石油钻井用钢丝绳维护保养和安全使用.ppt

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1、石油钻井用钢丝绳维护保养和安全使用,安全环保科 2009年6月,前 言,钢丝绳是一种常用的承张元件，广泛地应用于多种作业，也是石油钻采不可或缺的配件之一。 钢丝绳与天车、游 车、绞车等一同构成井架的悬挂和提升系统，是石油工业钻采作业不可或缺的配件。 钢丝绳的安全性是生产安全的一个重要环节。 钢丝绳是一种消耗品，其消耗量的多少直接与作业成本相关。正确选择和使用钢丝绳，可以达到延长钢丝绳使用寿命的目的，从而降低使用成本。,钢丝绳基础知识,什么是钢丝绳：钢丝绳是用具有一定技术要求的钢丝按照一定的规则制造的钢丝束。 钢丝绳的捻距：捻距是捻制元件围绕捻制中心旋转一周所前进的距离。 钢丝绳的捻法：捻法：就

2、是捻向。也可以说是所有元件的捻向组合。 钢丝绳的结构：结构是元件的排列规则。 石油钢丝绳的标准和特点：石油用钢丝绳相比较其他行业所用钢丝绳有其特点。,钢丝绳的基本构成,钢丝绳的基本构成,钢丝绳工艺流程,了解钢丝绳性能和科学使用钢丝绳,钢丝绳具有外形相似、品种繁多的特点。不同结构的钢丝绳性能也相差也较大，了解钢丝绳的特点对安全使用有很大的指导意义。 钢丝绳的使用环境对其使用寿命有很大影响。 滑轮和卷筒对钢丝绳寿命的影响也不可忽视。,石油钻井钢丝绳使用现状,我国陆上石油钻采作业中多年来一直沿袭使用纤维芯钢丝绳。而这种结构的钢丝绳在使用过程中，或是由于钢丝绳自身质量问题或是由于使用方面的问题，引发钢

3、丝绳寿命达不到预期目标，因此，对于钢丝绳质量的投诉一直不断。 油田的多数井队都反映纤维芯钢丝绳在使用中寿命较以前短，不能满足使用要求。随着作业效率的提高，问题不断地出现。从历年来的用户投诉情况分析，其中所反映的情况，问题相对比较集中的还要数钢丝绳结构破坏和磨损断丝。,油田的多数井队都反映纤维芯钢丝绳在使用中寿命较以前短，不能满足使用要求。随着作业效率的提高，问题不断地出现。 从用户的质量投诉中看，其中反映最多的还数钢丝绳结构破坏和磨损断丝。,钻机更新对钢丝绳的新要求,钻机更新后设备安装和操作更加方便和快捷。 轻型化和小型化是钻机发展的趋势。井架起升用钢丝绳使井架安装更加简便。 上述的一切对钢丝

4、绳和钢丝绳索具对钢丝绳的性能和安全保障性能提出了更加高的要求。,为用户解决使用中的问题，生产厂家近几年专门组织人员赴油田进行技术服务，实地了解情况、查找原因，其主要目的也是为解决钢丝绳寿命短的问题。 发现了现场一些不科学的使用方法，同时也发现了产品的不足。,我们实际选用的钢丝绳中，绝大多数的钢丝绳都是经过捻制成型的。 由于经过了“捻制” 这一加工过程，钢丝绳中的元件都与各自的捻制中心形成了一定的夹角，在受力时就会形成转矩，使钢丝绳产生反向旋转。 目前所采用的普通园股钢丝绳，其抗旋转的能力就相对较差。,钢丝绳在起重作业和悬挂中起着很重要的作用，一般情况下，按照其使用场合的不同，所选择的安全系数为

