發布時間：2022-03-23 15:31
內容來源：井下作業工程公司
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一. 滑大繩與割大繩的目的
鉆機的提升能力決定了鉆井大繩的配套標準，各類鉆機提升載荷不同，配套大繩的類型以及抗拉強度也不同。大繩的使用壽命與其配套時設計安全系數以及使用方法有關，各類鋼絲繩最小安全系數API標準見表一，鉆井現場常用大繩抗拉強度數據見表二。在大繩類型選定之后，其使用壽命完全取決于現場的正確操作。
△表一.常用鋼絲繩最小安全系數API標準
△表二.鉆井現場常用大繩抗拉強度數據
備注：本抗拉強度數據表只針對金屬芯、6*19、強化犁鋼材質的鉆井大繩，現場使用時以廠家提供的數據為準。
大繩在使用過程其磨損主要分為兩種：
-
貫穿整條大繩的磨損。
-
關鍵磨損點的磨損。
關鍵磨損點主要分為兩種：
-
鋼絲繩與滑輪之間的接觸點（取決于井架高度與提升點）。
-
特殊拐點，即滾筒上兩圈之間的轉換點（取決于滾筒直徑與寬度）。
為延長大繩的使用壽命，只有定期改變關鍵磨損點的位置?；K與割繩的主要目的就是不斷分散關鍵磨損點，盡可能使整條大繩的磨損達到均勻，以避免關鍵磨損點長期作用于同一位置而造成大繩局部損傷，從而影響整條大繩的壽命。
二、大繩功的計算
為了分散關鍵磨損點，現場以大繩所做的功為參考依據。在轉盤鉆井各種工況條件下，包括鉆進、取芯、打撈、起下鉆、下套管等，根據API標準，其計算公式如下：
1.在井深為H時起下一趟鉆大繩所做的功
Tm=〔PH(H+L)+4H(W +d/2)〕*10-6
其中：Tm=大繩功（ton·km）；
H=起下鉆時的井深（m）；
L=一根鉆桿立柱的長度（m）；
P=鉆桿在泥漿中的單位長度的重量，（包括工具接頭，kg/m）；
W=游動系統總重量，包括游車、大鉤、吊卡等，（kg）；
d=有效鉆鋌重量，即鉆鋌浮重減去與鉆鋌等長的鉆桿的浮重，（kg）。
2.從井深H1鉆至井深H2時大繩所做的功（ton·km）
Td=2*（T2 –T1），鉆進過程無劃眼；
Td=3*（T2 –T1），鉆進過程每個單根打完劃眼一遍；
Td=4*（T2 –T1），鉆進過程每個單根打完劃眼二遍。
3.從井深H1取芯鉆進至井深H2時大繩所做的功（ton·km）
Td=2*（T2–T1）。
4.下套管時大繩所做的功
Tm=1/2*〔PH(H+L)+4HW〕*10-6；
其中：Tm=大繩功（ton·km）；
P=單位長度的套管浮重（kg/m）；
H=套管下深（m）；
L=套管單根的平均長度（m）；
W=游動系統總重量，包括游車、大鉤、吊卡等，（kg）。
考慮到鉆井作業的復雜性，上述公式并不能完全、真正反映大繩在各種工況下所做的功，譬如震動應力、摩擦應力、加速度等，但作為正確使用大繩的一種參考，已經完全能滿足生產實踐的需要。
三. 鉆井大繩割繩前累計功API標準數據的應用
滑大繩的目的是盡可能均勻分散鋼絲繩系統中的摩擦，使繩系中各關鍵摩擦點不斷改變位置。但滑繩不會影響滾筒上的特殊拐點，為了避免大繩上的某一點一直作用在拐點位置，就需要進行割大繩作業。割繩作業的依據是使在滾筒頂端割掉的鋼絲繩恰好達到或盡可能接近其使用壽命。表三為常用鉆井大繩割繩時大繩累計功API參考數據。
△表三.常用鉆井大繩割繩時大繩累計功API參考數據（由英制單位換算而來）
