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壓實股石油鉆井鋼絲繩

文檔作者：康先智王安安張云楊梅文檔來源：咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司			點擊數：
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成果推介
壓實股石油鉆井鋼絲繩*
康先智王安安張云楊梅
咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司
摘要:壓實股鉆井鋼絲繩可有效提高鋼絲繩安全性能及使用壽命,采用模拉及輥軋方法生產,金屬密度比同規格普
通結構的鋼絲繩密度增加了9%~12%,結構緊密程度更高破斷拉力比普通鋼絲繩要高20%左右。壓實股鋼絲繩具有良好
的抗壓性、耐磨損、抗沖擊、結構穩定性。鋼絲繩與輪槽接觸面增加,減小了鋼絲繩與輪槽之間接觸應力;在使用過程中
有良好的穩定性及較高壽命,用它替代常規結構鋼絲繩具有較高的性價比
關鍵詞:石油鉆井鋼絲繩壓實股模拉輥軋金屬密度破斷拉力抗壓性耐磨損
dol:10.3969/j.102-302x.2013.03.016
我國石油工業從引用AP9A標準開始,6×19S就線接觸鋼絲繩相比,壓實股石油鉆井鋼絲繩安全性提
成為鉆井鋼絲繩的首選結構,其結構特點是組股鋼絲高,使用壽命延長1.5~2倍(圖1)
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
接觸是鋼絲繩發展的理想結構,具有金屬填充系數
大、結構穩定、直徑小、安全性高等優點。這是從理
論上分析,但要真正實現面接觸鋼絲繩捻制,技術難
度很大,對鋼絲、捻股生產設備要求較高,且生產效
率極低。因此,鋼絲繩制造企業對面接觸鋼絲繩的研
究改變了思路,從研究異形鋼絲捻股,變為捻股過程
或捻股后采用模拉法、輥軋法或鍛打法實現對股的壓
圖1壓實股石油鉆井鋼絲繩(左圖)與
實,由此開發出了具有面接觸特性的壓實股鋼絲繩。
普通石油鉆井鋼絲繩(右圖)結構對比
與普通的6×19S相比,壓實股鋼絲繩結構更加穩定、
抗磨損性更強,是性能更好的石油鉆井鋼絲繩其典1.1鋼絲繩結構金屬密度大,抗沖擊能力強
型結構為6×K19S
鋼絲繩組股為壓實結構,組股鋼絲發生變形,股
金屬密度可達到80%以上,是未壓實股的1.3倍以上
1產品性能及特點
采用壓實股組成的鈷井鋼絲繩組繩結構具有結構致
從卷筒到游車段為快繩段,中間經過導向輪此密、抗沖擊能力強的優點
段鋼絲繩運行速度最快,也是鋼絲繩最易磨損部分1.2抗磨損性能良好
與線接觸鋼絲繩相比,壓實股鉆井鋼絲繩表面鋼絲為
壓實股石油鉆井鋼絲繩外層鋼絲為扁平狀,鋼絲
扁平狀,接觸方式發生改變,與輪槽接觸面積較大,接繩與輪槽接觸面增加,減小了鋼絲繩與輪槽之間的接
觸應力減小,抗磨損性能提高。與同結構規格級別的觸應力。相同條件下,鋼絲繩的抗磨損性能是圓鋼絲
中國石油天然氣集團公司2012年度自主創新重要產品
獲專利情況:“壓實股石油鉆井專用鋼絲繩”(專利號:2009201057340)獲國家實用新型專利
第一作者簡介:康先智,1964年生,高級工程師,現任咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司技術研發中心副主任,主要從事鋼絲繩產品
研發工作。
62石油科技論壇·2013年第3期
康先智等:壓實股石油鉆井鋼絲繩
的2倍多,可有效延長鋼絲繩的使用壽命。
1.3承載能力強,安全系數高
壓實股石油鉆井鋼絲繩結構致密,表面光滑。其
圖2模拉法生產壓實股外形
公稱破斷拉力比同類非壓實鋼絲繩提高了16%~20%,2.2輥軋法
