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压实股石油钻井钢丝绳

发布时间:2021-08-27 16:01 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

我国石油工业从引用API9A标准开始,619S就成为钻井钢丝绳的首选结构,其结构特点是组股钢丝外粗型,由于外层钢丝较粗,因此具有良好的抗磨损性能。从接触方式分析,与点接触和线


我国石油工业从引用API9A标准开始,6×19S就成为钻井钢丝绳的首选结构,其结构特点是组股钢丝外粗型,由于外层钢丝较粗,因此具有良好的抗磨损性能。从接触方式分析,与点接触和线接触相比,面接触是钢丝绳发展的理想结构,具有金属填充系数大、结构稳定、直径小、安全性高等优点。这是从理论上分析,但要真正实现面接触钢丝绳捻制,技术难度很大,对钢丝、捻股生产设备要求较高,且生产效率极低。因此,钢丝绳制造企业对面接触钢丝绳的研究改变了思路,从研究异形钢丝捻股,变为捻股过程或捻股后采用模拉法、辊轧法或锻打法实现对股的压实,由此开发出了具有面接触特性的压实股钢丝绳。
与普通的6×19S相比,压实股钢丝绳结构更加稳定、抗磨损性更强,是性能更好的石油钻井钢丝绳,其典型结构为6×K19S。

1产品性能及特点
从卷筒到游车段为快绳段,中间经过导向轮,此段钢丝绳运行速度最快,也是钢丝绳最易磨损部分。与线接触钢丝绳相比,压实股钻井钢丝绳表面钢丝为扁平状,接触方式发生改变,与轮槽接触面积较大,接触应力减小,抗磨损性能提高。与同结构规格级别的线接触钢丝绳相比,压实股石油钻井钢丝绳安全性提高,使用寿命延长1.5-2倍(图1)。
1.1钢丝绳结构金属密度大,抗冲击能力强钢丝绳组股为压实结构,组股钢丝发生变形,股金属密度可达到80%以上,是未压实股的1.3倍以上。
采用压实股组成的钻井钢丝绳组绳结构具有结构致密、抗冲击能力强的优点。
1.2抗磨损性能良好
压实股石油钻井钢丝绳外层钢丝为扁平状,钢丝绳与轮槽接触面增加,减小了钢丝绳与轮槽之间的接触应力。相同条件下,钢丝绳的抗磨损性能是圆钢丝的2倍多,可有效延长钢丝绳的使用寿命。
1.3承载能力强,安全系数高
压实股石油钻井钢丝绳结构致密,表面光滑。其公称破断拉力比同类非压实钢丝绳提高了16%-20%,相比之下,压实股钢丝绳具有更高的承载能力,安全系数是普通钢丝绳6×19S-IWRC的1.2-1.5倍,为安全使用钢丝绳提供了更强的技术保证。
1.4抗疲劳性能良好
试验结果显示:由压实股捻制的钢丝绳其疲劳性能是6×19S-IWRC的1.2倍以上。
1.5卷筒上钢丝绳间相互机械磨损减小在收放过程中,钢丝绳之间会出现摩擦,压实股钢丝绳表面光滑,接触应力较小,丝绳之间机械磨损也随之减小。

