В учебнике рассмотрены вопросы рационального проектирования талевых систем и их элементов. Рассмотрены конструктивные схемы современных кронблоков, талевых блоков, крюков, механизмов крепления неподвижного конца каната и другого оборудования. Изложены требования к параметрам шкивов талевой системы и барабанов буровых лебёдок. Обоснована целесообразность применения спаренных талевых систем и уточнены условия применения параллельной и крестовой оснасток в отечественных установках. Рассмотрены пути повышения долговечности талевых канатов, в том числе: по выбору материала канатной проволоки, рациональной конструкции канатов, применения вытяжки (обтяжки) канатов после изготовления, составления регламентов рациональной отработки канатов при эксплуатации. Приведена методика составления генерального плана капитальных ремонтов сборочных единиц талевой системы за срок службы подъёмного комплекса. Для студентов нефтяных вузов и факультетов, обучающихся по специальностям "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов" и "Бурение нефтяных и газовых скважин". Предисловие 5 Глава 1. Назначение, состав, параметры талевой системы буровых установок 7 1.1. Назначение, состав и принцип действия талевой системы 7 1.2. Параметры талевой системы 10 1.3. Коэффициент полезного действия талевой системы 14 1.4. Углы девиации 17 1.5. Особенности кинематических схем оснасток талевых систем 18 Глава 2. Элементы талевой системы буровых установок 22 2.1. Кронблок 22 2.2. Талевый блок 31 2.3. Шкивы кронблоков и талевых блоков 36 2.4. Подшипники шкивов талевой системы 39 2.5. Крюк и крюкоблок 44 2.6. Механизм крепления неподвижной струны 49 2.7. Штропы и элеваторы. Комплекс механизмов типа АСП 53 2.8. Вспомогательное оборудование 60 2.8.1. Ограничитель переподъёма талевого блока 61 2.8.2. Успокоители-стабилизаторы талевого каната 63 2.8.3. Узел крепления тяговой струны каната на барабане буровой лебёдки 69 2.8.4. Контрольно-измерительные приборы для определения нагрузки на крюке 70 Глава 3. Требования к параметрам шкивов талевой системы и барабанов буровых лебёдок 75 3.1. Желобчатые накладки (нарезка канавок) на барабане буровых лебёдок. Конструктивные особенности и требования к параметрам, влияющим на долговечность каната 75 3.2. Требования к радиусу профиля канавок шкивов и канавок, нарезаемых на барабане лебёдок 84 3.3. Выбор диаметра шкивов талевой системы и диаметра барабана лебёдки 89 Глава 4. Статика и динамика талевых механизмов 92 4.1. Распределение усилий по струнам оснастки талевой системы подъёмных комплексов буровых установок при СПО 92 4.2. Распределение усилий по струнам оснастки талевой системы на примере БУ2500ЭП 95 4.3. Расчёт отклонения талевого блока и момента его закручивания на примере БУ2500ЭП при параллельной и крестовой оснастках 101 4.3.1. Расчёт отклонения и момента закручивания талевого блока при параллельной оснастке БУ2500ЭП (при применении некрутящихся канатов) 101 4.3.2. Расчёт отклонения и момента закручивания талевого блока при крестовой оснастке БУ2500ЭП (при применении некрутящихся канатов) 108 4.3.3. Выводы по отклонениям и моментам закручивания талевого блока при крестовой и параллельной оснастках БУ2500ЭП (при применении некрутящихся канатов) 118 4.4. Влияние момента вращения самого каната на поведение талевой системы 120 Глава 5. Пути повышения эффективности и надёжности подъёмного комплекса буровых установок 124 Глава 6. Стальные канаты 139 6.1. Общие сведения о стальных канатах 142 6.1.1. Конструкция канатов 142 6.1.2. Классификация канатов по основному конструктивному признаку 143 6.1.3. Классификация канатов по направлению свивки 149 6.1.4. Система обозначения канатов 151 6.1.5. Сердечники и смазка канатов 152 6.2. Производство стальных канатов 153 6.2.1. Материалы, применяемые для изготовления канатов 153 6.2.2. Производство канатной проволоки 153 6.2.2.1. Материалы для производства канатной проволоки 154 6.2.2.2. Основные методы волочения проволоки 158 6.2.2.3. Волоки (фильеры) для волочения проволоки 162 6.2.2.4. Подготовка поверхности металла к волочению 169 6.2.2.5. Машины однократного и многократного волочения 174 6.2.2.6. Технические решения современных волочильных станов 178 6.2.2.7. Современные направления технического