石油鉆桿、油管的保養(yǎng)方法與裝備研究

范云峰

摘 要： 通過對管材保養(yǎng)方法的探索和研究，以石油管材內壁保養(yǎng)為例，找出傳統(tǒng)方法的缺點和不足，通過計算、設計和部件優(yōu)選，制作完成一種新型的管材內壁保養(yǎng)設備，對使用效果進行驗證，效果良好。

關鍵詞： 石油管材；工具設備；設計制作；效果驗證

1、引言

傳統(tǒng)的石油管材保養(yǎng)方法基本上是采用人工操作，以修井管材為例，都是采用人工清理保養(yǎng)，內壁由于隱蔽，一般采用細長桿帶鋼絲刷先進行通管、除銹，然后再用同樣的工具帶棉紗蘸取防腐劑進行內壁防腐處理。[1]這樣的管材保養(yǎng)方式，存在著由于保養(yǎng)工具缺陷導致保養(yǎng)效果差，工作效率低下的缺點和不足，嚴重影響了生產的正常運行，亟待探索一種能夠代替純人工，機械化、自動化程度較高的新型管材保養(yǎng)設備。

2、改進修井管材內壁保養(yǎng)設備

2.1思路與圖紙設計

借鑒管道疏通機及手持氣動砂輪機的構造及工作原理，結合實際情況，完成了修井管材內壁保養(yǎng)設備加工圖紙繪制，確定了設備的主要技術參數(shù)和工作原理，并在專業(yè)生產廠家進行了加工制造。

設備主要由操控端、傳動端、作業(yè)端三個部分構成，三個組成部分分別由操控箱、轉鼓、輸送彈簧、油泵、調速電機、傳動齒輪、除銹和防腐總成等八個主要部件組成。

2.2工作原理

2.2.1除銹工作過程

將除銹總成與帶內穿管的輸送彈簧進行連接，扭動操控箱上前進控制旋鈕，微型調速電機帶動傳動齒輪，將與輸送彈簧連接的除銹總成送入管材內，然后打開氣路閥門，氣動馬達高速旋轉除銹總成開始除銹。當除銹總成工作至修井管材尾端時，將操控箱上的控制扭至后退位，微型電機倒轉完成二次除銹，直至除銹總成徹底從修井管材內退出。

2.2.2防腐工作過程

將除銹總成換為防腐總成，關閉氣路閥門，打開油路閥門，設定微型調速電機轉速，扭動操控箱上的前進控制旋鈕，微型調速電機帶動傳動齒輪，將與輸送彈簧連接的防腐總成送入管材內，開始涂抹防腐劑。當防腐總成工作至修井管材尾端時，將操控箱上的控制扭至后退位，直至除銹總成徹底從修井管材內退出。完成整個管材內壁保養(yǎng)過程。

2.3零部件優(yōu)選

2.3.1操作端優(yōu)選

操控箱是電器操控部件，箱內各電器元器件布局要合理，牢靠，且便于拆卸維修?；诖耍瑢Σ倏叵渫庥^及電路進行了優(yōu)選設計。

2.3.2傳動端優(yōu)選

1、轉鼓材質選用：借鑒管道疏通機對疏通彈簧的儲存方法，設計了一個圓形轉鼓用于儲存輸送彈簧。對于圓形轉鼓的鋼材材質，最終決定選用2Cr13為轉鼓的加工材質。

2、輸送彈簧選用：通過對管道疏通機進行分析，修井管材的平均長度在9.5m左右，因此選用彈簧長度為12m。

3、傳動齒輪選用：傳動齒輪部分是由斜齒齒輪與直齒齒輪組合而成，依據(jù)《直齒及斜齒錐齒輪基本輪廓》設計出傳動齒輪圖紙。

4、微型電機選用：微型調速電機在功率上要滿足工作需要，電機參數(shù)包括：速度范圍、功率、啟動性能等，依據(jù)設備要求，通過對速度范圍及功率進行計算，來選擇合適的調速電機。

