在石油天然氣鉆采領域,鉆井絞車絕大多數(shù)采用前出繩,少部分絞車采用后出繩,如圖2所示。兩種出繩方式的絞車滾筒均開有Lebus雙折線繩槽,繩槽在卷筒周向約45°~180°和225°~360°區(qū)段上保持與滾筒端面平行,只在0°~45°和180°~225°區(qū)段上與滾筒端面相交,表現(xiàn)為繩槽會出現(xiàn)拐折現(xiàn)象,這種設計既對鋼絲繩纏繞起到一定的導向作用,又盡可能大地減少鋼絲繩在纏繞過程中的相互摩擦。按照鋼絲繩在滾筒上的纏繞方向,主要分為左旋滾筒和右旋滾筒,二者均成熟廣泛地應用于鉆井作業(yè)中。
2.2滾筒旋向判斷方法
對前出繩滾筒旋向的判斷,主要依據(jù)滾簡繩頭固定位置。面對著滾簡,繩頭同定在左側(cè),首層鋼絲繩纏繞時從左向右纏繩為左旋滾簡:繩頭固定在右側(cè),首層鋼絲繩從右向左纏繩為右旋滾筒:如圖3所示。部分學者采用左、右手法則進行判斷,也可以,但筆者認為上述方法更為直觀簡潔。
3滾筒旋向與繩捻向的選配
在圖2中,左側(cè)滾簡為左旋,右側(cè)滾簡為右旋。在實際應用過程中,對左旋滾筒和右旋滾筒配哪種挖向的鋼絲繩,在不同學者和使用者之間一直存在較大的爭議。部分學者認為左旋滾簡配右旋鋼絲繩,右旋滾筒配左旋鋼絲繩,駁論反之.筆者重點針對該問題進行分析:
3.1單層纏繞
以往學者多次針對單層纏繞進行詳細分析,這里不再論述,其結(jié)論是:交互捻鋼絲繩既適用于左旋滾筒,也適用于右旋滾簡。但從鋼絲繩的捻向角度分析,左旋滾簡更適合采用右同向捻鋼絲繩,其次是右交互捻或左交互捻,右旋滾簡反之。但不論左旋還是右旋滾筒最不適合采用同向捻鋼絲繩],該結(jié)論的依據(jù)是:鋼絲繩在卷簡上的繼繞方向,必須是使鋼絲繩緊地而不是松捻的方向繼繞叫.該說法不考慮折線繩槽和多層纏繞的問題。
3.2Lebus雙折線繩槽纏繞筆者針對石油鉆井絞車實際工況,對折線槽進行分段分析。針對鉆井絞車雙折線繩槽,在繩槽與端面平行區(qū)段,正在纏繞的鋼絲繩和相鄰已纏繩是平行關系,二者理論上沒有接觸,該區(qū)段內(nèi),左旋和右旋滾簡選配那種念法的鋼絲繩理論上是沒有任何關系的。這種設計最大程度減少了鋼絲繩的咬繩現(xiàn)象,提高了鋼絲繩壽命。
在繩槽和法蘭端面相交區(qū)段,正在纏繞的鋼絲繩和相鄰已纏繩是交叉關系,滾筒旋向和鋼絲繩捻向的選配適合單層纏繞說法。綜合分析,整體纏繩應按照單層纏繞說法進行優(yōu)選鋼絲繩。
3.3多層纏繞
鉆井絞車工作時為多層纏繞,針對多層纏繞工況,滾簡為左旋(如圖3左側(cè)所示),當?shù)谝粚愉摻z繩纏滿時,對于第二層鋼絲繩而言,滾簡為右旋(如圖4所示),依次對于第三3滾筒旋向與繩捻向的選配
在圖2中,左側(cè)滾筒為左旋,右側(cè)滾簡為右旋。在實際應用過程中,對左旋滾筒和右旋滾簡配哪種捻向的鋼絲繩,在不同學者和使用者之間一直存在較大的爭議。部分學者認為左旋滾簡配右旋鋼絲繩,右旋滾簡配左旋鋼絲繩,駁論反之。筆者重點針對該問題進行分析:
3.1單層纏繞
