樊雪燕，趙世剛，豆 喬

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司，山東青島 266520)

0 引言

在石油鉆井作業(yè)過程中，泥漿防噴盒主要用于在起下鉆拆卸鉆具的過程中，防止泥漿噴濺、污染鉆臺(tái)。泥漿防噴盒能將卸下的立柱內(nèi)殘存的泥漿循環(huán)利用，保持鉆井平臺(tái)臺(tái)面的清潔，提高工人在轉(zhuǎn)盤附近工作的安全性，并且同時(shí)回收泥漿，節(jié)約成本，故泥漿防噴盒是海洋鉆井平臺(tái)鉆機(jī)自動(dòng)化管具處理系統(tǒng)必配設(shè)備之一。

1 發(fā)展過程

隨著鉆井工藝和技術(shù)的不斷提高，泥漿防噴盒的發(fā)展也經(jīng)過了人工操作、半自動(dòng)化、自動(dòng)化三個(gè)階段。

1．1 人工操作階段

早期的泥漿防噴盒被叫做泥漿桶，是石油鉆采常用的一種設(shè)備，靠人工手動(dòng)操作使用，結(jié)構(gòu)如圖1所示。泥漿桶是由鋼管或鑄件焊接成型，質(zhì)量重，上端有兩個(gè)吊耳，泥漿桶底部側(cè)面有專門的導(dǎo)流管，需與膠管連接來實(shí)現(xiàn)鉆井泥漿的回收［1］。在起鉆過程中，鉆桿卸扣后泥漿桶用鋼絲繩吊起，人扶著靠近井口并手動(dòng)打開泥漿桶，抱緊鉆柱，回收泥漿。存在的問題:工人在井口附近手動(dòng)操作，工作效率低且風(fēng)險(xiǎn)性高;活動(dòng)受導(dǎo)流管的限制，操作不靈便。

1．2 半自動(dòng)化階段

半自動(dòng)化的泥漿防噴盒對(duì)泥漿桶進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，考慮了更多的安全因素，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)泥漿桶的開合方式由手動(dòng)開合變?yōu)闅鈩?dòng)控制開合，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，提高了工作效率;在泥漿桶的外部增加了框架，即能防止泥漿桶的工作部分受到外部碰撞損壞也能保護(hù)操作工人遠(yuǎn)離泥漿噴濺點(diǎn)，安全性更高。

圖1 人工操作的泥漿防噴盒

圖2 半自動(dòng)化的泥漿防噴盒

1．3 自動(dòng)化階段

海洋鉆井技術(shù)的不斷提高以及海洋鉆井平臺(tái)鉆井工藝的不斷成熟，促進(jìn)了海洋鉆井平臺(tái)配套設(shè)備的機(jī)械化自動(dòng)化程度越來越高。海洋鉆井平臺(tái)空間有限，鉆臺(tái)工人工作危險(xiǎn)系數(shù)高。為了提高鉆臺(tái)工人的安全性、節(jié)省人工成本、提高鉆井效率，半自動(dòng)化的泥漿防噴盒逐漸發(fā)展成了自動(dòng)化的全液壓驅(qū)動(dòng)泥漿防噴盒。它實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、無須人工操作、實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)回收等功能。

2 現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)外的多家石油裝備制造商已設(shè)計(jì)生產(chǎn)出自動(dòng)化的全液壓驅(qū)動(dòng)泥漿防噴盒，并集成到管具處理系統(tǒng)中。國(guó)外公司有NOV國(guó)民油井公司、TSC公司、Cameron公司、挪威Aker Solutions公司等，國(guó)內(nèi)公司有寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司、四川宏華石油設(shè)備有限公司等。通過對(duì)這些公司產(chǎn)品的調(diào)研，自動(dòng)化的泥漿防噴盒從伸縮方式上可以分為翻轉(zhuǎn)式泥漿防噴盒和伸縮式泥漿防噴盒兩大類。

2．1 翻轉(zhuǎn)式泥漿防噴盒

如圖3所示為翻轉(zhuǎn)式泥漿防噴盒的典型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由底架總成、翻轉(zhuǎn)臂、支撐桿、翻轉(zhuǎn)液壓缸、開合液壓缸、泥漿筒體、泥漿集液管等組成。泥漿防噴盒底架嵌入鉆臺(tái)安裝，翻轉(zhuǎn)臂液壓缸兩端通過銷軸分別與底架總成和翻轉(zhuǎn)臂相連，翻轉(zhuǎn)臂兩端分別連接底架總成和泥漿筒體，開合液壓缸的伸縮控制泥漿筒體的閉合與打開，筒體內(nèi)壁上下均設(shè)有密封裝置，能夠回收鉆具內(nèi)泥漿，并且將收集的泥漿通過集液管輸送回泥漿倉(cāng)［2］。

工藝流程:在鉆井起鉆過程中，鐵鉆工卸扣后，上部鉆桿不提起，泥漿筒體打開，翻轉(zhuǎn)液壓缸伸出推動(dòng)翻轉(zhuǎn)臂使泥漿筒體由水平狀態(tài)變?yōu)樨Q直，泥漿盒筒體閉合并抱緊鉆桿，上部鉆桿緩慢提起，泥漿通過集液管回收到泥漿池中，泥漿筒體打開，翻轉(zhuǎn)液壓缸縮回拉動(dòng)翻轉(zhuǎn)臂使泥漿筒體由豎直狀態(tài)變?yōu)樗?，泥漿防噴盒完成一次作業(yè)。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn):將翻轉(zhuǎn)臂、支撐桿和泥漿筒體設(shè)計(jì)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，整體剛性好，能夠保證泥漿筒體工作時(shí)精確的垂直度，同時(shí)配合翻轉(zhuǎn)液壓缸對(duì)翻轉(zhuǎn)臂的翻轉(zhuǎn)角度的精確控制，顯著提高了泥漿筒體與井口之間位置的精準(zhǔn)度，保證了泥漿筒體的工作穩(wěn)定性;適用鉆桿直徑范圍大;泥漿筒體從豎直狀態(tài)變?yōu)樗?，泥漿無殘留、泥漿回收性好;全液壓控制，動(dòng)作安全、平穩(wěn)。非工作狀態(tài)時(shí)，占用鉆臺(tái)面積大;基座中心距泥漿筒體中心的距離是固定的，結(jié)構(gòu)可變性小。

