滑大繩割大繩使用及計(jì)算方法

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鉆井大繩滑繩、割繩作業(yè)和大繩的正確使用

一.滑大繩與割大繩的目的

鉆機(jī)的提升能力決定了鉆井大繩的配套標(biāo)準(zhǔn)，各類(lèi)鉆機(jī)提升載荷不同，配套大繩的類(lèi)型以及抗拉強(qiáng)度也不同。大繩的使用壽命與其配套時(shí)設(shè)計(jì)安全系數(shù)以及使用方法有關(guān)，各類(lèi)鋼絲繩最小安全系數(shù)API標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表一，鉆井現(xiàn)場(chǎng)常用大繩抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表二。在大繩類(lèi)型選定之后，其使用壽命完全取決于現(xiàn)場(chǎng)的正確操作。

表一.常用鋼絲繩最小安全系數(shù)API標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)項(xiàng)目鋼絲繩安全系數(shù)1頓鉆2轉(zhuǎn)盤(pán)3撈砂鋼絲繩4起升5下6處理事故7常規(guī)吊裝作業(yè)使用工況鉆機(jī)大繩鉆機(jī)大繩井架大繩套管作業(yè)3.03.03.02.52.02.03.0表二.鉆井現(xiàn)場(chǎng)常用大繩抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目鋼絲繩公稱尺寸抗拉強(qiáng)度英寸mmton1125.437.921-1/828.647.731-1/431.858.641-3/834.970.551-1/238.183.5備注：本抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)表只針對(duì)金屬芯、6*19、加強(qiáng)犁鋼材質(zhì)的鉆井大繩，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)以

廠家提供的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

大繩在使用過(guò)程其磨損主要分為兩種：1.貫穿整條大繩的磨損。2.關(guān)鍵磨損點(diǎn)的磨損。關(guān)鍵磨損點(diǎn)主要分為兩種：

1.鋼絲繩與滑輪之間的接觸點(diǎn)（取決于井架高度與提升點(diǎn)）。

2.特別拐點(diǎn)，即滾筒上兩圈之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)（取決于滾筒直徑與寬度）。為延長(zhǎng)大繩的使用壽命，只有定期改變關(guān)鍵磨損點(diǎn)的位置?；K與割繩的主要目的就是不斷分散關(guān)鍵磨損點(diǎn)，盡可能使整條大繩的磨損達(dá)到均勻，以避免關(guān)鍵磨損點(diǎn)長(zhǎng)期作用于同一位置而造成大繩局部損傷，從而影響整條大繩的壽命。二.大繩功的計(jì)算

為了分散關(guān)鍵磨損點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)以大繩所做的功為參考依據(jù)。在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井各種工況條件下，包括鉆進(jìn)、取芯、打撈、起下鉆、下套管等，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算公式如下：

1.在井深為H時(shí)起下一趟鉆大繩所做的功

Tm=〔PH（H+L）+4H（W+d/2）〕*10-6其中：Tm=大繩功（ton·km）；H=起下鉆時(shí)的井深（m）；L=一根鉆桿立柱的長(zhǎng)度（m）；

P=鉆桿在泥漿中的單位長(zhǎng)度的重量，（包括工具接頭，kg/m）；W=游動(dòng)系統(tǒng)總重量，包括游車(chē)、大鉤、吊卡等，（kg）；

d=有效鉆鋌重量，即鉆鋌浮重減去與鉆鋌等長(zhǎng)的鉆桿的浮重，（kg）。2.從井深H1鉆至井深H2時(shí)大繩所做的功（ton·km）Td=2*（T2–T1），鉆進(jìn)過(guò)程無(wú)劃眼；Td=3*（T2–T1），鉆進(jìn)過(guò)程每個(gè)單根打完劃眼一遍；Td=4*（T2–T1），鉆進(jìn)過(guò)程每個(gè)單根打完劃眼二遍。

