А.И. ИЛЬИНЫХ Анализ использования стальных канатов на буровых установках

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

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

С каждым годом объемы бурения нефтяных и газовых скважин растут прантически во всех нефтегазоносных районах России. При увеличивающем­ся темно 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 Сугмутского месторожде­ния (000'Сервисная буровая компа­ния', г. Ноябрьск). 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 не 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;

●          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 приэксплуатации мобильной буровой ус­тановки «Уралмаш 2900/175 ЭР-П». Установка с электроприводом основ­ных механизмов от двигателей посто­янного тока была спроектирована и изготовлена для Отрадненского фи­лиала 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 х 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 API и от­ечественной литературы известно, что уменьшение соотношения Dm/dK (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 площади проведены наблюдения за работой талевого каната. Цель эксперимента — определить наработку каната, вы­явить причины, способствующие его износу, и принять решение по выявленным недостаткам. На момент на­чала 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 кана­та производства Bridon International GmbH.В начале 2004 г. очередной преце­дент произошел при эксплуатации бу­ровой установки 2500/160 ДПБМ-1 (000 «БК Силур» г. Печора). Обрыв талевого каната произошел при лик­видации осложнения на забое, где необходимо было дать нагрузку на крюке — 160 тонн. Натяжение 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 612297Н, подвергся раз­рыву на испытательном стенде УММ-50. Образец талевого каната при усилии натяжения 300 000 Н 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, D_шк = 36d_Kaн; D_Бap = 24d_Kaн, 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- калибровочный завод), причем называ­ются наработки двух бухт — соответ­ственно 1080 т●км и 1106 т●км.В результате специалисты ЗАО «Уралмаш — Буровое оборудова­ние» сделали вывод, что талевые ка­наты с органическим сердечником для работы на буровых установках 3900/225 ЭК-БМ выбраны буровым предприятием неправильно. Согласно п. 1.10. «Инструкции по эксплуатации талевых канатов» рекомендуется: «при бурении скважин глубиной бо­лее 3000 м применять канаты с ме­таллическим сердечником, при этом более предпочтительны канаты с ор­ганическим заполнителем, изготавли­ваемые по ТУ 14-4-1767-94».Кроме того, после внешнего осмо­тра канатов и учитывая наработку до перетяжки меньше норматива в 4 ... 5 раз, можно сделать вывод, что ха­рактеристики канатов не соответству­ют заявленной в сертификатах качес­тва.Согласно п. 1.9. «Инструкции по эксплуатации талевых канатов»: «для защиты от износа канат покрывают при свивке специальными смазками. Смазку наносят внутрь прядей и тон­ким слоем на поверхность канатов в процессе их изготовления». Судя по всему, канаты не были подвергнуты предварительной вытяжке, а сердеч­ник и пряди не «пропитаны» смазкой. В результате этого по всей длине ка­натов и на внутренних поверхностях ограждений подъемных валов имеют­ся частицы выдавленного сердечника (пеньки). Талевые канаты совершенно сухие, имеют блестящий вид, напоми­нающий пучки алюминиевых прово­лок.При этом следует сказать, что ка­нат для Губкинского филиала постав­ляется посредническими фирмами, причем зачастую при поставке каната разных фирм бухты каната имеют со­вершенно одинаковый вид.

Таким образом, после подробного анализа причин повышенного износа талевых канатов для улучшения их технического ресурса специалисты ЗАО «Уралмаш — Буровое оборудо­вание» рекомендуют следующие ме­роприятия:

● правильно выбирать конструкцию каната для конкретных условий экс­плуатации;

● постоянно вести учет работы и сис­темы перепуска канатов;

● выполнять правила эксплуатации канатов (навеску, регулярное нанесе­ние смазки в процессе работы каната и при его хранении);

● проводить на проволочно-канатных заводах мероприятия по повышению качества катанки, проволоки и кана­тов;

● ужесточить контроль за соблюде­нием технологии изготовления кана­тов. 

Вы уже определились, что вам нужно создание сайтов, но не определились у кого заказать? Рекомендуем Вам заказывать создание сайтов в этой студии. Леятельность этой студии уже 10 лет - создание сайтов!