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正確析辨鋼絲繩在使用中產生的故障及原因添加時間:2019-3-5 11:08:11   

一、正確析辨鋼絲繩在使用中產生的故障及原因


在正常使用中,所有鋼絲繩最終都會因為反復承受載荷而報廢。而很多時候盡管鋼絲繩使用正常且選用的結構合理,但是惡劣的使用條件或不正確的使用會大大縮短其使用壽命。下面給出鋼絲繩在油田使用中產生的故障及其原因。這些故障導致鋼絲繩過早損壞并更換。使用時造成過早更換鋼絲繩的原因,很可能是這些情況中的一個或幾個。
1.鋼絲繩斷裂(全部股斷開)
產生原因:使用時猛烈沖擊引起鋼絲繩超載、打扭、損壞、局部磨損、一股或幾股受損、嚴重銹蝕或失去彈性,使鋼絲繩在使用中經受彎曲時鋼絲斷裂,減少鋼絲繩內金屬斷面積。
2.鋼絲繩中一股或多股斷裂
產生原因:鋼絲繩超載、打扭、與其它部件的摩擦、局部磨損或處于嚴重銹蝕,疲勞、超速、打滑或運轉時過于松弛,震動集中在靜滑輪上或死端固定器上。
3.過度銹蝕
產生原因:鋼絲繩缺乏潤滑。使鋼絲繩接觸了鹽水、堿水、酸水、泥漿、污物或暴露于腐蝕性氣體環境之中。鋼絲繩存放期間缺乏足夠的保護。
4.搬運鋼絲繩不當使鋼絲繩損壞。
產生原因:從障礙物上滾動繩輪。繩輪從運貨車或平臺上跌落。用鏈條直接捆綁在鋼絲繩上或用撬杠直接抵在鋼絲繩上。用釘子把鋼絲繩釘在輪緣上。
5.鋼絲繩繩套不合適而損壞
產生原因:捆扎不當,使一股或多股反向轉動,導致鋼絲繩松弛。裝繩套的方式不當或裝繩套的工藝不良,鋼絲繩在繩套中來回轉動或從繩套中伸出。
6.鋼絲繩打扭、折彎和其它扭曲變形
產生原因:把鋼絲繩從繩輪或繩卷上拉出方法不正確。鋼絲繩在滾筒上纏繞不正確,固定不當為加大滾筒直徑放置了不當得墊板。鋼絲繩穿過小滑輪或障礙物時,處于受力狀態。
7.提升后回程中松弛所引起的損傷
產生原因:鋼絲繩頻繁地下井,運轉的游梁引起鋼絲繩在繩卡處彎曲,并導致鋼絲疲勞和斷裂。
8.鋼絲繩在打撈作業中損壞或疲勞
產生原因:打撈作業時鋼絲繩使用不當,由于工作性質引起損壞或疲勞。
9.鋼絲繩捻距伸長和直徑減小
產生原因:作業中鋼絲繩經常超載,使鋼絲繩的有機芯受擠壓而破壞。
10.鋼絲繩中鋼絲早期斷裂
產生原因:不注意鉆井深度、鋼絲繩受擠壓和打滑產生的摩擦熱。
11.鋼絲繩上有嚴重的磨損斑點
產生原因:安裝和使用時操作不當,使鋼絲繩打扭或彎折。鋼絲繩與套管或硬地層磨損;對工作端的切除次數頻繁。
12.連接鋼絲繩
產生原因:連接鋼絲繩不可能像整根繩那樣。在連接處容易發生松動而產生不規則磨損。
13.鋼絲產生線性劃傷和斷裂
產生原因:倒繩時穿過夾緊裝置時導致損傷。
14.鋼絲繩破斷拉力降低或損壞
產生原因:不注意把鋼絲繩靠近火源,使鋼絲繩過分受熱。
15.鋼絲繩變形
產生原因:夾緊裝置或繩卡加的不合適,使鋼絲繩損壞。
16.鋼絲繩鼓包
產生原因:倒繩時穿過了夾緊裝置捆扎不當,上繩慢或連接不當,打扭、呈折線形及芯子鼓出。
17.鋼絲繩磨損
產生原因:缺乏潤滑。倒繩時夾緊裝置未松開工作條件多砂粒與固定物體或研磨作用表面摩擦繩槽及滑輪尺寸小于規定尺寸。
18.鋼絲疲勞破壞
產生原因:不良的鉆井條件,即高速起下和鋼絲繩打滑,產生額外的震動,震動集中于死繩或死繩固定器上。繩槽和滑輪小于規定的尺寸。鋼絲繩結構選擇不當。由于鉆井困難使鋼絲繩彎曲時間過長。
19.鋼絲繩螺旋形或卷曲
產生原因:在安裝和作業時,鋼絲繩在鉆桿、井架底座大梁或其他任何物體上拖拽或摩擦,在安裝鋼絲繩時,推薦使用的滑車滑輪直徑≥16倍鋼絲繩直徑。
20.鋼絲繩過分擠扁或壓壞
產生原因:過分超載;在滾筒上纏繞松散或交叉纏繩;頓鉆鋼絲繩倒換與切除不當。
21.鋼絲繩出現燈芯狀或芯子鼓出
產生原因:鋼絲繩突然卸載,例如,高速下降碰到液體;不恰當的鉆井動作或產生劇烈震動的行為;使用的滑輪直徑太小或繞急彎穿繩。
22.鋼絲繩抖動
產生原因:鋼絲繩運轉時過松。
23.鋼絲繩在滾筒上擠咬
產生原因:在滾筒纏繞松散。旋轉鉆井鋼絲繩的切除和更換方案選擇不當。滾筒繩槽或鋼絲繩轉向輪選擇不當或磨損。
二、 正確實施鋼絲繩更換與報廢
1.鋼絲繩的更換  
鋼絲繩在正常情況下按規定工作量進行倒換和切斷。除此,為保證鋼絲繩安全使用,必須及時切除或更換報廢鋼絲繩。
2.鋼絲繩的報廢
有下列情況之一者,鋼絲繩應報廢。
2.1斷絲數量
當任何一個部位上可見鋼絲斷裂根數達到表9規定。
注意,鋼絲繩在使用過程中并非一旦出現斷絲就必須更換,只要斷絲數量在標準允許的范圍,鋼絲繩仍將繼續服役,但應該及時將斷絲處理。用鋼絲鉗把斷絲剪斷方法雖然因為操作迅速而被常用,但是這不是最佳辦法,因為那樣在鋼絲繩的表面會留下粗糙的鋼絲頭。為節約時間,避免麻煩,可以用鋼絲鉗夾住鋼絲頭部,前后反復彎折至鋼絲斷掉。經過這樣處理,鋼絲斷頭將被加緊在股繩之間,不會對鋼絲繩繼續使用造成危害,如圖26。
表9 斷絲數 (d:鋼絲繩直徑)
鋼絲繩
結構 外層鋼絲總數 鋼絲斷裂根數
交互捻
6d 30d
6×19S–IWRC 54~72 3 6
6×21S–IWRC
6×26WS–IWRC
6×25F–IWRC
2.2繩端斷絲
當繩端或其附近出現斷絲時,即使數量很少也表明該部位應力很高。
2.3局部密集斷絲
如果斷絲是緊靠一起形成局部集中則應報廢。如斷絲集中在小于6d的繩長范圍內,或者集中在一股里,那么即使斷絲少于表9規定的斷絲數。
2.4直徑減小
正常運行期間,如果鋼絲繩由于結構改變,磨損等造成在較長一段距離上的繩徑比公稱尺寸小10%以上,或者外層絲磨損超過鋼絲直徑1/3,注意鋼絲繩直徑的正確測量,如圖27。







