鉆具螺紋清洗系統設計探討

【摘要】鉆具是石油勘探開發常用的鉆井工具，井隊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，嚴重妨礙下一道探傷工序順利進行，同時無法掌握其損傷程度，不能保證質量，在鉆井過程中可能造成桿體脫落等事故，給鉆井生產帶來巨大經濟損失。鉆具螺紋清洗系統是采用高壓水射流的方式，加設鉆具調距裝置，使鉆具在清洗區能夠軸向移動，保證鉆具在探傷、檢驗前及時有效地進行螺紋清洗，并可實現自動上下料，方便對腐蝕缺陷進行的檢測和控制，可提高下井鉆具使用的可靠性，降低鉆井工程成本，減輕工人勞動強度。

【關鍵詞】鉆具? 清洗系統? 設計應用

鉆具是石油勘探開發常用的鉆井工具，在井隊使用過程中， 由于地層物質及鉆井液的作用， 鉆具螺紋遭受的污垢腐蝕損害， 如不及時對其進行清除，就會降低鉆具的使用壽命， 進而增加井下鉆具事故的發生。分析多起鉆具斷裂事故我們可發現， 鉆具的斷裂部位多發生在螺紋處。另外，鉆具螺紋上的污垢，給螺紋檢測、檢驗、車修等工作帶來了難度，鉆具螺紋上的泥漿、鉆井液等污物，極易產生粉塵， 不僅危害檢驗、車修工人的身體健康， 而且加快了檢測設備和機床的磨損。通過新型鉆具螺紋清洗系統的設計，控制鉆具自動上下料進入清洗區，通過鉆具調距裝置，使鉆具在清洗區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、鉆具螺紋清洗系統構成及原理

整個鉆具清洗系統由清洗場地，一體式翻爪上下料裝置，電機滾輪調距裝置、鉆具清洗設備及自動化控制系統組成。

其主要工作原理如圖示：

二、清洗場地的設計

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

對于管架臺的設計，以9寸鉆鋌及有一定彎度的加重為模型，做出受力分析，經計算，管架坡度在1.5-2度之間即可滿足工作需要，實現鉆具可自動滾至翻爪位置，滾落力也不至太大。

三、上下料裝置的設計

使用電液推桿作為動力源，采用一體式翻爪設計，通過電路系統控制完成整個上下料過程。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，同時翻爪將待清洗區的鉆具翻到清洗區。此設計具有：舉升力大;工作可靠，受天氣影響小;電路便于架設;一個動作過程同時完成上下料工作等優點。

四、調距裝置的設計

由于鉆具長度長短不一，清洗設備的移動距離有限，因此我們通過增加鉆具調距裝置，調節鉆具在清洗區的軸向距離，以便適應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電機轉動，完成鉆具的軸向移動，解決清洗距離難保證的問題。

五、鉆具清洗設備的設計

清洗系統由恒溫水箱、自動化控制系統、高壓泵總成、外螺紋清洗設備、內螺紋清洗設備等部分組成。

（1）內螺紋清洗設備。對鉆具內螺紋進行清洗，系統分為兩部分，一部分為控制清洗噴頭進退和旋轉的兩臺電機，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。

內螺紋清洗系統作業時，一鍵啟動，內部高壓清洗噴頭在控制系統作用下做旋轉和進退運動，對鉆鋌內螺紋進行旋轉掃射清洗。當螺紋清洗完畢后，清洗系統自動停車，隨之高壓泵自動停止運行，進入下一根鉆鋌螺紋清洗階段。

（2）外螺紋清洗系統。外螺紋清洗系統結構和清洗原理與內螺紋清洗系統基本相同，只是清洗噴頭有所不同。

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

六、應用

能夠通過簡單的操作實現鉆具的自動上下料，解決了鉆具清洗空間不足的問題;通過電機滾輪機構調整鉆具軸向位置，解決了鉆具排放長短不一，排列不齊的問題;該結構設計有效的解決了工作中的部分問題，減輕了職工的勞動強度，提高了效率?，F場使用表明，該清洗系統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確性，減少井下鉆具事故的發生。

自動上下料機構的設計，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境，保護了職工的身體健康。

鉆具清洗管架的單一性造成各類鉆具混放的現象，通過添加自動線和翻料機構，可實現鉆具的粗分類，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，大學本科，工程師。