新型自动化钻杆接头螺纹清洗机的设计与应用

摘要：钻杆是石油钻探必备的生产工具，其螺纹端面的正常清洗维护是确保后期有效运作的重要环节。国内同行业对钻杆螺纹的清洗维护普遍采取以室外清洗机为源动力，人工手持喷枪的清洗方式为主。文章结合前期清洗实际情况，对新型自动化钻杆接头螺纹清洗机的设计与应用进行了探讨。

关键词：石油钻探；钻杆接头；螺纹；清洗机；钻井 文献标识码：A

中图分类号：TE92 文章编号：1009-2374（2017）02-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.017

1 前期钻杆螺纹清洗维护系统技术弊端

钻杆是钻井过程必须使用的重要工具，在井下恶劣的高温、高压、高含硫等复杂地质情况下长期运作，其端面螺纹频繁受到拉伸、压缩、扭转、震动等各种复杂的交变应力，往往极易导致磨损失效，主要表现为钻杆井下屈曲、错断以及本体化学腐蚀等。因此为有效确保后期钻井生产及井下安全，需要定期将在钻井现场的钻杆拉回管具公司进行检验修复。

钻杆在井队使用后，接头螺纹沾满了泥浆和油污，看不到金属底色，因而不能判断接头螺纹的磨损程度。所以钻杆拉回管具公司后，第一道工序就是清洗钻杆接头螺纹，清洗干净的目的首先是为判定接头螺纹的磨损程度提供条件，其次为修理螺纹提供基础条件。

以前钻杆螺纹清洗是在室外进行，以清洗机作为动力，员工手持喷枪清洗。这种陈旧方式清洗主要存在以下技术弊端：（1）清洗质量差：清洗是低压水喷头对着钻杆接头螺纹一面喷洗的，螺纹的另一面不能清洗到。冬季接头螺纹上的泥浆和油污结冰，低压水喷头不能完全清理掉泥浆和油污；（2）污染环境：清洗后的油污水、污垢随意冲洒在地面上，没有及时回收，造成环境负面影响；（3）时效低：陈旧清洗模式耗时长、人力得不到有效利用，对于大批量清洗工种而言，无法满足生产需求。

2 新型自动化钻杆接头螺纹清洗机方案设计

2.1 总体方案及其参数

自动化钻杆内外螺纹清洗机的组成：钻杆内外螺纹清洗装置由清洗内螺纹和清洗外螺纹两部分组成。

清洗内螺纹部分由行走装置、清洗头、底座、翻转机构和旋转机构组成。

同样，清洗外螺纹部分也是由行走装置、清洗头、底座、翻转机构和旋转机构组成。清洗内外螺纹的两部分需要安装在同一轴线、同一平面上。

主要技术参数：（1）清洗钻杆范围：60～139.7mm；（2）清洗时间：25s；（3）电机功率：15kW；（4）清洗泵压力：0～4MPa；（5）外形尺寸：14000mm×700mm×1100mm。

2.2 上下料机构方案设计

上下料机构的作用是将钻杆从清洗装置中移出和移进，要求是将钻杆从清洗装置中移出和移进能一次完成。

如图2，上料机构主要由左右连杆、左右销钉、气缸组成。其工作原理是利用气缸的升降来实现钻杆的上料和下料。当一根钻杆喷焊完毕后，给出气缸进气的信号，气缸上升，右连杆在气缸的作用下升起，钻杆沿连杆滚到右钻杆支架上，实现钻杆的下料；同时左连杆降下，左钻杆支架上的钻杆自动滚到被升起的位置，随后气缸下降，右连杆降下，左连杆升起，在左钻杆支架被升起位置上的钻杆随左连杆升起，沿左连杆滚到支架上，实现上料过程。左连杆挡住下一根钻杆，实现每次只上一根钻杆的目的。

2.3 旋转机构设计

旋转机构由光电开关控制，当钻杆挡住光电开关发射出的光线时，电路闭合，旋转机构开始工作，旋转机构的工作时间由2个时间继电器控制，1个继电器控制前25秒顺时针旋转，后一个继电器控制后20秒逆时针旋转，完全实现了自动化。

2.4 行走装置

行走装置直接用电路按钮控制，在按下按钮，行走装置开始工作的同时，清洗泵电路自动接通，也开始工作，实现了行走装置的机械化工作与清洗泵启动自动化。

2.4.1 内螺纹的清洗机构方案设计。内螺纹清洗头由本体、钢丝刷、侧板、侧钢丝刷，止位橡胶等组成。工作时中高壓清洗水从9个喷嘴喷出，和钢丝刷相配合，开始清洗内螺纹。

2.4.2 外螺纹的清洗机构方案。外螺纹清洗装置由喷嘴、连接板、本体、钢丝刷、台阶面钢丝刷等组成。

2.5 工作原理

首先位于内外螺纹清洗装置部分的翻转机构升起，下面的钻杆滚动到翻转机构上，然后翻转机构下降，钻杆被翻转到旋转机构上，然后旋转机构带动钻杆开始顺时针旋转，同时内外螺纹行走装置向钻杆内外螺纹逼近，使喷洗头伸进内外螺纹，同时清洗机开始工作，开始清洗工作，等清洗20s后，旋转机构带动钻杆反向旋转，25s后清洗完毕，行走装置远离内外螺纹，清洗泵停止工作，翻转装置升起，钻杆被翻转到上面支架上，同时下面的钻杆滚动到翻转机构上，开始下一根钻杆的清洗。

3 现场应用效果

自动化钻杆接头螺纹清洗机已经成功用于西部钻探工程公司吐哈钻井公司的钻杆检验修复中，2012～2013年，共清洗Φ114mm、Φ127mm、Φ139mm等各类型的钻杆5000多根，清洗一对外螺纹和内螺纹需要25s；因为是自动清洗，清洗过程不需要工人操作，为防止发生意外，只需要一名员工照看机器，需要人员少，劳动强度低，因而提高了劳动生产率；清洗过后的废水收集到了底座，通过底座进入到了污水处理装置当中，清洗现场地面没有以往常见污水横流的现象，保护了环境；在现场应用当中，该清洗机效果良好，取得一定的经济效益和社会效益。

4 结论与建议

（1）自动化钻杆接头螺纹清洗机通过旋转机构使钻杆旋装，行走机构迫使内、外螺纹清洗头深入到钻杆内、外螺纹当中，高压清洗水从内、外螺纹清洗头中喷出，配合钢丝刷将内、外螺纹清洗干净；（2）在自动化钻杆接头螺纹清洗机工作过程中，因为是自动化操作，所以劳动强低，需要人员少，清洗效率高；（3）工作过程产生的油污水能够有效回收，保护了环境。

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作者简介：张天辉（1981-），西部钻探工程公司吐哈钻井公司助理工程师，研究方向：钻具、钻井工具和井控设备技术管理。

（责任编辑：黄银芳）