5、輸出油泵選用：油泵是防腐劑的輸出設備，油泵的揚程要大于被保養(yǎng)管材的20%，而修井管材長度一般小于10m。

6、氣動馬達選用：除銹效果因氣動馬達功率的不同會有所差異，要想達到較好的除銹效果，必須計算氣動馬達功率，通過計算，最終選擇合適的氣動馬達。

（1）功率的計算公式

氣動馬達的功率N=壓縮空氣的壓力×流量=PQ；

（2）氣體流量的計算

根據(jù)氣體流量計算公式：

P=0.5ρV2

ρ—密度1.19g/cm3

（3）所需微型馬達的功率

已知：L=Q； 壓力單位是Pa，流量單位是m3/s，則得到的功率的結果。

即：N=W=P×Q=0.7Pa×0.367m3/s =0.27（W/s）

2.3.3作業(yè)端優(yōu)選

1、軸心噴嘴選用和排列：確定輸出防腐劑的介質為廢工業(yè)用油，然后確定噴嘴大小及噴嘴如何排列。

（1）計算噴嘴大小

由牛頓液體內摩擦力定律確定流動液體內摩擦力Ff

Ff=μA×du/dy ————①

由內摩擦力確定防腐劑附著在管壁所需要的能量

W= Ff×I ———————②

由能量守恒定律得出液體流動時的速度

E=M×V2/2 ——————③

由② ③ 可得出液體速度V

由V和油泵的額定流量確定小孔面積

Q=V×A

由孔流量公式確定系統(tǒng)壓力

q=Cd×A×（2×ΔP/ρ）1/2

（2）排列噴嘴

在計算出噴嘴大小后，確定噴嘴圍繞防腐總成軸心成兩排360度分布，噴嘴噴出的防腐劑以30度角噴射在防腐輪上， 使防腐劑減少相互之間的內部能量損耗，增加對管內壁的有效涂油當量。這樣可以保證修井管材內壁的徹底防腐。

2、作業(yè)端材質的選用：對除銹、防腐軸心的材質選擇，選定Q235D作為除銹、防腐總成軸心的材質。涂油輪選擇纖維有一定強度、一定可撓性和抱合性，并且彈性好、吸濕性強、不宜沾污的廢舊羊毛材料制作的羊毛涂油輪。[2]

4、應用與效果

4.1現(xiàn)場應用與驗證

將研制成功的修井管材內壁保養(yǎng)設備在某單位回收修井管材保養(yǎng)現(xiàn)場配備使用，順利通過操作性能和保養(yǎng)效果驗證，通過實驗，修井管材內壁保養(yǎng)設備對任何銹蝕程度、以及帶有油泥砂的修井管材都可以達到徹底除銹、清理的目的，并且操作安全簡易，可以配備使用。

4.2使用效果反饋

4.2.1社會效益

1、該設備投入使用，沒有發(fā)生因修井管材未保養(yǎng)完畢而造成的延期配送，并提高了修井管材的保養(yǎng)質量，為油田原油增產提供了更好的保障。

2、該設備的使用主要作用是提高修井管材保養(yǎng)工作效率，單根管材的保養(yǎng)時間大大縮短，同時減輕了勞動強度，這項貢獻在設備投入使用后，得到充分體現(xiàn)。[3]

3、該項目的技術成果可以為今后其他類型石油管材的保養(yǎng)施工，提供技術參考、保障和理論支持。

4.2.2經濟效益

以往保養(yǎng)一根管材使用時間10分鐘，使用該設備后一根管材的保養(yǎng)時間為5分鐘；施工效率提高了一倍。按1000根管材為例可節(jié)約施工時間10個工日；節(jié)約人工費用（綜合）5000元。節(jié)省的費用=產生的效益。

5、結語

通過對石油管材保養(yǎng)方法的探索和研究，成功研制出修井管材內壁保養(yǎng)設備，解決了修井管材保養(yǎng)效率低、勞動強度大的難題，取一定的效果。下一步，針對提高管材內壁保養(yǎng)設備的操作性，應開展進一步的拓展性、高效性、適用性研究。

參考文獻

[1] 王幫忠. 石油管材機械除銹機[J]. 石油機械， 1980（4）：70.

[2] 張玲辰， 包文勃. 管道除銹方法對比及除銹的意義[J]. 黑龍江科技信息， 2016（14）：13-13.

[3] 方偉， 馮耀榮， 徐婷. 石油管材專業(yè)標準化進展[J]. 石油工業(yè)技術監(jiān)督， 2009， 25（2）：9-14.