CC BY
283
С каждым годом объемы бурения нефтяных и газовых скважин растут практически во всех нефтегазоносных районах России. При увеличивающемся темпе разработки месторождений вопрос о промышленной безопасности при эксплуатации бурового оборудования становится все более актуальным.
i'HEYlF
N' ' '
Ш W
АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ НА БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ
№
I ' I! г
Поводом к рассмотрению вопроса об использовании талевых канатов различных производителей послужили часто возникающие претензии к низкой стойкости канатов, используемых в талевой системе. Первая информация поступила с Сургутского месторождения (ООО «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 028 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 т. Согласно «Инструкции по эксплуатации», гарантийная по ГОСТ 16853-88 наработка талевых канатов марки В 028 мм должна быть не менее 19 т км/м.
При первичном анализе причин повышенного износа талевого каната специалисты 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.
Основным фактором, лимитирующим долговечность талевого каната, являются циклически повторяющиеся изгибные напряжения в проволоках каната при прохождении последнего через шкивы талевого блока и кронблока 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
Основным фактором, лимитирующим долговечность талевого каната, являются циклически повторяющиеся изгибные напряжения в проволоках каната
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 филиала ЗАО «Сибирская Сервисная Компания».
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ:
• допускаемая нагрузка на крюке - 175 т;
• 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 4х5;
• диаметр 8-ми шкивов (наружный) - 760 мм; неподвижного шкива - 1000 мм.
• Диапазон рабочих температур
от - 45 ... + 40 СО (ГОСТ 15150-69).
известно, что уменьшение соотношения Dш/dк (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 кронбло-ка, что в свою очередь дает снижение ►
ЭКСПОЗИЦИЯ 17 (37) август 2007 г.
БУРЕНИЕ 9
ООО «Сиб-Буркомплект»
ч
£
:: УЗЛЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК (ОАО «УЗТМ»)
:: ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
:: БУРОВЫЕ КЛЮЧИ И ИНСТРУМЕНТ
:: СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БУ И ШИННО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МУФТЫ
:: ТЕХОСНАСТКА, НЕФТЯНЫЕ ЦЕПИ
:: БУРОВЫЕ СООРУЖЕНИЯ
:: РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
:: КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
:: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ГРАЖДАНСКОГО И ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
625000, г. Тюмень, уя. Советская, д. 65/1 Т. (3452) 46-36-75 Т./ф. (3452) 46-98-83
пе^еЬиг(йИтп.ги www.sibbur.fu
усилия в телескопических гидроцилиндрах для подъема вышки в вертикальное положение, а также снижение напряжений в элементах вышки при подъеме.
В 2004 году 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. Целью эксперимента являлось: 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 0С-28-1-1770 по ГОСТ 16853-88 (Орловский сталепрокатный завод). Диаметр каната в свободном (ненатянутом) 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 2870м.
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 25.11.2005г, стойкость каната производства Белорецкого металлургического комбината выше стойкости каната производства Орловского сталепрокатного завода в два раза, но эти данные получены для скважины глубиной 2360м, которые не позволяют объективно судить о стойкости каната Белорецкого металлургического комбината.
На основании полученных данных было принято решение продолжить испытания буровой установки 2900/175 ЭР-П бурением очередной промышленной скважины с применением каната производства «Bridón 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 6х26 + 1м.с. (металлический сердечник), маркировочной группы 1770 Н/мм2, с разрывным усилием 51,9 т. производства Германии. Проводка скважины проектной глубиной 2900м показала, что первая перетяжка талевого каната произведена при глубине скважины 2050м, при этом наработка каната до перетяжки составила 6690 т^км. Вторая перетяжка произведена при достижении глубины скважины 2800м - 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 «Bridón International GmbH».
В начале 2004г. очередной аварийный случай произошел при эксплуатации буровой установки 2500/160 ДПБМ-1 (ООО «БК Силур» г. Печора). Обрыв талевого каната произошел при ликвидации осложнения на забое, где необходимо было нагрузить буровую
вышку нагрузкой на крюке 160т. Натяжение каждой из 8-ми струн снастки составило около 20 т, что при требуемом трехкратном запасе 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 28мм производства Орловского сталепрокатного завода, изготовленный 03.06.2003г. по ГОСТ 16853-88, сертификат № 100, с суммарным
разрывным усилием 612297Н, подвергся разрыву на испытательном стенде УММ-50. Образец талевого каната при усилии натяжения 300000 Н начал разрушаться по отдельным проволокам с последующим разрывом одной пряди в свивке. Согласно акту от 15.02.2004г., талевый канат признан непригодным 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 22.03.1994г. В документе 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» (зав. № 14697и № 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 =36Ь ; Dбар=24d ,
' г ' шк кан' кан'
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 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 заявленному в сертификатах качеству.
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 повышения их технического ресурса рекомендуются 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);
• проведение на проволочно-канатных заводах мероприятий по повышению качества катанки, проволоки и канатов;
• ужесточить контроль за соблюдением технологии изготовления канатов. ■
А. И. ИЛЬИНЫХ - гл. конструктор, Д.А. АЛЕКСЕЕВ - инженер-конструктор, А.П. ГАРЕЙС - гл. инженер проекта ЗАО «Уралмаш-Буровое оборудование»
Талевый канат признан не пригодным к эксплуатации при бурении глубоких скважин из-за несоответствия характеристикам, обозначенным в сертификате.
Судя по всему, канаты не были подвергнуты предварительной вытяжке, а сердечник и пряди не «пропитаны» смазкой.
