HXJ180DB型钻修机猫头绳导向器结构改进

栗国浩

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300452） ①

HXJ180DB型钻修机猫头绳导向器结构改进

栗国浩

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300452）①

分析了HXJ180DB型钻修机的猫头绳导向器存在的结构问题和安全隐患。改进了该装置的滑轮结构，轮架和支座之间采用销轴连接。现场使用表明：改进后的猫头绳导向器避免了钢丝绳早期失效，安全可靠，大幅度减少了维护工作量和费用。

钻修机；猫头；钢丝绳；导向器

猫头绳导向器用于引导钢丝绳，把猫头的拉力按预定方位传递给手动大钳，便于进行管柱上扣、卸扣作业。由于距离井口的工作人员较近，猫头绳导向器的安全性和可靠性非常重要。HXJ180DB型钻修机的猫头绳导向器存在设计缺陷，导致钢丝绳早期失效，需频繁更换，影响钻进速度，且费用高；还发生钢丝绳跳槽现象，安全性差。本文改进了该装置的结构，消除了安全隐患，且维护方便、节省费用。

1 猫头及猫头绳导向器安装位置［1］

HXJ180DB型钻修机设计有2套猫头，一套用于上扣，另一套用于卸扣，在井架上的安装位置如图1。猫头是以液缸为动力，最大拉力为100kN。猫头绳导向器用于将猫头绳（钢丝绳）的垂直拉力变为水平拉力，该力拉动手动大钳旋转，实现上扣或卸扣作业。液缸与支座连接，安装在井架上。猫头绳通过专用扣与液缸活塞杆连接。

图1 HXJ180DB型钻修机猫头及猫头绳导向器安装示意

2 原有猫头绳导向器

2.1 结构

原有猫头绳导向器由轮架、滑轮、固定支座等组成，如图2。轮架和固定支座焊接成一体结构，固定支座分布在井口两侧，并与钻台承重梁焊接在一起。

图2 原有猫头绳导向器结构

2.2 存在问题

1） 滑轮直径过小 滑轮的直径小于猫头绳（钢丝绳）的允许最小弯曲半径。猫头绳在使用中容易产生朔性变形及断丝缺陷。根据安全标准，需提前更换猫头绳。

2） 猫头绳导向器角度固定 在受力情况下，猫头绳导向器不能在水平面上随猫头绳而动，导致猫头绳跳槽，使猫头绳断丝、变形，甚至发生事故，造成人员伤亡、财产损失。

3） 固定支座过高 在钻井过程中需要配管，有时需要手动大钳紧靠转盘进行上扣、卸扣作业。由于固定支座过高，使手动大钳受到向上的拉力，在上扣、卸扣过程中损坏大钳牙板、磨损管柱的接箍；在卸扣过程中不能有效松扣，在上扣过程中达不到理想扭矩。

3 改进设计

3.1 结构［2－5］

改进后的猫头绳导向器结构如图3。轮架和固定支座由原来的焊接一体结构改为销轴连接，使滑轮能够随猫头绳移动，保证猫头绳不会跳槽、过度磨损。在销轴上套装由镍铜合金ZCuAl19Mn2加工成的轴套，减少了摩擦，提高了销轴的使用寿命，增大了滑轮直径，减少了钢丝绳的弯曲应力。在滑轮轴上设计有油杯，确保滑轮润滑良好。轮架采用整体焊接后进行调质处理，消除应力的同时提高了整体的力学性能。整体高度符合现场操作要求。

图3 改进后猫头绳导向器结构

3.2 特点

1） 猫头导向轮在水平面内可以360°旋转。由于在上、卸扣的过程中手动大钳要做旋转运动，如果猫头导向轮不能够随大钳旋转，这样猫头绳就会与滑轮产生夹角，使得猫头绳不能与滑轮槽良好接触，甚至出现猫头绳跳槽现象，导致猫头绳早期损坏，引发安全事故。轮架和支座之间采用销轴连接，使猫头导向轮能随猫头绳而转动，避免发生安全事故。

2） 在销轴上套装耐磨套。猫头导向轮在受力情况下转动会产生很大的摩擦力，对销轴的磨损相当严重。此设计中采用了耐磨性能良好、强度高的镍铜合金ZCuAl19Mn2作为耐磨衬套，有效地延长销轴的使用寿命，同时减少了摩擦阻力。

3） 滑轮润滑良好。在滑轮轴中心设计润滑油道，轴端安装油杯，便于保养。

4） 设计猫头绳防跳杆。在滑轮架底部设计猫头绳防跳杆，无论是误操作还是其他不可预知的情况出现，不会出现猫头绳跳槽现象，减少了安全隐患。

5） 结构简单、维护方便。滑轮轴的固定采用弹性卡簧，轮架的固定采用高强度六方螺母，容易更换滑轮和轮架，降低劳动强度，并提高工作效率。

4 强度校核

选用材料的力学性能［6］如表1。根据Spec－STSP－101规范校核轮架、固定支座、销轴的强度，安全系数＞2，符合规范要求。

表1 主要部件材料的力学性能 MPa

5 安装使用

改进的猫头绳导向器已在现场使用，如图4。蓬莱油田5个平台的统计数据如表2，每年节约￥8万元维护费用。减少了维护时间，为钻井作业的连续性提供了有力的保障。据现场使用人员反馈，改进的猫头绳导向器使用安全可靠、维护保养简单。

图4 改进的猫头绳导向器使用现场

表2 猫头绳导向器更换前后猫头绳费用统计

6 结语

改进的猫头绳导向器已经在蓬莱油田投入使用，大幅度提高了猫头绳的使用寿命，减少了停产时间，排除了安全隐患，为现场人员的安全及顺利生产提供了有力的保障。

［1］ 四川宏华石油设备有限公司.钻机用户手册［K］.2008.

［2］ GB 8918—2006，重要用途钢丝绳［S］.

［3］ GB／T1176—1987，铸造铜合金技术条件［S］.

［4］ GB 5972—1986，起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范［S］.

［5］ ISO 3154 1988（E），Stranded wire rope for mine hoisting［S］.

［6］ 成大先.机械设计手册［K］.5版.北京：化学工业出版社，2007.

Modification of HXJ180DB DCWR Cathead Wire Line Guide Device

LI Guo－hao
（Production Optimization Department，China Oilfield Services Co.，Ltd.，Tianjin300452，China）

The disadvantages of HXJ180DB cathead wire line guide and hidden dangers were analyzed.The pulley structure of the cathead wire line guide was modified.The rack and the support were pin－connected.Site application proved that the modified cathead wire line guide eliminated early－failure of the wire line and it was safe and reliable.Application of it reduced maintenance workload and cost greatly.

drilling completion workover rig；cathead；wire line；guides

1001－3482（2012）04－0083－03

TE952

B

2011－08－18

栗国浩（1976－），男，甘肃庆阳人，工程师，2000年毕业于中国石油大学（华东）机械制造专业，现从事钻井设备管理工作，E－mail：leegh＿007＠163.com。