鉆井安全排繩裝置研究

梁傳濤

摘 要：目前鉆井隊使用的絞車，包括氣動絞車、液壓絞車、電動絞車等提升設備，存在一個排繩易松亂的致命缺點，特別在無負載的條件下顯得更為突出，如果卷筒放繩速度較快，而天滑輪另一側的鋼絲繩因沒有負荷下降速度較慢，卷工作循環筒上的鋼絲繩就會蓬松、散亂，而在下一個提升重物時，就可能產生重物在某一時刻頓下一段距離的現象，造成極不安全事件的發生，為此通過研究，設計研制了自動排出繩絞車，徹底解決了繩系易亂，克服了不安全因素。

關鍵詞：絞車；自動排出繩；安全

一、背景

油田鉆機以及類似油田鉆機使用條件下使用的絞車，包括氣動絞車、液壓絞車、電動絞車等提升設備，大部分都是基本豎直向上出繩，其天滑輪距絞車的高度一般在30-50m，這種工礦下使用的絞車，無一例外的存在一個排繩易松亂的致命缺點，特別在無負載的條件下顯得更為突出，如果卷筒放繩速度較快，而天滑輪另一側的鋼絲繩因沒有負荷下降速度較慢，卷工作循環筒上的鋼絲繩就會蓬松、散亂，而在下一個提升重物時，就可能產生重物在某一時刻頓下一段距離的現象，就因為這個缺點，幾乎每年每個油田都要付出昂貴的生命代價。

多少年來，國內外不少人士都在這方面進行探索，卻一直沒有找到一個較好的解決方案。

絞車的排繩問題國內、外的絞車生產商至今均無成熟方案，氣動絞車、液壓絞車等提升設備目前采用的是輔助性的壓繩機構或單純的雙向絲杠結構的排繩機構，這些機構在有負載和水平出繩的工況下還有些作用，但在無負載、近似豎直向上出繩的工況下，就完全失效了。

另一方面，因為鉆機平臺上的設備較多，而安放絞車的空間有限，這就要求這個機構既不能太復雜、龐大，又要能切實地解決存在的問題，這就給問題的解決帶來了相當大的難度。這個問題的解決將會使絞車類產品的使用安全性得到革命性的提升。[1]

二、主要研究內容及創新點

2.1要解決的關鍵技術問題

（1）絞車的卷筒每轉動一圈，該機構的排繩裝置必須在卷筒的軸線方向移動一個繩的直徑距離，以盡量保證鋼絲繩在卷筒上的無間隙排列，而且要方便滿足不同繩徑的要求；

（2）絞車放繩（特別空載放繩）時，該機構的帶繩裝置的出繩線速度要始終大于卷筒每一層繩的出繩線速度，以保證卷筒上的繩在張緊狀態下有序釋放，不致產生松漲等現象，以避免卷筒上的繩松亂而在提升時造成事故隱患，還要避免損傷鋼絲繩；

（3）整套機構可浮動，以滿足動力源與該機構的緊密關聯性及隨時變化的不同的出繩角度。因為鉆機的天滑輪的高度不盡相同，絞車在鉆機平臺上的安放位置也不盡相同，再加上卷筒不同層數的鋼絲繩對出繩角度的影響，而機構的浮動又必須滿足動力傳動系統的要求，這就要求必須考慮機構的各個部分相互關聯性。

（4）鉆井作業的不間斷性要求機構必須方便維護、更換。

2.2具體方案

自動排出繩裝置是一種改善絞車排出繩狀況的機構，它以風動絞車的自身動力作為動力來源，通過齒輪減速箱將動力傳給雙向絲杠和棘齒軸。

采用常用的雙向絲杠機構來實現鋼絲繩在卷筒軸線方向的有序排列。

采用一個棘齒機構，由一個棘齒軸帶動一個帶繩輪鋼絲繩從帶繩輪與壓繩輪之間穿過，在收繩時帶繩輪可以在棘齒軸上自由轉動，在出繩時棘齒軸帶動帶繩輪將鋼絲繩強行帶出。

通過傳動配比，使帶繩輪的帶繩線速度大于卷筒最外層繩的出繩線速度，這樣就會使絞車在放繩時，不會因為卷筒轉動太快、鋼絲繩的彈性膨脹等因素而使得鋼絲繩在卷筒上蓬松、散亂 。

為了使該裝置在一定范圍內，適應不同的出繩角度，在兩側的支板上設計了兩個以取力軸為中心的圓弧槽，使整個排出繩機構可以在一定的范圍內前后浮動，以避免出繩角度不合適，使兩軸承受過大的彎曲力，從而影響機構的正常工作或造成機構零部件的損壞。

為了使該裝置在一定范圍內，適應不同的出繩角度，我們在兩側的支板上設計了兩個以取力軸為中心的圓弧槽，使整個排出繩機構可以在一定的范圍內前后浮動，以避免出繩角度不合適，使兩軸承受過大的彎曲力，從而影響機構的正常工作或造成機構零部件的損壞。

三、現場應用

該系統由于采用了巧妙的構思，使絞車在放繩（特別是空載放繩）時，能主動將繩強行帶出，避免繩在滾筒上膨松、散亂，并保證繩在滾筒上的有序排列。首先創造了較高的經濟效益，通過該裝置的使用，井隊相比原有絞車改變了反復繩系纏亂而耽誤生產時效的現狀，大大節省了鉆井周期；其次具備了良好的社會效益，安全可靠，提高了設備管理和鉆井施工的的安全系數。是順應當今設備發展自動化需要的一種改進成果，進一步提高了鉆機系統的可靠性，對鉆井作業的施工提供了有力的保障。

四、結論

基于進一步提升設備本質化安全水平，提升設備可靠性及鉆井生產效率，提出了該項目，并付諸了實施。針對原有的鉆井排繩各種紊亂問題，可大大提升安全系數。各大鉆井公司，設備型式基本一致，推廣開來，必將帶來可觀的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 馬穎化. 礦用絞車排繩裝置的結構優化[J].中州煤炭，2016 （1）：98—99.