научная статья по теме АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ НА БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ ФИРМЫ ЗАО «УРАЛМАШ - БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ» Геофизика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ НА БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ ФИРМЫ ЗАО «УРАЛМАШ - БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»»

инструмент и оборудование

34

■ei

Анализ использования стальных канатов на буровых установках фирмы ЗАО «Уралмаш - Буровое оборудование

»

А.И. ИЛЬИНЫХ, гл. конструктор, Д.А. АЛЕКСЕЕВ, инженер-конструктор, А.П. ГАРЕЙС, гл. инженер проекта. ЗАО «Уралмаш — буровое оборудование»

С каждым годом объемы бурения нефтяных и газовых скважин растут практически во всех нефтегазоносных районах России. При увеличивающемся темпе разработки месторождений задача промышленной безопасности при эксплуатации бурового оборудования становится все более актуальной.

Поводом к рассмотрению вопроса об использовании талевых канатов различных производителей послужили часто возникающие претензии о низкой стойкости канатов, применяемых в талевой системе. Первая информация поступила с Сугмут-ского месторождения (ООО «Сервисная буровая компания», г. Но-ябрьск). На буровых установках «Уралмаш 4000/250 ЭК-БМ», где были внедрены в эксплуатацию буровые лебедки новой серии ЭТ, выходили из строя талевые канаты диаметром 28 мм по причине обрыва.

Наработка талевого каната составила 3804 т- км, при этом прядь была оборвана при бурении скважины на глубине 2936 м, с нагрузкой на крюке талевой системы 70 тонн. Согласно «Инструкции по эксплуатации» гарантийная по ГОСТ 16853-88 наработка талевых канатов марки В диаметром 28 мм должна быть не менее 19 т* км/м.

При первичном анализе причин повышенного износа талевого каната специалисты ЗАО «Уралмаш — Буровое оборудование» склонялись к ошибкам в конструкции новых лебедок, а именно:

• неверно выбранный шаг нарезки «Лебус» на барабане;

ANALYSIS OF THE STEEL ROPES USING IN «URALMASH - DRILLING EQUIPMENT» DRILLING RIGS

The comparison of the steel ropes of different manufacturers focusing to drilling works safety.

• форма специальной клиновой накладки на барабане для обеспечения лучшего перехода каната с предыдущего на последующий слой навивки;

• угол схода каната с ходового ролика кронблока относительно оси барабана лебедки (угол девиации).

При этом не всегда брались во внимание:

• случаи потери канатом цилиндрической формы, когда первый слой навивки на барабане имел форму гребней, сформированных вторым слоем навивки;

• случаи выдавливания сердечника;

• случаи поломок проволок прядей по причине излома, не вследствие механического износа, а по причине циклического излома, когда сечение каждой из поломанных проволок пряди не претерпевало изменений по толщине.

По инициативе изготовителя накладки «Лебус» барабанов лебедок были заменены, буровое предприятие усилило контроль за состоянием каната и чаще стало проводить технологические перетяжки каната. В результате принятых мер технический ресурс каната увеличился, и проблема была снята.

Повторно к теме повышенного износа талевого каната вернулись при эксплуатации мобильной буровой установки «Уралмаш 2900/175 ЭР-П». Установка с электроприводом основных механизмов от двигателей постоянного тока была спроектирована и изготовлена для Отрадненского фи-

-е-

A.ILINYH, D.ALEKSEEV, A.GAREYS, Uralmash - Drilling equipment

инструмент и оборудование И

лиала ЗАО «Сибирской Сервисной Компании».

Основные параметры буровой установки:

• допускаемая нагрузка на крюке — 175 тонн;

• условная глубина бурения — 2900 м;

• скорость подъема крюка — 0 ... 1,6 м/с;

• расчетная мощность буровой лебедки на входном валу — 600 кВт;

• диаметр талевого каната — 28 мм;

• оснастка талевой системы 4 @ 5;

• диаметр 8-ми шкивов (наружный)

— 760 мм; неподвижного шкива — 1000 мм;

• диапазон рабочих температур от

— 45 ... + 40°С (ГОСТ 15150-69). Основным фактором, лимитирующим долговечность талевого каната, являются циклически повторяющиеся изгибные напряжения в проволоках каната при прохождении последнего через шкивы талевого блока и крон-блока и при навивке на барабан лебедки. Совместное действие напряжений в проволоках от циклически повторяющихся растягивающих нагрузок и от изгиба на шкивах и барабане вызывает усталость и износ проволок, что приводит к их разрушению. Из рекомендаций АР! и отечественной литературы известно, что уменьшение соотношения 0ш/с1к (диаметра шкива и каната талевой системы) ведет к снижению долговечности и, следовательно, более частой

перетяжке каната, вследствие износа и усталости материала проволок.

В общепринятой мировой практике диаметр шкивов талевой системы принимается для мобильных буровых установок в пределах 30 дюймов. Чрезмерно быстрый износ и усталость материала наружных проволок канатов является следствием малых радиусов шкивов талевой системы и диаметра барабана лебедки. Такая картина наблюдается только на последнем этапе бурения при максимальных нагрузках на крюке. Но, тем не менее, при проектировании мобильной буровой установки 2900/175 ЭР-П были приняты диаметры шкивов талевой системы, равные 760 мм. Это сделано для уменьшения габаритных размеров и веса крон-блока, что в свою очередь дает снижение усилия в телескопических гидроцилиндрах для подъема вышки в вертикальное положение, а также снижение напряжений в элементах вышки при подъеме.