以往學者多次針對單層纏繞進行詳細分析,這里不再論述,其結(jié)論是:交互捻鋼絲繩既適用于左旋滾簡,也適用于右旋滾筒。但從鋼絲繩的捻向角度分析,左旋滾筒更適合采用右同向捻鋼絲繩,其次是右交互捻或左交互捻],右旋滾簡反之。但不論左旋還是右旋滾筒最不適合采用同向捻鋼絲繩],該結(jié)論的依據(jù)是:鋼絲繩在卷簡上的纏繞方向,必須是使鋼絲繩緊捻而不是松捻的方向纏繞4。該說法不考慮折線繩槽和多層纏繞的問題。
3.2Lebus雙折線繩槽纏繞筆者針對石油鉆井絞車實際工況,對折線槽進行分段分析。針對鉆井絞車雙折線繩槽,在繩槽與端面平行區(qū)段,正在纏繞的鋼絲繩和相鄰已纏繩是平行關系,二者理論上沒有接觸,該區(qū)段內(nèi),左旋和右旋滾筒選配那種念法的鋼絲繩理論上是沒有任何關系的。這種設計最大程度減少了鋼絲繩的咬繩現(xiàn)象,提高了鋼絲繩壽命。
在繩槽和法蘭端面相交區(qū)段,正在纏繞的鋼絲繩和相鄰已纏繩是交叉關系,滾筒旋向和鋼絲繩捻向的選配適合單層纏繞說法。綜合分析,整體纏繩應按照單層纏繞說法進行優(yōu)選鋼絲繩。
3.3多層纏繞
鉆井絞車工作時為多層纏繞,針對多層纏繞工況,滾筒為左旋(如圖3左側(cè)所示),當?shù)谝粚愉摻z繩纏滿時,對于第二層鋼絲繩而言,滾簡為右旋(如圖4所示),依次對于第三層而言滾筒為左旋……反之亦然。故,第一層、第三層纏繩時滾筒旋向相同,第二層和第四層纏繩時滾筒旋向相同。對左旋滾筒每層進行單層纏繞分析,單數(shù)層最優(yōu)選配右同向捻鋼絲繩,雙數(shù)層最優(yōu)選配左同向捻鋼絲繩,右旋滾簡反之。但鋼絲繩選定后,捻向是固定不變的。因此,綜合考慮不論左旋還是右旋滾筒,針對多層纏繞時應優(yōu)選交互捻鋼絲繩。
u左旋液黃第二層繳繩變右放滾筒圖4多層纏繞
4鉆井工況中鋼絲繩的纏繞
鉆井作業(yè)工況下,為防止鋼絲繩從滾筒上脫落,當游車最低點下放至鉆臺面時滾筒第一層需纏三分之一鋼絲繩,此時懸掛頂驅(qū)或水龍頭后,絞車提升頂驅(qū)或水龍頭使提環(huán)能掛上卡瓦,達到正常作業(yè)最低點工況,此時滾筒纏繩量為1層10圈左右,如圖4所示。正常作業(yè)過程中這1層10圈左右的繩子不釋放,提升和下放鉆具過程中,參與作業(yè)的鋼絲繩始終處于1層10圈至4層即將纏滿的范圍內(nèi),即在鉆井作業(yè)中第二層、第三層、第四層鋼絲繩頻繁處于纏繞/釋放過程。
結(jié)合滾筒旋向與繩捻向的選配分析,綜合考慮鉆井作業(yè)中延長鋼絲繩壽命,鉆井工況中鋼絲繩的纏繞應以第二層、第四層纏繩時滾筒旋向為基礎,采用上述說法進行選配鋼絲繩。
5結(jié)論
根據(jù)筆者上述論證,得出以下觀點:(1)針對單層纏繞工況:左旋滾筒應選配右交互捻鋼絲繩,右旋滾筒應選配左交互捻鋼絲繩:(2)針對多層纏繞工況:不論是左旋滾筒還是右旋滾簡,應優(yōu)選交互捻鋼絲繩:(3)針對石油鉆井多層纏繞工況:應以第二層纏繩時滾筒旋向為基礎進行優(yōu)選鋼絲繩,即左旋滾筒應選配左交互捻鋼絲繩,右旋滾筒應選配右交互捻鋼絲繩。