5、412倍。 而在石油系统，所选的安全系数仅为2.54倍。应该说，这样的安全系数与其承受的载荷相比也是较高的。 个别情况下，由于一些不恰当的操作，会导致钢丝绳提前出现问题，使钢丝绳报废。这其中就有钢丝绳受力时产生的结构伸长导致的附加应力。 结构伸长越大，产生的附加应力也就越大。,二、钻修井用钢丝绳钢芯化大势所趋,我国石油钻井修井用钢丝绳配套一直采用麻芯钢丝绳。 随着石油工业的发展，钻井和采油作业效率都有很大的提高，对钢丝绳的质量和可靠性要求也随之提高。 在冲击载荷增强，运行速度增加，弯曲半径减小的情况下，麻芯钢丝绳逐渐难于适应这种变化。这就是纤维芯钢丝绳在钻井修井作业中经常出现变形和结构破坏根本

6、原因。,钢芯钢丝绳与纤维芯钢丝绳在性能上的差异,同结构钢丝绳相比，金属密度提高17%，同强度等级之下破断拉力同比提高。可以确保安全系数。 提高了钢丝绳抵抗径向压力的能力，使钢丝绳不易在缠绕过程中不易出现压扁和变形。 直径均匀性好，有利于钢丝绳在卷筒上均匀缠绕。 伸长小，可以减少钢丝绳在受力情况下因伸长引起的绳间相互摩擦。 钢芯钢丝绳平均使用寿命约为麻芯钢丝绳的1.2-1.3倍。,从近几年用户对质量投诉的统计结果表明，对于麻芯绳的投诉比例占到八成以上，也表现出纤维芯钢丝绳的性能已逐渐不能满足目前石油钻采作业的负荷要求，主要表现在钢丝绳由于挤压造成的结构破坏或变形引起钢丝绳早期报废。 API-9B

7、从第11版开始，已做出明确规定：钻井钢丝绳必须采用钢芯结构。它要求钢丝绳具有更高的安全性、耐用性和可靠性。,国外石油行业钢丝绳配套使用的最新状况，认为钢芯钢丝绳是应该在石油钻井作业中大力推广。 由于钢芯钢丝绳在性能上具有很多优点，因此被国外石油钻采作业中全面采用。我们出国的井队，外国监理都要求配套钢芯结构钢丝绳。 通过近几年钢芯钢丝绳在部分油田使用的成功经验看，推广钢芯钢丝绳势在必行。 目前国内多数油田已将大于29mm钢丝绳由纤维芯换成钢芯钢丝绳。如辽河、华北、大港、塔指、吐哈、中原、江汉等。,为确保钢芯钢丝绳在使用过程具有良好的润滑效果，厂家采用进口的优质钢丝绳润滑油，该油品，附着性好，润滑

8、性能极佳。 由于工作状况的不同，使用时应注意钢丝绳表面油脂的情况，如果钢丝绳油脂明显减少，应及时补充油脂。 所补充的油脂应该与钢丝绳所涂油品一致。,第一部分,钻机配套和最佳的钢丝绳结构选用,一、钢丝绳特性,1.钢丝绳的破断拉力 钢丝绳的破断拉力是指钢丝绳实际能够承受的破断载荷。 2. 耐磨损性能 钢丝绳直径减小量是衡量钢丝绳是否能够安全使用的一个重要依据。钢丝绳直径减小速度的快慢即为耐磨性。也可以用钢丝绳外层钢丝减小量来衡量，一般情况下，外层钢丝的直径减少达到2/3，就认为该钢丝绳应该报废。,3.抗疲劳性能 钢丝绳在使用过程中出现早期疲劳断丝的使用次数或时间被称为疲劳极限。疲劳极限高就说明钢丝

