钻具螺纹清洗系统设计探讨

【摘要】钻具是石油勘探开发常用的钻井工具，井队使用过程中螺纹遭受污垢腐蚀损害，回收后如果螺纹不清洗，严重妨碍下一道探伤工序顺利进行，同时无法掌握其损伤程度，不能保证质量，在钻井过程中可能造成杆体脱落等事故，给钻井生产带来巨大经济损失。钻具螺纹清洗系统是采用高压水射流的方式，加设钻具调距装置，使钻具在清洗区能够轴向移动，保证钻具在探伤、检验前及时有效地进行螺纹清洗，并可实现自动上下料，方便对腐蚀缺陷进行的检测和控制，可提高下井钻具使用的可靠性，降低钻井工程成本，减轻工人劳动强度。

【关键词】钻具  清洗系统  设计应用

钻具是石油勘探开发常用的钻井工具，在井队使用过程中， 由于地层物质及钻井液的作用， 钻具螺纹遭受的污垢腐蚀损害， 如不及时对其进行清除，就会降低钻具的使用寿命， 进而增加井下钻具事故的发生。分析多起钻具断裂事故我们可发现， 钻具的断裂部位多发生在螺纹处。另外，钻具螺纹上的污垢，给螺纹检测、检验、车修等工作带来了难度，钻具螺纹上的泥浆、钻井液等污物，极易产生粉尘， 不仅危害检验、车修工人的身体健康， 而且加快了检测设备和机床的磨损。通过新型钻具螺纹清洗系统的设计，控制钻具自动上下料进入清洗区，通过钻具调距装置，使钻具在清洗区能够轴向移动确定位置，然后采用高压水射流的方式完成钻具螺纹清洗工作。

一、钻具螺纹清洗系统构成及原理

整个钻具清洗系统由清洗场地，一体式翻爪上下料装置，电机滚轮调距装置、钻具清洗设备及自动化控制系统组成。

其主要工作原理如图示：

二、清洗场地的设计

清洗场地规划为待清洗区、清洗区和清洗成品区，采用设备不动钻具动的思想，在上下料装置的辅助下，钻具从待清洗区依次进入清洗区域，清洗完毕推入清洗成品区，避免了钻具过多造成清洗场地空间不足的问题。

对于管架台的设计，以9寸钻铤及有一定弯度的加重为模型，做出受力分析，经计算，管架坡度在1.5-2度之间即可满足工作需要，实现钻具可自动滚至翻爪位置，滚落力也不至太大。

三、上下料装置的设计

使用电液推杆作为动力源，采用一体式翻爪设计，通过电路系统控制完成整个上下料过程。钻具清洗完毕后，通过按动按钮，控制电液推杆起升，拨动清洗完的钻具下料，同时翻爪将待清洗区的钻具翻到清洗区。此设计具有：举升力大;工作可靠，受天气影响小;电路便于架设;一个动作过程同时完成上下料工作等优点。

四、调距装置的设计

由于钻具长度长短不一，清洗设备的移动距离有限，因此我们通过增加钻具调距装置，调节钻具在清洗区的轴向距离，以便适应各种钻具的螺纹清洗。如图示，该装置主要采用按钮手柄控制四个电机转动，完成钻具的轴向移动，解决清洗距离难保证的问题。

五、钻具清洗设备的设计

清洗系统由恒温水箱、自动化控制系统、高压泵总成、外螺纹清洗设备、内螺纹清洗设备等部分组成。

（1）内螺纹清洗设备。对钻具内螺纹进行清洗，系统分为两部分，一部分为控制清洗喷头进退和旋转的两台电机，另一部分为清洗喷头部分，通过控制面板上的按钮启动清洗过程，如下图所示。

内螺纹清洗系统作业时，一键启动，内部高压清洗喷头在控制系统作用下做旋转和进退运动，对钻铤内螺纹进行旋转扫射清洗。当螺纹清洗完毕后，清洗系统自动停车，随之高压泵自动停止运行，进入下一根钻铤螺纹清洗阶段。

（2）外螺纹清洗系统。外螺紋清洗系统结构和清洗原理与内螺纹清洗系统基本相同，只是清洗喷头有所不同。

（3）清洗自动控制系统。自动化钻铤螺纹清洗控制系统，采用一体式总控模块，将独立的两套清洗系统集中控制，控制系统配备独立的保护器件，操作控制按钮部分为24V电压，运行安全可靠。

六、应用

能够通过简单的操作实现钻具的自动上下料，解决了钻具清洗空间不足的问题;通过电机滚轮机构调整钻具轴向位置，解决了钻具排放长短不一，排列不齐的问题;该结构设计有效的解决了工作中的部分问题，减轻了职工的劳动强度，提高了效率。现场使用表明，该清洗系统能有效去除钻铤螺纹上的泥浆污物和铁锈，使用效果明显。

七、结束语

清洗后的钻铤，有效减少了钻井液等污物对螺纹的腐蚀损害， 延长了钻铤的使用寿命，有效提高钻具探伤准确性，减少井下钻具事故的发生。

自动上下料机构的设计，减少了职工的工作量，显著提高了工效。钻具螺纹的清洗，改善了职工的工作环境，保护了职工的身体健康。

钻具清洗管架的单一性造成各类钻具混放的现象，通过添加自动线和翻料机构，可实现钻具的粗分类，从而解决钻具清洗后混放所造成的一系列问题。

参考文献：

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[4]郑永博，左明，彭博，高中科，孙坚.高压水射流技术在设备清洗中的应用[J].石油和化工设备，2018（01）.

作者简介：王小华（1980-），山东省安丘市人，大学本科，工程师。