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绞车主滚筒缠绳问题探讨

文档作者：何江海文档来源：江汉石油管理局第四机械厂		点击数：	更新时间： 2022年08月28日
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第20卷第4期 江汉石 油科技
2010年12月 ~ANGHAN PETROLEUM SCIENCE AND TECHNOLOGY
V01．2O No．4
Dec．2010
绞车主滚筒缠绳问题探讨
何江海
(江汉石油管理局第四机械厂)
摘要 目前在钻机和修井机上的绞车主滚筒均采用带有里巴斯绳槽板的滚筒，而滚筒缠绳
的整齐与否将直接影响钢丝绳的使用寿命，为了更有效的提高钢丝绳的利用率，减少钢丝绳更换的
次数，解决好滚筒的缠绳问题显得尤为重要。本文对当前钻井或修井作业中，最常见的乱绳、咬绳
和骑绳等问题进行了研究并找出相应的解决方法。
关键词钻机和修井机主滚筒 里巴斯绳槽缠绳问题
绞车是钻机和修井机的核心部件，不仅担负着
起下钻具、下套管、控制钻压、处理事故、提取岩芯
筒、试油等各项作业，有时还担负井架的起放，因此
要求滚筒缠绳整齐、安全、可靠。当前钻井或修井作
业中，最常见的是乱绳、咬绳和骑绳等问题，这些问
题直接影响着钢丝绳的使用寿命。目前在钻机和修
井机上的绞车主滚筒均采用带有里巴斯绳槽板的滚
筒，随着钻井或修井作业要求的提高，对作业成本的
控制也更加严格，而滚筒缠绳的整齐与否将直接影
响钢丝绳的使用寿命，为了更有效的提高钢丝绳的
利用率，减少钢丝绳更换的次数，降低成本，同时提
高作业效率，解决好滚筒的缠绳问题显得尤为重要。
因此对乱绳、咬绳和骑绳等问题进行研究，采取相应
的措施来解决和避免缠绳问题，这对绞车主滚筒的
设计、加工、布置以及使用有着非常重要的指导性作
用。
1 缠绳问题产生的原因分析及解决措
施
钻机和修井机绞车主滚筒缠绳问题的因素很
多，是一个综合性的问题。主要原因可以从里巴斯
板槽板滚筒的设计、加工、布置以及使用几个方面来
考虑。
1．1 里巴斯绳槽板的结构和特点
里巴斯是一种折线绳槽，最早起源于美国，是由
美国Lebus国际有限公司(Lebus IntemafionM Inc．
)的创始人Frank．L．Lebus先生发明的，故国外一般
称这种绳槽为“Lebus Grooves”，即Lebus绳槽。早
在1900年，Lebus先生就已涉足美国的油田工业
界，并通过为迅速发展的德克萨斯州西部油田提供
钻探设备的专用工具和配件开始了他的创业史。那
时，Lebus先生开办的企业还只是一家铁器作坊。
后来，I_ebus先生通过对石油钻探设备的观察，发现
这些设备上的钢丝绳常常不能在卷简上均匀缠绕，
致使钢丝绳严重磨损并很快报废。这引起了他的浓
厚兴趣，于是，他开始了对钢丝绳缠绕方式及绳槽形
式的研究，终于发明了折线绳槽，并使之成为一种专
门的绳索卷绕技术。
折线绳槽最初采用的是单折线绳槽，后来改进
为双折线绳槽。目前在钻机和修井机绞车上应用较
多的是后一种形式。双折线绳槽的斜绳槽和直绳槽
交替出现，这样在卷筒表面上就出现了两个斜绳槽
区和两个直绳槽区。所谓斜绳槽，是指与卷筒母线
斜交的绳槽，直绳槽是指与卷筒母线直交或与法兰
平行的绳槽。斜绳槽约占圆周长的1／3，直绳槽约
占2／3。
