取消
清空記錄
歷史記錄
清空記錄
歷史記錄
1 前言
在石油用鋼絲繩中,消耗量**、對(duì)油田作業(yè)有影響、油田用戶和鋼絲繩生產(chǎn)企業(yè)*為關(guān)注的是鉆井鋼絲繩?;阢@井工況條件,鉆井鋼絲繩一直被列為特殊用途鋼絲繩, 不*ISO3178有明確提示,一些國(guó)家和組織還制定了專門技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如ГОСТ16853、DIN5881/1、APISpec9A,其中由美國(guó)石油協(xié) 會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)已上升為該國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),即目前ANSI/API9A(ISO10425)。本企業(yè)是國(guó)內(nèi)石油用鋼絲繩制造基地,根據(jù)數(shù)五十年生產(chǎn)經(jīng) 驗(yàn)與了解、掌握的相關(guān)信息,本文就鉆井鋼絲繩技術(shù)變化趨勢(shì)問題進(jìn)行探討。
2 對(duì)問題的分析
2.1 鉆井用鋼絲繩繩芯鋼芯化已成定勢(shì)
APIRP9B第6版,鉆井鋼絲繩按照繩芯材質(zhì)分為金屬芯和纖維芯兩種結(jié)構(gòu),但在第10版,卻只保留金屬芯結(jié)構(gòu)。
在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),鉆井鋼絲繩一直是金屬芯與纖維芯兩種結(jié)構(gòu)并存,且以纖維芯結(jié)構(gòu)為主。本公司1985年5000噸石油鋼絲繩生產(chǎn)線引進(jìn)和1992年對(duì)原有石油鋼絲繩進(jìn)行技術(shù)改造時(shí),繩芯鋼芯化似乎并未引起足夠重視,即使第10版已明確鉆井鋼絲繩應(yīng)選擇鋼芯結(jié)構(gòu),這也沒有從根本上改變纖維芯鋼絲繩普遍使用的實(shí)際現(xiàn)狀。2000年后,本公司根據(jù)引進(jìn)北美鋼絲繩設(shè)計(jì)制造技術(shù)、產(chǎn)品出口信息和對(duì)同繩芯材質(zhì)鋼絲繩市場(chǎng)質(zhì)量反映分析,積極實(shí)施鉆井鋼絲繩繩芯鋼芯化,逐漸使鋼絲繩結(jié)構(gòu)趨于合理,也達(dá)到了提高產(chǎn)品使用壽命的預(yù)期目的。
事實(shí)上,相對(duì)纖維芯,鋼芯**優(yōu)點(diǎn)是其更能保持鋼絲繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,同時(shí)賦予鋼絲繩相對(duì)較強(qiáng)的抗擠壓能力和較高的破斷拉力。大量實(shí)踐證明:如果不是有特別要求,選擇鋼芯比選擇纖維芯能使鋼絲繩使用效果更優(yōu)。針對(duì)鉆井鋼絲繩的繞繩方式,這決定了即使不考慮繩芯對(duì)鋼絲繩*小破斷拉力的影響,也應(yīng)選擇金屬芯結(jié)構(gòu),從目前國(guó)內(nèi)外鉆井鋼絲繩使用情況看,繩芯鋼芯化已成定勢(shì)。
2.2 鉆井用鋼絲繩質(zhì)量級(jí)別EIP已十分普遍
在ANSI/API9A頒布前,鋼絲繩按鋼級(jí)概念分級(jí),有IPS、EIPS和EEIPS等級(jí)別,只是在ANSI/API9A中才增加了按抗拉強(qiáng)度數(shù)值概念分級(jí),對(duì)應(yīng)級(jí)別有1770MPa、1960MPa、2160MPa。長(zhǎng)期一來,國(guó)內(nèi)鉆井鋼絲繩通常以IPS級(jí)為主、EIPS級(jí)為輔,幾乎不用使用抗拉強(qiáng)度數(shù)值表示級(jí)別的鋼絲繩。本公司1999年開始實(shí)施鉆井鋼絲繩質(zhì)量升級(jí)戰(zhàn)略,批量生產(chǎn)破斷拉力滿足EIPS級(jí)、組繩鋼絲韌性滿足IPS級(jí)鋼絲繩,使用取得明顯效果。從2000年后EIPS級(jí)鋼絲繩用量迅速增多,已發(fā)展到目前普遍使用,國(guó)外相關(guān)資料和出口國(guó)外鉆井鋼絲繩也顯示了與之相同的情況,如美國(guó)鋼絲繩聯(lián)合公司(unionrope)給出6×19類普通鉆井鋼絲繩級(jí)別為EIPS級(jí)、EEIPS級(jí)。從實(shí)際情況看EEIPS級(jí)鋼絲繩,目前使用情況很少,但也不排除未來可能得到普遍使用的可能性。
2.3 6×19S-IWRC占據(jù)鉆井鋼絲繩結(jié)構(gòu)主體地位但已不再**
