石油鉆桿、油管的保養方法與裝備研究

范云峰

摘 要： 通過對管材保養方法的探索和研究，以石油管材內壁保養為例，找出傳統方法的缺點和不足，通過計算、設計和部件優選，制作完成一種新型的管材內壁保養設備，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

傳統的石油管材保養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，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]這樣的管材保養方式，存在著由于保養工具缺陷導致保養效果差，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設備。

2、改進修井管材內壁保養設備

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設備加工圖紙繪制，確定了設備的主要技術參數和工作原理，并在專業生產廠家進行了加工制造。

設備主要由操控端、傳動端、作業端三個部分構成，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過程。

2.3零部件優選

2.3.1操作端優選

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?，對操控箱外觀及電路進行了優選設計。

2.3.2傳動端優選

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《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，電機參數包括：速度范圍、功率、啟動性能等，依據設備要求，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作業端優選

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現場應用與驗證

將研制成功的修井管材內壁保養設備在某單位回收修井管材保養現場配備使用，順利通過操作性能和保養效果驗證，通過實驗，修井管材內壁保養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，沒有發生因修井管材未保養完畢而造成的延期配送，并提高了修井管材的保養質量，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工作效率，單根管材的保養時間大大縮短，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。[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

以往保養一根管材使用時間10分鐘，使用該設備后一根管材的保養時間為5分鐘；施工效率提高了一倍。按1000根管材為例可節約施工時間10個工日；節約人工費用（綜合）5000元。節省的費用=產生的效益。

5、結語

通過對石油管材保養方法的探索和研究，成功研制出修井管材內壁保養設備，解決了修井管材保養效率低、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. 石油管材專業標準化進展[J]. 石油工業技術監督， 2009， 25（2）：9-14.