死绳固定器是石油钻机和修井机测量实际大钩载荷信息的基础部件,用于井下钻柱工作状态的监测和诊断。针对死绳固定器在钻井生产实际使用中,绳轮部位易出现损伤和失效的问题,以JZG72型死绳固定器为例,运用工程力学和ANSYS Workbench软件对其进行分析计算,发现轴孔偏心距对绳轮强度的影响较大。采用调整轴孔偏心距的方法,提高绳轮的强度储备和安全性,具有不增加材料的几何尺寸和质量、不需要选用高等级钢材、降低成本等优点。当轴孔偏心距在0~160 mm之间变化,120 mm时绳轮所受最大等效应力最小(239.89 MPa),小于材料Q345E的许用应力,符合安全系数ns取1.4的强度要求。分析发现,当绳轮轴孔偏心距改变时,死绳固定器传感器支臂和绳卡支臂的最大等效应力整体处于安全状态。

死绳固定器绳轮在钻井生产实际使用中承受着高强度交变载荷,极易发生疲劳破坏。为准确评估绳轮的疲劳寿命,以JZG18C型死绳固定器为研究对象,结合Goodman等寿命曲线修正的名义应力法和Morrow弹性应力修正的局部应力-应变法,估算死绳固定器绳轮在最大死绳拉力下的疲劳寿命。结果表明JZG18C型死绳固定器绳轮寿命薄弱位置为传感器支臂过渡圆角处(疲劳寿命安全系数n 1=0.4351),在名义应力法及局部应力-应变法下绳轮薄弱位置处的最小疲劳寿命分别为38194次(3.5年)、37120次(3.4年),2种疲劳寿命评估的理论计算结果与有限元分析得到的疲劳寿命结果分别相差0.38%、2.51%,验证了以名义应力法与局部应力-应变法评估死绳固定器疲劳寿命的可靠性与准确性。