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壓實股石油鉆井鋼絲繩

發(fā)布時間：2021-08-27 16:01　文章來源：未知　文章作者：admin　點擊數(shù)：

我國石油工業(yè)從引用API9A標(biāo)準(zhǔn)開始，619S就成為鉆井鋼絲繩的首選結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是組股鋼絲外粗型，由于外層鋼絲較粗，因此具有良好的抗磨損性能。從接觸方式分析，與點接觸和線


我國石油工業(yè)從引用API9A標(biāo)準(zhǔn)開始，6×19S就成為鉆井鋼絲繩的首選結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是組股鋼絲外粗型，由于外層鋼絲較粗，因此具有良好的抗磨損性能。從接觸方式分析，與點接觸和線接觸相比，面接觸是鋼絲繩發(fā)展的理想結(jié)構(gòu)，具有金屬填充系數(shù)大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、直徑小、安全性高等優(yōu)點。這是從理論上分析，但要真正實現(xiàn)面接觸鋼絲繩捻制，技術(shù)難度很大，對鋼絲、捻股生產(chǎn)設(shè)備要求較高，且生產(chǎn)效率極低。因此，鋼絲繩制造企業(yè)對面接觸鋼絲繩的研究改變了思路，從研究異形鋼絲捻股，變?yōu)槟砉蛇^程或捻股后采用模拉法、輥軋法或鍛打法實現(xiàn)對股的壓實，由此開發(fā)出了具有面接觸特性的壓實股鋼絲繩。
與普通的6×19S相比，壓實股鋼絲繩結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、抗磨損性更強，是性能更好的石油鉆井鋼絲繩，其典型結(jié)構(gòu)為6×K19S。

1產(chǎn)品性能及特點
從卷筒到游車段為快繩段，中間經(jīng)過導(dǎo)向輪，此段鋼絲繩運行速度最快，也是鋼絲繩最易磨損部分。與線接觸鋼絲繩相比，壓實股鉆井鋼絲繩表面鋼絲為扁平狀，接觸方式發(fā)生改變，與輪槽接觸面積較大，接觸應(yīng)力減小，抗磨損性能提高。與同結(jié)構(gòu)規(guī)格級別的線接觸鋼絲繩相比，壓實股石油鉆井鋼絲繩安全性提高，使用壽命延長1.5-2倍（圖1）。
1.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)金屬密度大，抗沖擊能力強鋼絲繩組股為壓實結(jié)構(gòu)，組股鋼絲發(fā)生變形，股金屬密度可達到80%以上，是未壓實股的1.3倍以上。
采用壓實股組成的鉆井鋼絲繩組繩結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)致密、抗沖擊能力強的優(yōu)點。
1.2抗磨損性能良好
壓實股石油鉆井鋼絲繩外層鋼絲為扁平狀，鋼絲繩與輪槽接觸面增加，減小了鋼絲繩與輪槽之間的接觸應(yīng)力。相同條件下，鋼絲繩的抗磨損性能是圓鋼絲的2倍多，可有效延長鋼絲繩的使用壽命。
1.3承載能力強，安全系數(shù)高
壓實股石油鉆井鋼絲繩結(jié)構(gòu)致密，表面光滑。其公稱破斷拉力比同類非壓實鋼絲繩提高了16%-20%，相比之下，壓實股鋼絲繩具有更高的承載能力，安全系數(shù)是普通鋼絲繩6×19S-IWRC的1.2-1.5倍，為安全使用鋼絲繩提供了更強的技術(shù)保證。
1.4抗疲勞性能良好
試驗結(jié)果顯示：由壓實股捻制的鋼絲繩其疲勞性能是6×19S-IWRC的1.2倍以上。
1.5卷筒上鋼絲繩間相互機械磨損減小在收放過程中，鋼絲繩之間會出現(xiàn)摩擦，壓實股鋼絲繩表面光滑，接觸應(yīng)力較小，絲繩之間機械磨損也隨之減小。

