CN111560780A - 一种深海油田起吊用钢丝绳及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深海油田起吊用钢丝绳，包括中心绳股、外层股以及包围所述外层股的包塑层，所述钢丝绳以所述中心绳股为中心，所述外层股包捻在所述中心绳股的外围，所述中心绳股和所述外层股之间具有第一填充层，所述中心绳股具体包括中心股和外绳股，所述中心股位于所述中心绳股的中心，所述外绳股包捻在所述中心绳股的外围，所述外绳股呈六边形排列，所述外层股具体包括第一外层股和第二外层股，所述第一外层股和所述第二外层股间隔排列，所述第一外层股和所述第二外层股平行捻制。本发明的钢丝绳具有良好的耐磨和耐腐蚀性，适合海底低温作业，具有良好的耐高、低温性能及横向抗压能力。
Description
技术领域
本发明涉及钢丝绳技术领域，尤其涉及一种深海油田起吊用钢丝绳及其生产方法。
背景技术
钢丝绳由钢丝、绳芯及润滑脂组成，是先由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻制在一起的螺旋状钢丝束；钢丝绳具有强度高、自重轻、不易骤然整根折断，工作可靠等优点。
海底石油是埋藏于海洋底层以下的沉积岩及基岩中的矿产资源之一。海底石油（包括天然气）的开采始于20世纪初，但在相当长时期内仅发现少量的海底油田，直到60年代后期海上石油的勘探和开采才获得突飞猛进的发展。开采深海油田需要将开采用的起吊钢丝绳伸入到海水中，因此解决海水中酸性盐的腐蚀的问题以及提高钢丝绳的抗拉强度及横向抗压能力成为重中之重，所使用钢丝绳的质量和性能的要求也越来越高。
现有的深海油田起吊用钢丝绳，通过在绳股表面均匀涂上一层防腐、防锈油脂来起到钢丝绳防腐蚀的目的。但由于起吊用钢丝绳使用环境恶劣，涂抹在钢丝绳表面的防腐、防锈油脂容易风干老化，进而钢丝绳被腐蚀，缩短了钢丝绳的使用寿命；同时现有的深海油田开采深海处的压力较大，现有的钢丝绳在深海中的横向承压能力较差，钢丝绳受到横向压力，常会使钢丝绳发生变形，严重影响钢丝绳的使用寿命；另外深海中温度较低，现有的钢丝绳常常因为长期处在在低温状态下作业，造成钢丝绳使用时极易发生断裂现象，缩短钢丝绳的使用时间。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种深海油田起吊用钢丝绳及其生产方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种深海油田起吊用钢丝绳，包括中心绳股、外层股以及包围所述外层股的包塑层，所述钢丝绳以所述中心绳股为中心，所述外层股包捻在所述中心绳股的外围，所述中心绳股和所述外层股之间具有第一填充层，所述中心绳股具体包括中心股和外绳股，所述中心股位于所述中心绳股的中心，所述外绳股包捻在所述中心股的外围，所述外绳股呈六边形排列，所述外层股具体包括第一外层股和第二外层股，所述第一外层股和所述第二外层股间隔排列，所述第一外层股和所述第二外层股平行捻制。
优选地，所述中心股和所述外绳股的结构相同，所述外绳股为六根，所述中心股和所述外绳股都包括纤维芯和钢丝线，所述钢丝线为六根，所述钢丝线以所述纤维芯为中心，包捻在所述纤维芯的外围，所述中心股和所述外绳股之间具有第二填充层。
优选地，所述第一填充层和所述第二填充层的材质相同，所述第一填充层的材质为石棉。
优选地，所述第一外层股具体包括外层中心股、第一包捻股、第二包捻股以及第三包捻股，所述第一包捻股为七根钢丝线，所述第一包捻股包捻在所述外层中心股的外围，所述第二包捻股为十四根钢丝线包捻在所述第一包捻股的外围，所述第二包捻股的外围还包有所述第三包捻股，所述第三包捻股为十四根钢丝线。
优选地，所述第一包捻股和所述第二包捻股的钢丝线的直径相同，所述第三包捻股的钢丝线的直径大于所述第一包捻股的钢丝线的直径。
优选地，所述第一包捻股和所述第二包捻股之间还设有填充钢丝股，所述填充钢丝股为七根钢丝线，所述填充钢丝股同所述第二包捻股一同包捻在所述第一包捻股的外围，所述填充钢丝股的钢丝线的直径小于所述第一包捻股的钢丝线的直径。
优选地，所述第二外层股为六根钢丝线，所述第二外层股的钢丝线的直径大于所述所述第三包捻股的钢丝线的直径。
