一種鉆桿刮泥器的研制與應用

王洪臣 姚成龍 陳凱等

摘 要：鉆桿刮泥器是鉆井施工作業起鉆過程中不可缺少的清潔鉆桿的一種工具，針對現有井口鉆桿刮泥器存在的缺點，結合井場上井口工具布局的實際情況，研制一種結構簡單，拆裝方便，耐用、清潔效果良好的刮泥器，對鉆井施工作業清潔生產、安全生產具有一定的意義。

關鍵詞：鉆桿;刮泥器;研制應用

1 研制新型刮泥器的背景及意義

在石油鉆井過程中起鉆時，鉆桿上通常會帶上很多泥漿。如果不對鉆柱進行刮泥清潔處理，那么泥漿會隨著鉆柱的提升而濺落到鉆臺上，不僅對鉆臺造成污染、影響施工安全，同時也對井口設備造成腐蝕，并且不利于鉆具的檢查。為解決上述問題，目前普遍采用的方法：一是通過人工手持簡易橡膠半圓圈刮泥工具進行刮泥。人工刮除鉆桿上鉆井液既增加了工人的勞動強度，又清潔不徹底，工人的安全也得不到保障;二是采用帶中孔的圓形橡膠刮泥板刮泥，從現場的使用來看，已暴露出以下缺點：（1）使用時內孔邊緣易整體磨損，使用壽命短，消耗量大，使用成本高;（2）用一段時間后，內徑磨損變大后，刮泥效果迅速變差，無法起到刮泥作用。要解決上述存在的技術問題，需研制一種新型鉆桿刮泥器。

2 刮泥器的結構設計

刮泥器必須滿足鉆井施工惡劣的作業環境，同時要滿足常用鉆井設備的要求，其結構組成、尺寸大小、材料的選取直接影響到刮泥器的使用效果和與鉆機轉盤的配套。

（1）結構設計。考慮到鉆井施工作業的惡劣環境，必須從耐沖擊、結構簡單、元件少著手，其主要結構是：外殼、整體橡膠元件。

（2）外徑尺寸則選擇。主要是鉆機轉盤開孔的要求，轉盤開孔的大小影響刮泥器的外徑尺寸，刮泥器外徑大，轉盤開孔小無法將刮泥器放置在預定位置，刮泥器外徑小轉盤開孔大刮泥器雖然放置預定位置沒問題，但是，刮泥器外徑與上水管與鉆盤的開孔配合間隙不合理，影響在預定位置的放置，其次，由于起鉆過程中游動滑車的擺動，鉆柱在轉盤開孔之間也隨之擺動，所以刮泥器必須與轉盤開孔尺寸有一定的間隙。按照表1常用轉盤開孔尺寸選擇520mm的轉盤開孔尺寸作為刮泥器主體元件的外徑尺寸。

（3）刮泥器主體元件的設計。刮泥器盡可能的減少易損元件的數量，增加刮泥器的耐用度，避免元件的損壞，其主體元件主要有刮泥管、外殼。刮泥管主要采用彈性波紋管應用到刮泥器上，采用耐腐蝕橡膠與鋼絲網的熔融為一體，起鉆時，隨著鉆桿的不斷提升，將鉆柱外壁上的泥漿刮除，刮落的泥漿重新回到井里。刮泥管自身具有彈性，能自動補償長時間使用時刮泥管磨損量和鉆柱本體和接頭尺寸的變化。外殼采用耐腐蝕的金屬鋼作為殼體分為兩部分，一部分放置刮泥器主體元件，另一部分將主體元件密封。

（4）刮泥器的輔助元件設計。考慮到鉆柱在起升過程中，由于鉆柱本體和接頭尺寸的變化，在刮泥管自身具有彈性，能自動補償長鉆柱直徑變化的同時，增加由于刮泥管的磨損進行磨損量的補償，從而使鉆桿不管鉆柱直徑變化還是刮泥管磨損變化都能起到非常干凈的刮泥，達到清潔生產的要求。

