石油钻杆、油管的保养方法与装备研究

范云峰

摘 要： 通过对管材保养方法的探索和研究，以石油管材内壁保养为例，找出传统方法的缺点和不足，通过计算、设计和部件优选，制作完成一种新型的管材内壁保养设备，对使用效果进行验证，效果良好。

关键词： 石油管材；工具设备；设计制作；效果验证

1、引言

传统的石油管材保养方法基本上是采用人工操作，以修井管材为例，都是采用人工清理保养，内壁由于隐蔽，一般采用细长杆带钢丝刷先进行通管、除锈，然后再用同样的工具带棉纱蘸取防腐剂进行内壁防腐处理。[1]这样的管材保养方式，存在着由于保养工具缺陷导致保养效果差，工作效率低下的缺点和不足，严重影响了生产的正常运行，亟待探索一种能够代替纯人工，机械化、自动化程度较高的新型管材保养设备。

2、改进修井管材内壁保养设备

2.1思路与图纸设计

借鉴管道疏通机及手持气动砂轮机的构造及工作原理，结合实际情况，完成了修井管材内壁保养设备加工图纸绘制，确定了设备的主要技术参数和工作原理，并在专业生产厂家进行了加工制造。

设备主要由操控端、传动端、作业端三个部分构成，三个组成部分分别由操控箱、转鼓、输送弹簧、油泵、調速电机、传动齿轮、除锈和防腐总成等八个主要部件组成。

2.2工作原理

2.2.1除锈工作过程

将除锈总成与带内穿管的输送弹簧进行连接，扭动操控箱上前进控制旋钮，微型调速电机带动传动齿轮，将与输送弹簧连接的除锈总成送入管材内，然后打开气路阀门，气动马达高速旋转除锈总成开始除锈。当除锈总成工作至修井管材尾端时，将操控箱上的控制扭至后退位，微型电机倒转完成二次除锈，直至除锈总成彻底从修井管材内退出。

2.2.2防腐工作过程

将除锈总成换为防腐总成，关闭气路阀门，打开油路阀门，设定微型调速电机转速，扭动操控箱上的前进控制旋钮，微型调速电机带动传动齿轮，将与输送弹簧连接的防腐总成送入管材内，开始涂抹防腐剂。当防腐总成工作至修井管材尾端时，将操控箱上的控制扭至后退位，直至除锈总成彻底从修井管材内退出。完成整个管材内壁保养过程。

2.3零部件优选

2.3.1操作端优选

操控箱是电器操控部件，箱内各电器元器件布局要合理，牢靠，且便于拆卸维修。基于此，对操控箱外观及电路进行了优选设计。

2.3.2传动端优选

1、转鼓材质选用：借鉴管道疏通机对疏通弹簧的储存方法，设计了一个圆形转鼓用于储存输送弹簧。对于圆形转鼓的钢材材质，最终决定选用2Cr13为转鼓的加工材质。

2、输送弹簧选用：通过对管道疏通机进行分析，修井管材的平均长度在9.5m左右，因此选用弹簧长度为12m。

3、传动齿轮选用：传动齿轮部分是由斜齿齿轮与直齿齿轮组合而成，依据《直齿及斜齿锥齿轮基本轮廓》设计出传动齿轮图纸。

4、微型电机选用：微型调速电机在功率上要满足工作需要，电机参数包括：速度范围、功率、启动性能等，依据设备要求，通过对速度范围及功率进行计算，来选择合适的调速电机。

5、输出油泵选用：油泵是防腐剂的输出设备，油泵的扬程要大于被保养管材的20%，而修井管材长度一般小于10m。

6、气动马达选用：除锈效果因气动马达功率的不同会有所差异，要想达到较好的除锈效果，必须计算气动马达功率，通过计算，最终选择合适的气动马达。

（1）功率的计算公式

气动马达的功率N=压缩空气的压力×流量=PQ；

（2）气体流量的计算

根据气体流量计算公式：

P=0.5ρV2

ρ—密度1.19g/cm3

（3）所需微型马达的功率

已知：L=Q； 压力单位是Pa，流量单位是m3/s，则得到的功率的结果。

即：N=W=P×Q=0.7Pa×0.367m3/s =0.27（W/s）

2.3.3作业端优选

1、轴心喷嘴选用和排列：确定输出防腐剂的介质为废工业用油，然后确定喷嘴大小及喷嘴如何排列。

（1）计算喷嘴大小

由牛顿液体内摩擦力定律确定流动液体内摩擦力Ff

Ff=μA×du/dy ————①

由内摩擦力确定防腐剂附着在管壁所需要的能量

W= Ff×I ———————②

由能量守恒定律得出液体流动时的速度

E=M×V2/2 ——————③

由② ③ 可得出液体速度V

由V和油泵的额定流量确定小孔面积

Q=V×A

由孔流量公式确定系统压力

q=Cd×A×（2×ΔP/ρ）1/2

（2）排列喷嘴

在计算出喷嘴大小后，确定喷嘴围绕防腐总成轴心成两排360度分布，喷嘴喷出的防腐剂以30度角喷射在防腐轮上， 使防腐剂减少相互之间的内部能量损耗，增加对管内壁的有效涂油当量。这样可以保证修井管材内壁的彻底防腐。

2、作业端材质的选用：对除锈、防腐轴心的材质选择，选定Q235D作为除锈、防腐总成轴心的材质。涂油轮选择纤维有一定强度、一定可挠性和抱合性，并且弹性好、吸湿性强、不宜沾污的废旧羊毛材料制作的羊毛涂油轮。[2]

4、应用与效果

4.1现场应用与验证

将研制成功的修井管材内壁保养设备在某单位回收修井管材保养现场配备使用，顺利通过操作性能和保养效果验证，通过实验，修井管材内壁保养设备对任何锈蚀程度、以及带有油泥砂的修井管材都可以达到彻底除锈、清理的目的，并且操作安全简易，可以配备使用。

4.2使用效果反馈

4.2.1社会效益

1、该设备投入使用，没有发生因修井管材未保养完毕而造成的延期配送，并提高了修井管材的保养质量，为油田原油增产提供了更好的保障。

2、该设备的使用主要作用是提高修井管材保养工作效率，单根管材的保养时间大大缩短，同时减轻了劳动强度，这项贡献在设备投入使用后，得到充分体现。[3]

3、该项目的技术成果可以为今后其他类型石油管材的保养施工，提供技术参考、保障和理论支持。

4.2.2经济效益

以往保养一根管材使用时间10分钟，使用该设备后一根管材的保养时间为5分钟；施工效率提高了一倍。按1000根管材为例可节约施工时间10个工日；节约人工费用（综合）5000元。节省的费用=产生的效益。

5、结语

通过对石油管材保养方法的探索和研究，成功研制出修井管材内壁保养设备，解决了修井管材保养效率低、劳动强度大的难题，取一定的效果。下一步，针对提高管材内壁保养设备的操作性，应开展进一步的拓展性、高效性、适用性研究。

参考文献

[1] 王帮忠. 石油管材机械除锈机[J]. 石油机械， 1980（4）：70.

[2] 张玲辰， 包文勃. 管道除锈方法对比及除锈的意义[J]. 黑龙江科技信息， 2016（14）：13-13.

[3] 方伟， 冯耀荣， 徐婷. 石油管材专业标准化进展[J]. 石油工业技术监督， 2009， 25（2）：9-14.