采油车排绳器的改进与应用

2022-09-10

在勘探试油作业中, 抽汲是试油排液中经常使用的一种方法, 即利用采油车进行油管抽汲以进行抽汲诱喷、抽汲求产和抽汲降液, 采油车工作的连续性关系到在这一过程中所要录取资料的准确性和有效性。排绳器的故障导致采油车工作中断并且严重影响抽汲钢丝绳的寿命, 因此必须保证排绳器的工作顺畅可靠。

1 问题的提出

自背井架采油车采用的是人工换向的被动排绳机构, 排绳器由承受井下负荷的钢丝绳在滚筒排列时对排绳器产生的侧向推力所拨动。在使用一段时间后经常会出现排绳器滚柱磨损, 直接导致排绳器滑动阻力增加, 磨损后间隙增大使排绳器工作中产生跳动和冲击, 从而使排绳出现紊乱、钢丝绳挤压等问题。

2 失效原因分析

2.1 排绳器的结构及受力情况

根据排绳器的工作原理, 排绳器的结构可简化为图1所示, 四个滚柱在斜置方梁上滚动, 钢丝绳导柱受到来自钢丝绳的推力, 从而使得排绳器在方梁上滑动, 在滑动至边缘时由于换向时的迟后容易导致高速工作时钢丝绳紊乱, 需要采用人工进行换向操作。

排绳器导柱可以看作是导柱在钢丝绳上快速滚动, 在钢丝绳排列换层时存在微小滑动, 其主要受到这两种摩擦力。

排绳器受力分析的关键在于其磨损件 (4个滚柱) , 滚柱主要受力有3种, 一是克服导柱自重带来的向下翻转的压力F1 (如图2) , 二是克服钢丝绳对导柱产生的平行于方梁方向的推力带来的扭力F2, 三是滚珠滚动时产生的滚动摩擦力。其中后两种力有着关联, 当滚柱滚动阻力摩擦力增大时, 势必将导致钢丝绳对导柱的推力增加, 反之亦然。

2.2 滚柱磨损分析

由于滚柱结构可知, 在滚柱有安装预紧力f并且滚动良好时, 主要承受q+f力, 由受力分析可知, 该力的存在导致滚珠沿轴向所受压力不同从而导致滚珠在滚动时沿轴向摩擦力不同, 最终使滚柱出现磨损不均匀。

在滚柱磨损后安装预紧力消除, 这时滚珠滚动情况逐步恶化, 使得滚柱由线接触的滚动变成点接触的滚动, 阻力大幅度增加。

分以下2种情况。

(1) 滚柱与方梁之间有安装预紧力时, 受力分析如图2。

(2) 滚柱磨损后与方梁之间存在间隙时, 受力分析如图3。

磨损加剧导致滚动阻力增加, 继而导致钢丝绳对排绳器导柱的推力增加, 钢丝绳与导柱之间的滚动和滑动摩擦力大幅度增加, 最终导柱和钢丝绳同时出现非正常磨损。

随着磨损的加剧, 滚柱与方梁之间间隙逐步增加, 从而导致排绳器工作中的跳动和冲击, 最终导致排绳器卡滞后损坏。

3 改进[1,2]

根据以上原因分析, 必须改善滚柱的受力以保证其正常磨损, 有两个途径可以入手, 一是减少导柱重量, 二是对其进行平衡处理。

3.1 减少导柱重量

该采油车滚筒设计容绳量为2500mΦ16的钢丝绳, 基于现有的抽汲工具, 有效抽汲深度在1700m以内, 并且目前该型采油车一般使用2000m的钢丝绳, 从这点入手可以缩短导柱的长度。具体分析如下。

滚筒缠绕2500m钢丝绳时的最大直径可以计算得出:660mm。

滚筒缠绕2000m钢丝绳时的最大直径为:610mm。

可以确定出导柱可以缩短的长度为50mm。

3.2 对滚柱的受力进行平衡处理

可以根据通过计算方法和试凑方法对排绳器进行平衡, 现场根据试凑的方法对其进行了平衡。

首先拆除排绳器下部两个滚柱, 然后在导柱对应一侧加装平衡块, 直至排绳器能在方梁上自由滚动而不倾翻。

3.3 排绳器手动干预的方法

根据排绳器的工作分析, 钢丝绳对排绳器产生的推力是波动的, 手动干预的目标就是要减少此力的波动, 使排绳器尽可能工作平稳。

在两侧换向时必须手动干预以保证换向的完成, 在滚筒中部钢丝绳的推力最小可在此时手动辅助排绳器滑动, 以保证排绳器平稳滑动。

4 结语

(1) 改装后的排绳器滚动平稳, 滚柱磨损均匀, 寿命延长。 (2) 减少排绳器的滚动阻力是保证其正常工作的前提, 必须按照规定对其进行清洗和润滑。 (3) 手动干预不仅在滚筒两端换向时, 在滚筒中部也必须干预以减小排绳器的速度波动。改进后上下滚柱受力不同会导致上部两个滚柱的磨损大于下部滚柱, 必须加强对上部滚柱的检查, 出现问题提前更换。 (4) 当导柱滚动卡滞时会增加其磨损, 必须加强日常润滑。

摘要：针对自背井架采油车在使用过程中工作阻力较大导致钢丝绳排绳困难、故障频发等问题, 对其进行受力分析找出问题所在, 并进行简单改进以减少其工作阻力, 保证滚筒排绳顺畅和减少排绳器的故障率。

关键词：采油车,排绳器,改进,故障