2產(chǎn)品生產(chǎn)方法及試驗
壓實股鉆井鋼絲繩的捻制方法和普通鋼絲繩一樣，但壓實股的生產(chǎn)方法有所不同，壓實方法有模拉法、輥軋法和鍛打法3種。輥軋法效率高，品質(zhì)好；模拉法簡單易行；鍛打法相比則效率低、成本高。因此，國內(nèi)主要采用模拉和輥軋的方法生產(chǎn)壓實股鋼絲繩。
2.1模拉法
對26mm6×K19S-IWRC鋼絲繩用股的試驗曾出現(xiàn)兩個問題：一是模具壽命短，二是股中內(nèi)應(yīng)力大。綜合分析認為，造成問題的主要原因是：模具定徑帶過長；模具材質(zhì)達不到要求；后變形壓下量不夠；無模具水冷裝置。
采取的處理辦法是：模具定徑帶長度由原來的2.5mm調(diào)整到2mm；模具材質(zhì)由YG15更換為YG8；壓實股進入后變形器后，壓下量采取由大到小的分布方式；通過水循環(huán)冷卻模芯，將模芯的熱量及時帶走，既延長了模具的壽命，又降低了鋼絲性能的損失。設(shè)計的模拉工裝的技術(shù)難點在于研究工裝的水循環(huán)密封技術(shù)及模具的形狀、尺寸、材質(zhì)等。在采取相應(yīng)辦法解決上述問題后，后期進行了29mm 6×K19S-IWRC鋼絲繩用壓實股的股生產(chǎn)試驗，結(jié)果顯示問題都得到了改善，模具由原來只生產(chǎn)10000m壓實股到目前生產(chǎn)40000m，壽命延長4倍，股中應(yīng)力明顯減少，壓實股外形見圖2.
2.2輥軋法
使用輥軋法生產(chǎn)壓實股具有如下優(yōu)勢：一是改變了股與模具的摩擦形式，變滑動摩擦為滾動摩擦，大大減小了拉拔力，降低了股變形過程產(chǎn)生的熱量，提高了壓實股質(zhì)量，延長了模具的使用壽命；二是由于輥軋模具孔型有開合功能，可隨時改變孔型直徑，與捻制普通股一樣穿引鋼絲，當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)斷絲等情況時可以進行修復(fù)；三是由于其開放的結(jié)構(gòu)，使得模具冷卻相對方便。
輥拉工裝主要是掌握進口輥軋工裝的設(shè)計技術(shù)，該裝置設(shè)計難點在于輥輪孔型的設(shè)計和壓下量調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計，以及加工、裝配、檢測精度等方面的難度，經(jīng)過反復(fù)試驗，這些問題都得到很好地解決。
2010年采用此工裝先后進行了在線和離線輥拉試驗，取得了很好的效果。
經(jīng)兩種壓實股方法對比試驗，同時考慮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力和負荷情況，確定出了壓實股生產(chǎn)方案：對于直徑大于12mm的壓實股，采用輥軋法生產(chǎn)較為經(jīng)濟，不大于12mm壓實股采用模拉法生產(chǎn)較為理想。
2.3疲勞性能試驗
分別對6xK19S-IWRC-D29mm-ElP級鋼絲繩和6×19S-IWRC-D29mm-EIP級鋼絲繩進行疲勞性能對比試驗。
6×K19S-IWRC-D29ml-ElP高強度壓實股鉆井鋼絲繩總循環(huán)次數(shù)26433次，每循環(huán)一次鋼絲繩經(jīng)過8次彎曲，折算鋼絲繩疲勞彎曲次數(shù)為211464次，一個捻距內(nèi)斷絲根數(shù)不足2根，股內(nèi)層無斷絲，鋼芯無斷絲，鋼絲繩直徑從29.50mm減小到29.10mm，直徑減小0.40mm，表面鋼絲磨損量不足0.2mm（圖3）。
6×19S-IWRC-D29mm-IPS普通鉆井鋼絲繩總循環(huán)次數(shù)15303次，每循環(huán)一次經(jīng)過8次彎曲，鋼絲繩疲勞彎曲次數(shù)為122424次，一個捻距內(nèi)斷絲根數(shù)超過3根，股內(nèi)層出現(xiàn)斷絲，鋼芯一個捻距內(nèi)斷絲超過3根，鋼絲繩直徑從29.26mm減小到28.90ml，直徑減小0.36mm，表面鋼絲磨損量不足0.2mm（圖3），且鋼絲繩直徑已小于公稱直徑。
鋼絲繩彎曲疲勞數(shù)據(jù)顯示，高強度壓實股鉆井鋼絲繩疲勞次數(shù)是普通鉆井鋼絲繩疲勞次數(shù)的1.73倍，相當(dāng)于鋼絲繩疲勞壽命延長1.73倍。
2.4結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)
表1中推薦3種壓實股石油鉆井鋼絲繩，根據(jù)構(gòu)成鋼絲繩外層鋼絲直徑大小和鋼絲繩可撓性特點和用戶試用結(jié)果，繩徑小于30mm推薦采用6×K19S-IWRC結(jié)構(gòu)，30-35mm范圍推薦采用6×K25Fi-IWRC結(jié)構(gòu)，
35mm以上推薦采用6×K26WS-IWRC結(jié)構(gòu)。

3結(jié)語
自2010年開始至2013年，已先后為大慶油田、新疆油田提供壓實股鉆井鋼絲繩共計約5000t以上，使用效果良好，使用性能達到國外同類產(chǎn)品，使用壽命延長1.5倍以上，成為我國鉆井鋼絲繩升級換代產(chǎn)品，為我國石油鉆機輕型化提供了技術(shù)支撐。壓實股鉆井鋼絲繩已取得國家實用新型專利1項，并形成Q/SY1285一2010《壓實鋼絲繩》標(biāo)準(zhǔn)。
從國際發(fā)展方向來看，高強度、耐磨損、抗腐蝕、抗疲勞等高性能鋼絲繩品種結(jié)構(gòu)不斷增多，尤其是壓實股鋼絲繩備受國內(nèi)外用戶的青睞，英國BRIDON、德國DIEPA和CASAR、日本神鋼、韓國高麗制鋼等著名鋼絲繩企業(yè)已從20世紀(jì)80年代開始研制開發(fā)此新型鋼絲繩結(jié)構(gòu)，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)品種層出不窮。進入21世紀(jì)，在鋼絲繩快速發(fā)展環(huán)境影響下，國內(nèi)也興起對壓實股鋼絲繩的研制和開發(fā)。近10年來，壓實股鋼絲繩已被廣泛應(yīng)用在港口機械、煤炭提升、汽車起重、大型電鏟等重要領(lǐng)域，在北美地區(qū)壓實股鋼絲繩已在石油鉆井行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果，壓實股石油鉆井繩將逐漸替代普通鉆井鋼絲繩。下一步我們將開展鉆機輕型化壓實股鉆井鋼絲繩的適用性研究，完善壓實股石油鉆井鋼絲繩使用維護技術(shù)。