优选地，所述包塑层包括外保护套和保温层，所述保温层与所述外层股相接触，所述外保护套的外壁上还涂覆有沥青层。所述外保护套的材质为聚酸脂、聚丙烯、聚氨基甲酸乙脂或聚乙烯，所述保温层的材质为石棉。
优选地，所述钢丝线具体包括钢丝线主体、涂覆层以及油脂层，所述涂覆层位于钢丝线主体和所述油脂层之间，所述涂覆层为镀锌层或磷化涂层。
深海油田起吊用钢丝绳生产方法，使用含碳量0.85-0.9% 的盘条，进行表面酸洗处理，表面涂覆润滑剂后再使用拉丝设备，将盘条拉拔成规定的直径，规定直径的钢丝线表面镀锌或者磷化处理；包括以下步骤：
中心绳股制备：选取纤维芯浸油后，在纤维芯外包捻六根钢丝线捻股制成中心股和外绳股，在捻股机上用分线器排列好中心股和各外绳股淋油，在合拢口前端用填充模具填充第二填充层，经过合拢口用压线模压紧所述中心绳股；
第一外层股的制备：选择钢丝线，在捻股机上排列好钢丝，淋油后导入同一合拢点，经合拢口捻股合拢后用压线模压紧所述第一外层股；
合绳：将中心绳股、第一外层股以及第二外层股用分线器排好，经过预变形器变形，导入同一合拢点，并淋油捻股，在合拢口前端用填充模具填充第一填充层，经过合拢口用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力；
包塑：在生产好的钢丝绳外包裹保温层，包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在保温层外涂塑，在涂塑前对钢丝绳进行预热，预热；待涂塑冷却硬化成外保护套后，在外保护套外包覆沥青，制成所述深海油田起吊用钢丝绳。
优选地，包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理的温度为550-620℃，涂塑前对钢丝绳进行预热的温度达涂塑材料的软化点。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：第一，中心绳股包括结构相同的中心股和所述外绳股，所述外绳股为六根，所述中心股和所述外绳股都包括纤维芯和钢丝线，所述钢丝线以所述纤维芯为中心，包捻在所述纤维芯的外围，纤维芯的柔韧性较好，使用纤维芯制成的中心绳股较金属芯的中心绳股来说，大大提高了中心绳股的柔韧度，同时在中心股和外绳股之间还设有第二填充层，所述第二填充层增大了所述中心股和外绳股间的接触，增大了中心绳股的抗拉能力。
第二，钢丝绳中具有第一填充层和第二填充层，第一填充层和第二填充层的材质为石棉，石棉具有高抗拉强度、耐化学和热侵蚀、电绝缘的特性，应用于保温、隔热、防腐等方面，可对内部的中心绳股起到保温的效果，增强中心绳股的耐高、低温性能，防止中心绳股在使用的过程中发生断裂；另外，石棉在受到横向压力时能够发生一定的变形，缓冲使用过程中受到的横向作用力，同时还能保护内部的中心绳股受到挤压，避免中心绳股发生变形，影响钢丝绳的使用寿命。
第三，第一包捻股和所述第二包捻股之间还设有填充钢丝股，所述填充钢丝股为七根钢丝线，所述填充钢丝股同所述第二包捻股一同包捻在所述第一包捻股的外围，所述填充钢丝股的钢丝线的直径小于所述第一包捻股的钢丝线的直径。第一包捻股和第二包捻股之间设置直径小于第一包捻股钢丝线的直径的填充钢丝股，能够要增加第二包捻股的线接触，增强钢丝绳的抗拉能力，同时，该填充钢丝股还能有效防止钢丝绳第一外层股受到横向压力发生变形。
第四，钢丝绳外具有包塑层，包塑层包括外保护套和保温层，所述保温层与所述外层股相接触，所述外保护套的外壁上还涂覆有沥青层。所述保温层的材质为石棉。外保护套表面涂覆沥青层，保证产品在低温环境中也可以正常使用，由于所述外保护套为聚酸脂、聚丙烯等材质制成，在外层涂覆沥青层，防止该保护套在低温状态下变脆折断，同时也能增强钢丝绳的耐磨性，避免内部钢丝绳受到海水中酸性盐的腐蚀；设置外保护层，使得钢丝绳不会因为拖、拉、甩等外力导致其表面的防腐、防锈的油脂流失；设置石棉保温层，可对内部钢丝绳起到保温效果，增强钢丝绳耐高、低温性能。
第五，制绳钢丝线具体包括钢丝线主体、涂覆层以及油脂层，所述涂覆层位于钢丝线主体和所述油脂层之间，所述涂覆层为镀锌层或磷化涂层。油脂层使股中各钢丝线间充分润滑，增强钢丝的抗腐、防锈性能，增加了绳股的捻制紧密度和耐磨性能、防腐性能，提高钢丝绳的抗疲劳性能，另外钢丝线外还具有镀锌层或者磷化涂层，进一步防止钢丝线发生锈蚀，影响钢丝绳的性能；磷化涂层还能有效抑制钢丝绳表面疲劳的发生，提高制绳钢丝线表面的耐磨性。