相比之下,壓實股鋼絲繩具有更高的承載能力,安全
使用輥軋法生產壓實股具有如下優勢:一是改變
系數是普通鋼絲繩619S-IWRC的1.2~1.5倍,為安全了股與模具的摩擦形式,變滑動摩擦為滾動摩擦,大
使用鋼絲繩提供了更強的技術保證。
大減小了拉拔力,降低了股變形過程產生的熱量,提
1.4抗疲勞性能良好
高了壓實股質量,延長了模具的使用壽命;二是由于
試驗結果顯示:由壓實股捻制的鋼絲繩其疲勞性輥軋模具孔型有開合功能,可隨時改變孔型直徑,與
能是6×19S-WRC的1.2倍以上。
捻制普通股一樣穿引鋼絲,當生產中出現斷絲等情況
1.5卷筒上鋼絲繩間相互機械磨損減小
時可以進行修復;三是由于其開放的結構,使得模具
在收放過程中,鋼絲繩之間會出現摩擦,壓實股冷卻相對方便。
鋼絲繩表面光滑,接觸應力較小,絲繩之間機械磨損
輥拉工裝主要是掌握進口輥軋工裝的設計技術,
也隨之減小。
該裝置設計難點在于輥輪孔型的設計和壓下量調整機
構的設計,以及加工、裝配、檢測精度等方面的難度,
2產品生產方法及試驗
經過反復試驗,這些問題都得到很好地解決。
壓實股鉆井鋼絲繩的捻制方法和普通鋼絲繩一
2010年采用此工裝先后進行了在線和離線輥拉試
樣,但壓實股的生產方法有所不同,壓實方法有模拉驗,取得了很好的效果。
法、輥軋法和鍛打法3種。輥軋法效率高,品質好;模
經兩種壓實股方法對比試驗,同時考慮現有生產
拉法簡單易行;鍛打法相比則效率低、成本高。因此,設備的生產能力和負荷情況,確定出了壓實股生產方
國內主要采用模拉和輥軋的方法生產壓實股鋼絲繩。案:對于直徑大于12mm的壓實股,采用輥軋法生產
2.1模拉法
較為經濟,不大于12mm壓實股采用模拉法生產較為
對26mm6×K19S-WRC鋼絲繩用股的試驗曾出理想。
現兩個問題:一是模具壽命短,二是股中內應力大。綜2.3疲勞性能試驗
合分析認為,造成問題的主要原因是:模具定徑帶過
分別對6×k19s-iwrc-d29mm-EiP級鋼絲繩和
長;模具材質達不到要求;后變形壓下量不夠;無模6×19s-iwrc-d29mm-ei級鋼絲繩進行疲勞性能對
具水冷裝置。
比試驗。
采取的處理辦法是:模具定徑帶長度由原來的
6×k19s-iwrc-d29mm-iP高強度壓實股鉆井
2.5mm調整到2mm;模具材質由YG15更換為YG8;壓鋼絲繩總循環次數26433次,每循環一次鋼絲繩經過
實股進入后變形器后,壓下量采取由大到小的分布8次彎曲,折算鋼絲繩疲勞彎曲次數為211464次,一
方式;通過水循環冷卻模芯,將模芯的熱量及時帶個捻距內斷絲根數不足2根,股內層無斷絲,鋼芯無
走,既延長了模具的壽命,又降低了鋼絲性能的損斷絲,鋼絲繩直徑從29.50mm減小到29.10mm,直徑減
失。設計的模拉工裝的技術難點在于研究工裝的水小0.40mm,表面鋼絲磨損量不足0.2mm(圖3)
循環密封技術及模具的形狀、尺寸、材質等。
619s-iwrc-d29mm-Ps普通鉆井鋼絲繩總循環
在采取相應辦法解決上述問題后,后期進行了次數15303次,每循環一次經過8次彎曲,鋼絲繩疲勞
29mm6×k19s-iWC鋼絲繩用壓實股的股生產試驗,彎曲次數為122424次,一個捻距內斷絲根數超過3根,
結果顯示問題都得到了改善,模具由原來只生產股內層出現斷絲,鋼芯一個捻距內斷絲超過3根,鋼
10000m壓實股到目前生產4000m,壽命延長4倍,股絲繩直徑從29.26mm減小到28.90mm,直徑減小0.36mm,
中應力明顯減少,壓實股外形見圖2。
表面鋼絲磨損量不足0.2mm(圖3),且鋼絲繩直徑已
2013年第3期·石油科技論壇63
成果推介
小于公稱直徑。
表1壓實股石油鉆井鋼絲繩性能參數
 6x K19S-IWRC K25F-IWRC 6 x K26WS-IWRC