9、绳的疲劳性能好。 4. 结构稳定性 钢丝绳抵抗径向压力而不破坏的能力称为结构稳定性。,5.柔软性 柔软性指允许弯曲的程度。一般情况下，钢丝绳的柔软性与直径、结构、金属密度系数和捻法直接相关。金属密度取决于钢丝绳结构。 柔软性的衡量指标是挠性系数。数值越高，柔软性越好。,钢丝绳弯曲情况示意图,钢丝绳在经过滑轮或导向轮时会有弯曲发生，此时钢丝绳贴近滑轮槽底的一侧表现为压应力状态，而远端处于拉应力状态。 D/d的比例应尽可能选大一些，这样对钢丝绳的力学性能损失可以降低。D代表滑轮或卷筒的底径；d代表钢丝绳直径。,钢丝绳破断拉力损失,D/d,6.钢丝绳的不松散性 钢丝绳在自由状态下，各个元件保持自己固

10、有状态的能力。换句话说，就是钢丝绳是否经过消除应力的处理，这一点非常重要。 为了使钢丝绳达到使用时的应力状态要求，采取了一系列工艺措施。如：校直、预先变形、预张拉以及低温回火等工艺手段。,7.钢丝绳的旋转性 钢丝绳在受拉力时，绳中的元件产生转动偏离原位置，使钢丝绳产生旋转。其转动角度的大小由捻制方法决定。 在一些使用环境中，不允许钢丝绳产生旋转，在选择钢丝绳结构时应该选择那些不旋转结构。,8.结构伸长 钢丝绳在使用初期，其中的各个元件会产生相对位移，使钢丝绳在原始形状的基础上出现微小的变化，其长度也会略有增加。这种现象称为结构伸长。新钢丝绳使用时出现结构伸长是必然的， 经过一段时间的使用钢丝绳

11、的长度会逐渐稳定下来。,二、线接触与点接触的比较,我们通常使用的园股钢丝绳，按照故中钢丝之间的接触方式，以点状接触和线状接触为主。点接触钢丝绳与线接触钢丝绳的根本区别在于股中钢丝间的接触方式不同。 在线接触股中，相邻层钢丝间的接触呈线状，避免了点接触钢丝绳中因为二次应力存在造成的寿命降低。见右图。,点接触,线接触,三、线接触钢丝绳的优点,1.金属密度大，在同等强度等级的条件下具有较高的承载能力。 2 .线接触钢丝绳因为从结构上消除了二次应力。提高了钢丝绳的抗疲劳性能。,3.当钢丝绳受到拉张的情况下，由于接触面积较点接触大。钢丝间的压强较小，可以降低钢丝绳的内部磨损。 4.线接触钢丝绳约束了股中

12、相邻层钢丝的滑动量，使股的形状保持能力增大。 5.结构的多样性，可以由用户根据使用场合选择更加适用的钢丝绳结构。,四、选择钢丝绳的最佳结构,钢丝绳制造技术发展至今，全能型的钢丝绳还没有出现。因此，在直径相同的情况下，其结构对使用效果和寿命的影响非常大。 钢丝绳结构应用技术在二十世纪中后期发展非常快，针对性越来越强，性能上越来越好。这一点从近期进口的设备配套钢丝绳的使用效果可以得到证明。 在国内，由于宣传力度不足，使配套厂商和用户在钢丝绳选型，以及新结构采用方面滞后较多。,石油钢丝绳推荐采用结构图例,67+FC,636XW+FC,625Fi+IWRC,626XW+IWRC,661+FC,619S

13、+Fc,石油钢丝绳推荐采用结构,钻井：直径32mm采用619S；直径32mm时采用626SW。推荐采用钢芯钢丝绳。 井架起升：采用636SW、836SW、649SWS或661。 修井：采用626SW、625Fi。 抽汲：采用5P7、4V39S、 3P19S 、67、 619S,结构图例,836SW+FC,6T25Fi+FC,五、钢丝绳标记代号,钢丝绳标记代号是钢丝绳的名字。正确的标记可以准确地描述钢丝绳的几乎全部的技术要求和特征。 钢丝绳生产都要依据某个标准。不同的标准对钢丝绳的标记可能有一些不同，在向国际标准靠拢的趋势下，各个国家的标准对钢丝绳的标记方法逐渐统一。 标记方法一般按照这样的顺序