表三所列出的是金屬芯、6*19、強化犁鋼材質的鉆井大繩在安全系數為5的情況下割繩前大繩所做的累計功的參考數據。在選用該數據時，參照標準為鋼絲繩公稱直徑與作業難度，井架高度只是說明井架和鋼絲繩的一般配合規范，不影響數據的使用。另外，在實際作業過程中，因為受井深、鉆具結構、作業工況等各種因素的影響，大繩的安全系數是一個變量，是隨工況變化而隨時變化的。為了保證大繩使用安全、簡化維護程序，一般以各種工況時的最小安全系數為標準。即：1.正常鉆進或取芯作業過程為計算當班累計功以交班時的鉆具懸重計算安全系數；2.起下鉆或下套管作業時以鉆具到達井底時的鉆具懸重計算安全系數。3.特殊工況依此類推，求取最小安全系數。因為安全系數的變化很大，表三所給的大繩累計功參考數據必須予以修正，否則會對大繩使用壽命和經濟性造成很大的影響。修正曲線如下圖所示：
安全系數的計算方法如下：
1. 計算快繩拉力
F=W÷(A×N) ；
其中：W=鉤載，ton；
A=纏繩效率（見表四）；
N=大繩繩數。
2. 計算安全系數
SF=T÷F；
其中：T=大繩抗拉強度，ton（見表二）；
纏繩效率與游動系統的軸承類型和纏繩數有關，其計算方法如下：
A=（KN-1）÷〔N×（K-1）×KN〕；
其中：K=不同軸承類型的游動系統的摩擦系數。
根據纏繩效率計算公式，對于滑動軸承（K=1.09）與滾柱軸承（K=1.04）的游動系統，對應不同的鋼絲繩數，計算得出其纏繩效率如表四：
△表四.不同軸承與纏繩數的游動系統的鉆井大繩纏繩效率
綜上所述，對于不同的鉆井工序，首先根據現場作業情況求出大繩的安全系數，然后結合安全系數校正曲線得出校正系數，在此基礎上，結合鉆機結構參數（井架高度與大繩尺寸）和作業難度即可獲得某一鉆機在各種工況下割繩時的大繩累計功的參考數據。
在現場經過計算，確認大繩實際累計功已經達到割繩標準，準備進行割繩，那么割繩長度應該如何確定呢？在施工過程為不斷分散關鍵摩擦點需要分次進行滑繩，滑繩應該參照什么依據進行呢？
四. 鉆井大繩割繩長度API標準數據的應用和滑繩次數與長度的確定
大繩的割繩長度受到各種因素的影響，譬如：
1. 在游車運動范圍底部和頂部的載荷提升點；
2. 滾筒上拐點的位置和滾筒尺寸；
3. 大繩尺寸與質量；
4. 所采用的安全系數與鋼絲繩的工況等。
為了簡化現場操作，對于不同高度的井架和各類鉆機不同尺寸的滾筒直徑，API推薦割繩長度見下表（表五）。
△表五.API推薦割繩長度數據表（為便于現場使用采用了不同數據單位）
在每兩次割繩之間都應該進行滑繩，滑繩的次數取決于現場作業實際情況（一般都是鉆具在套管角時進行此項作業）。針對某一確定鉆機，滑繩的長度取決于大繩實際累計功。譬如，某70D鉆機在作業難度中等、快繩安全系數為5的情況下，累計做功達3437ton·km時應該割繩34.7m，那么，當實際大繩累計功達到800ton·km時滑繩長度應該為8.08m。
滑繩長度的確定還應考慮另外一個因素，即：滑繩長度必須足夠長以避免大繩同一部分兩次出現在同一關鍵摩擦位置。譬如，某70D鉆機天車輪外徑￠1524mm，則大繩與滑輪之間關鍵摩擦段的長度為：
L=3.14*1.524/2=2.4m，因此該鉆機滑繩時最小滑繩長度不得小于2.4m，否則滑繩沒有意義。
當大繩功達到割繩標準時，累計滑繩的長度應該恰好等于API推薦割繩長度。割繩后，累計功從0開始重新計算，準備下一輪次的滑繩與割繩。
五. 鉆井大繩常見損壞類型和原因
鉆井現場由于作業環境的復雜性，如果作業人員操作不當會對鉆井大繩造成各種各樣的損壞，如果不加以識別和控制，一則會損壞鉆井設備、增加鉆井成本，二則可能會造成一些意想不到的事故，因此對大繩常見的損壞類型和原因進行分析、并采取針對性的措施是非常重要的。
1. 鋼絲繩斷裂。原因：由于惡性碰撞或過載提升造成鋼絲繩超過其額定負載能力，或者由于鋼絲繩打扭、鋼絲繩局部磨損、鋼絲繩銹蝕、存放時間過長造成鋼絲繩彈性減弱等都會使鋼絲繩在正常工作時出現斷裂現象。
