絞車滾筒亂繩故障分析

絞車滾筒亂繩故障分析

在油田的重復(fù)使用中，鋼絲繩的作用非常重要。隨著石油工業(yè)的發(fā)展,鉆井和修井作業(yè)效率都有很大的提高,對鋼絲繩的質(zhì)量和可靠性要求也隨之提高。在沖擊載荷增大,運行速度增加,彎曲半徑減小的情況下,鋼絲繩在作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)磨損、變形和結(jié)構(gòu)破壞等過早失效現(xiàn)象。滾筒亂繩是造成鋼絲繩過早失效的主要原因。本文分析了亂繩原因,提出了解決方法。1由表面溫度所影響a)鋼絲繩在使用過程中要受到循環(huán)載荷的作用,一直處于加速、勻速、減速、停止等運行狀態(tài),鋼絲繩所經(jīng)過的部位都會對鋼絲繩產(chǎn)生強烈的摩擦,導(dǎo)致鋼絲繩表面溫度急劇升高,對鋼絲繩的性能產(chǎn)生極大的影響。b)在鉆井、修井作業(yè)過程中,常出現(xiàn)絞車鋼絲繩排列不整齊、相互擠的亂繩現(xiàn)象,其他部件運行狀態(tài)不良對鋼絲繩的影響是單方面的,亂繩對鋼絲繩壽命的影響則是雙倍的,是鋼絲繩過早失效的主要原因之一,嚴(yán)重時作業(yè)不完1口井就必須更換鋼絲繩,嚴(yán)重影響作業(yè)效率和生產(chǎn)成本。鋼絲繩亂繩和磨損情況如圖1~5。2層間把握正確的罪犯選擇亂繩就是主滾筒鋼絲繩排列不整齊,亂繩有空槽、咬繩、背繩3種表現(xiàn)形式?？詹劬褪翘^相臨的繩槽排到后面的繩槽中而空出1~2個繩槽;咬繩就是繩槽間隙太小硬往里面擠產(chǎn)生較大的摩擦聲;背繩(有人叫騎繩)就是鋼絲繩不按順序往下排而在同一地方堆積,越堆越高,支撐不住后突然倒下產(chǎn)生比摩擦聲更大的垮塌聲,所謂“水往低處流,繩往高處走”就是這種現(xiàn)象。鉆機和修井機絞車主滾筒通常配有里巴斯(Lebus)繩槽,并且在設(shè)備出廠前都做過排繩試驗,主滾筒鋼絲繩排列不整齊,空槽、咬繩、背繩都不允許出廠。鉆機、修井機使用一段時間后可能會出現(xiàn)上述現(xiàn)象,根據(jù)生產(chǎn)、服務(wù)經(jīng)驗,總結(jié)原因主要有10個方面。a)鋼絲繩使用一段時間后,尤其是載荷較大時,會磨損、拉長、變細(xì)。繩槽間距不變,鋼絲繩直徑變小,會出現(xiàn)排不齊現(xiàn)象。鋼絲繩更換后直徑和原來不一樣,也可能造成排列不整齊。通常認(rèn)為鋼絲繩直徑變小,只會出現(xiàn)空槽現(xiàn)象,其實不是,在這一層出現(xiàn)空槽或假空槽,在下一層上會出現(xiàn)咬繩或背繩。鋼絲繩受力時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)伸長導(dǎo)致附加應(yīng)力,結(jié)構(gòu)伸長越大,產(chǎn)生的附加應(yīng)力也就越大,附加應(yīng)力對鋼絲繩性能的影響非常大。滾筒上每層通常有30多圈鋼絲繩,當(dāng)鋼絲繩直徑相對于公稱直徑減小3%,每層就要錯1圈。通常當(dāng)鋼絲繩直徑相對于公稱直徑減小1%時就會發(fā)生亂繩現(xiàn)象。當(dāng)鋼絲繩直徑相對于公稱直徑減小7%或者更多時,即使沒有發(fā)現(xiàn)斷絲,也應(yīng)該將此繩報廢。b)通常,鉆機、修井機滾筒的里巴斯繩槽都是左旋向、下出繩,鋼絲繩捻向必須根據(jù)滾筒的纏繞方向來定。鋼絲繩在使用時纏繞方向?qū)︿摻z繩的排列影響很大,所以要按照滾筒的旋向正確領(lǐng)用鋼絲繩。如果鋼絲繩捻向不正確,鋼絲繩在纏繞過程中就會出現(xiàn)解捻(松勁)現(xiàn)象,導(dǎo)致鋼絲繩使用時排列混亂、磨損加快、承載能力下降。這一點很容易理解也很容易被忽視,因為訂購鋼絲繩時不注明旋向即視為右旋。鋼絲繩的捻向根據(jù)圖6選擇。