钻井起钻钻柱气体除泥装置的研制与应用

引言：石油钻井过程中，起钻作业钻柱本体表面泥浆的清除，橡胶刮泥器或橡胶管是主要的途径，而橡胶刮泥器泥饼刮入井眼堆积堵塞环空及人工用橡胶管清除存在的安全风险是实实在在的难题，为克服现有除泥方式的不足制定研制方案，安全可靠、操作简单、灵活快速、维护便捷、通经范围广、更是重要研制前提。

正文

1 使用橡胶刮泥器与人工橡胶管清除常见问题分析

1.1 实际生产中，由于井身结构和地层的影响，在钻进和钻柱上下活动时，钻柱接头处会堆积一段较厚的泥饼；在起钻过程中，橡胶刮泥器会将钻柱接头处的泥饼刮入井内堆积，容易造成井眼不畅通、下钻遇阻、开泵困难、电测测井遇阻遇卡等现象发生，在临盘工区，特别是电测和下套管前起下钻严禁使用橡胶刮泥器。

1.2 在起钻作业中，如果井下遇挂卡现象，特别是井口与防溢管有偏差时，钻柱上下活动时极易将橡胶刮泥器压入井口防溢管内造成复杂情况出现，再次取出相对困难，工作劳动强度大。

1.3 橡胶刮泥器在使用时安装麻烦，刮泥器唇口极易磨损造成使用寿命短，且橡胶刮泥器价格较贵，使用成本高。

1.4 根据目前 HSSE 施工要求，起下钻作业时，操作人员距离井口要有2 米以上的安全距离；传统的人工利用橡胶管清除泥浆，井口作业人员本质上就存在较大的安全风险，特别是含硫化氢井，风险更高。

1.5 人工橡胶管清除井口作业人员劳动强度大。

1.6 夏季高温环境下进行人工橡胶管刮泥浆，井口温度高易造成作业人员中暑，冬季施工泥浆溅湿手套易造成作业人员冻伤。

2 钻柱气动除泥装置的研制思路

钻柱气动除泥装置在钻井起钻作业中扮演着重要的角色，因此操作简单、灵活快速、维护便捷、人性化与美观设计是前提，安全可靠是重点。

2.1 除泥装置主体高度适中，即能满足井口使用时的灵活性与存放占位少，也要满足压缩气体吹扫时的防溅。

2.2 除泥装置由N8 0*244.5mm 套管体均分对剖作为构造主体，满足通经与强度单边铰链焊接作为活动部位重要支撑，开合度大于或等于180 度。

2.3 主体底板为大于转盘方瓦内孔直径均等的两块半圆钢板，内孔尺寸匹配套管体内径，材质要满足耐腐、耐高低温、耐磨等性能，在底板开合端焊制操作手柄。

2.4 装置主体上端焊接两根与套管体圆弧均等半圆φ25 无缝管，作为提供压缩空气传递的主要部件。

2.5 在两半圆φ25 无缝管下端均分 12 等份焊接φ4 铜管，利用铜管特性满足吹扫时角度调整。

2.6 在φ4 铜管气嘴下方焊制支撑点防气嘴碰撞变形损坏，支撑点反倒角焊接以消除钻柱上行时接头碰撞的刮擦力。

2.7 利用钻机压缩空气为装置提供吹扫时的气体，满足节能降耗。

2.8 利用两用继气器控制除泥装置气体的关停，同时也满足装置的进气排量和实现司钻房司钻一键控制的目的。

2.9 继气器出口到除泥装置、司钻控制开关到继气器的连接气管线采用 4 分橡胶内置钢丝管满足耐压、耐油、耐腐，长度结合主气源位置而定。

2.10 焊接部位采用大桥 H506、J422 焊条及铜焊条焊接，保证焊接质量的稳定性与强度。

2.11 活动部件保养简单方便采取润滑油滴注，使用后装置本体清洁用压缩空气把内侧泥浆吹扫干净即可。

3 钻柱除泥装置形状结构、部件参数

3.1 钻柱除泥装置形状结构

是由φ244.5 套管体作为主体构造，上端焊制提供压缩空气的无缝管，均分焊制 12个气嘴，由主气源、继气器、继气器控制管、气源分配器、两条 4 分气管线连接供气，底板均分半圆及操作手柄。（如附图 1 所示）

3.2 相关配件技术参数（见表1）

4.1 焊接部位均采用超声波探伤，无气泡及龟裂，焊接

4.2 气管线接头使用铆制工艺，连接形式均采用丝扣与快速插拨，配合短节使用无缝管满足耐压强度。

5 钻柱除泥装置的操作方法

在起钻作业前井口作业人员将除泥装置各气管线连接牢固放置井口待命（如附图 2所示），起钻作业时司钻将吊卡提离转盘面 30-35 厘米即可，井口作业人员拉动装置上的操作手柄以不同直径钻柱为中心点放置合拢装置（如附图 3 所示），司钻利用继气器控制手柄开位实现工作气供气，各气嘴通气对上行钻柱全面吹扫当钻柱下单根公接头出装置钻柱停止上行同时关闭装置供气控制手柄，井口作业人员将装置打开移出井口至不影响液压大钳工作范围即可。

6 结束语

泥岩的特性吸附性强在起钻作业钻柱表面吸附大量泥饼接头处尤为凸显，使用橡胶刮泥器后大量泥饼挂入井内极易造成环空堵塞井眼不畅通、下钻遇阻、开泵困难、电测测井遇阻遇卡，人工利用橡胶管清除井口作业人员安全风险大，不能满足 HSSE 施工作业要求，该装置已通过单井 10 口应用，自应用该装置以来降低了井下复杂率，规避了井口作业人员的安全距离风险满足了HSSE 施工作业要求，从而节省了成本投入取得了良好的经济安全效益，赢得了井口作业人员的好评，该装置通径范围广适合不同型号钻机、修井机推广使用，在使用过程中活动部件避免干摩擦润滑不到位，存放时注意铜管气嘴、橡胶管的保护等延长装置的使用寿命。

参考文献

【1】实用金属材料手册刘胜新主编

【2】钻井工程技术手册（第二版）赵金洲张桂林主编