附图说明
图1为本发明一种深海油田起吊用钢丝绳的立体结构示意图；
图2为本发明一种深海油田起吊用钢丝绳的横截面示意图；
图3为本发明一种深海油田起吊用钢丝绳的中心绳股的横截面结构示意图
图4为本发明一种深海油田起吊用钢丝绳的第一外层股的横截面结构示意图；
图5为本发明一种深海油田起吊用钢丝绳的钢丝线的横截面示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。如图1和图2所示，一种深海油田起吊用钢丝绳，包括中心绳股100、外层股200以及包围所述外层股的包塑层300，所述钢丝绳以所述中心绳股100为中心，所述外层股200包捻在所述中心绳股100的外围，所述中心绳股100和所述外层股200之间具有第一填充层400，所述中心绳股100具体包括中心股110和外绳股120，所述中心股110位于所述中心绳股100的中心，所述外绳股120包捻在所述中心股110的外围，所述外绳股120呈六边形排列，所述外层股200具体包括第一外层股210和第二外层股220，所述第一外层股210和所述第二外层股220间隔排列，所述第一外层股210和所述第二外层股220平行捻制。
在一实施例中，如图3所示，所述中心股110和所述外绳股120的结构相同，所述外绳股120为六根，所述中心股110和所述外绳股120都包括纤维芯111和钢丝线112，所述钢丝线112为六根，所述钢丝线112以所述纤维芯111为中心，包捻在所述纤维芯111的外围，所述中心股110和所述外绳股120之间具有第二填充层130。纤维芯111的柔韧性较好，使用纤维芯制成的中心绳股较金属芯的中心绳股来说，大大提高了中心绳股的柔韧度，同时在中心股和外绳股之间还设有第二填充层，所述第二填充层增大了所述中心股和外绳股间的接触，增大了中心绳股的抗拉能力。
在一实施例中，如图2所示，所述第一填充层400和所述第二填充层130的材质相同，所述第一填充层400的材质为石棉。一方面石棉具有高抗拉强度、耐化学和热侵蚀、电绝缘的特性，应用于保温、隔热、防腐等方面，第一填充层400和第二填充层130的材质为石棉，可对内部的中心绳股100起到保温的效果，增强中心绳股100的耐高、低温性能，深海温度与海平面的温差较大，温度较低时，钢丝绳的柔韧性降低，温差较大时，钢丝绳容易脆断，本发明设置了第一填充层400和第二填充层130，能够缓解钢丝绳在深海温度骤然下降或升高，具有保温的效果，使得钢丝绳在保持柔韧度的情况下，避免钢丝绳脆断。防止中心绳股100在使用的过程中断裂；第二方面，石棉在受到横向压力时能够发生一定的变形，缓冲使用过程中受到的横向作用力，同时还能保护内部的中心绳股受到挤压，避免中心绳股发生变形，影响钢丝绳的使用寿命。
在一实施例中，如图4所示，所述第一外层股210具体包括外层中心股211、第一包捻股212、第二包捻股213以及第三包捻股214，所述第一包捻股212为七根钢丝线，所述第一包捻股212包捻在所述外层中心股211的外围，所述第二包捻股213为十四根钢丝线包捻在所述第一包捻股212的外围，所述第二包捻股213的外围还包有所述第三包捻股214，所述第三包捻股214为十四根钢丝线。所述第一包捻股212和所述第二包捻股213的钢丝线的直径相同，所述第三包捻股214的钢丝线的直径大于所述第一包捻股212的钢丝线的直径。所述外层中心股211外包捻三层钢丝线，并且第三包捻股214的钢丝线的直径大于所述第一包捻股的钢丝线，即第三包捻股214的钢丝线的直径大于所述第二包捻股213的钢丝线，可有效增加第三包捻股214和第二包捻股212间线接触，增强包捻股间的紧密性，提高钢丝绳的破断拉力。
在一实施例中，如图4所示，所述第一包捻股212和所述第二包捻股213之间还设有填充钢丝股215，所述填充钢丝股215为七根钢丝线，所述填充钢丝股215同所述第二包捻股213一同包捻在所述第一包捻股212的外围，所述填充钢丝股215的钢丝线的直径小于所述第一包捻股212的钢丝线的直径。第一包捻股212和第二包捻股213之间设置直径小于第一包捻股钢丝线的直径的填充钢丝股215，能够要增加第二包捻股的线接触，增强钢丝绳的抗拉能力，同时，该填充钢丝股还能有效防止钢丝绳第一外层股受到横向压力发生变形。