2．2 伸縮式泥漿防噴盒

伸縮式泥漿防噴盒主要由基座總成、伸縮臂、支液壓缸、開合液壓缸、泥漿筒體、泥漿集液管等組成?；偝砂惭b在鉆臺(tái)面上，支伸液壓缸兩端通過銷軸分別與基座總成和伸縮臂相連，伸縮臂兩端分別連接基座總成和泥漿筒體，泥漿筒體的閉合與打開也是通過開合液壓缸的伸縮控制的。泥漿筒體底部留有至少一個(gè)泥漿回收接口，通過由壬與集液管連接，實(shí)現(xiàn)泥漿的回收。

圖3 翻轉(zhuǎn)式泥漿防噴盒

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn):適用鉆桿直徑范圍大;伸縮行程長(zhǎng)且有可變性，可通過改變桿件的長(zhǎng)度來滿足客戶的需要;可根據(jù)鉆臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)布局來選擇泥漿筒體底部的泥漿回收接口位置、方向或接口數(shù)量。

工藝流程:在鉆井起鉆過程中，鐵鉆工卸扣后，上部鉆桿不提起，泥漿筒體打開，支伸液壓缸伸出推動(dòng)伸縮臂伸出，泥漿筒體閉合并抱緊鉆桿，上部鉆桿提起泥漿通過集液管回收到泥漿池中，泥漿筒體打開，支伸液壓缸縮回帶動(dòng)伸縮臂縮回到原始位置，泥漿筒體閉合，泥漿防噴盒完成一次作業(yè)。

伸縮式泥漿防噴盒從伸縮臂結(jié)構(gòu)方式上又分為平行四邊形伸縮式和仿生手臂伸縮式，兩者在結(jié)構(gòu)上有一定的區(qū)別。

2．2．1 平行四邊形伸縮式泥漿防噴盒

如圖4所示為平行四邊形伸縮式泥漿防噴盒的典型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)原理為可變形的平行四邊形結(jié)構(gòu)。

圖4 平行四邊形伸縮式泥漿防噴盒

該伸縮臂主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn):框架結(jié)構(gòu)，制造加工工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低;操作簡(jiǎn)單、安裝方便，整體剛性好;結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，有可變性，能保證泥漿筒的垂直度，保證泥漿筒的工作穩(wěn)定性［3］。完全縮回狀態(tài)的尺寸不小，占鉆臺(tái)面積大，不能很好的節(jié)約空間;泥漿筒體下端與鉆臺(tái)面的高度差不大，存在泥漿殘留、泥漿回收不干凈的問題。

2．2．2 仿生手臂伸縮式泥漿防噴盒

如圖5所示為仿生手臂伸縮式泥漿防噴盒的典型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)原理為雙平行四邊形等腰梯形結(jié)構(gòu)。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn):仿生手臂是中空立方體結(jié)構(gòu)，主要由等長(zhǎng)、中空的連桿組成，重量低，更適合海洋鉆井平臺(tái)的作業(yè)環(huán)境;伸縮行程比可變形的平行四邊形機(jī)構(gòu)的行程短，結(jié)構(gòu)有可變性，可通過改變連桿、液缸的位置滿足客戶的需要;布局緊湊，縮回后占地面積小，節(jié)約鉆臺(tái)空間;在安裝精度保證的情況下，扶正夾持鉆具時(shí)的對(duì)中性也可以保證［4］。伸縮臂的伸縮行程比可變形的平行四邊形機(jī)構(gòu)的行程短;也存在泥漿殘留、泥漿回收不干凈的問題。

圖5 仿生手臂伸縮式泥漿防噴盒

3 結(jié)語

通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化的全液壓驅(qū)動(dòng)的泥漿防噴盒產(chǎn)品的對(duì)比分析，建議海洋鉆井平臺(tái)泥漿防噴盒的設(shè)計(jì)制造要注重以幾方面:

(1)即保證伸縮臂的伸縮行程又徹底解決泥漿殘留、泥漿回收不干凈的問題。

(2)增加產(chǎn)品的可變性，以適應(yīng)不同鉆臺(tái)的布局。

(3)為了最大化的節(jié)省海洋鉆井平臺(tái)的空間、減少設(shè)備的數(shù)量以及重量，可將泥漿防噴盒集成到鐵鉆工上。

［1］ 中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司．便捷式鉆井泥漿防噴盒:中國(guó)，CN2013202669271．8［P］．2013．

［2］ 中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司，渤海裝備遼河重工有限公司．一種自動(dòng)海洋鉆井泥漿收集裝置:中國(guó)，CN201420434454．5［P］．2014．

［3］ 寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司．一種筒式井口泥漿收集裝置:中國(guó)，CN201320713716．7［P］．2014．

［4］ 四川宏華石油設(shè)備有限公司．一種鉆修井泥漿回收裝置:中國(guó)，CN201320439915．3［P］．2013．