


4

6-5/8"

16.800.000

10

11-3/4"

560.642.250

5

7"

124.000.000

11

13-3/8"

218.270.000

6

7-5/8"

210.800.000


12

13-5/8"

1.428.661.500

TỔNG CỘNG
13

GIÁ TRỊ
(VNĐ)
3.260.806.250

7.011.878.480


Hình 1.18: 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.
1.2

Nắp bảo vệ ren ống 9-5/8”
1.2.1 Kích thước và thơng số kỹ thuật nắp bảo vệ ren ngồi
Các thơng số sau của nắp bảo vệ ren ngoài: tổng chiều dài nắp bảo vệ, chiều dài lắp

ghép, chiều dài ren, đường kính lỗ lắp ghép và đường kính ngồi sẽ được khảo sát để có
được cơ sở tiến hành thiết kế máy.
- Tổng chiều dài nắp toàn bộ chiều dài của nắp bảo vệ, được xác định là chiều dài

từ đỉnh nắp đến đáy nắp.
- Chiều dài lắp ghép là phần làm việc của nắp khi được lắp ghép với ống để bảo
vệ đầu ống. Phần này thường dài hơn chiều dài ren ống, nhằm để bảo vệ toàn bộ ren.
- Chiều dài ren là phần lắp ghép trực tiếp với ren ống. Phần này thường bị bẩn
nhiều nhất khi lắp ghép vào ống.
- Đường kính lỗ nắp là đường kính lắp ghép, tùy vào từng cỡ ống mà có các đường
kính lỗ khác nhau.
- Đường kính ngồi là đường kính bên ngồi cũng là đường kính lớn nhất của nắp.

14


Hình 1.19: Bản vẽ nắp bảo vệ ren ngồi
1.2.2 Kích thước và thông số kỹ thuật nắp bảo vệ ren trong
- Tổng chiều dài nắp là toàn bộ chiều dài của nắp bảo vệ. Tùy các cỡ nắp khác
nhau mà có các loại nắp có chiều dài khác nhau.
- Chiều dài lắp ghép là phần làm việc của nắp khi được lắp ghép với ống để bảo
vệ đầu ống.
- Chiều dài ren là phần lắp ghép trực tiếp với ren ống. Phần này thường bị bẩn
nhiều nhất khi lắp ghép vào ống.
- Đường kính nắp là đường kính lớn nhất của nắp bảo vệ, tùy thuộc vào loại ống
lớn hay nhỏ mà nắp bảo vệ có đường kính lớn hay nhỏ phù hợp với từng loại ống.

15


Hình 1.20: Bản vẽ nắp bảo vệ ren trong
1.2.3 Nắp bảo vệ ren ống bẩn
Nắp bảo vệ ren bẩn là các loại nắp bảo vệ đã được sử dụng, dính mỡ bảo vệ ren
(mỡ bảo vệ lưu kho hay mỡ để vặn ống). Nếu không làm sạch mỡ bảo vệ ren khi lắp nắp

sẽ dẫn đến các hậu quả như trầy xướt mặt ren do phoi tiện dính vào nắp, hay ren sẽ bị
han rỉ, rổ do nắp bảo vệ dính nước hoặc các tạp chất khác lẫn trong mỡ bảo vệ. Việc kiểm
tra khơng có vật lạ bám vào nắp bảo vệ và làm sạch các nắp bảo vệ trước khi lắp lại là
yêu cầu bắt buộc phải thực hiện trong quy trình kiểm tra ren ống tại Cơng ty Vietubes.
- Nắp bảo vệ ren dính mỡ bảo vệ ren để lưu kho Rust Veto AS.

Hình 1.21: Nắp bảo vệ dính mỡ lưu kho
- Nắp bảo vệ ren dính mỡ bảo vệ ren để vặn ống API Plusco 100.
16