2.3.1 6×19S-IWRC占據(jù)鉆井鋼絲繩結(jié)構(gòu)主體地位
西魯式鋼絲繩**優(yōu)點(diǎn)是具有好的耐磨性,基于鉆井鋼 絲繩主要失效形式,長(zhǎng)期以來,該結(jié)構(gòu)自然成了其主體結(jié)構(gòu),*典型、應(yīng)用*普遍的是6×19S-IWRC、6×19S-FC,也有少量的6×21S– IWRC,另外,還有6×26WS–IWRC和6×25F–IWRC等較好突出耐磨損性能鋼絲繩在標(biāo)準(zhǔn)中也被推薦。
2.3.2 鉆井鋼絲繩結(jié)構(gòu)多元化
2.3.2.1 8股鋼絲繩被推薦使用
6圓股鋼絲繩應(yīng)用*為**,鉆井鋼絲繩長(zhǎng)期以來也是如此。然而世界一些鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)勢(shì)企業(yè)也將8股鋼絲繩推向石油鉆機(jī)。8股鋼絲繩代替6股鋼絲繩基本出發(fā)點(diǎn)是通過增加鋼絲繩柔軟性、組股鋼絲根數(shù)改善鋼絲繩疲勞性能,除之,還可增加鋼絲繩與匹配輪槽接觸面。
2.3.2.2 壓實(shí)股鋼絲繩被技術(shù)強(qiáng)勢(shì)企業(yè)推薦且通過實(shí)踐驗(yàn)證
除圓鋼絲8股鋼絲繩被推薦用于鉆井鋼絲繩外,壓實(shí)股鋼絲繩也被推薦,雖然目前壓實(shí)股鉆井鋼絲繩還未大面積推廣,但本公司相應(yīng)鋼絲繩在國(guó)內(nèi)不同油田試用成功實(shí)踐的事實(shí)表明其確實(shí)蘊(yùn)含巨大潛力。
2.3.2.2.1 壓實(shí)股鋼絲繩更加適合多層纏繞
石油鉆機(jī)輕型化導(dǎo)致了纏繞鉆井鋼絲繩卷筒尺寸受限,故鋼絲繩在卷筒必須采用多層纏繞。壓實(shí)股鋼絲繩相對(duì)圓鋼絲組股鋼絲繩可較好解決好其多層纏繞過程中的“干涉”問題,從而保持鋼絲繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與鋼絲之間小的磨損。不同股鋼絲繩股間鋼絲接觸對(duì)比,注意,壓實(shí)股鋼絲繩的這種特性雖并不被國(guó)內(nèi)鋼絲繩制造者深刻認(rèn)識(shí),但英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)不同企業(yè)資料對(duì)此早有說明。
2.3.2.2.2 壓實(shí)股鋼絲繩具有高的破斷拉力
盡管鉆井作業(yè)載荷高,而鉆機(jī)輕型化的設(shè)計(jì)思想力求鉆井鋼絲繩直徑又盡可能小,所以作業(yè)安全系數(shù)較低,采用壓實(shí)股鋼絲繩,鋼絲繩金屬填充系數(shù)增大,顯然在不改變鋼絲繩直徑情況下,可以提高其破斷拉力,相應(yīng)增加作業(yè)安全性。
2.3.2.2.3 壓實(shí)股鋼絲繩具有更良好的耐磨性
磨損是鉆井鋼絲繩主要失效方式之一,壓實(shí)股組繩,不*可以增加多層纏繞時(shí)鋼絲繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,而且可以通過增大鋼絲繩與匹配輪槽接觸面積改善自身與匹配輪槽的耐磨性,普通股鋼絲繩、壓實(shí)股鋼絲繩與輪槽接觸對(duì)比。
2.3.2.3 組合平行捻股鋼絲繩更加適合較大規(guī)格鋼絲繩
鉆井深度增加帶來鋼絲繩直徑隨之加大,但其耐磨性仍需放在突出位置予以考慮,但西魯式結(jié)構(gòu)已不再**。如直徑38mm以下時(shí),采用6×19S-IWRC比較理想,規(guī)格繼續(xù)增大,由于***組股外層鋼絲生產(chǎn)比較困難,于是組股外層鋼絲數(shù)目相對(duì)較少繼續(xù)突出耐磨性的其他結(jié)構(gòu)鋼絲繩出現(xiàn)了,如6×26SW-IWRC、6×31SW-IWRC鋼絲繩(注:6×26SW-IWRC鋼絲繩與國(guó)內(nèi)早期進(jìn)口9000m鉆井隨機(jī)配套6×21S-IWRC鋼絲繩股具有相同的耐磨性)。英國(guó)推薦鉆井鋼絲繩為6×19類、6×36類而不是6×19S-IWRC恐怕也是如此(注:6×19類是捻制股鋼絲繩,6×36類是壓實(shí)股鋼絲繩),其中7/8~1"、1/8~11/2"、15/8~2"不同直徑鋼絲繩對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)依次為6×26WS-IWRC、6×19S-IWRC、6×26WS-IWRC,這與unionrope完全相同。
2.4 特殊鉆機(jī)鋼絲繩日漸受到重視
2.4.1 深井鉆機(jī)用鋼絲繩
