石油鉆桿、油管的保養(yǎng)方法與裝備研究

范云峰

摘 要： 通過對(duì)管材保養(yǎng)方法的探索和研究，以石油管材內(nèi)壁保養(yǎng)為例，找出傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)和不足，通過計(jì)算、設(shè)計(jì)和部件優(yōu)選，制作完成一種新型的管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備，對(duì)使用效果進(jìn)行驗(yàn)證，效果良好。

關(guān)鍵詞： 石油管材；工具設(shè)備；設(shè)計(jì)制作；效果驗(yàn)證

1、引言

傳統(tǒng)的石油管材保養(yǎng)方法基本上是采用人工操作，以修井管材為例，都是采用人工清理保養(yǎng)，內(nèi)壁由于隱蔽，一般采用細(xì)長桿帶鋼絲刷先進(jìn)行通管、除銹，然后再用同樣的工具帶棉紗蘸取防腐劑進(jìn)行內(nèi)壁防腐處理。[1]這樣的管材保養(yǎng)方式，存在著由于保養(yǎng)工具缺陷導(dǎo)致保養(yǎng)效果差，工作效率低下的缺點(diǎn)和不足，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行，亟待探索一種能夠代替純?nèi)斯ぃ瑱C(jī)械化、自動(dòng)化程度較高的新型管材保養(yǎng)設(shè)備。

2、改進(jìn)修井管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備

2.1思路與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

借鑒管道疏通機(jī)及手持氣動(dòng)砂輪機(jī)的構(gòu)造及工作原理，結(jié)合實(shí)際情況，完成了修井管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備加工圖紙繪制，確定了設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)和工作原理，并在專業(yè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行了加工制造。

設(shè)備主要由操控端、傳動(dòng)端、作業(yè)端三個(gè)部分構(gòu)成，三個(gè)組成部分分別由操控箱、轉(zhuǎn)鼓、輸送彈簧、油泵、調(diào)速電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、除銹和防腐總成等八個(gè)主要部件組成。

2.2工作原理

2.2.1除銹工作過程

將除銹總成與帶內(nèi)穿管的輸送彈簧進(jìn)行連接，扭動(dòng)操控箱上前進(jìn)控制旋鈕，微型調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，將與輸送彈簧連接的除銹總成送入管材內(nèi)，然后打開氣路閥門，氣動(dòng)馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)除銹總成開始除銹。當(dāng)除銹總成工作至修井管材尾端時(shí)，將操控箱上的控制扭至后退位，微型電機(jī)倒轉(zhuǎn)完成二次除銹，直至除銹總成徹底從修井管材內(nèi)退出。

2.2.2防腐工作過程

將除銹總成換為防腐總成，關(guān)閉氣路閥門，打開油路閥門，設(shè)定微型調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，扭動(dòng)操控箱上的前進(jìn)控制旋鈕，微型調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，將與輸送彈簧連接的防腐總成送入管材內(nèi)，開始涂抹防腐劑。當(dāng)防腐總成工作至修井管材尾端時(shí)，將操控箱上的控制扭至后退位，直至除銹總成徹底從修井管材內(nèi)退出。完成整個(gè)管材內(nèi)壁保養(yǎng)過程。

2.3零部件優(yōu)選

2.3.1操作端優(yōu)選

操控箱是電器操控部件，箱內(nèi)各電器元器件布局要合理，牢靠，且便于拆卸維修?；诖?，對(duì)操控箱外觀及電路進(jìn)行了優(yōu)選設(shè)計(jì)。

2.3.2傳動(dòng)端優(yōu)選

1、轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)選用：借鑒管道疏通機(jī)對(duì)疏通彈簧的儲(chǔ)存方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)圓形轉(zhuǎn)鼓用于儲(chǔ)存輸送彈簧。對(duì)于圓形轉(zhuǎn)鼓的鋼材材質(zhì)，最終決定選用2Cr13為轉(zhuǎn)鼓的加工材質(zhì)。

2、輸送彈簧選用：通過對(duì)管道疏通機(jī)進(jìn)行分析，修井管材的平均長度在9.5m左右，因此選用彈簧長度為12m。

3、傳動(dòng)齒輪選用：傳動(dòng)齒輪部分是由斜齒齒輪與直齒齒輪組合而成，依據(jù)《直齒及斜齒錐齒輪基本輪廓》設(shè)計(jì)出傳動(dòng)齒輪圖紙。

4、微型電機(jī)選用：微型調(diào)速電機(jī)在功率上要滿足工作需要，電機(jī)參數(shù)包括：速度范圍、功率、啟動(dòng)性能等，依據(jù)設(shè)備要求，通過對(duì)速度范圍及功率進(jìn)行計(jì)算，來選擇合適的調(diào)速電機(jī)。