3.從井深H1取芯鉆進(jìn)至井深H2時(shí)大繩所做的功（ton·km）Td=2*（T2–T1）。

4.下套管時(shí)大繩所做的功

Tm=1/2*〔PH（H+L）+4HW〕*10-6；其中：Tm=大繩功（ton·km）；

P=單位長(zhǎng)度的套管浮重（kg/m）；H=套管下深（m）；

L=套管單根的平均長(zhǎng)度（m）；

W=游動(dòng)系統(tǒng)總重量，包括游車(chē)、大鉤、吊卡等，（kg）。

考慮到鉆井作業(yè)的繁雜性，上述公式并不能完全、真正反映大繩在各種工況下所做的功，譬如震動(dòng)應(yīng)力、摩擦應(yīng)力、加速度等，但作為正確使用大繩的一種參考，已經(jīng)完全能滿足生產(chǎn)實(shí)踐的需要。

那么，大繩在什么時(shí)候應(yīng)當(dāng)進(jìn)行滑大繩、割大繩作業(yè)？大繩累計(jì)做功達(dá)到多少時(shí)才應(yīng)當(dāng)進(jìn)行割大繩作業(yè)？滑繩與割繩長(zhǎng)度又該如何確定呢？三.鉆井大繩割繩前累計(jì)功API標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

滑大繩的目的是盡可能均勻分散鋼絲繩系統(tǒng)中的摩擦，使繩系中各關(guān)鍵摩擦點(diǎn)不斷改變位置。但滑繩不會(huì)影響滾筒上的特別拐點(diǎn)，為了避免大繩上的某一點(diǎn)一直作用在拐點(diǎn)位置，就需要進(jìn)行割大繩作業(yè)。割繩作業(yè)的依據(jù)是使在滾筒頂端割掉的鋼絲繩恰好達(dá)到或盡可能接近其使用壽命。表三為常用鉆井大繩割繩時(shí)大繩累計(jì)功API參考數(shù)據(jù)。

表三.常用鉆井大繩割繩時(shí)大繩累計(jì)功API參考數(shù)據(jù)（由英制單位換算而來(lái)）割繩前大繩累積功——鋼絲繩直徑（mm）的函數(shù)井架高度(m)作業(yè)難度25.4(ton·km)28.631.834.938.1(ton·km)(ton·km)(ton·km)(ton·km)24.3to26.5十分難中等低716716859難71628.6to30.5十分難中等低十分難難中等低十分難難中等低十分難難中等低十分難難中等低716716859859100311461289難71638.4to39.9859143210031575114617191289186240.5to42.0859143210031575114617191289186243.3to44.81432229215752578171928641862300857.0to57.622922864

257831502864343730083724表三所列出的是金屬芯、6*19、加強(qiáng)犁鋼材質(zhì)的鉆井大繩在安全系數(shù)為5的狀況下割繩前大繩所做的累計(jì)功的參考數(shù)據(jù)。在選用該數(shù)據(jù)時(shí)，參照標(biāo)準(zhǔn)為鋼絲繩公稱直徑與作業(yè)難度，井架高度只是說(shuō)明井架和鋼絲繩的一般協(xié)同規(guī)范，不影響數(shù)據(jù)的使用。

另外，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，由于受井深、鉆具結(jié)構(gòu)、作業(yè)工況等各種因素的影響，大繩的安全系數(shù)是一個(gè)變量，是隨工況變化而隨時(shí)變化的。為了保證大繩使用安全、簡(jiǎn)化維護(hù)程序，一般以各種工況時(shí)的最小安全系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。即：

1.正常鉆進(jìn)或取芯作業(yè)過(guò)程為計(jì)算當(dāng)班累計(jì)功以交班時(shí)的鉆具懸重計(jì)算安全系數(shù)；

2.起下鉆或下套管作業(yè)時(shí)以鉆具到達(dá)井底時(shí)的鉆具懸重計(jì)算安全系數(shù)。3.特別工況依此類(lèi)推，求取最小安全系數(shù)。

由于安全系數(shù)的變化很大，表三所給的大繩累計(jì)功參考數(shù)據(jù)必需予以修正，否則會(huì)對(duì)大繩使用壽命和經(jīng)濟(jì)性造成很大的影響。修正曲線如下圖所示：

