Оглавление
буровой канат талевый блок
Введение
1. Конструкция бурового каната
2. Маркировка
3. Износ и повреждения каната
4. Расчёт, подбор бурового каната
5. Техника безопасности. Замена каната
Заключение
Список использованных источников
Введение
Цель работы: закрепление и углубление теоретических знаний о буровых канатах, рассмотрение различных их типов и изучение метода подбора буровых канатов.
Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое число типов и конструкций и различаются по форме поперечного сечения как самого каната, так и его элементов, а также по физико-механическим характеристикам проволок и сердечников.
Талевые системы характеризуются числом рабочих струн каната, его диаметром и максимально допустимой нагрузки. В талевых системах используются только канаты круглого сечения двойной свивки из абсолютно одинаковых канатов. Обычно, на практике применяют талевые системы, при которой количество слоев навивки каната не превышает двух-трех штук. Под оснасткой талевой системы подразумевается навеска каната на шкивы талевого блока и кронблока в определенной последовательности, которая должна исключать возможность трение струн каната друг о друга, а также его перекрещивание.
Существует два основных вида оснастки талевой системы. Параллельная оснастка представляет собой конструкцию, при которой ось подвижного блока параллельна оси кронблока. При крестовой оснастке оси кронблока и подвижного блока перпендикулярны по отношению к друг другу. Преимуществом крестовой оснастки талевой системы является то, что она исключает риск закручивания каната, а также трение его струн.
В процессе эксплуатации талевые канаты подвергаются многочисленным и многократным перегибам на шкивах кронблока, на барабане лебедки, на шкивах подвижного блока, а также растяжению. Все перечисленные факторы способствуют усталостному разрушению каната и механическому изнашиванию на барабане лебедке и шкивах. Поэтому очень важно обладать умением правильно подбирать буровой канат, именно это и будет разобрано в данной работе.
1. Конструкция бурового каната
Существует большое разнообразие конструкций канатов, отличающихся диаметрами, количеством проволок и прядей, шагом, направлением и углом свивки, характером взаимного касания проволок. В талевых системах буровых установок используются стальные канаты только круглого сечения двойной свивки из одинаковых канатов, называемых прядями (рис. 1).
Рисунок 1. Талевый канат с шестью прядями и пружинным сердечником
Стальные талевые канаты (рис. 2) изготовляют различной конструкции: крестовой свивки правой и левой, обозначаемые соответственно символами «Z» и «S». При этой свивке проволоки в прядях свиваются в одну сторону, а пряди вокруг сердечника в другую. В талевых системах для эксплуатационного бурения более распространены канаты правой крестовой свивки, изготовленные из высокоуглеродистой высокомарганцовистой канатной стальной проволоки с пределом прочности 1766-- 1960 МПа.
Рисунок 2. Талевые канаты I - крестовой свивки, II - односторонней свивки, а - правой; б - левой
Путем свивки пучков проволок в пряди, а прядей между собой с учетом заданных требований получают талевые канаты с высоким техническим ресурсом работоспособности. С уменьшением шага свивки возрастает структурная плотность и прочность каната. Шаг свивки проволок в прядях и шаг прядей в канате принимают соответственно 8,5- и 6,5- кратным относительно диаметра каната (рис. 3).
Рисунок 3. Шаг свивки
В прядях группа проволок располагается по спирали вокруг сердечника в несколько концентрических слоев. Пряди каната по роду свивки изготовляют трех типов: · С односторонним направлением, одинаковым углом свивки и линейным касанием проволок в слоях (тип ЛК) · С одинаковым шагом свивки во всех слоях и точечным касанием проволок в слоях (тип ТК) · Комбинированные с разным направлением свивки по слоям и точечным касанием проволок в слоях (тип ТК).
Канаты с линейным касанием проволок типа ЛК, по сравнению с канатами точечного касания крестовой свивки типа ТК обладают повышенной гибкостью, работоспособностью и долговечностью за счет более меньших контактных напряжений. Однако при эксплуатации с провисанием ветвей и без использования направляющих, а также при резком расслаблении натяжения ветвей эти канаты склонны к раскручиванию. Пряди изготовляют из разного числа слоев проволок (рис. 4).