14、：钢丝绳表面状态直径结构绳芯材料及形式捻法性能等级执行标准长度,标记举例： 1.NAT32 619S+IWRCLLEIPSAPI-9A1200 含义：光面钢丝绳、直径为32mm、结构为619S、绳式钢芯、左交互捻、超级犁钢级、执行API-9A规范、长度为1200m。 2.ZAA39 637+FCZS1670/重要GB8918-19961000 含义：A类镀锌钢丝绳、直径为39mm、结构为637、纤维绳芯、右交互捻、强度为1670N/mm2、韧性等级为重要用途、执行标准GB8918-1996、长度1000m。,第二部分,钢丝绳安全使用,一、运输和装卸,a.钢丝绳吊装时，应该用钢管穿入轴孔再用吊具

15、可靠地挂在钢管的两端，或用绳索穿入绳盘的轴孔，再进行吊运操作。 b.运输钢丝绳时，尽可能采用钢丝绳专用托架，使钢丝绳直立放置（H形）。 c.从铁路平台或汽车上卸钢丝绳时，应用吊车，严禁从高处直接滚下。受条件限制时，必须采用过渡跳板慢慢滑下，以免造成绳盘损坏和发生钢丝绳压伤变形以及乱卷等现象。,d.铁路、公路长途运输时应采用遮雨布覆盖。 e.地面搬运钢丝绳时，应避免钢丝绳在凸凹不平的地面上滚动，以免造成钢丝绳表面压伤。如果需要使用撬杠时，应撬绳盘的边缘，避免撬杠与钢丝绳表面直接接触。 f.应尽量保证钢丝绳外包装完整。保护钢丝绳表面其表面防锈油脂。更要防止粘上影响使用的沙土。,二验收,钢丝绳到货后

16、，使用单位或保管部门，应在较短的时间按钢丝绳技术标准或合同有关条款进行验收。 有条件的可进行外观检查：钢丝绳直径、结构、表面和捻制状况（一般不允许有断丝、交错、折弯、锈蚀、切伤的钢丝和松紧不一、塌入和凸起等现象）以及包装质量等。,解卷检查方法图示,用专用的收放绳机构进行解卷操作。,三、安全储存钢丝绳,钢丝绳尽可能存放在库房内。特别是对于重要场合应用的备用绳。 钢丝绳的保存环境应符合干燥、阴凉、通风的基本原则。 防锈、防晒、防火、防撞击。,四、钢丝绳安全使用,1正确进行解卷和安装 成盘钢丝绳解卷时，要避免在钢丝绳上造成钢丝绳扭结现象。 产生扭结的原因在于解卷的方式不妥，有加捻（上劲）或松捻（破劲

17、）现象。,正确的解卷方法示意图,不正确的解卷方法示意图,正确和错误释放钢丝绳,松捻情况下的扭结,加捻情况下的扭结,2.穿绳和缠绕钢丝绳应注意的问题,穿大绳应严格按照规定进行操作。钢丝绳在卷筒上缠绕方向和其捻制方向有关。由于钢丝绳受到外加张力时产生松捻方向的旋转现象，所以在卷筒上缠绕时必须注意不使其发生松捻现象，否则易发生变形损坏。 缠绕时不仅方向要正确，而且排列要整齐，尤其是最初一段要用力拉紧使其均匀卷上，如果第一层排列不均匀和紊乱，则以后的排列就会出现偏绕或夹绕，引起钢丝绳压扁和加剧其相互间摩擦，影响正常作业。 多层缠绕时夹绕、“咬绳”是不可避免的。实践证明，使用时定期从卷筒上放出半圈左右,