2.鋼絲繩一股或多股斷裂。原因：鋼絲繩過載、打扭、局部磨損或銹蝕；疲勞損壞、鋼絲繩運行速度過快、纏入滾筒時太松、固定部位振動應力集中。
3. 過度腐蝕。原因：缺乏潤滑和涂層保護、長期暴露在腐蝕性氣體和液體環境中、長期不用而未采取保護措施。
4. 在拖運過程由于操作不當造成鋼絲繩破壞。原因：滾動時強行通過金屬障礙物、卸裝時直接從平臺上滾落、使用鏈式繩索捆扎、提吊時直接將鋼絲繩套捆在卷筒上。
5. 繩頭固定端損壞。原因：卡繩器磨損或尺寸不配套、緊固時方法不正確。一般表現為固定座中鋼絲繩散開、變松甚至拔出。
6.紐絞或彎曲。原因：往滾筒上繞大繩時或抽大繩時方法不正確、鋼絲繩經過小滑輪或障礙物時受到擠壓。
7. 鋼絲繩過早破壞。原因：由于滑動和摩擦、壓力等引發的摩擦熱使鋼絲繩內部發生物理、化學變化。
8.局部磨損。原因：穿繩或滑繩方法不正確、提升裝置有損傷。
9. 研磨造成的磨損。原因：缺乏潤滑、繩卡子使用不當、工作環境沙塵含量過高、與靜態物體摩擦、鋼絲繩偏離滑輪中心、滑輪槽偏小等。
10. 鋼絲繩疲勞破壞。原因：高速提升過程中的震動、固定端的應力集中、欠尺寸滑輪或滑輪槽、鋼絲繩規格不當等。
11. 鋼絲繩磨平或擠壓變形。原因：過載、滾筒上纏繩太松、活繩端割繩長度不足、遮程圈數太多、滾筒大繩槽磨損等。
六. 提高大繩使用效率的幾種方法
根據設備使用要求，正確選購鉆井大繩，并按API標準進行維護和使用，能夠確保鉆井作業的安全、高效運行，降低鋼絲繩使用成本，減少設備異常損壞。為提高大繩使用效率，應當注意以下幾點：
1. 選購較長的大繩以增加滑繩次數。大繩越長，可滑繩的次數越多，越有利于降低每米大繩的使用成本。
2. 大繩搬運過程采取正確的吊裝、轉運方法，防止與金屬部件碰撞，防止激烈沖擊。
3. 大繩儲存過程注意采取保護措施，防止腐蝕、受熱、雨水淋蝕等。
4. 使用帶槽滾筒以改善纏繩效果、減少磨損。
5. 使用正確的卷繩機，保證鋼絲繩排繩效果。
6. 限止快繩運行速度，最大不得超過20m/s。
7. 防止鋼絲繩絞扭、摩擦、彎曲等。
8. 根據作業工況正確的進行滑大繩和割大繩作業，防止鋼絲繩因局部損壞而影響整條大繩的壽命。
9. 按API標準使用正確的遮繩圈數，滾筒上纏繩圈數過多不但會影響鋼絲繩的壽命，而且變形后的鋼絲繩不及時割除會損壞滾筒繩槽和外層鋼絲繩，進而造成更大的損傷。
10. 在纏繩過程禁止使用金屬器械錘擊鋼絲繩。
七、倒、滑大繩程序（僅供參考）
1．專用工具及設備
* 套筒和棘輪 * 2副保險帶
* 扭矩扳手 * 鋼絲刷
* 液壓割繩器* 清潔劑
* 液壓油和手泵* 軟繩
* 專用懸掛繩
2. 安全資料
警告：鉆柱還在裸眼段或鉆柱從井內起出來后，嚴禁倒、滑大繩。
-
倒、滑大繩前，必須先對大繩進行目視檢查。
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倒、滑大繩作業結束后，必須確保絞車滾筒上有足夠的遮程圈數。
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下放頂驅或拆甩鉆機前，絞車滾筒上必須有足夠的大繩。
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在安裝新大繩前，快繩端的繩卡總成必須全部換成新的。
小心：在游車或頂驅上作業人員必須系好保險繩。
3.作業注意事項
（1）倒、滑大繩前必須就工具使用進行安全講話，確保作業人員熟知并遵守正確的工藝規程和安全規程。