1．2 里巴斯绳槽板设计
如果里巴斯绳槽板的节距不合适，不能和选用
的钢丝绳直径相匹配，将会直接引起滚筒的乱绳或
咬绳，因此，巴斯绳槽板的设计需要符合相关标准
(见图1)。
滚筒绳槽板的尺寸见图2。
1．3 里巴斯绳槽板的加工
作者简介何江海，工程师，2ooo年7月毕业于重庆大
学汽车工程专业，现从事石油钻采机械绞车和传动设计工
作。
· 62· 江汉石油科技 第20卷
一
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图1 双折线里巴斯绳槽展开示意图
图中：L1 直线段外圆弧，mm；L2 斜线段外圆弧，ram；L3 直线段外圆弧，1．3=L1 ram；L4
斜线段外圆弧，L4=L2 mm；S 绳槽距，turn
图2 滚筒绳檀尺寸
图中：r⋯绳槽圆弧半径，其值取r=0．53d，mm；s 绳槽
距，其值取s=1．03d，mm；h一绳槽高(系指槽底至槽间脊峰
修圆后顶端的高度)，其值取h=0．2d，mm；d～游动系统钢
丝绳直径，一
里巴斯绳槽板的加工制造也非常关键，会直接
影响缠绳的好坏。目前普遍采用数控机床加工，对
于分体式绳槽板，通常是先将里巴斯绳槽加工成型，
再与挡块和挡绳板组焊为一体，焊接好后还须打磨
光滑，特别是过渡处要自然平滑，才能保证钢丝绳从
第一层上到第二层时能平稳过渡，整齐缠绕，不会因
突变而乱绳。有些钻机制造厂家已经改成了整体加
工绳槽板，即绳槽板与挡块整体加工成型，减少了因
焊接误差产生的影响，这样加工的绳槽板精度高，更
加符合缠绳要求。
2 绞车布置形式
绞车的布置形式对缠绳的影响也非常大，如果
布置不合理将会导致滚筒缠绳不整齐，图3为钻机
的游动系统示意图。
变位角是影响缠绳的一个非常重要因素，而变
位角的大小与钻机或修井机的布局有关，特别是与
绞车的布置形式有关。
首先需要搞清楚什么是变位角。钢丝绳从滚筒
引向快绳轮时，只有当它从滚筒上某一个特定位置
(通常为滚筒的中心点)引出时，才与滑轮槽平行。
除去这点，钢丝绳无论朝哪一个方向引出，绳子与轮
槽总要构成一个角度，从而引起侧面的磨损，这个角
称为变位角或者绳索偏角。不正常的变位角将会使
钢丝绳在缠绳时，出现乱绳、咬绳或骑绳现象，从而
导致钢丝绳的过早磨损。
关于变位角的大小，光面滚筒和带里巴斯绳槽
的滚筒存在差异，Lebus公司作出了相应的规定，变
位角最好保持在0．25。一1．25。内，最大不超过1．
5。，而美国钻井手册上的要求则略有不同，规定绳索
的最大偏角不大于2。。关于最小偏角，Lebus公司
的一些分公司之间也稍有差异，如：美国和日本规定
为不小于0．25。，而德国规定为不小于0．5。，美国钻
井手册规定不小于0．5。。变位角不宜过大，也不能
过小，必须取合适的值，根据实际应用的经验可知，
变位角最好保持在O．25。～1．5。内。
3 变位角的计算方法
下面以出口伊朗的ZJ40DT钻机为例，介绍变
位角的计算方法。
已知滚筒底径DO=~441tltlm，滑轮外径d=
~1120ram，绳槽宽度L=1171．5mm，滚筒中心偏离
井口中心L1=300ram，快绳轮中心与滚筒中心高度
差H=47840mm，滚筒轴心线据井口中心距S=
6477mm，S1=850ram，s2=670ram，A1=955．5mm，
A2=216mm ，
求得：SO=S—D／2一d／2一S1=6477—644／2—1120／2—