在一实施例中，如图2所示，所述第二外层股220为六根钢丝线，所述第二外层股220的钢丝线的直径大于所述第三包捻股214的钢丝线的直径。所述第一外层股210和所述第二外层股220间隔排列，所述第一外层股210和所述第二外层股220平行捻制，有效防止钢丝绳发生变形，提高钢丝绳的抗拉强度。
在一实施例中，如图1和图2所示，所述包塑层300包括外保护套310和保温层320，所述保温层320与所述外层股相接触，所述外保护套310的外壁上还涂覆有沥青层330。所述外保护套310的材质为聚酸脂、聚丙烯、聚氨基甲酸乙脂或聚乙烯，所述保温层320的材质为石棉。外保护套310表面涂覆沥青层330，保证产品在低温环境中也可以正常使用，由于所述外保护套为聚酸脂、聚丙烯等材质制成，在外层涂覆沥青层，防止该保护套在低温状态下变脆折断，同时也能增强钢丝绳的耐磨性，避免内部钢丝绳受到海水中酸性盐的腐蚀；设置外保护层，使得钢丝绳不会因为拖、拉、甩等外力导致其表面的防腐、防锈的油脂流失；设置石棉保温层320，可对内部钢丝绳起到保温效果，增强钢丝绳耐高、低温性能。
在一实施例中，如图5所示，制绳用的钢丝线500具体包括钢丝线主体510、涂覆层520以及油脂层530，所述涂覆层520位于钢丝线主体和所述油脂层530之间，所述涂覆层520为镀锌层或磷化涂层。油脂层530使股中各钢丝线间充分润滑，增强钢丝的抗腐、防锈性能，增加了绳股的捻制紧密度和耐磨性能、防腐性能，提高钢丝绳的抗疲劳性能，另外钢丝线外还具有镀锌层或者磷化涂层，进一步防止钢丝线发生锈蚀，影响钢丝绳的性能；磷化涂层还能有效抑制钢丝绳表面疲劳的发生，提高制绳钢丝线表面的耐磨性。
深海油田起吊用钢丝绳生产方法，使用含碳量0.85-0.9% 的盘条，进行表面酸洗处理，表面涂覆润滑剂后再使用拉丝设备，将盘条拉拔成规定的直径，规定直径的钢丝线表面镀锌或者磷化处理；包括以下步骤：
中心绳股100制备：选取纤维芯浸油后，在纤维芯外包捻六根钢丝线捻股制成中心股110和外绳股120，在捻股机上用分线器排列好中心股110和各外绳股120淋油，在合拢口前端用填充模具填充第二填充层130，经过合拢口用压线模压紧所述中心绳股。
第一外层股210的制备：选择钢丝线，在捻股机上排列好钢丝线，淋油后导入同一合拢点，经合拢口捻股合拢后用压线模压紧所述第一外层股210。
合绳：将中心绳股100、第一外层股210以及第二外层股220用分线器排好，经过预变形器变形，导入同一合拢点，并淋油捻股，在合拢口前端用填充模具填充第一填充层400，经过合拢口用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力和捻制力。
包塑：在生产好的钢丝绳外包裹保温层，包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在保温层外涂塑，在涂塑前对钢丝绳进行预热，预热；待涂塑冷却硬化成外保护套后，在外保护套外包覆沥青，制成所述深海油田起吊用钢丝绳。
在一实施例中，包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理的温度为550-620℃，使用600℃左右的温度对钢丝绳进行回火处理，消除各股之间的残余应力及残余捻制力，与变形器消除应力的方式结合使用，进一步解决钢丝绳中存在残余应力及捻制力使钢丝绳松散的问题；另外合绳后回火的方式是被用在金属芯的钢丝绳消除应力上，纤维芯的钢丝绳回火消除应力时，回火温度对纤维芯的钢丝绳内部的纤维芯产生影响，造成纤维芯变形，得不偿失。本发明中的具有的第一填充层和第二填充层为石棉，在回火处理时，石棉能够防止内部纤维芯受到温度影响，发生变形，使得本钢丝绳能使用回火的方式进一步消除残余应力，也提高了钢丝绳的抗热侵蚀能力。