3 刮泥器的結構和工作原理

（1）刮泥器的結構。包括： 殼體、下彈簧、刮泥管、上彈簧、壓蓋、提環;其特征是：鉆桿刮泥器為圓柱狀，中心設有通孔，殼體內自下而上依次設有下彈簧、刮泥管、上彈簧，壓蓋與殼體上部螺紋連接，將上彈簧壓住。

（2）工作原理。在鉆井起鉆時，將方鉆桿卸掉，把一種新型鉆桿刮泥器套在鉆桿外壁上，用吊卡或方鉆桿連接吊起井內的鉆具，同時用氣動小絞車拉出轉盤的方補心，將新型鉆桿刮泥器向下送至喇叭口之上，方補心之下，然后把轉盤的方補心吊回轉盤里。起鉆時，隨著鉆桿的不斷提升，鉆桿刮泥器將鉆柱外壁上的泥漿刮除，刮落的泥漿重新回到井里。刮泥管磨損后，不僅刮泥管自身具有彈性，能自動補償，而且上彈簧、下彈簧也具有自動補償作用。

圖中，1.殼體，2.下彈簧，3. 彈性刮泥波紋管， 3-1.鋼絲網，4.上彈簧，5.壓蓋，6.提環。

4 刮泥器主要參數（以?127mm鉆桿為例）

主要參數：外殼外直徑520mm;外殼通孔內徑170mm;外殼高度180mm;刮泥器波紋管外徑450mm;刮泥器波紋管通孔內徑126mm;最小內徑120mm，刮泥器波紋管高度140mm;彈簧高度20mm;刮泥器波紋管伸縮度50mm。

5 應用效果分析

（1）普通橡膠板刮泥器的內開孔直徑為120mm，鉆桿本體直徑127mm，內孔邊緣厚度為常用的普通橡膠板刮泥器一種是帶有夾層鋼板橡膠刮泥器，另一種是純橡膠板，純橡膠板的刮泥器遇到鉆柱外壁阻力大時，會和鉆柱一起帶到井口，下鉆時會因鉆柱接頭直徑的變化帶到井內。帶有夾層鋼板橡膠刮泥器使用一段時間后會因磨損，影響刮泥效果，使用情況不是很理想。

（2）通過現場不同隊次井深的應用，清潔效果同樣的情況下使用時間比原來使用的刮泥器時間增加1倍。

（3）對于現場制作的簡易刮泥工具而言，減少了鉆井工在井口站立刮泥，減輕了鉆井工的勞動強度，提高了鉆井工的安全性和鉆柱的清潔度。

（4）這種新型的鉆桿刮泥器， 由于設計獨特，結構簡單，更能勝任起鉆作業中泥漿的清除， 在試用期間取得了良好的效果， 達到了預期目的。已就新型鉆桿刮泥器向國家知識產權局申報專利， 于2008年9月20日獲得授權。專利號為： ZL 2018204008561。

6 結論

新型鉆桿刮泥器在自身和上、下彈簧的三種彈力的作用下，刮泥管磨損后，具有自動補償作用，刮泥效果良好，具有結構簡單，拆裝方便耐用等優點。提高泥漿回收率，使鉆桿得到了較好的清潔，改善了鉆臺上的工作環境，防止了泥漿污染，減少了員工作業滑跌的安全風險。具有廣泛的推廣和應用價值。

參考文獻：

[1]王洪臣.中石化勝利石油工程有限公司，一種新型鉆桿刮泥器[P].中華人民共和國：ZL 2018204008561，2018-09-20.

[2]一種新型鉆桿刮泥器為專利產品[P].專利號：ZL 2018204008561.

作者簡介：王洪臣（1963-），男，本科，山東東營人，高級技師，主要從事鉆井現場QHSE管理工作。