Талевые канаты

Для оснастки талевой системы применяют стальные канаты диаметром 16,5 - 22,5 мм с пределом прочности на растяжение 1400 – 1900 МПа. Канаты свиваются на канатовъющих машинах из светлой или оцинкованной проволоки высокой прочности. Проволоки свиваются в пряди, а пряди свивают в канат вокруг органического или металлического сердечника.

Канаты (рис.) выполняют с линейным касанием проволок в прядях и с проволоками одинакового диаметра, а канаты (рис.) ­с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей; про­волоки могут быть одинакового и разного диаметра.

По роду свивки канаты подразделяются на обыкновенные и нерас­кручивающиеся, по направлению свивки верхнего слоя проволок - на канаты правой и левой свивки, а по виду свивки - на канаты кресто­вой односторонней и комбинированной свивки. Если пряди в отвес­ном канате идут слева вверх направо, то они имеют правую свивку, а если идут справа вверх налево - левую свивку

Расчет каната ведется на сложное сопротивление, учитывающее совместное действие растяжения и изгиба. При этом вначале выби­рают канат, по разрывному усилию исходя из усилия в ходовом конце каната

где К- коэффициент запаса прочности, который принимается рав­ным 4 .. 5.

Напряжение от растяжения определяют по формуле:

.σ_р = 4 Рх / π δ² i

где δ - диаметр проволоки в канате в мм;

i - количество проволок в канате.

Напряжение изгиба можно определить по формуле:

.σ_из = 3 Е δ /8D

где Е - модуль упругости материала проволоки, равный 2,1х10¹¹ Па;

D - диаметр шкива кронблока

Суммарное напряжение σ _∑ = σ_р + σ_из

Запас прочности К определяется из соотношения:

К = σ_в / σ _∑

Где: σ_в - предел прочности материала проволоки при растяжении, МПа

Рис. Канат типа ЛК-О Рис. Канат типа ТК

Выбор оборудования для ремонта

В большинстве случаев ремонт производится установками (агрегатами) в составе которых имеется необходимое подъемное оборудование – мачта, талевые системы и лебедка, имеющие сбалансированные параметры – грузоподъемность, высота мачты, длина свечи, тяговое усилие лебедки, оснастка, талевый канат. Все эти параметры зафиксированы в паспорте на установку.

Выбор установки в этом случае производится по ожидаемой максимальной вертикальной нагрузке действующей на мачту:

Pmax ≤ [ P_п];

Где: Pmax – максимальная вертикальная нагрузка, ожидаемая в процессе ремонта;

[ P_п] – грузоподъемность установки по паспортной характеристике.

Pmax = Ркр + Рхк + Рнк + Ртс

Где: Ркр – максимальная нагрузка на крюке при подъеме (спуске) наиболее тяжелой колонны НКТ, бурильной или обсадной колонны в процессе ремонта,

Рхк – нагрузка от натяжения ходового конца талевого каната при подъеме (спуске) бурильной, обсадной или колонны НКТ,

Рнк - нагрузка от натяжения неподвижного конца талевого каната при подъеме (спуске) бурильных, обсадных или колонны НКТ,

Ртс - нагрузка отвеса талевой системы.

К примеру, вес наиболее тяжелой бурильной колонны можно определить по формуле:

Gкр = q _б.т L + q _з (L/l) + q _убт l_убт ;

Где: q _б.т - вес 1м гладких бурильных труб, составляющих колонну бурильных труб, н

L - длина колонны бурильных труб, м

q _з - вес замкового соединения бурильных труб, н

l – средняя длина бурильной трубы, м

q _убт - вес 1м утяжеленных бурильных труб, н

l_убт - длина утяжеленных бурильных труб, м

Статическая нагрузка на крюке с учетом нахождения бурильной колонны в жидкости (глинистом растворе):

Pкр = k Gкр ( 1- ρбр / ρм)

Где: k - коэффициент, учитывающий прихват, затяжки колонны,

. к ≈ 1,25 - 1,3

Gкр – вес наиболее тяжелой колонны бурильных, обсадных или насосно-компрессорных труб, кН

ρбр , ρм - плотность жидкости в скважине и материала труб, соответственно, кГ/м³

Рхк = Pкр / uтс ηтс

Pнк = 0,8 Рхк (при подъеме) = 1,2 Рхк ( при спуске) колонны

Где: uтс - кратность талевой системы (число рабочих струн талевой системы) по паспорту на установку

. ηтс - КПД талевой системы, учитывающий трение в подшипниках шкивов талевого блока, кронблока и каната о шкивы.