（2）鉆臺留下必要的作業人員，無關人員必須從鉆臺上撤離下來。
（3）倒、滑大繩時，鉆柱必須在套管內，同時鉆頭也必須提到套管鞋為止或套管鞋位置附近。
（4）檢查懸掛裝置（鉤環、繩套等）有無損壞，且尺寸滿足程序要求。
（5）所有的工具、設備必須清潔好用。
（6）必須使用檢測過的專用懸掛繩并有通用色標。
（7）大繩割掉后，應檢查滾筒排繩槽有無磨損或損壞。
（8）作業完畢后，絞車上的前滾筒蓋必須安裝在原來的位置上。（9）司鉆應做好記錄。
4．作業程序
4.1 滑大繩
（1）司鉆將鉆柱坐放在卡瓦上。
（2）司鉆完全提起吊卡，鉆工在轉盤處工具接頭上安裝好方鉆桿旋塞，旋塞置在開位。
（3）鉆工從大繩盤盤下大約15米長的大繩。
（4）其它人員清理好鉆臺，井口工具放在合適的位置上。
（5）井架工或鉆工系好保險繩，將專用懸掛繩固定在游車或頂驅上。
（6） 司鉆根據井架工、鉆工打出的信號，緩慢下放游車或頂驅。
（7）鉆工用套筒扭矩扳手卸松死繩錨繩卡上的6個螺母，注意不要將繩卡卸掉。
（8）鉆工卸松指重表隔板上的繩卡，以便按照穿繩方式滑大繩。
（9）3名鉆工站在死繩錨跟前，通過死繩錨繩卡送繩。
（10）司鉆根據ton英里計算數據正轉絞車，緩慢將一定長度的大繩纏在滾筒上，同時鉆工繼續通過死繩錨繩卡送繩。
（11）鉆工接到司鉆指令后，用套筒扭矩扳手按規定扭矩上緊螺母。
（12）嚴禁給死繩錨打黃油。
（13）司鉆緩慢上提游車或頂驅，副司鉆和鉆工釋放專用懸掛繩。
（14）鉆工重新將指重表隔板上的繩卡固定在死繩上。
（15）檢查死繩錨上死繩傳感器的間距。
注：上下槽之間的間隙應為16毫米，如果間隙小于9毫米，必須維護死繩錨。（16）司鉆開始安裝防碰天車裝置，調試剎車系統。（17）鉆工從鉆柱上卸掉方鉆桿旋塞。（18）司鉆恢復正常作業。
4.2倒大繩
（1）鉆將鉆柱坐放在卡瓦上。
（2）司鉆完全提起吊卡，鉆工在轉盤處工具接頭上安裝方鉆桿旋塞，旋塞置在開位。
（3）其它人員清理好鉆臺，井口工具放在合適的位置上。
（4）井架工或鉆工系好保險繩，將專用懸掛繩固定在游車或頂驅上。
（5）司鉆根據井架工或鉆工打出的信號，緩慢下放游車或頂驅。
（6）鉆工卸掉絞車上的前滾筒蓋。
（7）司鉆根據倒、滑大繩程序規定長度從快繩處數好大繩圈數并用粉筆做好標志。
（8）2名鉆工將大繩（快繩）固定在絞車一側。
（9）司鉆反轉絞車并：
a． 將油門調節調到最低速度上。b． 掛（接通）低速離合器，使大繩緩慢地從滾筒上盤下來。
（10）同時，護送大繩，至粉筆標記到鉆臺上為止。
（11）司鉆摘開（切斷電源）滾筒離合器，并固定好絞車。
（12）用液壓割繩器倒大繩前，司鉆必須檢查大繩上用粉筆做的標志，并在兩側用軟繩或帶子纏好。
（13）倒大繩作業完畢后，鉆工將剩下的快繩從鉆臺上拿開。
（14）司鉆反轉絞車，鉆工將滾筒上剩下的鉆井大繩沿著井架大門送下來。
（15）當滾筒上還有1-2圈時，司鉆摘開滾筒離合器。
（16）鉆工從死繩錨繩卡上取掉大繩，并將舊大繩拿開。
（17）鉆工用鋼絲刷和清潔劑將割掉大繩的端部弄干凈。
（18）將新大繩纏在絞車滾筒上，并用扭矩扳手固定好繩卡。
（19）司鉆正轉絞車并
a．將油門調到最低速度上。b．掛低速離合器，將大繩慢慢纏在絞車滾筒上。 注：確保大繩始終處于拉緊狀態。任何松馳都是不允許的。
（20）司鉆緩慢上提游車或頂驅，井架工或鉆工釋放專用懸掛繩。
（21）大繩必須緊緊地纏繞在絞車滾筒槽上。
（22）鉆工重新安裝好絞車滾筒上滾筒蓋。
（23）司鉆對防碰天車裝置進行調試，檢查剎車系統。
（24）鉆工從鉆柱上卸下方鉆桿旋塞。
（25）司鉆恢復正常作業。