Диссертация (Обеспечение эффективной работы талевых канатов)

На правах рукописиЛысков Александр АнатольевичОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ТАЛЕВЫХ КАНАТОВСпециальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы(нефтяная и газовая промышленность)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 20132Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственныйуниверситет нефти и газа имени И.М. Губкина»Научный руководитель:Ефимченко Сергей Иванович,кандидат технических наук, доцентОфициальные оппоненты:Молчанов Александр Георгиевич,доктор технических наук, профессорРГУ нефти и газа им. И.М.ГубкинаТрифанов Геннадий Дмитриевич,кандидат технических наук, доцентФГБОУ ВПО «Пермский национальныйисследовательский политехническийуниверситет»Ведущая организация:ОАО НПО «Буровая техника» – ВНИИБТЗащита состоится «25» июня 2013 года в 11.00 на заседаниидиссертационного совета Д212.200.07 в РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: 119991, г.

Москва, Ленинский проспект, 65, корпус 1,ауд. 612.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газаимени И.М. Губкина.Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовойпечатью подписями просим направлять по адресу: 119991, г. Москва,Ленинский проспект, 65, корпус 1, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина,Ученый совет.Автореферат разослан «___» мая 2013 года.Ученый секретарь диссертационногосовета, кандидат технических наукГинзбург Э.С.3Общая характеристика работыАктуальность темы исследования. Неточное (или отсутствующее)представление о загруженности талевого каната в оснастке талевой системыбуровых установок во многих случаях снижает безопасность ведения работ итребует дополнительных затрат времени на перепуск.В классическом бурении спуско-подъемные операции с бурильнымитрубами (СПО) занимали основную долю буровых работ, а все остальныеоперации: механическое бурение (долбление), отбор керна, наращивание,проработка ствола и т.п.

– занимали небольшую долю работ, и при расчетеобъема выполненной спуско-подъемным комплексом (СПК) работы имипренебрегали. Однако, в связи с совершенствованием техники и технологий,ситуация в современном бурении изменилась: объем СПО существенносократился, поскольку замена изношенного долота стала требоваться реже, идоля работы СПК при других операциях стала сопоставима с СПО. Очевидно,из-за этого изменятся и параметры отработки талевого каната. Поэтому весьмаактуально создание уточненной модели работы талевого каната, учитывающейизменившиеся условия бурения с соответствующей системой перепуска.Создание уточненной модели работы каната в оснастке талевой системынеобходимо также в связи с появлением принципиально новых конструкцийбуровых установок. Талевые системы с отводными шкивами, лебедкимобильных буровых установок с барабанами уменьшенного диаметра, новыетормозные устройства и системы управления буровыми лебедками, применениесистем верхнего привода (СВП) – все эти конструктивные изменения требуюттакже учета их влияния на расходование технического ресурса каната.Степень разработанности темы исследования.

Вопросами работыканатов в талевой системе буровых установок занимались М.А. Букштейн,И. Костин, В.И. Тарасевич, С.А. Волонсевич, С.И. Ефимченко и др. Однако втрудах этих ученых остаются невыясненными вопросы моделирования работыталевого каната с учетом существенных факторов изменившихся условий работыканата, влияющих на выход его из строя, в том числе: влияния соотношениядиаметров шкивов и навивки каната на барабан лебедки, учета разнообразныхперемещений талевого блока при выполнении операций в процессе проводкискважины, влияния вибрации и наличия отводных шкивов в талевой системе.4Цельизадачи.Цельюисследованияявляетсяобеспечениеэффективной работы талевых канатов на буровых установках с учетомизменившихся условий бурения и конструктивных особенностей талевыхсистем буровых установок последнего поколения.

Для достиженияуказанной цели поставлены следующие задачи:1. Разработать математическую модель работы канатов в талевойсистеме с учетом изменившихся условий бурения и конструктивных факторов.2. Изучить влияние основных факторов на работу талевых канатов визменившихсяусловияхбурения,проанализироватьиобработатьэкспериментальные и статистические данные работы канатов.3. Проверить адекватность результатов моделирования работыталевых канатов в сопоставлении с их фактической работой.4. Разработать рекомендации по эффективной работе талевыхканатов в талевой системе буровых установок.Научная новизна1. Разработана математическая модель работы талевого каната,учитывающая: а) уточненное влияние соотношения диаметра шкивов идиаметра навивки каната на барабан лебедки; б) изменение высотыподъема талевого блока и его нижнего положения при различныхоперациях в процессе проводки скважины; в) уточненное влияниевибрации в талевой системе; г) наличие отводных шкивов.2.

