钻井安全排绳装置研究

梁传涛

摘 要：目前钻井队使用的绞车，包括气动绞车、液压绞车、电动绞车等提升设备，存在一个排绳易松乱的致命缺点，特别在无负载的条件下显得更为突出，如果卷筒放绳速度较快，而天滑轮另一侧的钢丝绳因没有负荷下降速度较慢，卷工作循环筒上的钢丝绳就会蓬松、散乱，而在下一个提升重物时，就可能产生重物在某一时刻顿下一段距离的现象，造成极不安全事件的发生，为此通过研究，设计研制了自动排出绳绞车，彻底解决了绳系易乱，克服了不安全因素。

关键词：绞车；自动排出绳；安全

一、背景

油田钻机以及类似油田钻机使用条件下使用的绞车，包括气动绞车、液压绞车、电动绞车等提升设备，大部分都是基本竖直向上出绳，其天滑轮距绞车的高度一般在30-50m，这种工矿下使用的绞车，无一例外的存在一个排绳易松乱的致命缺点，特别在无负载的条件下显得更为突出，如果卷筒放绳速度较快，而天滑轮另一侧的钢丝绳因没有负荷下降速度较慢，卷工作循环筒上的钢丝绳就会蓬松、散乱，而在下一个提升重物时，就可能产生重物在某一时刻顿下一段距离的现象，就因为这个缺点，几乎每年每个油田都要付出昂贵的生命代价。

多少年来，国内外不少人士都在这方面进行探索，却一直没有找到一个较好的解决方案。

绞车的排绳问题国内、外的绞车生产商至今均无成熟方案，气动绞车、液压绞车等提升设备目前采用的是辅助性的压绳机构或单纯的双向丝杠结构的排绳机构，这些机构在有负载和水平出绳的工况下还有些作用，但在无负载、近似竖直向上出绳的工况下，就完全失效了。

另一方面，因为钻机平台上的设备较多，而安放绞车的空间有限，这就要求这个机构既不能太复杂、庞大，又要能切实地解决存在的问题，这就给问题的解决带来了相当大的难度。这个问题的解决将会使绞车类产品的使用安全性得到革命性的提升。[1]

二、主要研究内容及创新点

2.1要解决的关键技术问题

（1）绞车的卷筒每转动一圈，该机构的排绳装置必须在卷筒的轴线方向移动一个绳的直径距离，以尽量保证钢丝绳在卷筒上的无间隙排列，而且要方便满足不同绳径的要求；

（2）绞车放绳（特别空载放绳）时，该机构的带绳装置的出绳线速度要始终大于卷筒每一层绳的出绳线速度，以保证卷筒上的绳在张紧状态下有序释放，不致产生松涨等现象，以避免卷筒上的绳松乱而在提升时造成事故隐患，还要避免损伤钢丝绳；

（3）整套机构可浮动，以满足动力源与该机构的紧密关联性及随时变化的不同的出绳角度。因为钻机的天滑轮的高度不尽相同，绞车在钻机平台上的安放位置也不尽相同，再加上卷筒不同层数的钢丝绳对出绳角度的影响，而机构的浮动又必须满足动力传动系统的要求，这就要求必须考虑机构的各个部分相互关联性。

（4）钻井作业的不间断性要求机构必须方便维护、更换。

2.2具体方案

自动排出绳装置是一种改善绞车排出绳状况的机构，它以风动绞车的自身动力作为动力来源，通过齿轮减速箱将动力传给双向丝杠和棘齿轴。

采用常用的双向丝杠机构来实现钢丝绳在卷筒轴线方向的有序排列。

采用一個棘齿机构，由一个棘齿轴带动一个带绳轮钢丝绳从带绳轮与压绳轮之间穿过，在收绳时带绳轮可以在棘齿轴上自由转动，在出绳时棘齿轴带动带绳轮将钢丝绳强行带出。

通过传动配比，使带绳轮的带绳线速度大于卷筒最外层绳的出绳线速度，这样就会使绞车在放绳时，不会因为卷筒转动太快、钢丝绳的弹性膨胀等因素而使得钢丝绳在卷筒上蓬松、散乱 。

为了使该装置在一定范围内，适应不同的出绳角度，在两侧的支板上设计了两个以取力轴为中心的圆弧槽，使整个排出绳机构可以在一定的范围内前后浮动，以避免出绳角度不合适，使两轴承受过大的弯曲力，从而影响机构的正常工作或造成机构零部件的损坏。

为了使该装置在一定范围内，适应不同的出绳角度，我们在两侧的支板上设计了两个以取力轴为中心的圆弧槽，使整个排出绳机构可以在一定的范围内前后浮动，以避免出绳角度不合适，使两轴承受过大的弯曲力，从而影响机构的正常工作或造成机构零部件的损坏。

三、现场应用

该系统由于采用了巧妙的构思，使绞车在放绳（特别是空载放绳）时，能主动将绳强行带出，避免绳在滚筒上膨松、散乱，并保证绳在滚筒上的有序排列。首先创造了较高的经济效益，通过该装置的使用，井队相比原有绞车改变了反复绳系缠乱而耽误生产时效的现状，大大节省了钻井周期；其次具备了良好的社会效益，安全可靠，提高了设备管理和钻井施工的的安全系数。是顺应当今设备发展自动化需要的一种改进成果，进一步提高了钻机系统的可靠性，对钻井作业的施工提供了有力的保障。

四、结论

基于进一步提升设备本质化安全水平，提升设备可靠性及钻井生产效率，提出了该项目，并付诸了实施。针对原有的钻井排绳各种紊乱问题，可大大提升安全系数。各大钻井公司，设备型式基本一致，推广开来，必将带来可观的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 马颖化. 矿用绞车排绳装置的结构优化[J].中州煤炭，2016 （1）：98—99.