18、备用绳移动交叉点可以减少磨损的集中现象。(如 钻井大绳),不同捻向钢丝绳的缠绕示意图,左捻钢丝绳缠绕图示,右捻钢丝绳缠绕图示,3经常对设备关键部位进行检查,钢丝绳在使用过程中，会产生弯曲、磨擦、钢丝绳构件间的相对位错等现象，这些现象都与其直接接触的设备相关，也在一定程度上决定了钢丝绳的使用寿命。 相关因素有卷筒和滑轮尺寸、轮槽的形状、滑轮的工作状态，以及卷筒中心与滑轮之间夹角偏斜角等。,钢丝绳与轮槽接触情况示意图,钢丝绳与轮槽的接触状态直接影响到钢丝绳的寿命。,0.5,1,0.75,关于滑轮和轮槽,滑轮材料的表面硬度应尽可能与钢丝绳的表面硬度相同，这样有利于降低磨损。 轮槽的几何形状应该符合有

19、关要求。如开口角在4555，轮槽半径控制在0.5250.55d之间。 新轮槽一般是符合标准的，但在使用时由于和钢丝绳之间存在摩擦，磨损是不可避免的。因此，要定期对轮槽进行检查，当检查结果不符合要求时就必须更换或修理。,A=4555 R=0.5250.55d,钢丝绳对滑轮的论槽半径之要求,弯曲方向对钢丝绳的影响,钢丝绳通过滑轮、卷筒时需要注意钢丝绳的弯曲方向，一般有同向弯（L）和反向弯（S）两类。,L 弯曲,S 弯曲,反向弯曲同时受到弯曲和侧向压力，钢丝绳使用寿命比同向弯曲降低 约50%。所以设计时应避免采用反向弯曲，实在不可避免时，应设法延长 滑轮的间距，但仍降低约2030%左右。,避免冲击载

20、荷,由于钢丝绳绝大多数都经过捻制而成，在受力情况下，捻制元件会出现位置的变化。当钢丝绳受到冲击载荷，其冲击值比想象的要大得多，有时甚至会造成断绳事故。因此，要坚决地杜绝过大的冲击载荷。,4.保持钢丝绳良好的润滑状态,新钢丝绳涂润滑油脂除了起到防腐蚀的作用还能起到减磨和提高疲劳性的作用（涂敷戈培油除外）。钢丝绳一般使用损坏表现为钢丝的磨损、疲劳、腐蚀。 使用过程中，受到张力或经卷筒和滑轮等弯曲部分的钢丝绳，油脂会逐步减少。如果在使用过程定期表面涂油（外部涂油会向绳芯中渗透），使钢丝绳中始终保持一定的含油率将会延长使用寿命。,由于钢丝绳涂敷润滑油脂不同，疲劳性能相差12倍，甚至更多。 及时为钢丝绳

21、补充润滑油对钢丝绳的寿命有非常的意义。 依据上述结果，保持钢丝绳良好的润滑状态，对钢丝绳安全使用具有非常的意义。,钢丝绳使用过程中的维护,1. 油垢的清理 2.涂油 3.润滑,钢丝绳的润滑-1,钢丝绳的润滑-2,钢丝绳的润滑-3,5.避免钢丝绳受到腐蚀性介质的侵蚀,钢丝绳都是在一定的介质中工作的，如：空气、水及各种雾气粉尘等，这些介质不同程度上对钢丝绳产生着腐蚀作用，产生锈蚀后对钢丝绳的强度和韧性都会带来一定影响，从某种意义上来讲比断丝、磨损更为严重。 实践证明，锈蚀了的钢丝绳其使用寿命是比较短的，甚至结构优良的钢丝绳也由于严重锈蚀而显示不出优越性。因此，避免和减少钢丝绳的锈蚀是极其重要的。,