c)滾筒上鋼絲繩排列整齊與否,與第1層的排列情況有很大關(guān)系。第1層排不好,后面的肯定混亂。所以第1層必須拉緊、密實,尤其是入繩口必須排好(如圖7),入繩口排好則可以使快繩切入摩損減小到最小程度,使鋼絲繩排列整齊快捷。向滾筒上纏繞鋼絲繩時最好持續(xù)施加一定的預(yù)緊力,以50kN左右為宜,換算成鉤載大約為游車大鉤的自重力。正確的纏繞方法會使鋼絲繩在第1層纏繞時略微上勁,使鋼絲繩的自身握緊力增強,避免結(jié)構(gòu)松弛造成的排列混亂和結(jié)構(gòu)破壞。d)主滾筒鋼絲繩排列不整齊和鋼絲繩的纏繞數(shù)量有關(guān)。關(guān)于纏繞數(shù)量,不同的場合有不同的標(biāo)準(zhǔn),按《機械設(shè)計禁忌500例》的要求,當(dāng)起重吊鉤下降至最低點時,鋼絲繩在卷筒上應(yīng)至少保留2圈;按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油修井機使用與維護》的要求,當(dāng)游車下到下死點位置時,滾筒上應(yīng)保留6~9圈鋼絲繩;按國外監(jiān)理公司的要求,大鉤裝吊卡、吊卡下落至轉(zhuǎn)盤上平面時,滾筒上應(yīng)留12~17圈鋼絲繩(過半層)。這些規(guī)定是計算的結(jié)果,結(jié)果的不同取決于使用場合和固定鋼絲繩的終端夾的結(jié)構(gòu)形式,蘊涵的道理都是一樣的。鋼絲繩纏繞太少,摩擦力不夠,容易引起快繩頭脫落,造成墩鉆;鋼絲繩纏繞太多,容易出現(xiàn)排繩不齊、亂繩、咬繩現(xiàn)象,加快鋼絲繩的磨損,并且影響快繩拉力,造成傳動系統(tǒng)過載。雖然不同場合有不同的要求,但有2條原則必須遵循:①游車大鉤下放到地面(或坡道下端)時滾筒上必須有多余的繩子;②游車大鉤吊管柱離開卡盤上升時快繩必須在滾筒的第1層。這2條是保證鋼絲繩不脫落、傳動系統(tǒng)又不過載的前提條件,作業(yè)過程中必須嚴(yán)格遵守。e)鋼絲繩都是成盤供應(yīng)(通常為1000m1盤),捻制鋼絲繩時必須施加外力(如圖8),鋼絲繩纏到繩盤上后存在很大的旋轉(zhuǎn)應(yīng)力,拉出后要旋轉(zhuǎn)很多圈才能把應(yīng)力釋放完。鋼絲繩往絞車滾筒上纏繞前必須把應(yīng)力完全釋放,否則也會造成鋼絲繩扭結(jié)、排繩不齊、磨損加快。f)車裝鉆機主滾筒鋼絲繩排列整齊與否還與井場地面平度、底盤平度、井架直度、繃?yán)K松緊一致與否、快繩輪磨損程度有關(guān)系。各種誤差、間隙、變形累積,造成天車快繩輪和主滾筒相對位置的改變,都會引起排繩混亂。g)主滾筒鋼絲繩排列整齊與否還和操作有關(guān)系。正常作業(yè)時不要緊急剎車和突然啟動,要盡量勻速起落,輔助剎車更不要當(dāng)成主剎車使用。大油門摘掛離合器或一下剎死,引起劇烈震動和沖擊,會導(dǎo)致大繩跳槽,造成排繩混亂,而且會造成傳動系統(tǒng)損傷,減少使用壽命。h)主滾筒鋼絲繩排列不整齊和滾筒繩槽兩側(cè)調(diào)整板(也稱之為耐磨板)的磨損有很大關(guān)系。調(diào)整板的作用一是用來調(diào)節(jié)繩槽寬度,二是減少鋼絲繩對滾筒體的磨損。調(diào)整板的材質(zhì)通常為Q235(低碳鋼),很容易磨損(用中碳鋼或高碳鋼雖耐磨但焊接性能差),屬于易損件。調(diào)整板磨損后,繩槽寬度加大,鋼絲繩排列不緊密,造成下一層或下下層亂繩。建議生產(chǎn)廠家將調(diào)整板材質(zhì)改為中碳鋼或高碳鋼,固定方式由焊接改為螺栓連接,以增加耐磨性,也便于磨損后的更換。i)更換剎車轂或游動系統(tǒng)滑輪時破壞了原來的動平衡,產(chǎn)生不平衡抖動也會造成鋼絲繩排列混亂。j)主滾筒鋼絲繩排列整齊與否和滾筒繩槽板的設(shè)計尺寸有關(guān)。