Уточнены показатели долговечности талевого каната, учитывающиевлияние соотношения диаметра тела огибания к диаметру каната(показатель k) и влияние растягивающего усилия в канате (показатель m).3. Получена аналитическая зависимость КПД талевой системы,позволяющая качественно оценить процесс работы талевой системы, при этомуказанный КПД находится как среднее геометрическое двух КПД – при подъемеи при спуске, с учетом возможных отводных шкивов для тяговой струны.Теоретическая и практическая значимость.

Основные научныерезультаты диссертационной работы взяты за основу в программномкомплексе «Автоперепуск», позволяющем подбирать уточненные параметрыотработки талевых канатов, вести журнал учета наработки каната, проводитьперепуски каната исходя и из достигнутой наработки, и из достигнутого числа5оборванных проволок на шаге свивки каната во внешнем слое прядей.Разработанное программное обеспечение может быть использовано впроектныхинаучно-исследовательскихорганизациях,занимающихсяисследованием и разработкой бурового оборудования, на канатных заводах, вбуровых организациях, эксплуатирующих буровое оборудование.

Применениенаучных результатов диссертации позволяет увеличить технический ресурсталевых канатов на 30-45% и обеспечивает их эффективную работу.Методологияиметодыисследования.Методологическойитеоретической основой диссертационного исследования послужили трудыС.И. Ефимченко в области изучения загруженности талевого каната числомизгибов на шкивах и барабане буровой лебедки при СПО и сформированнаяна их базе математическая модель работы каната в талевой системе. Припроведении исследованияи изложении материалабыли примененыобщенаучные подходы (системный, формализованный и др.) и методынаучного познания (эксперимент, сравнение, моделирование и др.).Положения, выносимые на защитуМатематическая модель работы талевого каната, учитывающая:уточненное влияние соотношения диаметра шкивов и диаметра навивкиканата на барабан лебедки; изменение высоты подъема талевого блока и егонижнего положения при различных операциях в процессе проводки скважины;уточненное влияние вибрации в талевой системе; наличие отводных шкивов.Уточненные оценочные значения показателей долговечности талевогоканата, учитывающие влияние соотношения диаметра тела огибания кдиаметру каната и влияние растягивающего усилия в канате.Формула КПД талевой системы, как среднее геометрическое КПД приподъеме и при спуске, с учетом отводных шкивов для тяговой струны.Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверностьполученных данных обеспечивалась применением апробированных методикизмеренияиобработкиданных,анализомточностиизмерений,повторяемостью результатов.Результаты исследований были доложены и обсуждены на 61-ой, 62-ой,63-ей Студенческой научной конференции «Нефть и газ» (г. Москва, РГУ6нефти и газа имени И.М. Губкина, соответственно 2007, 2008, 2009 гг.); VIII иIX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемыразвития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУ нефти и газаимени И.М. Губкина, соответственно 2010, 2012 гг.).Дляпостепенноговнедрениярезультатовисследованийвпроизводственный процесс, с 2010 г. организованы технологические семинарыпо направлению «Рациональная отработка талевых канатов» для повышенияквалификации работников нефтегазовой промышленности.Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13научных работах, в том числе: 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАКРФ, 1 учебное пособие, 1 учебник, 2 свидетельства о государственнойрегистрации программы на ЭВМ.

Опубликованные материалы охватывают всенаучные результаты, полученные во время работы над диссертацией.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав,заключения, списка литературы из 70 наименований, в том числе наиностранных языках. Содержание работы изложено на 145 страницахмашинописного текста и на 63 страницах приложений. Диссертация содержит50 таблиц, в том числе 15 таблиц в приложениях, иллюстрирована 137рисунками, в том числе 43 рисунками в приложениях.Основное содержание работыВовведенииработыдаетсяобоснованиеактуальноститемыисследования и необходимости моделирования работы каната в талевойсистеме. Объектом исследования является работа в талевой системетрадиционного стального талевого каната 6х31 по ГОСТ 16853-88, где 6 –количество прядей, а 31 – количество проволок в пряди (рис.