起升用大規(guī)格鋼絲繩索具研制
隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的不斷提高及產(chǎn)品國(guó)際化的需求，國(guó)內(nèi)制作的石油鉆機(jī)大量銷(xiāo)往國(guó)外，尤其是一些歐美國(guó)家，這些國(guó)家要求起升用大規(guī)格鋼絲繩索具的制作標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到美國(guó)石油協(xié)會(huì)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)范圍。由于這些國(guó)家現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于-20℃，甚至低于-45℃，因而大大提高了對(duì)井架配件起升用大規(guī)格鋼絲繩索具整體性能的要求，尤其是低溫性能要求。為占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品國(guó)際化，筆者對(duì)新一代起升用大規(guī)格鋼絲繩索具的設(shè)計(jì)、制作、驗(yàn)證等各項(xiàng)要求，以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程、后期維修及更換進(jìn)行論述。
1起升用大規(guī)格鋼絲繩索具結(jié)構(gòu)及基本性能要求
起升用大規(guī)格鋼絲繩索具由澆鑄錨具、合金澆鑄料和鋼絲繩組成，兩端的澆鑄錨具通過(guò)加熱熔化合金澆鑄料與鋼絲繩中每根鋼絲固結(jié)一冷卻從而成為一體，其固結(jié)效率為100%。起升用大規(guī)格鋼絲繩索具2根為1套，成對(duì)使用。為保證井架、底座的精確起放，配套使用的起升用大規(guī)格鋼絲繩索具的公稱(chēng)長(zhǎng)度誤差，以及索具之間的相對(duì)誤差都應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)備精度要求。
1.1兩端錨具性能要求
錨具的形式分為2種：一種是開(kāi)式錨具即兩端均為開(kāi)式澆鑄錨具，如圖1所示；另一種為開(kāi)閉式錨具，即一端為開(kāi)式澆鑄錨具，另一端為閉式澆鑄錨具，如圖2所示。
1.1.1制作工藝要求
大規(guī)格鋼絲繩索具兩端錨具按制作工藝分為鑄件、鍛件和焊接件3種。在保證錨具能夠與井架順利連接，滿(mǎn)足在規(guī)定的鋼絲繩最小破斷拉力載荷下安全系數(shù)不小于2、良好的耐疲勞性能和低溫性能的前提下，一般采用鍛造工藝制作，錨具材質(zhì)選用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼a。
1.1.3低溫性能要求
錨具力學(xué)性能中沖擊功是對(duì)低溫環(huán)境最敏感的性能之一，為保證其安全性，錨具的沖擊功應(yīng)滿(mǎn)足API Spec 8C《鉆井和采油提升設(shè)備規(guī)范》中要求的
“對(duì)于規(guī)定最小屈服強(qiáng)度至少為310MPa的材料，在-20℃條件下，平均沖擊韌性值應(yīng)為42J，且其中沒(méi)有個(gè)別值低于32'，“對(duì)于規(guī)定最小屈服強(qiáng)度低于310MPa的材料，在-20℃條件下的平均沖擊韌性值應(yīng)為27J，且其中沒(méi)有個(gè)別值低于20了，用于承受主要載荷且要求最低操作溫度低于-20℃
的主要構(gòu)件材料，其最小平均夏比沖擊能量應(yīng)為27
J，其中的單個(gè)數(shù)值不得小于20J”，也可根據(jù)客戶(hù)的特殊要求特殊制作?？蛻?hù)常用的錨具沖擊功要求見(jiàn)表1日。
1.1.4錨具制作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
按照ASTMA370日進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)；根據(jù)API Spec 8C確定試塊的尺寸；錨具的磁粉探傷需達(dá)到ASMEE709國(guó)要求；超聲波探傷需達(dá)到ASMEA388日要求。鑄件不允許進(jìn)行任何形式的補(bǔ)焊；錨具表面熱浸鋅處理，浸鋅執(zhí)行GB/T139120。
1.2索具用大規(guī)格鋼絲繩性能要求鋼絲繩應(yīng)滿(mǎn)足API Spec9A《鋼絲繩技術(shù)條件石油和天然氣工業(yè)用鋼絲繩-最低要求和驗(yàn)收條件》國(guó)的要求，為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中的柔韌度和強(qiáng)度的要求，鋼絲繩一般選用a類(lèi)或ab類(lèi)麻芯系列，鋼絲繩公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度最低為IPS或1770MPa。
現(xiàn)場(chǎng)使用溫度低于-45℃時(shí)，鋼絲繩表面應(yīng)涂低溫油脂。
