鉆具螺紋清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

【摘要】鉆具是石油勘探開發(fā)常用的鉆井工具，井隊(duì)使用過程中螺紋遭受污垢腐蝕損害，回收后如果螺紋不清洗，嚴(yán)重妨礙下一道探傷工序順利進(jìn)行，同時(shí)無法掌握其損傷程度，不能保證質(zhì)量，在鉆井過程中可能造成桿體脫落等事故，給鉆井生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。鉆具螺紋清洗系統(tǒng)是采用高壓水射流的方式，加設(shè)鉆具調(diào)距裝置，使鉆具在清洗區(qū)能夠軸向移動，保證鉆具在探傷、檢驗(yàn)前及時(shí)有效地進(jìn)行螺紋清洗，并可實(shí)現(xiàn)自動上下料，方便對腐蝕缺陷進(jìn)行的檢測和控制，可提高下井鉆具使用的可靠性，降低鉆井工程成本，減輕工人勞動強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】鉆具? 清洗系統(tǒng)? 設(shè)計(jì)應(yīng)用

鉆具是石油勘探開發(fā)常用的鉆井工具，在井隊(duì)使用過程中， 由于地層物質(zhì)及鉆井液的作用， 鉆具螺紋遭受的污垢腐蝕損害， 如不及時(shí)對其進(jìn)行清除，就會降低鉆具的使用壽命， 進(jìn)而增加井下鉆具事故的發(fā)生。分析多起鉆具斷裂事故我們可發(fā)現(xiàn)， 鉆具的斷裂部位多發(fā)生在螺紋處。另外，鉆具螺紋上的污垢，給螺紋檢測、檢驗(yàn)、車修等工作帶來了難度，鉆具螺紋上的泥漿、鉆井液等污物，極易產(chǎn)生粉塵， 不僅危害檢驗(yàn)、車修工人的身體健康， 而且加快了檢測設(shè)備和機(jī)床的磨損。通過新型鉆具螺紋清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制鉆具自動上下料進(jìn)入清洗區(qū)，通過鉆具調(diào)距裝置，使鉆具在清洗區(qū)能夠軸向移動確定位置，然后采用高壓水射流的方式完成鉆具螺紋清洗工作。

一、鉆具螺紋清洗系統(tǒng)構(gòu)成及原理

整個(gè)鉆具清洗系統(tǒng)由清洗場地，一體式翻爪上下料裝置，電機(jī)滾輪調(diào)距裝置、鉆具清洗設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)組成。

其主要工作原理如圖示：

二、清洗場地的設(shè)計(jì)

清洗場地規(guī)劃為待清洗區(qū)、清洗區(qū)和清洗成品區(qū)，采用設(shè)備不動鉆具動的思想，在上下料裝置的輔助下，鉆具從待清洗區(qū)依次進(jìn)入清洗區(qū)域，清洗完畢推入清洗成品區(qū)，避免了鉆具過多造成清洗場地空間不足的問題。

對于管架臺的設(shè)計(jì)，以9寸鉆鋌及有一定彎度的加重為模型，做出受力分析，經(jīng)計(jì)算，管架坡度在1.5-2度之間即可滿足工作需要，實(shí)現(xiàn)鉆具可自動滾至翻爪位置，滾落力也不至太大。

三、上下料裝置的設(shè)計(jì)

使用電液推桿作為動力源，采用一體式翻爪設(shè)計(jì)，通過電路系統(tǒng)控制完成整個(gè)上下料過程。鉆具清洗完畢后，通過按動按鈕，控制電液推桿起升，撥動清洗完的鉆具下料，同時(shí)翻爪將待清洗區(qū)的鉆具翻到清洗區(qū)。此設(shè)計(jì)具有：舉升力大;工作可靠，受天氣影響小;電路便于架設(shè);一個(gè)動作過程同時(shí)完成上下料工作等優(yōu)點(diǎn)。

四、調(diào)距裝置的設(shè)計(jì)

由于鉆具長度長短不一，清洗設(shè)備的移動距離有限，因此我們通過增加鉆具調(diào)距裝置，調(diào)節(jié)鉆具在清洗區(qū)的軸向距離，以便適應(yīng)各種鉆具的螺紋清洗。如圖示，該裝置主要采用按鈕手柄控制四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動，完成鉆具的軸向移動，解決清洗距離難保證的問題。

五、鉆具清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)

清洗系統(tǒng)由恒溫水箱、自動化控制系統(tǒng)、高壓泵總成、外螺紋清洗設(shè)備、內(nèi)螺紋清洗設(shè)備等部分組成。

（1）內(nèi)螺紋清洗設(shè)備。對鉆具內(nèi)螺紋進(jìn)行清洗，系統(tǒng)分為兩部分，一部分為控制清洗噴頭進(jìn)退和旋轉(zhuǎn)的兩臺電機(jī)，另一部分為清洗噴頭部分，通過控制面板上的按鈕啟動清洗過程，如下圖所示。

內(nèi)螺紋清洗系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，一鍵啟動，內(nèi)部高壓清洗噴頭在控制系統(tǒng)作用下做旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退運(yùn)動，對鉆鋌內(nèi)螺紋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃射清洗。當(dāng)螺紋清洗完畢后，清洗系統(tǒng)自動停車，隨之高壓泵自動停止運(yùn)行，進(jìn)入下一根鉆鋌螺紋清洗階段。

（2）外螺紋清洗系統(tǒng)。外螺紋清洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和清洗原理與內(nèi)螺紋清洗系統(tǒng)基本相同，只是清洗噴頭有所不同。

（3）清洗自動控制系統(tǒng)。自動化鉆鋌螺紋清洗控制系統(tǒng)，采用一體式總控模塊，將獨(dú)立的兩套清洗系統(tǒng)集中控制，控制系統(tǒng)配備獨(dú)立的保護(hù)器件，操作控制按鈕部分為24V電壓，運(yùn)行安全可靠。

六、應(yīng)用

能夠通過簡單的操作實(shí)現(xiàn)鉆具的自動上下料，解決了鉆具清洗空間不足的問題;通過電機(jī)滾輪機(jī)構(gòu)調(diào)整鉆具軸向位置，解決了鉆具排放長短不一，排列不齊的問題;該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效的解決了工作中的部分問題，減輕了職工的勞動強(qiáng)度，提高了效率。現(xiàn)場使用表明，該清洗系統(tǒng)能有效去除鉆鋌螺紋上的泥漿污物和鐵銹，使用效果明顯。

七、結(jié)束語

清洗后的鉆鋌，有效減少了鉆井液等污物對螺紋的腐蝕損害， 延長了鉆鋌的使用壽命，有效提高鉆具探傷準(zhǔn)確性，減少井下鉆具事故的發(fā)生。

自動上下料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，減少了職工的工作量，顯著提高了工效。鉆具螺紋的清洗，改善了職工的工作環(huán)境，保護(hù)了職工的身體健康。

鉆具清洗管架的單一性造成各類鉆具混放的現(xiàn)象，通過添加自動線和翻料機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)鉆具的粗分類，從而解決鉆具清洗后混放所造成的一系列問題。

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作者簡介：王小華（1980-），山東省安丘市人，大學(xué)本科，工程師。