涂塑前对钢丝绳进行预热的温度达涂塑材料的软化点，如聚丙烯的软化点温度为155℃左右，涂塑前预热到该温度，能够提高涂塑密度，从而提高外保护套的封闭性，防止海水进入外保护套内，侵蚀钢丝绳。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：包括中心绳股、外层股以及包围所述外层股的包塑层，所述钢丝绳以所述中心绳股为中心，所述外层股包捻在所述中心绳股的外围，所述中心绳股和所述外层股之间具有第一填充层，所述中心绳股具体包括中心股和外绳股，所述中心股位于所述中心绳股的中心，所述外绳股包捻在所述中心股的外围，所述外绳股呈六边形排列，所述外层股具体包括第一外层股和第二外层股，所述第一外层股和所述第二外层股间隔排列，所述第一外层股和所述第二外层股平行捻制。
2.如权利要求1所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述中心股和所述外绳股的结构相同，所述外绳股为六根，所述中心股和所述外绳股都包括纤维芯和钢丝线，所述钢丝线为六根，所述钢丝线以所述纤维芯为中心，包捻在所述纤维芯的外围，所述中心股和所述外绳股之间具有第二填充层。
3.如权利要求2所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述第一填充层和所述第二填充层的材质相同，所述第一填充层的材质为石棉。
4.如权利要求1所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述第一外层股具体包括外层中心股、第一包捻股、第二包捻股以及第三包捻股，所述第一包捻股为七根钢丝线，所述第一包捻股包捻在所述外层中心股的外围，所述第二包捻股为十四根钢丝线包捻在所述第一包捻股的外围，所述第二包捻股的外围还包有所述第三包捻股，所述第三包捻股为十四根钢丝线。
5.如权利要求5所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述第一包捻股和所述第二包捻股之间还设有填充钢丝股，所述填充钢丝股为七根钢丝线，所述填充钢丝股同所述第二包捻股一同包捻在所述第一包捻股的外围。
6.如权利要求1或5所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述第二外层股为六根钢丝线，所述第二外层股的钢丝线的直径大于所述第三包捻股的钢丝线的直径。
7.如权利要求1所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述包塑层包括外保护套和保温层，所述保温层与所述外层股相接触，所述外保护套的外壁上还涂覆有沥青层。
8.如权利要求2-7任一权利要求所述的一种深海油田起吊用钢丝绳，其特征在于：所述钢丝线具体包括钢丝线主体、涂覆层以及油脂层，所述涂覆层位于钢丝线主体和所述油脂层之间，所述涂覆层为镀锌层或磷化涂层。
9. 如权利要求1所述的深海油田起吊用钢丝绳生产方法，使用含碳量0.85-0.9% 的盘条，进行表面酸洗处理，表面涂覆润滑剂后再使用拉丝设备，将盘条拉拔成规定的直径，规定直径的钢丝线表面镀锌或者磷化处理；其特征在于：包括中心绳股制备：选取纤维芯浸油后，在纤维芯外包捻六根钢丝线捻股制成中心股和外绳股，在捻股机上用分线器排列好中心股和各外绳股淋油，在合拢口前端用填充模具填充第二填充层，经过合拢口用压线模压紧所述中心绳股；
第一外层股的制备：选择钢丝线，在捻股机上排列好钢丝，淋油后导入同一合拢点，经合拢口捻股合拢后用压线模压紧所述第一外层股；
合绳：将中心绳股、第一外层股以及第二外层股用分线器排好，经过预变形器变形，导入同一合拢点，并淋油捻股，在合拢口前端用填充模具填充第一填充层，经过合拢口用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力；
包塑：在生产好的钢丝绳外包裹保温层，包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在保温层外涂塑，在涂塑前对钢丝绳进行预热，预热；待涂塑冷却硬化成外保护套后，在外保护套外包覆沥青，制成所述深海油田起吊用钢丝绳。
10.如权利要求9所述的深海油田起吊用钢丝绳生产方法，其特征在于：包裹保温层前，将钢丝绳预先进行热处理的温度为550-620℃，涂塑前对钢丝绳进行预热的温度达涂塑材料的软化点。
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