鉆井大繩安全系數(shù)校正曲線1.61.4校正系數(shù)（CF）1.210.80.60.40.20232345678910安全系數(shù)(SF)系列1安全系數(shù)的計(jì)算方法如下：

1.計(jì)算快繩拉力F=W÷(A×N)；

其中：W=鉤載，ton；

A=纏繩效率（見(jiàn)表四）；N=大繩繩數(shù)。

2.計(jì)算安全系數(shù)SF=T÷F；

其中：T=大繩抗拉強(qiáng)度，ton（見(jiàn)表二）；

纏繩效率與游動(dòng)系統(tǒng)的軸承類(lèi)型和纏繩數(shù)有關(guān)，其計(jì)算方法如下：A=（KN-1）÷〔N×（K-1）×KN〕；

其中：K=不同軸承類(lèi)型的游動(dòng)系統(tǒng)的摩擦系數(shù)。

根據(jù)纏繩效率計(jì)算公式，對(duì)于滑動(dòng)軸承（K=1.09）與滾柱軸承（K=1.04）的游動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)不同的鋼絲繩數(shù)，計(jì)算得出其纏繩效率如表四：

表四.不同軸承與纏繩數(shù)的游動(dòng)系統(tǒng)的鉆井大繩纏繩效率繩數(shù)軸承類(lèi)型滑動(dòng)軸承（K=1.09）滾柱軸承（K=1.04）20.88040.81060.74880.692100.642120.597140.5560.9430.9070.8740.8420.8110.7820.755綜上所述，對(duì)于不同的鉆井工序，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況求出大繩的安全系

數(shù)，然后結(jié)合安全系數(shù)校正曲線得出校正系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)（井架高度與大繩尺寸）和作業(yè)難度即可獲得某一鉆機(jī)在各種工況下割繩時(shí)的大繩累計(jì)功的參考數(shù)據(jù)。

在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，確認(rèn)大繩實(shí)際累計(jì)功已經(jīng)達(dá)到割繩標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備進(jìn)行割繩，那么割繩長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)如何確定呢？在施工過(guò)程為不斷分散關(guān)鍵摩擦點(diǎn)需要分次進(jìn)行滑繩，滑繩應(yīng)當(dāng)參照什么依據(jù)進(jìn)行呢？

四.鉆井大繩割繩長(zhǎng)度API標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和滑繩次數(shù)與長(zhǎng)度的確定大繩的割繩長(zhǎng)度受到各種因素的影響，譬如：1.在游車(chē)運(yùn)動(dòng)范圍底部和頂部的載荷提升點(diǎn)；2.滾筒上拐點(diǎn)的位置和滾筒尺寸；3.大繩尺寸與質(zhì)量；

4.所采用的安全系數(shù)與鋼絲繩的工況等。

為了簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作，對(duì)于不同高度的井架和各類(lèi)鉆機(jī)不同尺寸的滾筒直徑，API推薦割繩長(zhǎng)度見(jiàn)下表（表四）。

表四.API推薦割繩長(zhǎng)度數(shù)據(jù)表（為便于現(xiàn)場(chǎng)使用采用了不同數(shù)據(jù)單位）鋼絲繩割繩作業(yè)割繩長(zhǎng)度是井架高度與滾筒直徑的函數(shù)滾筒直徑(in)井架高度11(m)13141618202224262830323436割繩長(zhǎng)度（m）和滾筒上遮程圈數(shù)≥46.043.3to45.740.5to42.736.6to40.227.7to36.322.2to27.5≤21.934.634.734.533.933.015.514.513.512.511.525.925.925.727.526.813.512.511.511.510.524.725.523.923.925.725.124.315.514.512.511.511.510.59.522.322.323.121.923.923.923.522.724.317.515.514.512.512.511.510.59.59.520.219.618.518.018.418.418.219.719.019.517.514.512.511.510.59.59.58.518.216.216.016.517.514.512.511.511.012.012.511.5備注：1.所謂遮程圈數(shù)即吊環(huán)剛好接觸轉(zhuǎn)盤(pán)面位置時(shí)，滾筒上應(yīng)當(dāng)纏繞的大繩圈數(shù)。2.對(duì)于