Рисунок 4. Сечения прядей каната
Сердечник каната может быть металлическим, органическим (рис. 5) или комбинированным. Он является опорой для прядей. Тип сердечника и его материал влияют на поперечную жесткость и смятие каната под действием осевых и радиальных нагрузок.
Металлический сердечник представляет собой канат двойной односторонней свивки. Конструкция металлического сердечника в талевых канатах имеет формулу 7x7 (1 + 6), что означает семь прядей по семь проволок. Одна прядь состоит из центральной проволоки и шести проволок, свитых вокруг нее. Направление свивки прядей сердечника противоположно направлению свивки прядей в канате.
Канаты с металлическим сердечником имеют большее разрывное усилие при том же диаметре и большую стойкость к раздавливанию при навивке на барабан лебедки, но они менее долговечны, чем канаты с органическим сердечником н более чувствительны к качеству свивки. При нарушении технологии изготовления они имеют склонность к образованию винтовой деформации на начальном этапе эксплуатации. Канаты с металлическим сердечником рекомендуют для бурения глубоких скважин с большим числом спуско-подъемных операций.
Рисунок 5. Шестипрядный канат: а - с металлическим сердечником, б - с органическим сердечником
Органические сердечники изготавливают из искусственных (полипропилен, полиэтилен и другие пластмассы) или натуральных (пенька, манила или сизаль) материалов. Органический сердечник представляет собой канат, свитый из трех основных прядей. Иногда для заполнения требуемого объема к органическому сердечнику добавляют дополнительные жгуты из того же материала - каболки. Органический сердечник является аккумулятором смазки, что положительно сказывается на долговечности каната.
Комбинированные сердечники совмещают в себе достоинства металлических и органических. Комбинированный сердечник в обшем случае представляет собой стальной канат в пластиковой оболочке. Талевые канаты с такими сердечниками производятся ведущими мировыми фирмами, например фирмой BRIDON (Брайдон). На территории СНГ производство таких канатов освоено на заводе «Стальканат» (г. Одесса).
2. Маркировка
В обозначение талевого каната входит:
- тип сердечника, органический ОС или металлический МС,
- диаметр каната 25,28,32,35 или 38 мм; · - группа качества стали, из которой изготовлены проволоки, - марка стали высшая (В) или первая (I);
- точность изготовления каната - нормальной или повышенной (Т);
- направление сивки прядей в канате - правое или левое (Л);
- временное сопротивление разрыву стали, из которой изготовлены проволоки (маркировочная группа прочности) 1570- 1770 МПа;
- ГОСТ 16853-88 или ТУ 14-4-1767-94.
Пример обозначения: ОС-32-В-Т-Л-1770 ГОСТ 16853-88 - канат стальной талевый с органическим сердечником, диаметром 32 мм, из стали марки В, повышенной точности изготовления, левой свивки, с маркировочной группой прочности стали по временному сопротивлению 1770 МПа.
Марка каната (В) или (1) означает, что допускаемый разбег временного сопротивления разрыву уВ проволок, взятых из каната (за исключением центральной проволоки и проволок заполнения), не должен превышать значений, приведенных в ГОСТ.
Талевые канаты по назначению являются грузовыми (Г), изготавливаются из светлой проволоки (без покрытия). Назначение каната, правая свивка и нормальная точность изготовления в обозначении талевого каната не указываются. Также в обозначение талевых канатов не входят способ свивки Н - нераскручивающийся; степень уравновешенности свивки Р - рихтованный, так все талевые канаты по определению являются грузовыми, должны быть нераскручивающимися и рихтованными.
Примеры условных обозначений:
(16 кгс/мм):
- Канат МС-32-В-Т-1570 ГОСТ 16853-88
То же, марки 1, левой крестовой свивки, нормальной точности изготовления:
- Канат МС-32-1-Л-1570 ГОСТ 16853-88
Канат с органическим сердечником, диаметром 32 мм, марки В, правой крестовой свивки, повышенной точности изготовления Т, маркировочной группы по временному сопротивлению разрыву 1770 Н/мм (180 кгс/мм):
- Канат ОС-32-В-Т-1770 ГОСТ 16853-88
3. Износ и повреждения каната
На талевый канат в процессе его эксплуатации действуют большие нагрузки которые могут привести к различным видам износа проволок, а также нарушениям структуры каната в целом.