繩槽的寬度、深度、槽間距不合適,會影響鋼絲繩的排列(如圖9),使磨損加快,可以通過試驗發(fā)現(xiàn)問題。2游車大鉤預(yù)緊力海上施工鋼絲繩排列不整齊、磨損快是一個很復(fù)雜的問題,是各種因素綜合影響的結(jié)果,很難歸咎于某一原因。針對絞車滾筒亂繩的原因,提出以下解決方法,供現(xiàn)場作業(yè)人員參考。a)檢查鋼絲繩的規(guī)格型號是否和繩槽吻合,是否符合使用說明書的要求。b)檢查鋼絲繩的捻向是否適合滾筒的旋向。c)第1層必須排整齊,必要時下大功夫修磨入繩口,保證入繩的角度合適、圓滑、通順,纏繞第1層時必須施加預(yù)緊力,防止出現(xiàn)空套現(xiàn)象。d)主滾筒上鋼絲繩的纏繞數(shù)量多少很重要,務(wù)必遵循1.4所述2條原則。推薦做法:換鋼絲繩時先把游車大鉤放到地面(無鉆臺)或放到坡道下端(有鉆臺),支起游車一端,固定好活繩頭后撤掉支撐,用游車大鉤的重力作為預(yù)緊力纏繞鋼絲繩。這樣做不僅符合1.3的要求也符合1.4的要求,是最省事的做法。e)不同廠家生產(chǎn)的鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力大小不一樣,應(yīng)力大小和鋼絲繩存放的時間也有關(guān)系。往滾筒上纏繞鋼絲繩前最好先釋放應(yīng)力。f)更換剎車轂或天車滑輪時,必須進行動平衡試驗。便攜式動平衡儀在作業(yè)現(xiàn)場可以很方便地檢測出回轉(zhuǎn)體的不平衡力矩,在指示的方位添加或去除計算好的質(zhì)量,使?jié)L筒和滑輪保持動平衡。g)嚴(yán)格按照操作規(guī)程,養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣。高速起下鉆、一下剎死對鋼絲繩的排列不利,對剎車系統(tǒng)的損傷嚴(yán)重。h)更換繩槽調(diào)整板(如圖10)可以很大程度上解決亂繩問題。繩槽調(diào)整板的厚度可以根據(jù)磨損情況和現(xiàn)場亂繩程度決定。更換繩槽調(diào)整板并不麻煩,只需把外圈段焊的焊縫割掉,打磨后即可更換。只更換無入繩口一側(cè)(左調(diào)整板)就可以解決問題。i)安裝穩(wěn)繩器。穩(wěn)繩器通過彈簧作用緩沖鋼絲繩的抖動,減少鋼絲繩纏繞時的軸向力。安裝穩(wěn)繩器是緩解亂繩現(xiàn)象的有效方法。4000m以上的鉆機,尤其是橇裝鉆機,設(shè)計時都配有穩(wěn)繩器。車裝鉆機、修井機由于井架、絞車、底盤一起運輸,需要頻繁拆裝穩(wěn)繩器、操作不方便等原因,設(shè)計時通常不配備穩(wěn)繩器。車裝鉆機、修井機可以加裝一種可折疊的穩(wěn)繩器,當(dāng)井架立起進行起下鉆作業(yè)時,穩(wěn)繩器打開工作;當(dāng)井架放倒運輸時,穩(wěn)繩器折疊收起,不用拆卸,不影響運輸。j)更換里巴斯繩槽板。里巴斯繩槽板(如圖10)通常為鑄鋼件,根據(jù)生產(chǎn)方式的不同可分為整體加工和分體組合2種形式,專業(yè)生產(chǎn)廠家都有加工里巴斯繩槽的專門設(shè)備,能夠保證加工精度。偶爾有設(shè)計不合理、加工工藝參數(shù)調(diào)整失誤、加工誤差累積等原因造成繩槽的寬度、深度、槽間距超標(biāo),也可能引起排繩混亂。亂繩通常出現(xiàn)在每層的最后幾圈。這種原因引起的亂繩(剛開始可能不太明顯,出廠試驗時未被發(fā)現(xiàn)、處理,隨著繩槽和鋼絲繩的磨損而加劇)必須更換繩槽板才能解決。整體式繩槽板更換起來很麻煩,必須拆開絞車,連滾筒體一起更換。分體式繩槽板,滾筒和繩槽板是可以拆分的,容易更換繩槽板。3絞車滾繩外因分析1)絞車滾筒亂繩是造成鋼絲繩過快磨損、過早失效、影響使用壽命的主要原