在石油天然气钻采领域,钻井绞车绝大多数采用前出绳,少部分绞车采用后出绳,如图2所示。两种出绳方式的绞车滚筒均开有Lebus双折线绳槽,绳槽在卷筒周向约45°~180°和225°~360°区段上保持与滚筒端面平行,只在0°~45°和180°~225°区段上与滚筒端面相交,表现为绳槽会出现拐折现象,这种设计既对钢丝绳缠绕起到一定的导向作用,又尽可能大地减少钢丝绳在缠绕过程中的相互摩擦。按照钢丝绳在滚筒上的缠绕方向,主要分为左旋滚筒和右旋滚筒,二者均成熟广泛地应用于钻井作业中。
2.2滚筒旋向判断方法
对前出绳滚筒旋向的判断,主要依据滚简绳头固定位置。面对着滚简,绳头同定在左侧,首层钢丝绳缠绕时从左向右缠绳为左旋滚简:绳头固定在右侧,首层钢丝绳从右向左缠绳为右旋滚筒:如图3所示。部分学者采用左、右手法则进行判断,也可以,但笔者认为上述方法更为直观简洁。
3滚筒旋向与绳捻向的选配
在图2中,左侧滚简为左旋,右侧滚简为右旋。在实际应用过程中,对左旋滚筒和右旋滚筒配哪种挖向的钢丝绳,在不同学者和使用者之间一直存在较大的争议。部分学者认为左旋滚简配右旋钢丝绳,右旋滚筒配左旋钢丝绳,驳论反之.笔者重点针对该问题进行分析:
3.1单层缠绕
以往学者多次针对单层缠绕进行详细分析,这里不再论述,其结论是:交互捻钢丝绳既适用于左旋滚筒,也适用于右旋滚简。但从钢丝绳的捻向角度分析,左旋滚简更适合采用右同向捻钢丝绳,其次是右交互捻或左交互捻,右旋滚简反之。但不论左旋还是右旋滚筒最不适合采用同向捻钢丝绳],该结论的依据是:钢丝绳在卷简上的继绕方向,必须是使钢丝绳紧地而不是松捻的方向继绕叫.该说法不考虑折线绳槽和多层缠绕的问题。
3.2Lebus双折线绳槽缠绕笔者针对石油钻井绞车实际工况,对折线槽进行分段分析。针对钻井绞车双折线绳槽,在绳槽与端面平行区段,正在缠绕的钢丝绳和相邻已缠绳是平行关系,二者理论上没有接触,该区段内,左旋和右旋滚简选配那种念法的钢丝绳理论上是没有任何关系的。这种设计最大程度减少了钢丝绳的咬绳现象,提高了钢丝绳寿命。
在绳槽和法兰端面相交区段,正在缠绕的钢丝绳和相邻已缠绳是交叉关系,滚筒旋向和钢丝绳捻向的选配适合单层缠绕说法。综合分析,整体缠绳应按照单层缠绕说法进行优选钢丝绳。
3.3多层缠绕
钻井绞车工作时为多层缠绕,针对多层缠绕工况,滚简为左旋(如图3左侧所示),当第一层钢丝绳缠满时,对于第二层钢丝绳而言,滚简为右旋(如图4所示),依次对于第三3滚筒旋向与绳捻向的选配
在图2中,左侧滚筒为左旋,右侧滚简为右旋。在实际应用过程中,对左旋滚筒和右旋滚简配哪种捻向的钢丝绳,在不同学者和使用者之间一直存在较大的争议。部分学者认为左旋滚简配右旋钢丝绳,右旋滚简配左旋钢丝绳,驳论反之。笔者重点针对该问题进行分析:
3.1单层缠绕
以往学者多次针对单层缠绕进行详细分析,这里不再论述,其结论是:交互捻钢丝绳既适用于左旋滚简,也适用于右旋滚筒。但从钢丝绳的捻向角度分析,左旋滚筒更适合采用右同向捻钢丝绳,其次是右交互捻或左交互捻],右旋滚简反之。但不论左旋还是右旋滚筒最不适合采用同向捻钢丝绳],该结论的依据是:钢丝绳在卷简上的缠绕方向,必须是使钢丝绳紧捻而不是松捻的方向缠绕4。该说法不考虑折线绳槽和多层缠绕的问题。
3.2Lebus双折线绳槽缠绕笔者针对石油钻井绞车实际工况,对折线槽进行分段分析。针对钻井绞车双折线绳槽,在绳槽与端面平行区段,正在缠绕的钢丝绳和相邻已缠绳是平行关系,二者理论上没有接触,该区段内,左旋和右旋滚筒选配那种念法的钢丝绳理论上是没有任何关系的。这种设计最大程度减少了钢丝绳的咬绳现象,提高了钢丝绳寿命。
在绳槽和法兰端面相交区段,正在缠绕的钢丝绳和相邻已缠绳是交叉关系,滚筒旋向和钢丝绳捻向的选配适合单层缠绕说法。综合分析,整体缠绳应按照单层缠绕说法进行优选钢丝绳。
3.3多层缠绕
钻井绞车工作时为多层缠绕,针对多层缠绕工况,滚筒为左旋(如图3左侧所示),当第一层钢丝绳缠满时,对于第二层钢丝绳而言,滚简为右旋(如图4所示),依次对于第三层而言滚筒为左旋……反之亦然。故,第一层、第三层缠绳时滚筒旋向相同,第二层和第四层缠绳时滚筒旋向相同。对左旋滚筒每层进行单层缠绕分析,单数层最优选配右同向捻钢丝绳,双数层最优选配左同向捻钢丝绳,右旋滚简反之。但钢丝绳选定后,捻向是固定不变的。因此,综合考虑不论左旋还是右旋滚筒,针对多层缠绕时应优选交互捻钢丝绳。
u左旋液黄第二层缴绳变右放滚筒图4多层缠绕
4钻井工况中钢丝绳的缠绕
钻井作业工况下,为防止钢丝绳从滚筒上脱落,当游车最低点下放至钻台面时滚筒第一层需缠三分之一钢丝绳,此时悬挂顶驱或水龙头后,绞车提升顶驱或水龙头使提环能挂上卡瓦,达到正常作业最低点工况,此时滚筒缠绳量为1层10圈左右,如图4所示。正常作业过程中这1层10圈左右的绳子不释放,提升和下放钻具过程中,参与作业的钢丝绳始终处于1层10圈至4层即将缠满的范围内,即在钻井作业中第二层、第三层、第四层钢丝绳频繁处于缠绕/释放过程。
结合滚筒旋向与绳捻向的选配分析,综合考虑钻井作业中延长钢丝绳寿命,钻井工况中钢丝绳的缠绕应以第二层、第四层缠绳时滚筒旋向为基础,采用上述说法进行选配钢丝绳。
5结论
根据笔者上述论证,得出以下观点:(1)针对单层缠绕工况:左旋滚筒应选配右交互捻钢丝绳,右旋滚筒应选配左交互捻钢丝绳:(2)针对多层缠绕工况:不论是左旋滚筒还是右旋滚简,应优选交互捻钢丝绳:(3)针对石油钻井多层缠绕工况:应以第二层缠绳时滚筒旋向为基础进行优选钢丝绳,即左旋滚筒应选配左交互捻钢丝绳,右旋滚筒应选配右交互捻钢丝绳。