新型自動化鉆桿接頭螺紋清洗機的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：鉆桿是石油鉆探必備的生產(chǎn)工具，其螺紋端面的正常清洗維護是確保后期有效運作的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)同行業(yè)對鉆桿螺紋的清洗維護普遍采取以室外清洗機為源動力，人工手持噴槍的清洗方式為主。文章結(jié)合前期清洗實際情況，對新型自動化鉆桿接頭螺紋清洗機的設(shè)計與應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：石油鉆探；鉆桿接頭；螺紋；清洗機；鉆井 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE92 文章編號：1009-2374（2017）02-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.017

1 前期鉆桿螺紋清洗維護系統(tǒng)技術(shù)弊端

鉆桿是鉆井過程必須使用的重要工具，在井下惡劣的高溫、高壓、高含硫等復(fù)雜地質(zhì)情況下長期運作，其端面螺紋頻繁受到拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、震動等各種復(fù)雜的交變應(yīng)力，往往極易導致磨損失效，主要表現(xiàn)為鉆桿井下屈曲、錯斷以及本體化學腐蝕等。因此為有效確保后期鉆井生產(chǎn)及井下安全，需要定期將在鉆井現(xiàn)場的鉆桿拉回管具公司進行檢驗修復(fù)。

鉆桿在井隊使用后，接頭螺紋沾滿了泥漿和油污，看不到金屬底色，因而不能判斷接頭螺紋的磨損程度。所以鉆桿拉回管具公司后，第一道工序就是清洗鉆桿接頭螺紋，清洗干凈的目的首先是為判定接頭螺紋的磨損程度提供條件，其次為修理螺紋提供基礎(chǔ)條件。

以前鉆桿螺紋清洗是在室外進行，以清洗機作為動力，員工手持噴槍清洗。這種陳舊方式清洗主要存在以下技術(shù)弊端：（1）清洗質(zhì)量差：清洗是低壓水噴頭對著鉆桿接頭螺紋一面噴洗的，螺紋的另一面不能清洗到。冬季接頭螺紋上的泥漿和油污結(jié)冰，低壓水噴頭不能完全清理掉泥漿和油污；（2）污染環(huán)境：清洗后的油污水、污垢隨意沖灑在地面上，沒有及時回收，造成環(huán)境負面影響；（3）時效低：陳舊清洗模式耗時長、人力得不到有效利用，對于大批量清洗工種而言，無法滿足生產(chǎn)需求。

2 新型自動化鉆桿接頭螺紋清洗機方案設(shè)計

2.1 總體方案及其參數(shù)

自動化鉆桿內(nèi)外螺紋清洗機的組成：鉆桿內(nèi)外螺紋清洗裝置由清洗內(nèi)螺紋和清洗外螺紋兩部分組成。

清洗內(nèi)螺紋部分由行走裝置、清洗頭、底座、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。

同樣，清洗外螺紋部分也是由行走裝置、清洗頭、底座、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。清洗內(nèi)外螺紋的兩部分需要安裝在同一軸線、同一平面上。

主要技術(shù)參數(shù)：（1）清洗鉆桿范圍：60～139.7mm；（2）清洗時間：25s；（3）電機功率：15kW；（4）清洗泵壓力：0～4MPa；（5）外形尺寸：14000mm×700mm×1100mm。

2.2 上下料機構(gòu)方案設(shè)計

上下料機構(gòu)的作用是將鉆桿從清洗裝置中移出和移進，要求是將鉆桿從清洗裝置中移出和移進能一次完成。

如圖2，上料機構(gòu)主要由左右連桿、左右銷釘、氣缸組成。其工作原理是利用氣缸的升降來實現(xiàn)鉆桿的上料和下料。當一根鉆桿噴焊完畢后，給出氣缸進氣的信號，氣缸上升，右連桿在氣缸的作用下升起，鉆桿沿連桿滾到右鉆桿支架上，實現(xiàn)鉆桿的下料；同時左連桿降下，左鉆桿支架上的鉆桿自動滾到被升起的位置，隨后氣缸下降，右連桿降下，左連桿升起，在左鉆桿支架被升起位置上的鉆桿隨左連桿升起，沿左連桿滾到支架上，實現(xiàn)上料過程。左連桿擋住下一根鉆桿，實現(xiàn)每次只上一根鉆桿的目的。