(a)鉗夾鋼絲頭彎折      (b)棄除反復彎折鋼絲頭
圖26 斷絲處理                      圖27 鋼絲繩直徑正(誤)測量
2.5腐蝕
雖無斷絲,但由于鋼絲繩銹蝕減少了鋼絲繩金屬斷面積,使鋼絲繩實際破斷拉力減少,或者由于銹斑可減少工作強度。
2.6股斷裂或抽股
鋼絲繩中有一根股斷裂或抽股(塌陷)。
2.7嚴重損傷以及強烈磨損
鋼絲繩出現散股、擠壓、折彎、打扭現象或其它嚴重損傷以及強烈磨損。
2.8彈性降低
在某些情況下(常與工作環境有關)鋼絲繩彈性會顯著下降,其繼續使用將不再安全。
鋼絲繩彈性降低很難察覺,如檢驗人員有懷疑,則應征詢鋼絲繩專家的意見。然而,彈性降低一般伴隨下述現象:
--鋼絲繩直徑減小
--鋼絲繩捻距伸長
--由于各部分相互壓緊,鋼絲之間和繩股之間的間隙減小
--繩股凹處出現褐色細粉末
以上各種情況均會引起鋼絲繩在動載作用下突然斷裂。
鋼絲繩繩在使用過程中會出現典型缺陷形式及產生的原因
8.1過載引起的斷絲         圖 29 過載引起的斷絲
鋼絲繩在使用過程中所受載荷較大,導致所受工作應力超過其抗拉強度,從而引起過載斷絲。通常情況下,鋼絲斷口宏觀 “杯—錐”特征。
8.2正常疲勞斷絲
  在正常載荷情況下,由于受到反復彎曲作用,表層鋼絲經過一定的使用期限后將產生疲勞斷絲現象            圖30    正常疲勞斷絲                                                                                                
通常情況下,股外層鋼絲斷絲已經被磨平。
8.3 “燈(鳥)籠”
載荷突然釋放引起股、絲不能
完全恢復到原來位置所產生結果          圖31 “燈(鳥)籠”現象
8.4截繩不良引起的早期疲勞斷絲
由于截繩操作或習慣不良,某段鋼       
絲繩長期承受連續載荷作用, 從而導       
致該段鋼絲繩出現早期疲勞斷絲。          
8.5股凸起引起的周期性斷絲         
   由于插接或鋼絲繩頭捆扎不當或局     圖32    早期疲勞斷絲象鋼絲繩部鋼絲繩扭結,個別股出現凸起現 
工作過程中早期疲勞斷絲凸起股比其它股
優先被迅速磨損,從而導致該段鋼絲繩提
早出現斷絲現象。從鋼絲繩表面看凸起股                                   
會周期性的出現在鋼絲繩表面。            圖33   凸起股斷絲

