一种钻杆刮泥器的研制与应用

    王洪臣 姚成龙 陈凯等

    摘 要：钻杆刮泥器是钻井施工作业起钻过程中不可缺少的清洁钻杆的一种工具，针对现有井口钻杆刮泥器存在的缺点，结合井场上井口工具布局的实际情况，研制一种结构简单，拆装方便，耐用、清洁效果良好的刮泥器，对钻井施工作业清洁生产、安全生产具有一定的意义。

    关键词：钻杆;刮泥器;研制应用

    1 研制新型刮泥器的背景及意义

    在石油钻井过程中起钻时，钻杆上通常会带上很多泥浆。如果不对钻柱进行刮泥清洁处理，那么泥浆会随着钻柱的提升而溅落到钻台上，不仅对钻台造成污染、影响施工安全，同时也对井口设备造成腐蚀，并且不利于钻具的检查。为解决上述问题，目前普遍采用的方法：一是通過人工手持简易橡胶半圆圈刮泥工具进行刮泥。人工刮除钻杆上钻井液既增加了工人的劳动强度，又清洁不彻底，工人的安全也得不到保障;二是采用带中孔的圆形橡胶刮泥板刮泥，从现场的使用来看，已暴露出以下缺点：（1）使用时内孔边缘易整体磨损，使用寿命短，消耗量大，使用成本高;（2）用一段时间后，内径磨损变大后，刮泥效果迅速变差，无法起到刮泥作用。要解决上述存在的技术问题，需研制一种新型钻杆刮泥器。

    2 刮泥器的结构设计

    刮泥器必须满足钻井施工恶劣的作业环境，同时要满足常用钻井设备的要求，其结构组成、尺寸大小、材料的选取直接影响到刮泥器的使用效果和与钻机转盘的配套。

    （1）结构设计。考虑到钻井施工作业的恶劣环境，必须从耐冲击、结构简单、元件少着手，其主要结构是：外壳、整体橡胶元件。

    （2）外径尺寸则选择。主要是钻机转盘开孔的要求，转盘开孔的大小影响刮泥器的外径尺寸，刮泥器外径大，转盘开孔小无法将刮泥器放置在预定位置，刮泥器外径小转盘开孔大刮泥器虽然放置预定位置没问题，但是，刮泥器外径与上水管与钻盘的开孔配合间隙不合理，影响在预定位置的放置，其次，由于起钻过程中游动滑车的摆动，钻柱在转盘开孔之间也随之摆动，所以刮泥器必须与转盘开孔尺寸有一定的间隙。按照表1常用转盘开孔尺寸选择520mm的转盘开孔尺寸作为刮泥器主体元件的外径尺寸。

    （3）刮泥器主体元件的设计。刮泥器尽可能的减少易损元件的数量，增加刮泥器的耐用度，避免元件的损坏，其主体元件主要有刮泥管、外壳。刮泥管主要采用弹性波纹管应用到刮泥器上，采用耐腐蚀橡胶与钢丝网的熔融为一体，起钻时，随着钻杆的不断提升，将钻柱外壁上的泥浆刮除，刮落的泥浆重新回到井里。刮泥管自身具有弹性，能自动补偿长时间使用时刮泥管磨损量和钻柱本体和接头尺寸的变化。外壳采用耐腐蚀的金属钢作为壳体分为两部分，一部分放置刮泥器主体元件，另一部分将主体元件密封。

    （4）刮泥器的辅助元件设计。考虑到钻柱在起升过程中，由于钻柱本体和接头尺寸的变化，在刮泥管自身具有弹性，能自动补偿长钻柱直径变化的同时，增加由于刮泥管的磨损进行磨损量的补偿，从而使钻杆不管钻柱直径变化还是刮泥管磨损变化都能起到非常干净的刮泥，达到清洁生产的要求。

    3 刮泥器的结构和工作原理

    （1）刮泥器的结构。包括： 壳体、下弹簧、刮泥管、上弹簧、压盖、提环;其特征是：钻杆刮泥器为圆柱状，中心设有通孔，壳体内自下而上依次设有下弹簧、刮泥管、上弹簧，压盖与壳体上部螺纹连接，将上弹簧压住。

    （2）工作原理。在钻井起钻时，将方钻杆卸掉，把一种新型钻杆刮泥器套在钻杆外壁上，用吊卡或方钻杆连接吊起井内的钻具，同时用气动小绞车拉出转盘的方补心，将新型钻杆刮泥器向下送至喇叭口之上，方补心之下，然后把转盘的方补心吊回转盘里。起钻时，随着钻杆的不断提升，钻杆刮泥器将钻柱外壁上的泥浆刮除，刮落的泥浆重新回到井里。刮泥管磨损后，不仅刮泥管自身具有弹性，能自动补偿，而且上弹簧、下弹簧也具有自动补偿作用。

    图中，1.壳体，2.下弹簧，3. 弹性刮泥波纹管， 3-1.钢丝网，4.上弹簧，5.压盖，6.提环。

    4 刮泥器主要参数（以?127mm钻杆为例）

    主要参数：外壳外直径520mm;外壳通孔内径170mm;外壳高度180mm;刮泥器波纹管外径450mm;刮泥器波纹管通孔内径126mm;最小内径120mm，刮泥器波纹管高度140mm;弹簧高度20mm;刮泥器波纹管伸缩度50mm。

    5 应用效果分析

    （1）普通橡胶板刮泥器的内开孔直径为120mm，钻杆本体直径127mm，内孔边缘厚度为常用的普通橡胶板刮泥器一种是带有夹层钢板橡胶刮泥器，另一种是纯橡胶板，纯橡胶板的刮泥器遇到钻柱外壁阻力大时，会和钻柱一起带到井口，下钻时会因钻柱接头直径的变化带到井内。带有夹层钢板橡胶刮泥器使用一段时间后会因磨损，影响刮泥效果，使用情况不是很理想。

    （2）通过现场不同队次井深的应用，清洁效果同样的情况下使用时间比原来使用的刮泥器时间增加1倍。

    （3）对于现场制作的简易刮泥工具而言，减少了钻井工在井口站立刮泥，减轻了钻井工的劳动强度，提高了钻井工的安全性和钻柱的清洁度。

    （4）这种新型的钻杆刮泥器， 由于设计独特，结构简单，更能胜任起钻作业中泥浆的清除， 在试用期间取得了良好的效果， 达到了预期目的。已就新型钻杆刮泥器向国家知识产权局申报专利， 于2008年9月20日获得授权。专利号为： ZL 2018204008561。

    6 结论

    新型钻杆刮泥器在自身和上、下弹簧的三种弹力的作用下，刮泥管磨损后，具有自动补偿作用，刮泥效果良好，具有结构简单，拆装方便耐用等优点。提高泥浆回收率，使钻杆得到了较好的清洁，改善了钻台上的工作环境，防止了泥浆污染，减少了员工作业滑跌的安全风险。具有广泛的推广和应用价值。

    参考文献：

    [1]王洪臣.中石化胜利石油工程有限公司，一种新型钻杆刮泥器[P].中华人民共和国：ZL 2018204008561，2018-09-20.

    [2]一种新型钻杆刮泥器为专利产品[P].专利号：ZL 2018204008561.

    作者简介：王洪臣（1963-），男，本科，山东东营人，高级技师，主要从事钻井现场QHSE管理工作。