冷壓抽油機(jī)毛辮子繩頭工藝研究

曹慧祖 戴米婭

(1.江蘇油田采油二廠，江蘇 金湖 211600；2 江蘇星泰液壓機(jī)械設(shè)備制造有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

抽油機(jī)毛辮子的主要作用是連接抽油機(jī)驢頭和光桿的懸繩器，使抽油機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的動(dòng)力作用到抽油桿上，帶動(dòng)井下的桿泵工作，完成抽汲生產(chǎn)。現(xiàn)有生產(chǎn)毛辮子的工藝相對傳統(tǒng)，生產(chǎn)效率低，時(shí)有斷脫現(xiàn)象發(fā)生，影響油井生產(chǎn)。冷壓技術(shù)工藝先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)無損制作毛辮子繩頭，相對傳統(tǒng)工藝效率高，加工成本低，使用壽命更長。

1 冷壓抽油機(jī)毛辮子繩頭工藝方案

1.1 繩頭組成及加工原理

抽油機(jī)毛辮子繩頭，主要是由鋼絲繩和繩套組成；原理是通過冷壓設(shè)備工作的壓力使得鋼套產(chǎn)生形變，并牢固扣壓在鋼絲繩上形成繩頭。工藝中主要存在鋼絲繩規(guī)格的選擇、繩套村料選擇和盡寸計(jì)算設(shè)計(jì)、及冷壓設(shè)備選擇。

1.2 鋼絲繩的選擇

油田以往在選擇制作抽油機(jī)毛辮子的鋼絲繩繩徑為φ26，繩芯為纖維芯，防打扭；經(jīng)過試壓效果分析，在繩徑不變的情況下，選擇繩芯為鋼芯的鋼絲繩壓制后更為密實(shí)和牢固。

1.3 繩套材料選擇和尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)

1.3.1 繩套材料選擇

鋁、45#碳素鋼、20#G 鋼物理性能比較見表1。

從表1 中看出，由于抽油機(jī)毛辮子繩頭長期處在交變載荷下工作，鋁的硬度小，容易變形，故不適用；45#鋼含碳量較20#G鋼高，相對較脆，不適用于冷壓繩套。故根據(jù)物理性能，綜合評價(jià)后，選擇20#G 鋼為抽油機(jī)毛辮子繩套材料。

表1 材料性能表

1.3.2 尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)

鋼絲繩的直徑為φ26mm，繩套內(nèi)徑為便于施工操作，從φ28～φ30mm 分別試用后，選擇較為理想的φ30mm；繩套的壁厚設(shè)計(jì)，從4、5、6、8、10mm 分別現(xiàn)場測試，從密實(shí)度和設(shè)備能力方面考量，最終選擇6mm 壁厚較理想。壁厚太小，密實(shí)度不夠；壁厚太大，需要的設(shè)備能力越大，設(shè)備造價(jià)愈高。長度設(shè)計(jì)方面，繩套內(nèi)壁和鋼絲繩接觸易長，附著力愈大，考慮繩頭長度在現(xiàn)場使用的影響，則為易短易為方便施工，但會(huì)易脫。通過現(xiàn)場測試壓制長度為80mm、100mm、120mm 的繩套，附著力從小到大，操作影響愈為明顯。最終設(shè)計(jì)為100mm 的壓制長度(圖1)。

圖1 繩套尺寸和形狀、材料20G鋼

1.4 冷壓設(shè)備的選擇

設(shè)備選型主要從設(shè)備的扣壓力、最大扣制繩徑、扣壓長度等各個(gè)方面，設(shè)備選用GT-650T、GT-800T、RT180 三種設(shè)備，扣壓力分別為650T、800T、1000T。

冷壓設(shè)備的擠壓力是選擇設(shè)備和設(shè)計(jì)模具的依據(jù)，擠壓力與擠壓溫度、零件的復(fù)雜程度、模具的結(jié)構(gòu)形式、毛壞的性能、變形程度以及潤滑條件等因素有關(guān)。考慮所有的影響因素精確計(jì)算壓力是困難的。通常采用經(jīng)驗(yàn)公式。

擠壓力公式所選設(shè)備噸位P可按以下公式計(jì)算

式中：p為單位擠壓力(MPa)；A為凸模工作部分的投影面積(mm2)；C為安全系數(shù)，一般取1.3。

冷壓設(shè)備從結(jié)構(gòu)分為框架式和籠式，籠式(如RT180)后期維護(hù)費(fèi)用較高，壓制長度50mm，100mm 長度需要分次壓制；框架式(如GT-650T、GT-800T)使用性能穩(wěn)定，后期維護(hù)使用費(fèi)用低，壓制長度100mm，可一次性壓制成型。從設(shè)備壓制能力上，性能、維護(hù)等各方面，選擇GT800T 冷壓抽油機(jī)毛辮子繩頭，性價(jià)比更高。

2 現(xiàn)場毛辮子繩頭壓制

根據(jù)需要，截取一根合適長度的φ26 鋼芯鋼絲繩，在鋼絲繩二頭套上加工好的繩套，選擇GT800T 冷壓設(shè)備，選擇φ35 的模具，檢查設(shè)備運(yùn)行正常后，在繩套φ42 段進(jìn)行冷壓作業(yè)，壓至上、下模具貼合，形成繩頭。現(xiàn)場壓制非常容易和簡單，制作抽油機(jī)毛辮子繩效率高，效果好。壓制過程示意圖見圖2。

圖2 冷壓設(shè)備擠壓抽油機(jī)毛辮子繩頭過程示意圖

3 室內(nèi)測試和現(xiàn)場測試

3.1 室內(nèi)測試

抽油機(jī)毛辮子繩的現(xiàn)場使用載荷8 型抽油機(jī)為不大于100kN，雙根分?jǐn)偤罄K頭單個(gè)受力應(yīng)為不大于50kN，考慮安全系數(shù)為2～3 倍，單個(gè)受力大于150kN 為測試合格。選用GT800T冷壓設(shè)備制作檢驗(yàn)樣品一根2.2m 長毛辮子繩頭，委托江蘇省特種安全防護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，進(jìn)行樣品檢驗(yàn)，根據(jù)GT/T 8358—2014《鋼絲繩 實(shí)際破斷拉力測試方法》，測試結(jié)果：破斷拉力為275.5kN，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2 現(xiàn)場測試

通過冷壓工藝技術(shù)，選擇用GT800T 冷壓設(shè)備制作8.4m 長抽油機(jī)毛辮子一根，經(jīng)現(xiàn)場試用至今，無任何疲勞損壞現(xiàn)象，現(xiàn)場試用效果理想。

4 結(jié)語

(1)巴氏合金法制作抽油機(jī)毛辮子繩頭，一是熱損傷鋼絲繩，二是制作人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。冷壓法主要是無熱損傷，同時(shí)提高了制作效率高，降低了人工強(qiáng)度。冷壓工藝技術(shù)在采油設(shè)備上得到應(yīng)用。

(2)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，冷壓工藝制作抽油機(jī)毛辮子繩頭，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，性能可靠，現(xiàn)場可推廣應(yīng)用。