8.6 馬氏體化斷絲
   鋼絲繩工作期間,與匹配輪槽
接觸不良或與其它物體在高速運行         
時產生強烈摩擦,摩擦熱導致鋼絲          
表層組織馬氏體化引起鋼絲斷裂。
8.7打扭引起的鋼絲及股繩排列錯亂   圖34    馬氏體化斷絲
在拽繩、安裝或使用過程中,由于操作不當,導致松弛段鋼絲繩打扭,從而導致鋼絲及股繩排列錯亂。
8.8擠壓引起的股形潰裂
在小卷筒、重載及多層纏繞時,鋼絲繩表面由于受到強烈的擠壓作用出現局部股形潰裂現象。





圖35   打扭引起絲股排列錯亂

   



圖36   擠壓引起的股形潰裂
8.9繩槽修補不當引起的局部磨損




圖37    繩槽修補不當引起的局部磨損
   輪槽修補局部尺寸不當,形狀不良,將造成鋼絲繩局部磨損。在作業過程中這種局部磨損并不容易被發現,因此,應定期將鋼絲繩拽出經過彎曲后進行仔細檢查。
8.10股間擠壓、磨損引起的鋼絲損傷
   如果施加載荷過大,繩
槽過小或繩芯支撐失效,將
會導致股與股之間產生強烈
擠壓、摩擦,從而引起股間
鋼絲斷裂。然而,在載荷正
常、繩槽合理的情況下,股    圖38  股間擠壓、磨損引起的鋼絲損傷
間鋼絲通常也會產生輕微的損傷。
8.11跳槽引起的斷繩
   鋼絲繩在使用過程中,如果
發生跳槽現象(鋼絲繩從滑輪槽
中跳出), 在滑輪輪緣強烈的剪
切作用下,鋼絲繩將被割斷,鋼
絲斷口宏觀呈現“杯—錐”特征
與剪切狀特征。圖39  跳槽引起的斷繩

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