5、輸出油泵選用：油泵是防腐劑的輸出設(shè)備，油泵的揚(yáng)程要大于被保養(yǎng)管材的20%，而修井管材長度一般小于10m。

6、氣動(dòng)馬達(dá)選用：除銹效果因氣動(dòng)馬達(dá)功率的不同會(huì)有所差異，要想達(dá)到較好的除銹效果，必須計(jì)算氣動(dòng)馬達(dá)功率，通過計(jì)算，最終選擇合適的氣動(dòng)馬達(dá)。

（1）功率的計(jì)算公式

氣動(dòng)馬達(dá)的功率N=壓縮空氣的壓力×流量=PQ；

（2）氣體流量的計(jì)算

根據(jù)氣體流量計(jì)算公式：

P=0.5ρV2

ρ—密度1.19g/cm3

（3）所需微型馬達(dá)的功率

已知：L=Q； 壓力單位是Pa，流量單位是m3/s，則得到的功率的結(jié)果。

即：N=W=P×Q=0.7Pa×0.367m3/s =0.27（W/s）

2.3.3作業(yè)端優(yōu)選

1、軸心噴嘴選用和排列：確定輸出防腐劑的介質(zhì)為廢工業(yè)用油，然后確定噴嘴大小及噴嘴如何排列。

（1）計(jì)算噴嘴大小

由牛頓液體內(nèi)摩擦力定律確定流動(dòng)液體內(nèi)摩擦力Ff

Ff=μA×du/dy ————①

由內(nèi)摩擦力確定防腐劑附著在管壁所需要的能量

W= Ff×I ———————②

由能量守恒定律得出液體流動(dòng)時(shí)的速度

E=M×V2/2 ——————③

由② ③ 可得出液體速度V

由V和油泵的額定流量確定小孔面積

Q=V×A

由孔流量公式確定系統(tǒng)壓力

q=Cd×A×（2×ΔP/ρ）1/2

（2）排列噴嘴

在計(jì)算出噴嘴大小后，確定噴嘴圍繞防腐總成軸心成兩排360度分布，噴嘴噴出的防腐劑以30度角噴射在防腐輪上， 使防腐劑減少相互之間的內(nèi)部能量損耗，增加對(duì)管內(nèi)壁的有效涂油當(dāng)量。這樣可以保證修井管材內(nèi)壁的徹底防腐。

2、作業(yè)端材質(zhì)的選用：對(duì)除銹、防腐軸心的材質(zhì)選擇，選定Q235D作為除銹、防腐總成軸心的材質(zhì)。涂油輪選擇纖維有一定強(qiáng)度、一定可撓性和抱合性，并且彈性好、吸濕性強(qiáng)、不宜沾污的廢舊羊毛材料制作的羊毛涂油輪。[2]

4、應(yīng)用與效果

4.1現(xiàn)場應(yīng)用與驗(yàn)證

將研制成功的修井管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備在某單位回收修井管材保養(yǎng)現(xiàn)場配備使用，順利通過操作性能和保養(yǎng)效果驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)，修井管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備對(duì)任何銹蝕程度、以及帶有油泥砂的修井管材都可以達(dá)到徹底除銹、清理的目的，并且操作安全簡易，可以配備使用。

4.2使用效果反饋

4.2.1社會(huì)效益

1、該設(shè)備投入使用，沒有發(fā)生因修井管材未保養(yǎng)完畢而造成的延期配送，并提高了修井管材的保養(yǎng)質(zhì)量，為油田原油增產(chǎn)提供了更好的保障。

2、該設(shè)備的使用主要作用是提高修井管材保養(yǎng)工作效率，單根管材的保養(yǎng)時(shí)間大大縮短，同時(shí)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，這項(xiàng)貢獻(xiàn)在設(shè)備投入使用后，得到充分體現(xiàn)。[3]

3、該項(xiàng)目的技術(shù)成果可以為今后其他類型石油管材的保養(yǎng)施工，提供技術(shù)參考、保障和理論支持。

4.2.2經(jīng)濟(jì)效益

以往保養(yǎng)一根管材使用時(shí)間10分鐘，使用該設(shè)備后一根管材的保養(yǎng)時(shí)間為5分鐘；施工效率提高了一倍。按1000根管材為例可節(jié)約施工時(shí)間10個(gè)工日；節(jié)約人工費(fèi)用（綜合）5000元。節(jié)省的費(fèi)用=產(chǎn)生的效益。

5、結(jié)語

通過對(duì)石油管材保養(yǎng)方法的探索和研究，成功研制出修井管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備，解決了修井管材保養(yǎng)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的難題，取一定的效果。下一步，針對(duì)提高管材內(nèi)壁保養(yǎng)設(shè)備的操作性，應(yīng)開展進(jìn)一步的拓展性、高效性、適用性研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 王幫忠. 石油管材機(jī)械除銹機(jī)[J]. 石油機(jī)械， 1980（4）：70.

[2] 張玲辰， 包文勃. 管道除銹方法對(duì)比及除銹的意義[J]. 黑龍江科技信息， 2016（14）：13-13.

[3] 方偉， 馮耀榮， 徐婷. 石油管材專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督， 2009， 25（2）：9-14.