850=4745nun，
B= =~／—47452+—478402=48075mm
W1=aretan(A1／B)=arctan(955．5／48075)=1．14。
W2=aretan(A2／B)=arctan(216／48075)=0．26。
计算结果表明，ZJ40DT钻机变位角取值范围是
0．26。～1．14。，满足设计要求，并且经过实际应用验
证，缠绳效果很好，没有出现乱绳现象。如果钢丝绳
的人绳偏角过大，则会导致乱绳现象发生；如果偏角
过小，则会导致咬绳或者骑绳现场发生，因此，合理
第4期 何江海：绞车主滚筒缠绳问题探讨 ·63·
图3 钻机游动系统示意图
的变位角对缠绳的整齐与否非常重要，这就要求在
作钻机或者修井机总体布局时，要充分考虑到绞车
布置的合理性，保证变位角在合适的范围内，否则因
为总体布局出现问题，导致乱绳、咬绳或者骑绳现象
发生，再处理起来将会有一定难度。
4 稳绳器的应用
为了防止在滚筒缠绳过程中，因转速过高出现
钢丝绳跳动而乱绳，目前，在钻机上普遍采用挡绳轮
和稳绳器来作为排绳的辅助装置，通常在绞车架靠
近井口方向的顶部两侧分别安装两个挡滚轮，当钢
丝绳缠绕到滚筒挡板处时，起到阻挡和缓冲作用，防
止滚筒在缠绳过程中对绞车架产生冲击。另外在底
座或者井架上还会安装一个稳绳装置，保证排绳的
稳定性。
其结构和工作原理：整套装置分别由连接支架、
滑轮架总成、钢丝绳、开式索具螺旋扣、导轮组、拉紧
弹簧等部件组成。大绳穿在稳绳器导轮组中间，两
导轮随着大绳的移动可以自由滚动，而导轮组、导向
钢丝绳、开式索具螺旋扣和拉紧弹簧连接成一个整
体，穿在两个滑轮组上，在大绳的摆动过程中可以自
由转动，这样起到稳定大绳的作用。ZJ40DT钻机上
安装了这种稳绳器后，进一步保证了缠绳的整齐。
5 其它因素和要求
缠绳是否整齐，除了上述因素，还与钢丝绳本身
的质量有关，如果钢丝绳被挤压变形严重，绳径与里
巴斯绳槽不匹配等原因都将会产生乱绳或咬绳问
题，因此，需要配置符合要求的钢丝绳。对于钻井或
修井司钻来说，操作的平稳性也非常重要，在起下钻
过程中，对刹车和离合的控制要平稳可靠，避免急停
急刹，从而减少因滚筒速度变化引起乱绳。通过对缠
绳问题的研究分析，采用相应的措施就可以避免缠绳
问题的产生，这在实际应用中也充分得到了证明。
6 结束语
钻机和修井机绞车主滚筒缠绳问题是一个综合
性问题，能否缠绳整齐，提高钢丝绳的使用寿命，需
要综合考虑各种可能的因素。设计是源头，对滚筒
的设计需要符合相关标准，对整体的布局还需要满
足相关尺寸的要求，不能随心所欲的布置，必须经过
详细计算，保证绳索偏角在合适范围内。另外对滚
筒绳槽板的加工也非常关键，焊接部位必须打磨光
滑，过渡必须自然，不能有突变。在条件允许的情况
下，可以通过增加辅助装置来有效避免乱绳现象的
发生，同时还需要对钢丝绳的质量严格控制，避免使
用不符合要求的钢丝绳，最后，需要司钻人员根据设
备使用说明书的相关要求来操作，这样才能够有效
防止乱绳、咬绳和骑绳问题的发生。
参考文献
1 赵怀文，陈智希．钻井机械[M]．北京：石油工业出版社，
1989．
2 李继志，陈荣振．石油钻采机械概论[M]．北京：石油大学
出版社，2001．7．
(编辑李智勇)

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