冷压抽油机毛辫子绳头工艺研究

曹慧祖 戴米娅

(1.江苏油田采油二厂，江苏 金湖 211600；2 江苏星泰液压机械设备制造有限公司，江苏 泰州 225300)

0 引言

抽油机毛辫子的主要作用是连接抽油机驴头和光杆的悬绳器，使抽油机设备产生的动力作用到抽油杆上，带动井下的杆泵工作，完成抽汲生产。现有生产毛辫子的工艺相对传统，生产效率低，时有断脱现象发生，影响油井生产。冷压技术工艺先进，实现无损制作毛辫子绳头，相对传统工艺效率高，加工成本低，使用寿命更长。

1 冷压抽油机毛辫子绳头工艺方案

1.1 绳头组成及加工原理

抽油机毛辫子绳头，主要是由钢丝绳和绳套组成；原理是通过冷压设备工作的压力使得钢套产生形变，并牢固扣压在钢丝绳上形成绳头。工艺中主要存在钢丝绳规格的选择、绳套村料选择和尽寸计算设计、及冷压设备选择。

1.2 钢丝绳的选择

油田以往在选择制作抽油机毛辫子的钢丝绳绳径为φ26，绳芯为纤维芯，防打扭；经过试压效果分析，在绳径不变的情况下，选择绳芯为钢芯的钢丝绳压制后更为密实和牢固。

1.3 绳套材料选择和尺寸计算设计

1.3.1 绳套材料选择

铝、45#碳素钢、20#G 钢物理性能比较见表1。

从表1 中看出，由于抽油机毛辫子绳头长期处在交变载荷下工作，铝的硬度小，容易变形，故不适用；45#钢含碳量较20#G钢高，相对较脆，不适用于冷压绳套。故根据物理性能，综合评价后，选择20#G 钢为抽油机毛辫子绳套材料。

表1 材料性能表

1.3.2 尺寸计算设计

钢丝绳的直径为φ26mm，绳套内径为便于施工操作，从φ28～φ30mm 分别试用后，选择较为理想的φ30mm；绳套的壁厚设计，从4、5、6、8、10mm 分别现场测试，从密实度和设备能力方面考量，最终选择6mm 壁厚较理想。壁厚太小，密实度不够；壁厚太大，需要的设备能力越大，设备造价愈高。长度设计方面，绳套内壁和钢丝绳接触易长，附着力愈大，考虑绳头长度在现场使用的影响，则为易短易为方便施工，但会易脱。通过现场测试压制长度为80mm、100mm、120mm 的绳套，附着力从小到大，操作影响愈为明显。最终设计为100mm 的压制长度(图1)。

图1 绳套尺寸和形状、材料20G钢

1.4 冷压设备的选择

设备选型主要从设备的扣压力、最大扣制绳径、扣压长度等各个方面，设备选用GT-650T、GT-800T、RT180 三种设备，扣压力分别为650T、800T、1000T。

冷压设备的挤压力是选择设备和设计模具的依据，挤压力与挤压温度、零件的复杂程度、模具的结构形式、毛坏的性能、变形程度以及润滑条件等因素有关。考虑所有的影响因素精确计算压力是困难的。通常采用经验公式。

挤压力公式所选设备吨位P可按以下公式计算

式中：p为单位挤压力(MPa)；A为凸模工作部分的投影面积(mm2)；C为安全系数，一般取1.3。

冷压设备从结构分为框架式和笼式，笼式(如RT180)后期维护费用较高，压制长度50mm，100mm 长度需要分次压制；框架式(如GT-650T、GT-800T)使用性能稳定，后期维护使用费用低，压制长度100mm，可一次性压制成型。从设备压制能力上，性能、维护等各方面，选择GT800T 冷压抽油机毛辫子绳头，性价比更高。

2 现场毛辫子绳头压制

根据需要，截取一根合适长度的φ26 钢芯钢丝绳，在钢丝绳二头套上加工好的绳套，选择GT800T 冷压设备，选择φ35 的模具，检查设备运行正常后，在绳套φ42 段进行冷压作业，压至上、下模具贴合，形成绳头。现场压制非常容易和简单，制作抽油机毛辫子绳效率高，效果好。压制过程示意图见图2。

图2 冷压设备挤压抽油机毛辫子绳头过程示意图

3 室内测试和现场测试

3.1 室内测试

抽油机毛辫子绳的现场使用载荷8 型抽油机为不大于100kN，双根分摊后绳头单个受力应为不大于50kN，考虑安全系数为2～3 倍，单个受力大于150kN 为测试合格。选用GT800T冷压设备制作检验样品一根2.2m 长毛辫子绳头，委托江苏省特种安全防护产品质量监督检验中心，进行样品检验，根据GT/T 8358—2014《钢丝绳 实际破断拉力测试方法》，测试结果：破断拉力为275.5kN，完全达到设计要求。

3.2 现场测试

通过冷压工艺技术，选择用GT800T 冷压设备制作8.4m 长抽油机毛辫子一根，经现场试用至今，无任何疲劳损坏现象，现场试用效果理想。

4 结语

(1)巴氏合金法制作抽油机毛辫子绳头，一是热损伤钢丝绳，二是制作人工劳动强度大。冷压法主要是无热损伤，同时提高了制作效率高，降低了人工强度。冷压工艺技术在采油设备上得到应用。

(2)室内试验结果显示，冷压工艺制作抽油机毛辫子绳头，达到了设计的要求，性能可靠，现场可推广应用。