2产品生产方法及试验
压实股钻井钢丝绳的捻制方法和普通钢丝绳一样,但压实股的生产方法有所不同,压实方法有模拉法、辊轧法和锻打法3种。辊轧法效率高,品质好;模拉法简单易行;锻打法相比则效率低、成本高。因此,国内主要采用模拉和辊轧的方法生产压实股钢丝绳。
2.1模拉法
对26mm6×K19S-IWRC钢丝绳用股的试验曾出现两个问题:一是模具寿命短,二是股中内应力大。综合分析认为,造成问题的主要原因是:模具定径带过长;模具材质达不到要求;后变形压下量不够;无模具水冷装置。
采取的处理办法是:模具定径带长度由原来的2.5mm调整到2mm;模具材质由YG15更换为YG8;压实股进入后变形器后,压下量采取由大到小的分布方式;通过水循环冷却模芯,将模芯的热量及时带走,既延长了模具的寿命,又降低了钢丝性能的损失。设计的模拉工装的技术难点在于研究工装的水循环密封技术及模具的形状、尺寸、材质等。在采取相应办法解决上述问题后,后期进行了29mm 6×K19S-IWRC钢丝绳用压实股的股生产试验,结果显示问题都得到了改善,模具由原来只生产10000m压实股到目前生产40000m,寿命延长4倍,股中应力明显减少,压实股外形见图2.
2.2辊轧法
使用辊轧法生产压实股具有如下优势:一是改变了股与模具的摩擦形式,变滑动摩擦为滚动摩擦,大大减小了拉拔力,降低了股变形过程产生的热量,提高了压实股质量,延长了模具的使用寿命;二是由于辊轧模具孔型有开合功能,可随时改变孔型直径,与捻制普通股一样穿引钢丝,当生产中出现断丝等情况时可以进行修复;三是由于其开放的结构,使得模具冷却相对方便。
辊拉工装主要是掌握进口辊轧工装的设计技术,该装置设计难点在于辊轮孔型的设计和压下量调整机构的设计,以及加工、装配、检测精度等方面的难度,经过反复试验,这些问题都得到很好地解决。
2010年采用此工装先后进行了在线和离线辊拉试验,取得了很好的效果。
经两种压实股方法对比试验,同时考虑现有生产设备的生产能力和负荷情况,确定出了压实股生产方案:对于直径大于12mm的压实股,采用辊轧法生产较为经济,不大于12mm压实股采用模拉法生产较为理想。
2.3疲劳性能试验
分别对6xK19S-IWRC-D29mm-ElP级钢丝绳和6×19S-IWRC-D29mm-EIP级钢丝绳进行疲劳性能对比试验。
6×K19S-IWRC-D29ml-ElP高强度压实股钻井钢丝绳总循环次数26433次,每循环一次钢丝绳经过8次弯曲,折算钢丝绳疲劳弯曲次数为211464次,一个捻距内断丝根数不足2根,股内层无断丝,钢芯无断丝,钢丝绳直径从29.50mm减小到29.10mm,直径减小0.40mm,表面钢丝磨损量不足0.2mm(图3)。
6×19S-IWRC-D29mm-IPS普通钻井钢丝绳总循环次数15303次,每循环一次经过8次弯曲,钢丝绳疲劳弯曲次数为122424次,一个捻距内断丝根数超过3根,股内层出现断丝,钢芯一个捻距内断丝超过3根,钢丝绳直径从29.26mm减小到28.90ml,直径减小0.36mm,表面钢丝磨损量不足0.2mm(图3),且钢丝绳直径已小于公称直径。
钢丝绳弯曲疲劳数据显示,高强度压实股钻井钢丝绳疲劳次数是普通钻井钢丝绳疲劳次数的1.73倍,相当于钢丝绳疲劳寿命延长1.73倍。
2.4结构及性能参数
表1中推荐3种压实股石油钻井钢丝绳,根据构成钢丝绳外层钢丝直径大小和钢丝绳可挠性特点和用户试用结果,绳径小于30mm推荐采用6×K19S-IWRC结构,30-35mm范围推荐采用6×K25Fi-IWRC结构,
35mm以上推荐采用6×K26WS-IWRC结构。

3结语
自2010年开始至2013年,已先后为大庆油田、新疆油田提供压实股钻井钢丝绳共计约5000t以上,使用效果良好,使用性能达到国外同类产品,使用寿命延长1.5倍以上,成为我国钻井钢丝绳升级换代产品,为我国石油钻机轻型化提供了技术支撑。压实股钻井钢丝绳已取得国家实用新型专利1项,并形成Q/SY1285一2010《压实钢丝绳》标准。
从国际发展方向来看,高强度、耐磨损、抗腐蚀、抗疲劳等高性能钢丝绳品种结构不断增多,尤其是压实股钢丝绳备受国内外用户的青睐,英国BRIDON、德国DIEPA和CASAR、日本神钢、韩国高丽制钢等著名钢丝绳企业已从20世纪80年代开始研制开发此新型钢丝绳结构,且产品结构品种层出不穷。进入21世纪,在钢丝绳快速发展环境影响下,国内也兴起对压实股钢丝绳的研制和开发。近10年来,压实股钢丝绳已被广泛应用在港口机械、煤炭提升、汽车起重、大型电铲等重要领域,在北美地区压实股钢丝绳已在石油钻井行业得到广泛应用,并取得良好效果,压实股石油钻井绳将逐渐替代普通钻井钢丝绳。下一步大家将开展钻机轻型化压实股钻井钢丝绳的适用性研究,完善压实股石油钻井钢丝绳使用维护技术。


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