К основным факторам влияющим на долговечность талевого каната относят:
Циклический характер воздействия нагрузок на канат в процессе его работы при спуско-подъемных операциях: как растягивающих, так и изгибающих в шкивах (талевого блока и кронблока) и на барабане лебедки.
Сочетание растягивающих и изгибающих нагрузок вызывает усталость проволок в прядях, что приводит к их разрушению. Величина этих нагрузок зависит от изменяющейся глубины скважины и соответственно нагрузки.
Интенсивный износ талевого каната происходит в случаях плохой навивки каната на барабан в местах перехода каната со слоя на слой, при переходе через вершины нижележащих витков, при прорезании вышележащих витков в промежутки между витками нижележащего слоя.
Динамические нагрузки в талевом канате возникают: при нагруженной системе в процессе бурения, а также в период нагружения талевой системы, в период разгона при подъеме загруженного блока и в период торможения системы при спуске.
Изгибные напряжения в проволоках талевого каната возникают при прохождении каната через шкивы кронблока и талевого блока в процессе бурения и при СПО. Все операции, связанные с работой талевой системы (бурение, СПО, наращивание и т.д.), сопровождаются многоцикловыми изгибами каната в зоне набегания на шкив и сбегания со шкива. В силу фиксированного положения неподвижной струны в части талевого каната, огибающего неподвижный шкив кронблока, образуются зоны накопления усталостных факторов, которые приводят к катастрофическому усталостному износу каната, сопровождающемуся в некоторых случаях авариями.
Потери формы, овальность, сплющивание и раздавливание каната, обусловленные особенностями многослойной навивки каната на барабан. Потери формы возникают при:
- неравномерной укладке первого слоя талевого каната на барабан лебедки;
- многослойной укладке каната, вызывающей сжимающие и контактные напряжения в проволоках и витках нижележащих слоев;
- многослойной укладке каната на барабан в переходных зонах - в зонах перехода витка - виток и перехода с одного слоя на другой.
- выпучивание одной пряди из каната или наоборот западание пряди в центр каната на место органического сердечника.
- локальное раскручивание каната с выдавливанием органического сердечника и потерей правильной формы каната.
4. Расчёт, подбор бурового каната
Для подбора талевого каната в первую очередь рассчитывается масса обсадной колонны:
где Н - глубина бурения, q - масса одного погонного метра обсадной колонны.
Далее расчёту подвергается максимальная нагрузка на крюке с учётом расхаживания. Данное значение высчитывается по следующей формуле:
где g - ускорение свободного падения.
Затем рассчитывается число рабочих струн талевой системы по формуле:
где nшк.тб - количество шкивов подвижного (талевого блока), nшк.кб - количество шкивов кронблока.
Далее рассчитывается натяжение ходового хода талевого каната:
,
где Qоб - масса поднимаемого ободурования,
В - коэффициент сопротивления шкива. Он, в свою очередь, обратно пропорционален коэффициенту полезного действия з. Так, для шкива на подшипниках качения коэффициент полезного действия з равен 0,975.
Затем определяется натяжение неподвижного конца талевого каната:
Коэффициент полезного действия талевой системы рассчитывается по формуле:
Разрывное усилие талевого каната определяется из условия его прочности на разрыв. Данное условие имеет математический вид:
,
где Кзп - коэффициент запаса прочности, значение которого находится в пределах от 3,5 до 4.
Далее в соответствии с ГОСТ 16853-88 (табл.1) и результатами расчётов определяется тип талевого каната, его маркировка, диаметр, а также разрывное усилие.
После этого определяется натяжение рабочих струн каната:
И нагрузка на ось кронблока высчитывается по формуле:
Таблица 1
5. Техника безопасности. Замена каната
Во избежании аварий, вызваных обрывом талевого каната, техника безопасности обязывает производить отбраковку - визуальный и инструментальный контроль каната с целью выявления дефектов и вести расчет его долговечности - наработки.