. ηтс ≈ 0,85 для оснастки 3 х 4

Ртс = qкб + qтб + q кр + qк

Где: qкб -вес кронблока, н

qтб - вес талевого блока, н

q кр - вес крюка, н

qк – вес каната, н

В случае применения неагрегатированного оборудования, т.е. комплектования подъемного комплекса из мачты, подъемника, талевой системы обоснование применяемого оборудования производится следующим образом:

1. Определяется максимальная статическая нагрузка на крюке с учетом нахождения наиболее тяжелой колонны (бурильной, обсадной, НКТ) в жидкости, Pкр, кН (см. выше).

2. Исходя из Pкр подбирается тип подъемника, грузоподъемностью Рп, превышающей Ркр на 15-20%

3. Определяется тип оснастки по формуле:

uтс = Ркр / Рхк.1 ηтс;

Где: Рхк.1 – наибольшее тяговое усилие подъемника на ходовом конце талевого каната при подъеме на 1 скорости, кН (по паспорту на подъемник)

4. Полученное значение uтс округляется до ближайшего четного значения, которое определит тип оснастки (к примеру 3 х 4), ее кратность (число рабочих струн – для оснастки 3х4 - 6) и диаметр талевого каната.

5. Определяется максимальная вертикальная нагрузка на мачту Pmax (см. выше), по которой уточняется тип мачты (вышки), грузоподъемность которой должна быть на 20-30% больше Pmax

Мощность подъемника при его работе должна быть близка к номинальной, чтобы выдерживалось соотношение:

N = РкрV кр / η = idem

Где: N - номинальная мощность двигателя подъемника, кВт

η - КПД подъемника и талевой системы

Ркр - вес груза на крюке, н

Vкр - скорость подъема крюка, м/с

Принимая η постоянным, РкрV кр = i dem

В процессе подъема НКТ вес колонны уменьшается и для того, чтобы выдерживать соотношение РкрV кр = i dem, нужно увеличивать скорость подъема после выброса каждой трубы. Такая возможность осуществима в приводах с двигателями постоянного тока и гидроприводах. В обычных приводах с дизельным приводом необходимо переключение скоростей подъема, использование мощности привода, при этом, будет не полной (заштрихованная площадь рисунка а).

Графики использования мощности на подъем колонны труб для односкоростного и двухскоростного подъемников показаны (рис.б и в) соответственно (N - мощность, Т - время подъема). Из-за уменьшения веса линия NoT пойдет наклонно (фак­тически это будет ступенчатая линия с числом ступеней, равным числу выброшенных на мостки труб, близкая к прямой). Заштри­хованная площадь (рис. б.) представляет собой полезную работу А = N_oT/2 и составляет половину площади прямоугольника ONoM1T1. Коэффициент использования мощности подъемника

.φ₁ = (S _{0 M0 T1}) / (S _{0 M0 M1 T1}) ≈ 0,5

а б в

Рис. а Зависимость между скоростью и нагрузкой на крюке.

Рис. б Использование мощности односкоростного подъемника

Рис. в Использование мощности двухскоростного подъемника

Заштрихованная область - полезная работа

В случае двухскоростного подъемника (рис.в) полезная работа, а следовательно, и коэффициент использования мощности возрастает. А.С.Вирновским доказано, что коэффициент максимального использования мощности подъемника:

.φmax =m /(m+1), где m – число скоростей

При этом между скоростями подъемника должно быть соотношение:

где Vk - определяемая скорость; V_l - первая скорость подъемника, определяемая исходя из грузоподъемности и мощности подъемника

к - порядок определяемой скорости.

Расчеты относительной величины скоростей и значений φmax сведены в таблице.

Из таблицы видно, что увеличение φmax с возрастанием числа скоростей более 5 невелико. Конструкция же подъемника при этом чрезвычайно усложняется

Таблица

Относительные величины скоростей и значений φmax