(a)壓實股鋼絲繩
公稱繩徑
最小破斷拉力(kN)
近似重量
 (mm )1670MPa 1770 MPa 1960 MPa(kg/)
24399(342)435(363)470(402)2.66
25433(372)472(393)512(437)2.88
26468(402)511(426)553(472)3.12
(b)普通鋼絲繩
28543(466)592(494)642(547)3.61
圖3壓實股鋼絲繩與普通鋼絲繩疲勞試驗結果比較
29582(500)635)(530)688(588)387
鋼絲繩彎曲疲勞數據顯示,高強度壓實股鉆井鋼
30623(535)680(567)
4.15
絲繩疲勞次數是普通鉆井鋼絲繩疲勞次數的1.73倍,
32709(609)774(645)
4.72
相當于鋼絲繩疲勞壽命延長1.73倍。
34800(687)873(728)
5.33
2.4結構及性能參數
35848(728)926(772)
5.65
表1中推薦3種壓實股石油鉆井鋼絲繩,根據構
36897(770)979(817)
5.97
97
成鋼絲繩外層鋼絲直徑大小和鋼絲繩可撓性特點和用
381000(858)1090(910)
6.66
戶試用結果,繩徑小于30mm推薦采用6×19S-WRC
401110(951)1210(1010)
7.38
結構,30~35mm范圍推薦采用6×k25i-WRC結構,
注:(1)AP9A標準與以上強度對應關系為PS:1570-1960MPa
35mm以上推薦采用6×k26ws-iWRC結構。
 EIP: 1770-2160MPa; EEIP: 1960-2160MPa:
(2)括號內的值為捻制股鋼絲繩(非壓實股鋼絲繩)最
斷拉力。
3結語
鏟等重要領域,在北美地區壓實股鋼絲繩已在石油鉆
自2010年開始至2013年,已先后為大慶油田、新井行業得到廣泛應用,并取得良好效果,壓實股石油
疆油田提供壓實股鉆井鋼絲繩共計約5000以上,使用鉆井繩將逐漸替代普通鉆井鋼絲繩。下一步我們將開
效果良好,使用性能達到國外同類產品,使用壽命延
展鉆機輕型化壓實股鉆井鋼絲繩的適用性研究,完善
長1.5倍以上,成為我國鉆井鋼絲繩升級換代產品,為壓實股石油鉆井鋼絲繩使用維護技術
我國石油鉆機輕型化提供了技術支撐。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【參考文獻】
2010《壓實鋼絲繩》標準。
1]秦萬信壓實石油用鋼絲繩石油機械,2005,33(9:125.
從國際發展方向來看,高強度、耐磨損、抗腐蝕、
2劉方根面接觸鋼絲繩研究]金屬制品,2010,(2:20-22
抗疲勞等高性能鋼絲繩品種結構不斷增多,尤其是壓
3]咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司,寶雞石油機械有限責
實股鋼絲繩備受國內外用戶的青睞,英國 BRIDON、德
公司,西安石油管材研究所,等Q/SY1285-2010壓實
國 DIEPA和 CASAR、日本神鋼、韓國高麗制鋼等著名
鋼絲繩[S]北京:石油工業出版社,2010.
鋼絲繩企業已從20世紀80年代開始研制開發此新型
4]潘志勇,邱煌明鋼繩生產工藝M]長沙湖南大學出
鋼絲繩結構,且產品結構品種層出不窮。進入21世紀,
版社,2008
在鋼絲繩快速發展環境影響下,國內也興起對壓實股
(收稿日期:2013-05-20)
鋼絲繩的研制和開發。近10年來,壓實股鋼絲繩已被
●
廣泛應用在港口機械、煤炭提升、汽車起重、大型電
64石油科技論壇·2013年第3期

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