2.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由光電開關(guān)控制，當鉆桿擋住光電開關(guān)發(fā)射出的光線時，電路閉合，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)開始工作，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作時間由2個時間繼電器控制，1個繼電器控制前25秒順時針旋轉(zhuǎn)，后一個繼電器控制后20秒逆時針旋轉(zhuǎn)，完全實現(xiàn)了自動化。

2.4 行走裝置

行走裝置直接用電路按鈕控制，在按下按鈕，行走裝置開始工作的同時，清洗泵電路自動接通，也開始工作，實現(xiàn)了行走裝置的機械化工作與清洗泵啟動自動化。

2.4.1 內(nèi)螺紋的清洗機構(gòu)方案設(shè)計。內(nèi)螺紋清洗頭由本體、鋼絲刷、側(cè)板、側(cè)鋼絲刷，止位橡膠等組成。工作時中高壓清洗水從9個噴嘴噴出，和鋼絲刷相配合，開始清洗內(nèi)螺紋。

2.4.2 外螺紋的清洗機構(gòu)方案。外螺紋清洗裝置由噴嘴、連接板、本體、鋼絲刷、臺階面鋼絲刷等組成。

2.5 工作原理

首先位于內(nèi)外螺紋清洗裝置部分的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)升起，下面的鉆桿滾動到翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上，然后翻轉(zhuǎn)機構(gòu)下降，鉆桿被翻轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，然后旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動鉆桿開始順時針旋轉(zhuǎn)，同時內(nèi)外螺紋行走裝置向鉆桿內(nèi)外螺紋逼近，使噴洗頭伸進內(nèi)外螺紋，同時清洗機開始工作，開始清洗工作，等清洗20s后，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，25s后清洗完畢，行走裝置遠離內(nèi)外螺紋，清洗泵停止工作，翻轉(zhuǎn)裝置升起，鉆桿被翻轉(zhuǎn)到上面支架上，同時下面的鉆桿滾動到翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上，開始下一根鉆桿的清洗。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

自動化鉆桿接頭螺紋清洗機已經(jīng)成功用于西部鉆探工程公司吐哈鉆井公司的鉆桿檢驗修復(fù)中，2012～2013年，共清洗Φ114mm、Φ127mm、Φ139mm等各類型的鉆桿5000多根，清洗一對外螺紋和內(nèi)螺紋需要25s；因為是自動清洗，清洗過程不需要工人操作，為防止發(fā)生意外，只需要一名員工照看機器，需要人員少，勞動強度低，因而提高了勞動生產(chǎn)率；清洗過后的廢水收集到了底座，通過底座進入到了污水處理裝置當中，清洗現(xiàn)場地面沒有以往常見污水橫流的現(xiàn)象，保護了環(huán)境；在現(xiàn)場應(yīng)用當中，該清洗機效果良好，取得一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié)論與建議

（1）自動化鉆桿接頭螺紋清洗機通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使鉆桿旋裝，行走機構(gòu)迫使內(nèi)、外螺紋清洗頭深入到鉆桿內(nèi)、外螺紋當中，高壓清洗水從內(nèi)、外螺紋清洗頭中噴出，配合鋼絲刷將內(nèi)、外螺紋清洗干凈；（2）在自動化鉆桿接頭螺紋清洗機工作過程中，因為是自動化操作，所以勞動強低，需要人員少，清洗效率高；（3）工作過程產(chǎn)生的油污水能夠有效回收，保護了環(huán)境。

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作者簡介：張?zhí)燧x（1981-），西部鉆探工程公司吐哈鉆井公司助理工程師，研究方向：鉆具、鉆井工具和井控設(shè)備技術(shù)管理。

（責任編輯：黃銀芳）