перевооружения отечественного метизного производства 185 6.2.2.8. Пример производства проволоки из стали ШХ15 189 6.2.3. Оборудование для свивки прядей и канатов 191 6.2.3.1. Станки для намотки проволоки на зарядные катушки 191 6.2.3.2. Прядевьющие и канатовьющие машины 193 6.2.3.3. Устройства и приспособления, применяемые при свивке прядей и канатов 198 6.2.4. Технологические операции при изготовлении круглопрядных канатов 202 6.2.5. Испытание и упаковка стальных канатов 204 6.3. Талевые канаты буровых установок 204 6.3.1. Рекомендуемые отраслевыми ТУ и стандартами РФ конструкции талевых канатов. Требования к поставляемым канатам 205 6.3.2. Талевые канаты, рекомендуемые зарубежными фирмами 215 6.3.3. Новые талевые канаты группы предприятий "Северсталь-метиз" 218 6.3.4. Пути повышения качества талевых канатов 222 Глава 7. Опыт эксплуатации талевых канатов на буровых установках 224 7.1. Критерии отбраковки канатов 224 7.2. Факторы, влияющие на выход каната из строя 227 7.3. Наработка талевого каната и единицы её измерения 233 7.4. Методика расчёта потребности талевого каната на цикл бурения скважины 234 7.5. Алгоритм и программа расчёта регламентов рациональной отработки талевых канатов 237 7.5.1. Спуско-подъёмное оборудование буровых установок (БУ) 238 7.5.2. Основы системы перепуска 239 7.5.3. Закономерность распределения числа изгибов талевого каната на шкивах по длине в оснастке в процессе бурения и СПО. Алгоритм расчёта 241 7.5.4. Универсальные графики распределения числа изгибов каната на шкивах и барабане лебёдки по длине в оснастке 245 7.5.5. Алгоритм расчёта загруженности изгибами всей длины каната в бухте и нахождения условий рационального использования каната 249 7.5.5.1. Основные положения 249 7.5.5.2. Расчёт загруженности каната в оснастке 250 7.5.5.3. Расчёт загруженности каната всей бухты 261 7.5.5.4. Нахождение максимума суммарной наработки всего каната 267 7.5.5.5. Нахождение площади под распределением в цикле 269 7.5.5.6. Выбор числа отрабатываемых оснасток (перепусков) 269 7.5.5.7. Алгоритм системы контроля за текущей отработкой каждой оснастки 273 7.5.5.7.1. Нахождение номеров струн с признаками отбраковки 273 7.5.5.7.2. Нахождение количества оборванных проволок на шаге свивки в струне с признаком отбраковки 275 7.5.5.7.3. Нахождение высоты подъёма крюка, при которой дефектный участок каната наблюдается у барабана лебёдки 277 7.5.6. Представление программы расчёта в системе "Mathcad" 277 7.5.6.1. Вид программы для пользователя 278 7.5.6.2. Примеры расчёта регламентов оптимальной отработки талевых канатов на буровых установках 282 7.5.6.3. Программа для выполнения регламента и порядок выполнения работы с помощью программы 290 7.5.7. Программа расчёта регламентов оптимальной отработки талевых канатов "АВТО- ПЕРЕПУСК" 294 Глава 8. Модуль упругости стальных подъёмных канатов 295 8.1. Способы определения модуля упругости 295 8.2. Влияние вытяжки на остаточное удлинение каната 295 Глава 9. Вытяжка (обтяжка) стальных канатов 305 9.1. Экспериментальные исследования влияния вытяжки на долговечность каната 305 9.2. Выбор оптимального усилия обтяжки для снятия свивочных напряжений 314 9.3. Обзор способов и устройств для вытяжки канатов 324 9.4. Выбор установки по вытяжке 335 9.5. Обтяжка каната в скважине 338 9.6. Требования к конструкции скважины 344 9.7. Упругое сжатие (деформация) рабочей колонны 346 9.8. Требования к опорной поверхности башмаков 346 9.9. Компоновка якорного устройства (подвижной каретки) 347 9.10. Расчёт ожидаемого экономического эффекта от внедрения установки по предварительной вытяжке для талевых канатов 351 Глава 10. Расчёты на прочность и долговечность спуско-подъёмного оборудования 352 10.1. Методы расчёта на прочность 352 10.2. Расчёт долговечности подшипников шкивов 355 10.2.1. Общие положения 355 10.2.2. Особенности расчёта подшипников шкивов талевой системы 359 10.3. Расчёт требуемого диаметра барабана буровой лебёдки и диаметра шкивов талевой системы исходя из заданной долговечности талевого каната, выраженной количеством пробуренных скважин 365 10.4. Стратегия составления генерального плана капитальных ремонтов сборочных единиц буровой установки (на примере кронблока талевой системы БУ) 381 Список литературы 386