钻井钢丝绳的使用与维护技术规定.docx
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钻井钢丝绳的使用与维护技术规定
钻井钢丝绳的使用与维护技术规定
（试行）
1钢丝绳卷筒的搬运和存放
1.1钢丝绳卷筒应放在托架上运输。
1.2起吊钢丝绳卷筒时，应吊在托架上，或吊在卷筒通孔中的轴（钢管）上，不得直接吊在钢丝绳或其轮盘上；若不得不捆在钢丝绳上起吊时，应在钢丝绳与吊绳之间垫上几根方木，防止吊绳与钢丝绳挤压，造成钢丝绳的丝损坏和股变形。
1.3防止钢丝绳卷筒跌落，不能从货车上、高处直接滚到地面，否则会损坏卷筒，从而损坏钢丝绳。
1.4不要在有可能使赃物粘到钢丝绳上、硬物划坏钢丝绳的地面上滚动钢丝绳卷筒。
1.5禁止用撬杠直接撬钢丝绳，只能撬卷筒轮缘。
1.6钻井队在收到钢丝绳时，应仔细核对钢丝绳、铭牌、检验单，三者必须相符，并保管好检验单。
1.7钻井队的钢丝绳卷筒应放在死绳固定器前面的倒绳上，钢丝绳从卷筒下面放出。
卷筒上面应加盖，防止泥浆、腐蚀性液体、水或其他赃物沾到钢丝绳上。
1.8在库房内，钢丝绳卷筒应存放在托架上，并保持其表面清洁，不得相互挤压。
严禁钢丝绳卷筒轮盘平放。
2钢丝绳的穿绳作业
2.1穿钢丝绳时，不要在地面上，特别是在泥水、泥砂中拖钢丝绳，必要时可在钢丝绳下面垫木板等非金属物。
2.2要防止钢丝绳与井架或其他钢构件摩擦，可用一个绳槽尺寸合适的扣滑车来换向，用方木垫在钢丝绳与钢构件之间。
2.3钢丝绳穿过滑车组时要尽量减少与滑轮槽边、滑板隔板、护罩的磨损。
2.4用新钢丝绳换旧钢丝绳换旧钢丝绳时，应使用旋转式穿绳卡具（引绳器）把新、旧钢丝绳连在一起，这样能防止把一根钢丝绳的扭力传给另一根。
必须认真地检查确认卡具已正确接妥。
不得将新钢丝绳焊在旧绳上拉过滑轮系统，避免损伤滑轮而损坏钢丝绳。
2.5更换钢丝绳时用一根钢丝绳把游车吊在转盘上方是一种很好的作法。
这样做能减少钢丝绳与护罩、滑轮槽边和隔离板的摩擦，并可减少钢丝绳扭折的机会。
这一方法在移动和切除钢丝绳的过程中也是很有效的。
2.6放钢丝绳时应限制卷筒转速，使钢丝绳能保持受到一定的张力。
不要用任何工具摩擦钢丝绳来减慢卷筒转速，可用一根方木抵压住卷筒轮缘，就能得到满意制动效果。
2.7钢丝绳应紧密、均匀地缠绕在滚筒上，禁止用榔头敲击钢丝绳，必须敲击时，则应垫上木板。
2.8钢丝绳活绳头、死绳端的固定很重要。
钢丝绳的卡固装置应卡固紧，但不要压扁或压坏钢丝绳，不要使钢丝绳扭折。
2.9新钢丝绳的“磨合”。
在装上新钢丝绳后，应尽可能在有控制的负荷和速度下运行一个短时间。
这能帮助钢丝绳调整到较好的工作状态。
3钢丝绳的使用、维护
3.1钢丝绳的安全系数由下式设计确定：
安全系数=B/W
式中：
B--钢丝绳的公称破段拉力（见表1），KN
W—快绳的拉力，KN
1）钢丝绳的安全系数较高，钢丝绳的寿命一般较长。
2）当钢丝绳接近最小安全系数运行时，操作员应当非常谨慎，此时钢丝绳和有关设备均应处于良好的运行条件下，负荷的振动、冲击、加速或减速应为最小。
成功的现场作业表明，下列安全系数应视为最小的。
旋转钻井---------------------------------------------------3
下套管、上提解卡和类似非寻常作业---------------2
3）对多滑轮车穿钢丝绳的安全系数，快绳拉力=快绳系数×大钩负荷（或指种表读数）。
多滑轮穿钢丝绳的快绳系数见表2。
表1：
6×19类钻井钢丝绳的公称破断拉力
公称直径
近似重量
Kg/m
公称破断拉力KN
纤维绳芯
钢丝绳芯
mm
in
纤维芯
钢绳芯
IPS
EIPS
IPS
EIPS
29
11/8
3.17
3.48
468
535.4
503
578
32
11/4
3.91
4.30
575
657.9
617
711
35
13/8
4.73
5.21
691
790.6
743
854
38
11/2
5.63
6.10
818
935.9
880
1010
表2：
多滑轮穿钢丝绳的快绳系数（滑轮为滚动轴承）
绳数N
效率
快绳系数
情况A
情况B
情况A
情况B
8
0.842
0.0809
0.148
0.154
10
0.811
0.780
0.123
0.128
12
0.782
0.752
0.106
0.111
注：
1）情况A用于天车上只有一个惰滑轮（快绳轮）。
如：
TC450天车。
2）情况B用于天车上有两个惰滑轮（其中一个换向）。
3）快绳系数=1/（N×效率）
例如：
钻井钢丝绳-----------------------Φ35mm（13/8″）EIPS
有效绳数--------------------------12
大钩负荷--------------------------220t（2156KN）
按表2情况A，快绳系数为0.106，快绳张力为2156（220t）×0.106=229KN（23.3t）。
按表1钢丝绳的公称破断拉力为854KN。
安全系数=854÷229=3.7
3.2突然猛烈的加载应力对钢丝绳是有害的，这种加载方法应降低到最少。
3.3钢丝绳运行速度越高磨损越大。
适当地降低钢丝绳运行速度是经济的，以过高的速度上提轻载时的游车也可能损坏钢丝绳。
3.4钻具蹩跳严重，易使钢丝绳疲劳、磨损损坏。
适当地调整钻井参数（钻压和转速）和使用钻具减振装置是有益的。
3.5钢丝绳的润滑。
钢丝绳在制造时是经过良好的润滑的，如果上述润滑不能维持到整条钢丝绳的使用寿命期，在现场应使用渗入钢丝绳内的不含酸或碱的高级润滑剂润滑钢丝绳。
3.6钢丝绳的移动和切除。
钢丝绳通过以使用增量为依据的有计划的移动和切除程序可以大大增加使用寿命。
移动可改变钢丝绳在滑轮上的磨损部分的位置，切除可改变钢丝绳在滚筒上的折返磨损点的位置，并使它们不再重复磨损，这样整条钢丝绳磨损均匀，切除的钢丝绳恰恰达到它的使用寿命。
钢丝绳移动和切除作法见附件一；旋转钻井钢丝绳的评价见附件二。
3.7钢丝绳（包括固定处）的检查。
在任何情况下，由作业者仔细目检钢丝绳应优于任何事先定好程序。
在交接班时的设备例保和检查中，在下套管前，在上提解卡和类似非寻常作业前应对钢丝绳进行检查，发现在一个节距中的断丝数大于3丝，或钢丝绳磨损后的安全系数小于规定值，应于以切除或更换。
钢丝绳表面有磨损或锈蚀的折减系数表（GB6067-85）
磨损或锈蚀量%
10
15
20
25
30--40
大于40
折减系数%
85
75
70
60
50
0
3.8定期对滑轮润滑。
滑轮应润滑良好，转动应灵活，钢丝绳在轮槽中不滑动。
4对设备的要求
4.1绞车滚筒两侧上部应有钢丝绳换向滚柱，以减少钢丝绳在折返时与滚筒侧板的磨损。
滚柱磨损后应更换。
4.2井架上应安装快绳排绳器，用来减少快绳因过大振动产生的疲劳应力，并有利于绞车滚筒排绳。
4.3死绳上应按扎死绳护绳器，这样不但可以减小死绳因振动产生的疲劳应力，而且可以防止死绳因振动与井架碰撞而损伤钢丝绳。
4.4定期检查天车和游车滑轮、绞车滚筒、滚筒两内侧档板的磨损情况，超过磨损标准的应修理或更换。
附件一：
钢丝绳的移动和切除作法
钢丝绳通过以使用增量为依据的有计划移动和切除程序可以大大增加使用寿命。
单独依靠自视检查来确定什么时候移动并切除，将导致钢丝绳不均匀磨损、缠绕不当（钢丝绳在滚筒上“切入”）和大段切除等问题，从而降低使用寿命。
在任何程序中的一般步骤是提供比穿绳所需长度更刚的钢丝绳，并将这一超长部分以这样的速度移过该系统，即它是均匀磨损，同时在滚筒端用切除的方法去掉的钢丝绳恰恰达到它的使用寿命。
1.钢丝绳的最初长度（见：
图1-1），对深井，使用一根较长钢丝绳可能获得节约。
据有关资料推荐，深井（钻机为10或12绳系）钢丝绳的最初长度为5000—7500′（1524-2286m）。
2.使用目标。
钢丝绳在两次切除之间以吨-英里表示的使用目标应予选择。
这一数值可从附表1初步确定，然后根据经验进行调整，使你所用钻机的钢丝绳在某些钻进条件下能得到最高的吨-英里数（见：
图1-2b）
附表1：
第一次切除时钢丝绳工作的100吨-英里（吨-公里）数
钢丝绳直径
钢丝绳工作的100吨-英里（吨-公里）数
in
mm
硬地层1
较硬地层2
较软地层3
软地层4
11/2
38
20（29.2）
22（32.12）
24（35.04）
26（37.96）
13/8
35
16（23.36）
18（26.28）
20（29.2）
21（30.66）
上表给出的是井架高度为42.7—44.7m（140---147′），设计（安全）系数为5时的数值，当使用的设计（安全）系数不是5时，应按设计系数与吨-英里使用系数的关系图（见：
图1—2a）或附表2的使用系数进行修正，这些值是保守的。
附表2：
设计（安全）系数与吨-公里使用系数
设计系数
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
使用系数
0.32
0.45
0.58
0.70
0.80
0.90
1.0
1.075
1.15
图1-2a，设计系数与吨·英里使用系数的关系
注：
轻载荷可以在预期的累积吨·英里之前吹按由于疲劳而导致磨损。
根据试验室弯过滑轮的试验。
第一次切除时钢丝绳工作的吨-英里（吨-公里）数见附表1，以后切除时，对于≤Φ29mm（118in）的钢丝绳应比第一次切除时的吨-英里（吨-公里）数少100吨，英里（146吨-公里），对于Φ32、Φ35mm的钢丝绳少200吨-英里（292吨-公里）。
3.钢丝绳的切除长度。
在确定切除长度时应考虑下述因素：
3.1滚筒上能便利地缠绕超长钢丝绳的长度；
3.2滚筒直径和滚筒上的交叉点；
3.3穿绳图上提起负荷的点；
应当谨慎，使交叉点和提负荷点不重叠。
这可通过避免切除长度等于滚筒周长的倍数、或者提负荷点之间的长度解决。
附表3给了部分井架高度和滚筒直径的推荐切除长度（滚筒上的圈数）。
附表3：
推荐按滚筒圈数的切除长度
井架高度
滚筒直径in
24
26
28
30
32
34
36
rm
ft
每次切除的滚筒上的圈数
＞46
＞151
151/2
141/2
131/2
121/2
111/2
43-46
141-150
121/2
111/2
111/2
101/
40.5-42.7
133-140
121/2
111/2
111/2
101/2
91/2
注：
为了保证改变滚筒的交叉点（此处的磨损和挤压最严重），所给出的切除圈数随滚筒槽的类型为1/2圈或1/4圈的倍数。
4.移动计划。
钢丝绳在两次切除之间的移动次数随钻进情况和切除长度以及切除频率而有相当大的变化。
两次切除之间的移动次数可以是1或2次到7次之多。
如果钻进困难和不均匀，或出现震击作业等等时，移动次数应增加。
应当避免切除之前因移动在滚筒上堆积过多的钢丝绳，尤其应当避免因移动而在滚筒上多缠一层钢丝绳。
