影响钻井钢丝绳使用寿命的主要因素及一种科学的石油钢丝绳检测方法

影响钻井钢丝绳使用寿命的主要因素及一种科学的石油钢丝绳检测方法

        石油行业起升机钢丝绳断裂事故是石油行业行业长期未能解决的重要问题，由于工况环境复杂和高负载应用，钢丝绳会产生断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤，如果没有高效可靠的安全监控手段，钢丝绳的损伤日积月累，由量变转化为质变，最终导致钢丝绳断裂事故的发生。

        钢丝绳断裂失效,主要分为断丝、磨损、锈蚀、疲劳等几种情况:

        1、磨损断丝：钢丝绳在使用过程中，由于与滑轮、卷筒、钩头等物体表面接触而产生的钢丝磨损。在外部磨损后绳径将变细，外周表面的细钢丝被磨平，日积月累磨损日趋严重,最终导致断丝，其断口两侧呈斜茬，断口扁平，出现在钢丝磨损严重的部位。

        2、疲劳断丝：主要是由于钢丝受到交变载荷引起的低应力破坏。在实际生产中，钢丝绳疲劳断丝的失效形式最多，主要分为弯曲疲劳、压拉疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、振动疲劳等引起来的断丝。其基本表现有切应力引起的切断疲劳和由正应力引起的正断疲劳两种形式，所有形式的疲劳都是由这两种基本形式在不同条件下的合成。

        3、锈蚀：受环境性气候及工况环境中盐雾腐蚀的影响，石油行业起升钢丝绳极易产生严重的内部锈蚀。因锈腐蚀而受损的钢丝绳表面存在氧亲和性的差异，使表面的某一局部金属成为阳极，另一邻近的局部金属成为阴极，形成了大量的小电池。在小电池的作用下，表面便形成很多圆形腐蚀坑，并逐步加深，这些坑就成了应力集中点、形成钢丝绳断裂的源泉。

        由于缺少科学的钢丝绳损伤检测仪器，长期以来，钻井钢丝绳主要的检测方法仍然以人工检测为主，人工检测因为客观原因，存在严重的“低效、不准确、高耗能”等情形。低效率，占用了大量作业时间，降低了产能；不准确，会给操作单位和人员带来误导，形成重大的安全隐患；高耗能，不利于石油行业“双碳”目标的实现。

        弱磁测技术是我国科学家成功发现空间磁场矢量态势的变化和运动规律、在钢丝绳检测领域建树的重大创新成果。利用了铁磁性材料的磁记忆特性：在铁磁性材料的组织结构中，密集排列着一种物质--磁畴。每个磁畴都有一个自旋磁矩方向。如果某一方向的磁畴具备数量上的优势，材料就会在宏观上显示出磁性。如果磁畴中自旋磁矩的方向无序，则无磁性表现。在自然状态下，钢丝绳中磁畴的自旋磁矩方向是无序的，如果向钢丝绳施加一个外部磁场，就会改变铁磁性材料中某一方向的磁畴数量，使所有载荷材料具有适度的低量级磁能积，从而形成一种“记忆磁场”。

        TCK.W发明的弱磁传感器基于创新的“空间磁场矢量合成”原理，对给定弱电磁场调制解调，与磁记忆规划后的弱磁场信息形成物理场关联关系。通过提取已施加磁载的铁磁性材料记忆信息，完成定量识别被测钢丝绳的各种缺陷。通过对钢丝绳正常体积元记忆的磁能势特征信息进行标定，并与提取的其他体积元信息进行对比，即可有效地识别钢丝绳因退变而产生的磁能势差异。分析这种物理场变量信息和对应的机械承载性能之间的量化关系，就可以实现钢丝绳量化检测的技术目标。

        基于弱磁检测技术开发出来的TCK.W钢丝绳在线自动检测技术是我国自主创新的先进技术，通过在钢丝绳运行过程中连续不间断的检测，将钢丝绳安全状态提升至更高等级。