滑大绳,割大绳及计算方法

滑大绳、割大绳及计算方法

一. 滑大绳与割大绳的目的

钻机的提升能力决定了钻井大绳的配套标准，各类钻机提升载荷不同，配套大绳的类型以及抗拉强度也不同。大绳的使用寿命与其配套时设计安全系数以及使用方法有关，各类钢丝绳最小安全系数API标准见表一，钻井现场常用大绳抗拉强度数据见表二。在大绳类型选定之后，其使用寿命完全取决于现场的正确操作。

△表一.常用钢丝绳最小安全系数API标准

△表二.钻井现场常用大绳抗拉强度数据备注：本抗拉强度数据表只针对金属芯、6*19、强化犁钢材质的钻井大绳，现场使用时以厂家提供的数据为准。

大绳在使用过程其磨损主要分为两种：

1.贯穿整条大绳的磨损。

2.关键磨损点的磨损。

关键磨损点主要分为两种：

1.钢丝绳与滑轮之间的接触点（取决于井架高度与提升点）。

2.特殊拐点，即滚筒上两圈之间的转换点（取决于滚筒直径与宽度）。

为延长大绳的使用寿命，只有定期改变关键磨损点的位置。滑绳与割绳的主要目的就是不断分散关键磨损点，尽可能使整条大绳的磨损达到均匀，以避免关键磨损点长期作用于同一位置而造成大绳局部损伤，从而影响整条大绳的寿命。

二、大绳功的计算

为了分散关键磨损点，现场以大绳所做的功为参考依据。在转盘钻井各种工况条件下，包括钻进、取芯、打捞、起下钻、下套管等，根据API标准，其计算公式如下：

1.在井深为H时起下一趟钻大绳所做的功

Tm=〔PH(H+L)+4H(W +d/2)〕*10-6

其中：Tm=大绳功（ton·km）；

H=起下钻时的井深（m）；

L=一根钻杆立柱的长度（m）；

P=钻杆在泥浆中的单位长度的重量，（包括工具接头，kg/m）；

W=游动系统总重量，包括游车、大钩、吊卡等，（kg）；

d=有效钻铤重量，即钻铤浮重减去与钻铤等长的钻杆的浮重，（kg）。

2.从井深H1钻至井深H2时大绳所做的功（ton·km）

Td=2*（T2 –T1），钻进过程无划眼；

Td=3*（T2 –T1），钻进过程每个单根打完划眼一遍；

Td=4*（T2 –T1），钻进过程每个单根打完划眼二遍。

3.从井深H1取芯钻进至井深H2时大绳所做的功（ton·km）

Td=2*（T2–T1）。

4.下套管时大绳所做的功

Tm=1/2*〔PH(H+L)+4HW〕*10-6；

其中：Tm=大绳功（ton·km）；

P=单位长度的套管浮重（kg/m）；

H=套管下深（m）；

L=套管单根的平均长度（m）；

W=游动系统总重量，包括游车、大钩、吊卡等，（kg）。

考虑到钻井作业的复杂性，上述公式并不能完全、真正反映大绳在各种工况下所做的功，譬如震动应力、摩擦应力、加速度等，但作为正确使用大绳的一种参考，已经完全能满足生产实践的需要。

三. 钻井大绳割绳前累计功API标准数据的应用

滑大绳的目的是尽可能均匀分散钢丝绳系统中的摩擦，使绳系中各关键摩擦点不断改变位置。但滑绳不会影响滚筒上的特殊拐点，为了避免大绳上的某一点一直作用在拐点位置，就需要进行割大绳作业。割绳作业的依据是使在滚筒顶端割掉的钢丝绳恰好达到或尽可能接近其使用寿命。表三为常用钻井大绳割绳时大绳累计功API参考数据。