В 2004 г. в рамках «Программы и методики приемочных (промышленных) испытаний» при бурении мобильной буровой установкой 2900/175 ЭР-П промышленной скважины №103 Анютинской площа-дипроведены наблюдения за работой талевого каната. Цель эксперимента — определить наработку каната, выявить причины, способствующие его износу, и принять решение по выявленным недостаткам. На момент на-

чала наблюдений талевая система буровой установки была оснащена канатом марки ОС-28-1-1770 по ГОСТ 16853-88 (Орловский сталепрокатный завод). Диаметр каната в свободном (не натянутом) состоянии составлял 29,8 мм, а в напряженном (натянутом) — 28,0 мм. По результатам расчетов и истории всех спуско-подъемных операций наработка талевого каната составила 6075 т* км для скважины глубиной 2870 м.

Бурение следующей скважины — №2 Малочерниговской площади этой же установкой проведено при оснастке талевой системы канатом ОС 28-В-Т-1770 по ГОСТ 16853-88 (Белорецкий металлургический комбинат). Согласно акту приемочной комиссии от 25.11.2005 г. стойкость каната производства Белорецкого металлургического комбината выше стойкости каната производства Орловского сталепрокатного завода в два раза, но эти данные получены для скважины глубиной 2360 м, которые не позволяют объективно судить о стойкости каната Белорецкого металлургического комбината.

На основании полученных данных было принято решение испытания буровой установки 2900/175 ЭР-П продолжить бурением очередной промышленной скважины с применением каната производства Bridon International GmbH (Германия).

Бурение на 6-й скважине №105 Анютинской площади проведено с использованием талевого каната правой крестовой свивки, номинальным диаметром 1 1/8 дюйма (29 мм), конструкции 6 х 26 + 1 м.с. (металлический сердечник), маркировочной группы 1770 Н/мм2, с разрывным усилием 51,9 тонны производства Германии. Проводка скважины проектной глубиной 2900 м показала, что первая перетяжка талевого каната произведена при глубине скважины 2050 м, при этом наработка каната до перетяжки составила 6690 т* км. Вторая перетяжка произведена при достижении глубины скважины 2800 м — наработка каната до второй перетяжки составила 4843 т* км, что соответствует нормам, изложенным в «Инструкции по эксплуатации талевых канатов». Дальнейшее бурение и эксплуатацию буровой установки 2900/175 ЭР-П приемочная комиссия рекомендовала с применением кана-

35

¡в-

инструмент и оборудование

36

-Э-.

та производства Bridón Internationa! GmbH.

В начале 2004 г. очередной прецедент произошел при эксплуатации буровой установки 2500/160 ДПБM-1 (ООО <^K Силур» г. Печора). Обрыв талевого каната произошел при ликвидации осложнения на забое, где необходимо было дать нагрузку на крюке — 160 тонн. Haтяжение каждой из 8-и струн оснастки составило около 20 тонн, что при требуемом трехкратном запасе по прочности каната по весу бурильной колонны далеко не критическая нагрузка. Для обеспечения безопасности бурильных работ руководством было принято решение об испытании этого каната на разрывной машине.

Талевый канат диаметром 28 мм производства Орловского сталепрокатного завода, изготовленный 03.06.2003 г. по ГОСТ 16853-88, сертификат №100, с суммарным разрывным усилием 612297H, подвергся разрыву на испытательном стенде УMM-50. Образец талевого каната при усилии натяжения 300 000 H начал разрушаться по отдельным проволокам с последующим разрывом одной пряди в свивке. Согласно акту от 15.02.2004 г. талевый канат признан не пригодным к эксплуатации при бурении глубоких скважин из-за несоответствия характеристикам, обозначенным в сертификате.

Службой главного механика ООО «БК Силур» был представлен еще один документ №04-11/274, датированный 22.03.1994 г. В нем, в частности, говорится: «Печорский округ Госгортехнадзора России письмом от 02.03.1994 г. №245 на основании требования письма Госгортехнадзора России №10-15/45 от 10.02.1994 г. запрещает эксплуатацию талевых канатов Орловского сталепрокатного завода до выяснения причин аварийности при эксплуатации талевых канатов диаметром 28 мм и 32 мм».

И самая свежая информация поступила из ООО «РН — Бурение» с установок для кустового бурения 3900/225 ЭК-БМ. В письме директора Губкинского филиала ООО «РН — Бурение» сказано: «В связи с участившимися авариями по обрыву талевого каната на буровых установках «Уралмаш 3900/225ЭК-БМ» (заводские номера: 14697 и 14698) на кустовых площадках Ванкорского месторождения просим Вас направить Вашего представителя для расследования причины обрыва талевого каната».

На установках этой серии наиболее близкие соотношения диаметров шкивов талевой системы и диаметра барабана лебедки к диаметру каната, рекомендуемые научной литературой 0ШК = 36<^ан; Рбар = 24<<

поэтому информация об авариях, связанных с обрывом талевого каната, была тем более неожиданной. В акте, составленном представителями ЗАО «Уралмаш — Буровое оборудование» и специалистами ООО «РН — Бурение», фигурирует уже низкое качество талевого каната ОАО «ММК-Метиз» (Магнитогорский метизно- ка либровоч

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком