钢丝绳故障及原因.doc

一、 正确析辨钢丝绳在使用中产生的故障及原因在正常使用中，所有钢丝绳最终都会因为反复承受载荷而报废。而很多时候尽管钢丝绳使用正常且选用的结构合理，但是恶劣的使用条件或不正确的使用会大大缩短其使用寿命。下面给出钢丝绳在油田使用中产生的故障及其原因。这些故障导致钢丝绳过早损坏并更换。使用时造成过早更换钢丝绳的原因，很可能是这些情况中的一个或几个。1钢丝绳断裂（全部股断开）产生原因：使用时猛烈冲击引起钢丝绳超载、打扭、损坏、局部磨损、一股或几股受损、严重锈蚀或失去弹性，使钢丝绳在使用中经受弯曲时钢丝断裂，减少钢丝绳内金属断面积。2钢丝绳中一股或多股断裂产生原因：钢丝绳超载、打扭、与其它部件的摩擦、局部磨损或处于严重锈蚀，疲劳、超速、打滑或运转时过于松弛，震动集中在静滑轮上或死端固定器上。3过度锈蚀产生原因：钢丝绳缺乏润滑。使钢丝绳接触了盐水、碱水、酸水、泥浆、污物或暴露于腐蚀性气体环境之中。钢丝绳存放期间缺乏足够的保护。4搬运钢丝绳不当使钢丝绳损坏。产生原因：从障碍物上滚动绳轮。绳轮从运货车或平台上跌落。用链条直接捆绑在钢丝绳上或用撬杠直接抵在钢丝绳上。用钉子把钢丝绳钉在轮缘上。5钢丝绳绳套不合适而损坏产生原因：捆扎不当，使一股或多股反向转动，导致钢丝绳松弛。装绳套的方式不当或装绳套的工艺不良，钢丝绳在绳套中来回转动或从绳套中伸出。6钢丝绳打扭、折弯和其它扭曲变形产生原因：把钢丝绳从绳轮或绳卷上拉出方法不正确。钢丝绳在滚筒上缠绕不正确，固定不当为加大滚筒直径放置了不当得垫板。钢丝绳穿过小滑轮或障碍物时，处于受力状态。7提升后回程中松弛所引起的损伤产生原因：钢丝绳频繁地下井，运转的游梁引起钢丝绳在绳卡处弯曲，并导致钢丝疲劳和断裂。8钢丝绳在打捞作业中损坏或疲劳产生原因：打捞作业时钢丝绳使用不当，由于工作性质引起损坏或疲劳。9钢丝绳捻距伸长和直径减小产生原因：作业中钢丝绳经常超载，使钢丝绳的有机芯受挤压而破坏。10钢丝绳中钢丝早期断裂产生原因：不注意钻井深度、钢丝绳受挤压和打滑产生的摩擦热。11钢丝绳上有严重的磨损斑点产生原因：安装和使用时操作不当，使钢丝绳打扭或弯折。钢丝绳与套管或硬地层磨损；对工作端的切除次数频繁。12连接钢丝绳产生原因：连接钢丝绳不可能像整根绳那样。在连接处容易发生松动而产生不规则磨损。13钢丝产生线性划伤和断裂产生原因：倒绳时穿过夹紧装置时导致损伤。14钢丝绳破断拉力降低或损坏产生原因：不注意把钢丝绳靠近火源，使钢丝绳过分受热。15钢丝绳变形产生原因：夹紧装置或绳卡加的不合适，使钢丝绳损坏。16钢丝绳鼓包产生原因：倒绳时穿过了夹紧装置捆扎不当，上绳慢或连接不当，打扭、呈折线形及芯子鼓出。17钢丝绳磨损产生原因：缺乏润滑。倒绳时夹紧装置未松开工作条件多砂粒与固定物体或研磨作用表面摩擦绳槽及滑轮尺寸小于规定尺寸。18钢丝疲劳破坏产生原因：不良的钻井条件，即高速起下和钢丝绳打滑，产生额外的震动，震动集中于死绳或死绳固定器上。绳槽和滑轮小于规定的尺寸。钢丝绳结构选择不当。由于钻井困难使钢丝绳弯曲时间过长。19钢丝绳螺旋形或卷曲产生原因：在安装和作业时，钢丝绳在钻杆、井架底座大梁或其他任何物体上拖拽或摩擦，在安装钢丝绳时，推荐使用的滑车滑轮直径16倍钢丝绳直径。20钢丝绳过分挤扁或压坏产生原因：过分超载；在滚筒上缠绕松散或交叉缠绳；顿钻钢丝绳倒换与切除不当。21钢丝绳出现灯芯状或芯子鼓出产生原因：钢丝绳突然卸载，例如，高速下降碰到液体；不恰当的钻井动作或产生剧烈震动的行为；使用的滑轮直径太小或绕急弯穿绳。22钢丝绳抖动产生原因：钢丝绳运转时过松。23钢丝绳在滚筒上挤咬产生原因：在滚筒缠绕松散。旋转钻井钢丝绳的切除和更换方案选择不当。滚筒绳槽或钢丝绳转向轮选择不当或磨损。二、 正确实施钢丝绳更换与报废1钢丝绳的更换 钢丝绳在正常情况下按规定工作量进行倒换和切断。除此，为保证钢丝绳安全使用，必须及时切除或更换报废钢丝绳。2钢丝绳的报废有下列情况之一者，钢丝绳应报废。2.1断丝数量当任何一个部位上可见钢丝断裂根数达到表9规定。注意，钢丝绳在使用过程中并非一旦出现断丝就必须更换，只要断丝数量在标准允许的范围，钢丝绳仍将继续服役，但应该及时将断丝处理。用钢丝钳把断丝剪断方法虽然因为操作迅速而被常用，但是这不是最佳办法，因为那样在钢丝绳的表面会留下粗糙的钢丝头。为节约时间，避免麻烦，可以用钢丝钳夹住钢丝头部，前后反复弯折至钢丝断掉。经过这样处理，钢丝断头将被加紧在股绳之间，不会对钢丝绳继续使用造成危害，如图26。表9 断丝数 （d：钢丝绳直径）钢丝绳结构外层钢丝总数钢丝断裂根数交互捻6d30d619SIWRC547236621SIWRC626WSIWRC625FIWRC2.2绳端断丝当绳端或其附近出现断丝时，即使数量很少也表明该部位应力很高。2.3局部密集断丝如果断丝是紧靠一起形成局部集中则应报废。如断丝集中在小于6d的绳长范围内，或者集中在一股里，那么即使断丝少于表9规定的断丝数。2.4直径减小正常运行期间，如果钢丝绳由于结构改变，磨损等造成在较长一段距离上的绳径比公称尺寸小10%以上，或者外层丝磨损超过钢丝直径1/3，注意钢丝绳直径的正确测量，如图27。（a）钳夹钢丝头弯折 （b）弃除反复弯折钢丝头图26 断丝处理 图27 钢丝绳直径正（误）测量2.5腐蚀虽无断丝，但由于钢丝绳锈蚀减少了钢丝绳金属断面积，使钢丝绳实际破断拉力减少，或者由于锈斑可减少工作强度。2.6股断裂或抽股钢丝绳中有一根股断裂或抽股（塌陷）。2.7严重损伤以及强烈磨损钢丝绳出现散股、挤压、折弯、打扭现象或其它严重损伤以及强烈磨损。2.8弹性降低在某些情况下（常与工作环境有关）钢丝绳弹性会显著下降，其继续使用将不再安全。钢丝绳弹性降低很难察觉，如检验人员有怀疑，则应征询钢丝绳专家的意见。然而，弹性降低一般伴随下述现象：-钢丝绳直径减小-钢丝绳捻距伸长-由于各部分相互压紧，钢丝之间和绳股之间的间隙减小-绳股凹处出现褐色细粉末以上各种情况均会引起钢丝绳在动载作用下突然断裂。钢丝绳绳在使用过程中会出现典型缺陷形式及产生的原因8.1过载引起的断丝 图 29 过载引起的断丝钢丝绳在使用过程中所受载荷较大，导致所受工作应力超过其抗拉强度，从而引起过载断丝。通常情况下，钢丝断口宏观 “杯锥”特征。8.2正常疲劳断丝 在正常载荷情况下，由于受到反复弯曲作用，表层钢丝经过一定的使用期限后将产生疲劳断丝现象 图30 正常疲劳断丝 通常情况下，股外层钢丝断丝已经被磨平。8.3 “灯（鸟）笼”载荷突然释放引起股、丝不能完全恢复到原来位置所产生结果 图31 “灯（鸟）笼”现象8.4截绳不良引起的早期疲劳断丝由于截绳操作或习惯不良，某段钢 丝绳长期承受连续载荷作用， 从而导 致该段钢丝绳出现早期疲劳断丝。 8.5股凸起引起的周期性断丝 由于插接或钢丝绳头捆扎不当或局 图32 早期疲劳断丝象钢丝绳部钢丝绳扭结，个别股出现凸起现 工作过程中早期疲劳断丝凸起股比其它股优先被迅速磨损，从而导致该段钢丝绳提早出现断丝现象。从钢丝绳表面看凸起股 会周期性的出现在钢丝绳表面。 图33 凸起股断丝8.6 马氏体化断丝 钢丝绳工作期间，与匹配轮槽接触不良或与其它物体在高速运行 时产生强烈摩擦，摩擦热导致钢丝 表层组织马氏体化引起钢丝断裂。8.7打扭引起的钢丝及股绳排列错乱 图34 马氏体化断丝在拽绳、安装或使用过程中，由于操作不当，导致松弛段钢丝绳打扭，从而导致钢丝及股绳排列错乱。8.8挤压引起的股形溃裂在小卷筒、重载及多层缠绕时，钢丝绳表面由于受到强烈的挤压作用出现局部股形溃裂现象。图35 打扭引起丝股排列错乱 图36 挤压引起的股形溃裂8.9绳槽修补不当引起的局部磨损图37 绳槽修补不当引起的局部磨损 轮槽修补局部尺寸不当，形状不良，将造成钢丝绳局部磨损。在作业过程中这种局部磨损并不容易被发现，因此，应定期将钢丝绳拽出经过弯曲后进行仔细检查。8.10股间挤压、磨损引起的钢丝损伤 如果施加载荷过大，绳槽过小或绳芯支撑失效，将会导致股与