據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)石油設(shè)備制作廠(chǎng)家主要有四川宏華石油設(shè)備有限公司、山東科瑞石油設(shè)備有限公司、濮陽(yáng)一凡石油設(shè)備有限公司、南陽(yáng)二機(jī)石油設(shè)備有限公司、中原遼河石油鉆探設(shè)備有限公司等，配套大規(guī)格鋼絲繩規(guī)格、結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。
2起升用大規(guī)格鋼絲繩索具制作工藝
正確的制作工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。大規(guī)格鋼絲繩索具的制作工藝分為澆鑄錨具的制作工藝和大規(guī)格鋼絲繩的澆鑄工藝2部分。澆鑄錨具屬于機(jī)加工件，不再過(guò)多描述，主要針對(duì)大規(guī)格鋼絲繩的澆鑄工藝進(jìn)行描述。
3索具用大規(guī)格鋼絲繩的維護(hù)及更換
4結(jié)語(yǔ)
1.3大規(guī)格鋼絲繩長(zhǎng)度誤差要求及保證方法配對(duì)使用的2根大規(guī)格鋼絲繩公稱(chēng)長(zhǎng)度絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差在井架使用要求范圍之內(nèi)，尤其是相對(duì)誤差要小。為保證誤差要求，大規(guī)格鋼絲繩索具在制作前需對(duì)鋼絲繩做預(yù)拉伸處理以消除非彈性變形，一般鋼絲繩預(yù)拉伸拉力值為鋼絲繩最小破斷力的40%~60%，拉伸次數(shù)不低于2次，每次保載時(shí)間不低于30min，預(yù)拉伸完畢后2根并1根進(jìn)行精確下料，下料時(shí)應(yīng)保證鋼絲繩的直線(xiàn)度。
2起升用大規(guī)格鋼絲繩索具制作工藝
正確的制作工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。大規(guī)格鋼絲繩索具的制作工藝分為澆鑄錨具的制作工藝和大規(guī)格鋼絲繩的澆鑄工藝2部分。澆鑄錨具屬于機(jī)加工件，不再過(guò)多描述，主要針對(duì)大規(guī)格鋼絲繩的澆鑄工藝進(jìn)行描述。
大規(guī)格鋼絲繩的澆鑄方法分2種：熔融金屬套接和樹(shù)脂熔鑄套接。通常采用熔融金屬套接，澆鑄料為鋅銅合金。
熔融金屬套接工藝流程：備料、入廠(chǎng)檢驗(yàn)一預(yù)拉伸一捆扎一下料→穿套筒→散頭→清洗一定位→預(yù)熱一密封一澆鑄→冷卻一防銹處理→檢驗(yàn)、試驗(yàn)。
3索具用大規(guī)格鋼絲繩的維護(hù)及更換
3.1大規(guī)格鋼絲繩的維護(hù)
（1）影響索具壽命的3個(gè)主要因素是磨損、腐蝕和損傷。磨損與大規(guī)格鋼絲繩使用次數(shù)有關(guān)，腐蝕與時(shí)間和環(huán)境有關(guān)。
（1）影響索具壽命的3個(gè)主要因素是磨損、腐蝕和損傷。磨損與大規(guī)格鋼絲繩使用次數(shù)有關(guān)，腐蝕與時(shí)間和環(huán)境有關(guān)。
（2）大規(guī)格鋼絲繩應(yīng)維持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。
（3）使用大規(guī)格鋼絲繩索具前應(yīng)檢查是否有斷絲、壓壞、過(guò)度腐蝕等現(xiàn)象。
（4）大規(guī)格鋼絲繩涂油脂后用防水布包好，盤(pán)成卷放置在干燥處，避免擠壓、打扭、彎折；避免接觸酸、堿、鹽或泥漿等具有腐蝕性的物質(zhì)；定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑。
3.2索具用大規(guī)格鋼絲繩的更換使用時(shí)出現(xiàn)以下任何一種情況應(yīng)更換鋼絲繩。
（1）發(fā)生了彎折、銹蝕或引起鋼絲繩扭曲的任何其他形式的損壞。
（2）在1個(gè)捻距內(nèi)鋼絲繩中有6條或更多條斷絲。
（3）在1個(gè)捻距內(nèi)鋼絲繩的一股中有3條或更多條斷絲。
（4）輕型塔架的大規(guī)格鋼絲繩不允許有任何鋼絲斷絲。
（5）開(kāi)式澆鑄錨具有變形、腐蝕、斷裂、彎曲、磨損或不當(dāng)使用。
（6）觀(guān)察有扭結(jié)、銹蝕、切口、機(jī)械損傷跡象等。
4結(jié)語(yǔ)
石油鉆井勘探現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境極其惡劣，起升用大規(guī)格鋼絲繩索具是起放石油鉆機(jī)井架、底座的一種專(zhuān)用工具，是石油鉆井井架起升系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵配件，如在井架起升或降落的過(guò)程中發(fā)生斷裂，將導(dǎo)致整套井架的破壞，后果不堪設(shè)想。研制的起升用大規(guī)格鋼絲繩索具各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大石油行業(yè)的石油鉆機(jī)井架中（如美國(guó)NDC項(xiàng)目），占領(lǐng)了國(guó)際市場(chǎng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
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