钢丝绳在量词切除之间的雷击吨-英里（吨-公里）数和长度应等于推荐值。
图5-1图示法确定最佳切除频率，使某特定钻机在某些钻进条件下能得到最高的吨-英里
例：
F320-4DH钻机，在较硬地层钻进的移绳和切绳。
井架高度：
43.5m（约143ft）
钢丝绳：
Φ35-6×19S+IWRc（金属绳芯），EIPS（超级犁钢）
大钩负荷：
200t（1960kN）
滚筒底径：
800mm（约32in）
绳系：
10股钢丝绳
解：
1.钢丝绳的设计（安全）系数
由表1.得钢丝绳的公称破断拉力为854kN
由表2，N=0.123×1960=241kN
钢丝绳的设计（安全）系数=845÷241=3.5
2.第一次切除的吨-英里（吨-公里）数
由附表1，得在较硬地层钻进的吨-英里（吨公里）数为1800（2628）；
由附表2，得设计系数为3.5时使用系数为0.7；
第一次切除的吨-英里（吨公里）数=1800（2628）×0.7=1260（1840）。
3.以后切除的吨-英里（吨公里）数=1260（1840）-200（292）=1060（1550）；
4.每次切除钢丝绳的长度
由附表3，得切除的滚筒上的圈数为101/2
所以，F320钻机在较硬地层中钻进，钢丝绳的移动和切除如下：
A.第一次切绳：
钢丝绳工作的吨-英里（吨公里）数；1260（1840）；
钢丝绳切除长度：
27.54mm
第一次切绳前不移动钢丝绳；
B.以后移动和切除钢丝绳：
每次切除钢丝绳长度：
27.54m
每次切除钢丝绳前的总吨-英里（吨-公里）数：
1060（1550）。
移动和切除见下表：
移绳次数
移绳吨-公里数
移绳长度
每次切绳长度
备注
2
775
13.77mm
27.54mm
第二次移绳切除
3
517
9.18mm
27.54mm
第三次移绳切除
4
388
6.88mm
27.54mm
第四次移绳切除
5
310
5.51mm
27.54mm
第五次移绳切除
5.单位换算：
lin（1″）=25.4mmlft（1″）=0.3048m
1英里=1.61公里1美吨=0.907吨1吨-英里=1.46吨-公里
附件二：
1.旋转钻井钢丝绳的评价
1.1一根钻井钢丝绳完成的总工作量，是通过它在不同的作业（钻进、起下钻、下套管、取芯、打捞等）中所作的功来进行评价的。
钻井钢丝绳提升1吨负荷，移动了1英里的距离，它做的功就是1吨-英里。
1.2钻井钢丝绳在不同作业中做的功，可在钻井仪表中的吨-英里（或吨-公里）表上得到，也可通过计算得到，本文介绍吨-英里的计算。
为了使用公式和图表方便，本文使用英制。
2.起下钻作业
2.1钻井钢丝绳所做的功绝大部分是起下钻（或半程起下钻）作业，一次起下钻作业的吨-英里数由下式确定：
式中，Tr--吨-英里
D--井眼深度，ft；D=LsN
Ls--钻杆立柱长度，ft
N--钻杆立柱数
Wm--钻杆每英尺的有效重量Ib；（据图2-2）
M--游车--吊卡总成的重量，Ib
C--钻铤总成（包括接头和钻头--不同）的有效重量（据图2-3）减去同等长度钻杆的有效重量，Ib；
注：
公式推导如下：
进行一次起下钻做的功是起下游车总成（包括游车、大钩、吊环、吊卡--下同），起出和下入钻柱（包括钻铤总成、接头和钻头---下同）。
简化计算是假设钻杆延伸到井底，并将钻铤接头钻头总成超出同样钻杆的重量进行单独的计算。
在起出每一柱起出所做的功等于起出的平均重量乘距离（D）。
平均重量等于一根立柱的钻杆重量（初始负荷）与N根立柱的钻杆重量（最终负荷）之和的一半，因为钻杆重量受钻井液浮力影响而减少，所以应考虑浮力。
所做的工等于：
或.