22、6.钢丝绳使用过程中的保养和维护,对钢丝绳进行检查和维护保养，可以延长钢丝绳的使用寿命。 如：及时补充油脂，清理钢丝绳表面污垢和沙砾，检查设备运行状态等。,7.温度对钢丝绳性能的影响,钢丝绳在使用过程中不可避免地会因为产生弯曲和摩擦引起温度升高。过高的温升会导致钢丝绳性能下降。 确保设备的相关部位检查，使钢丝绳处于良好的工作状态。,第三部分,钢丝绳典型缺陷 和损伤失效举例,钢丝绳缺陷、伤害和失效,钢丝绳在使用过程中都会经过磨损和疲劳，最终失效。所以他是一种消耗元件。 1.缺陷：分为制造缺陷、结构缺陷。 2.伤害：转运和使用过程中造成的缺陷。 3.失效：钢丝绳的安全性不能满足使用要求必须进行更替

23、时。如：钢丝绳面积减少量达到一定程度、一个捻距内允许断丝的数量、钢丝绳型崩等。,钢丝绳缺陷,一、缺陷 1.制造方面：划伤、松散、波浪形、钢丝绳捻制应力消除不净、涂油不良等。 2.结构方面：缺丝、钢丝交叉（骑马、跳丝）,1.1钢丝绳散,1.2麻芯外露,麻芯从钢丝绳全长或局部的股丝缝隙间被挤压而露出的现象。一般纤维芯（麻芯）钢丝绳在正常情况下，在钢丝绳全长的各股缝隙间应该有微小的缝隙；或有少量麻絮从间隙中飞出是正常现象。,运输和储存,钢丝绳或钢丝表面因与外部接触而产生的压伤、碰伤、挂伤、刮伤 或钉伤登伤痕统称为表面损伤。在制造过程中由于压线模、予变形 器或辊模等所产生的塑性变形并不属于表面损伤的范

24、畴。,使用过程产生的损伤和失效实例,GB597286有关规定,断丝的性质和数量 绳端断丝 断丝的局部聚集 断丝的增加率 绳股断裂 由于绳芯损坏引起的绳径减小 钢丝绳弹性减小 外部和内部磨损 外部和内部腐蚀 变形 由于热或电弧造成的损坏,3.1由于接触应力导致的机械损伤.,3.2疲劳断裂钢丝绳在过大绳槽中工作或者轮槽上有硬点都会导致此问题,3.3两侧平行断丝表明钢丝绳在过小的绳轮绳槽中磨损.,3.4绳芯外露.,3.5钢丝绳表面严重磨损由于使用环境不良或多层缠绕的钢丝绳相交点间摩擦引起.,3.6由于钢丝绳浸泡于化学处理过的水中所引起的严重腐蚀.,3.7由于弯曲疲劳引起的典型断丝.,3.8股丝松动：

25、在股或绳芯之间的断丝.,3.9股芯突出,由于负载突减引起绳股中元件回弹造成。,3.10在以前打结的部位出现的局部磨损和变形,3.11多股钢丝绳出现”鸟笼”状,由于扭曲不平衡造成的,典型情况可见于多绳起重机的锚定端.,3.12明显磨损及严重的内部锈蚀.在此例中,高拉力,摩擦和腐蚀性环境并存.,3.13 由于突加负载引起的IWRC(独立结构钢丝绳主芯)凸出.,3.14电弧损伤,3.15挤压变形,3.16绳芯或内层股扭结,第四部分：钢丝绳使用寿命“吨公里”计算（推荐、参考）,1、下套管吨公里：,（,）,2、起下钻吨公里：,（,）,3、钻进、取心吨公里： 钻进时：3（本次起下钻钢丝绳吨公里数上次起下钻钢丝绳吨公里数） 取心时：2（本次起下钻钢丝绳吨公里数上次起下钻钢丝绳吨公里数）,4、按上述各值之和，其吨公里的数值在8751313吨公里范围内，应切除2425米。,结束语,钢丝绳使用单位增加对钢丝绳特性的了解，对提高或延长钢丝绳的使用寿命帮助很大。适时对钢丝绳进行维护做到“优绳善用” 合理选择和科学使用钢丝绳对安全生产有着重要的意义。,谢谢大家！,