近幾年,國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)迅速向大型化發(fā)展,目前國(guó)內(nèi)已制造出9000米、10000米、12000米不同型號(hào)深井鉆井,對(duì)鋼絲繩要求相應(yīng)提高,其生產(chǎn)也受到重視,如本公司為國(guó)內(nèi)首臺(tái)12000米鉆機(jī)成功研發(fā)了直徑48mm的6×31WS-IWRC、EEIP級(jí)鋼絲繩,從國(guó)內(nèi)行業(yè)看,7000米以上鉆機(jī)鋼絲繩用量增加迅速,其直徑通常在35mm以上。
2.4.2 極地鉆機(jī)用鋼絲繩
隨著國(guó)內(nèi)鉆機(jī)制造水平的不斷提高和對(duì)國(guó)外鉆機(jī)升級(jí)換代時(shí)機(jī)的適時(shí)把握,近幾年有相當(dāng)數(shù)量、不同型號(hào)鉆機(jī)出口高寒地區(qū)(注:該鉆機(jī)俗稱極地鉆機(jī))。基于特殊的使用環(huán)境,對(duì)鋼絲繩也提出了新的要求----應(yīng)具有良好低溫性能,而關(guān)于低溫環(huán)境下鋼絲繩生產(chǎn),國(guó)內(nèi)企業(yè)研究不多。
2.5 填塑工藝日漸受到重視
輔助填塑工藝提高鋼絲繩使用壽命已得到不同行業(yè)認(rèn)可,如電鏟鋼絲繩、集裝箱起重機(jī)鋼絲繩。填塑改善鋼絲繩使用壽命基于:其一:保持股間合理間隙。填塑將股間強(qiáng)制隔離,減少鋼絲繩受力后股與股間相互擠壓和因?yàn)榛瑒?dòng)而引起的摩擦,這是該技術(shù)改善鋼絲繩使用壽命**優(yōu)點(diǎn)所在。其二,減少?zèng)_擊、振動(dòng)載荷對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響。鋼絲繩在使用過程中不可能總是受到平穩(wěn)載荷的作用,瞬時(shí)沖擊、振動(dòng)載荷雖然作用時(shí)間不一定很長(zhǎng),但卻嚴(yán)重影響其使用壽命,填塑形成彈性墊能夠?qū)⑦@種性質(zhì)載荷在鋼絲繩中引起的瞬時(shí)應(yīng)力峰值有效削減。其三,兼顧了纖維芯鋼絲繩與鋼芯鋼絲繩共同優(yōu)點(diǎn)。填塑鋼絲繩均為金屬芯結(jié)構(gòu),填料不*將鋼芯與外股機(jī)械隔離,且在一定程度上使這種鋼芯鋼絲繩具有纖維芯鋼絲繩的優(yōu)點(diǎn)----使主股容易彎曲,從一定意義上看,填塑鋼絲繩既可以看成是增加了柔軟性的金屬芯鋼絲繩,也可以看成是增加了剛性的纖維芯鋼絲繩。其四:鋼絲繩結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。填塑鋼絲繩相對(duì)于一般工藝生產(chǎn)鋼絲繩結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定,并不**因?yàn)槠淅K芯為金屬芯,也基于填料對(duì)股幾何位置的固定作用。其五:減少有害環(huán)境介質(zhì)對(duì)繩芯的腐蝕。鋼芯與外股間、外股與外股間孔隙被塑料填 充,可防止有害環(huán)境介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部,從而達(dá)到對(duì)繩芯腐蝕保護(hù),另外,包裹金屬芯表面塑料層能夠?qū)K芯油脂起封存作用,保護(hù)繩芯油脂不會(huì)流失或少流失。
正是考慮到鉆井鋼絲繩使用工況特殊性,故研究填塑工藝十分重要。雖然目前該工藝鋼絲繩用于石油鉆井還不普遍,但并不否認(rèn)其合理性,需認(rèn)真對(duì)待。
3 結(jié)語(yǔ)
石油鉆井鋼絲繩是特殊用途的鋼絲繩,隨著鋼絲繩設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步與鉆機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展,近幾年技術(shù)變化特征明顯,突出表現(xiàn)在:繩芯材質(zhì)鋼芯化已成定勢(shì),EIP級(jí)應(yīng)用已經(jīng)普遍、6×19S-IWRC雖然繼續(xù)占據(jù)鋼絲繩結(jié)構(gòu)主體地位并可能繼續(xù)維持一定時(shí)間,但已不再一統(tǒng)天下,特殊鉆機(jī)鋼絲繩日漸受到生產(chǎn)企業(yè)重視,壓實(shí)股鋼絲繩、填塑鋼絲繩在鋼絲繩壽命效果上取得的成果需要國(guó)內(nèi)企業(yè)予以高度重視。
復(fù)制成功
×