假设下钻的摩擦损失与起钻的一样，下入钻杆所做的功与起出的一样，所以一次起下钻所做的功等于：
因为钻铤、接头和钻头的每英尺重量比钻杆重，必须因如一个校正系数，即将起出和下如这一多出部分重量所做的功加进去，其值等于钻铤总成包括接头、钻头（C）乘移动距离（D），一次起下钻所做的功为
起下一次钻做的总功等于（a）、（b）、（c）之和，即为（2-1）式。
若用吨-公里表示，其计算如下（供参考）
式中，T—吨-公里；
D—井眼深度，m；
M—游车—--吊卡总成的重量，Kg；
Wm—钻杆每米的有效重量，Kg/m；
It—钻杆立柱长度；
N---钻杆立柱数；
C—钻铤总成的有效重量减去同等长度钻杆有效重量，Kg。
2.2钻进作业
钻进作业所做的功，可以用起下钻作业完成的功表示。
在两次起下钻作业之间的钻进作业所做的功等于钻进后起下钻作业所做的功与钻进前起下钻作业所做的功的差的3倍。
即：
Td=3（T2-T1）…………………（2-2）
式中，Td---钻进作业所做的功，吨---英里；
T1---在钻进前一次起下钻作业所做的功，吨—英里；
T2---在钻进后一次起下钻作业所做的功，吨---英里；
2.3取芯作业
取芯作业所做的动手和钻进作业一样，用起下钻作业完成的功表示，即等于取芯后起下钻作业所做的功与取芯前起下钻作业所做的功的差的2倍；
TC=2（T4-T3）…………………（2-3）
式中，TC---取芯作业做的功，吨-英里；
T4—-取芯后的一次起下钻作业所做的功，吨-英里；
T3—-取芯前的一次起下钻作业所做的功，吨-英里；
2.4下套管作业
下套管作业所做的功如2.1那样予以确定，但是使用的是套管的有效重量，没有钻铤的超重考虑，又是单向作业（只下不起）。
所以其计算式为：
TS=
式中，TS----下套管的吨-英里；
LCS---套管单根的长度，ft；
Wcm—套管每英尺的有效重量，Ib；
Wcm=Wca（1-0.015B）
式中，Wca---每英尺套管在空气中的重量，Ib；
B----钻井液密度，Ib/gal。
（注：
1Ib=0.4536kg，Igal=3.785L）
2.5短程起下钻作业
短程起下钻作业做的功，与钻进和取芯作业一样，可用在两个深度的起下钻吨-英里数之前表示：
式中，Tsr—短程起下钻作业的吨-英里；
T6—在D6深度（较浅）的一次起下钻的吨-英里；
T5—在D5深度（较浅）的一次起下钻的吨-英里；
将钢丝绳的使用情况记入《旋转钻井钢丝绳使用记录》中（见图2-4）。
2.6使用寿命评价
为了对旋转钻井钢丝绳的使用寿命做出评价，总计完成的吨-英里数应为全部起下钻作业吨-英里（公式2-1）、全部钻进作业吨-英里（公式2-2）、全部取芯作业吨-英里（公式2-3）、全部下套管作业吨-英里（公式2-4）、全部短程起下钻作业吨-英里（公式2-5）之和，将总计完成的吨-英里数除以钢丝绳的初始长度ft，就可以对旋转钻井所用的钢丝绳的使用寿命做出吨-英里评价。
附：
图2-1旋转钻井钢丝绳吨-英里图
图2-2钻杆在钻井液中的有效重量图
图2-4旋转钻井钢丝绳使用记录格式的复制件
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