△表三.常用钻井大绳割绳时大绳累计功API参考数据（由英制单位换算而来）表三所列出的是金属芯、6*19、强化犁钢材质的钻井大绳在安全系数为5的情况下割绳前大绳所做的累计功的参考数据。在选用该数据时，参照标准为钢丝绳公称直径与作业难度，井架高度只是说明井架和钢丝绳的一般配合规范，不影响数据的使用。另外，在实际作业过程中，因为受井深、钻具结构、作业工况等各种因素的影响，大绳的安全系数是一个变量，是随工况变化而随时变化的。为了保证大

绳使用安全、简化维护程序，一般以各种工况时的最小安全系数为标准。即：1.正常钻进或取芯作业过程为计算当班累计功以交班时的钻具悬重计算安全系数；2.起下钻或下套管作业时以钻具到达井底时的钻具悬重计算安全系数。3.特殊工况依此类推，求取最小安全系数。因为安全系数的变化很大，表三所给的大绳累计功参考数据必须予以修正，否则会对大绳使用寿命和经济性造成很大的影响。修正曲线如下图所示：

安全系数的计算方法如下：

1. 计算快绳拉力

F=W÷(A×N) ；

其中：W=钩载，ton；

A=缠绳效率（见表四）；

N=大绳绳数。

2. 计算安全系数

SF=T÷F；

其中：T=大绳抗拉强度，ton（见表二）；

缠绳效率与游动系统的轴承类型和缠绳数有关，其计算方法如下：

A=（KN-1）÷〔N×（K-1）×KN〕；

其中：K=不同轴承类型的游动系统的摩擦系数。

根据缠绳效率计算公式，对于滑动轴承（K=1.09）与滚柱轴承（K=1.04）的游动系统，对应不同的钢丝绳数，计算得出其缠绳效率如表四：

△表四.不同轴承与缠绳数的游动系统的钻井大绳缠绳效率综上所述，对于不同的钻井工序，首先根据现场作业情况求出大绳的安全系数，然后结合安全系数校正曲线得出校正系数，在此基础上，结合钻机结构参数（井架高度与大绳尺寸）和作业难度即可获得某一钻机在各种工况下割绳时的大绳累计功的参考数据。

在现场经过计算，确认大绳实际累计功已经达到割绳标准，准备进行割绳，那么割绳长度应该如何确定呢？在施工过程为不断分散关键摩擦点需要分次进行滑绳，滑绳应该参照什么依据进行呢？

四. 钻井大绳割绳长度API标准数据的应用和滑绳次数与长度的确定

大绳的割绳长度受到各种因素的影响，譬如：

1. 在游车运动范围底部和顶部的载荷提升点；

2. 滚筒上拐点的位置和滚筒尺寸；

3. 大绳尺寸与质量；

4. 所采用的安全系数与钢丝绳的工况等。

为了简化现场操作，对于不同高度的井架和各类钻机不同尺寸的滚筒直径，API推荐割绳长度见下表（表五）。

△表五.API推荐割绳长度数据表（为便于现场使用采用了不同数据单位）在每两次割绳之间都应该进行滑绳，滑绳的次数取决于现场作业实际情况（一般都是钻具在套管角时进行此项作业）。针对某一确定钻机，滑绳的长度取决于大绳实际累计功。譬如，某70D钻机在作业难度中等、快绳安全系数为5的情况下，累计做功达3437ton·km时应该割绳34.7m，那么，当实际大绳累计功达到800ton·km时滑绳长度应该为8.08m。

滑绳长度的确定还应考虑另外一个因素，即：滑绳长度必须足够长以避免大绳同一部分两次出现在同一关键摩擦位置。譬如，某70D钻机天车轮外径￠1524mm，则大绳与滑轮之间关键摩擦段的长度为：

L=3.14*1.524/2=2.4m，因此该钻机滑绳时最小滑绳长度不得小于2.4m，否则滑绳没有意义。

当大绳功达到割绳标准时，累计滑绳的长度应该恰好等于API推荐割绳长度。割绳后，累计功从0开始重新计算，准备下一轮次的滑绳与割绳。

五. 钻井大绳常见损坏类型和原因