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。泥漿防噴盒能將卸下的立柱內殘存的泥漿循環(huán)利用，保持鉆井平臺臺面的清潔，提高工人在轉盤附近工作的安全性，并且同時回收泥漿，節(jié)約成本，故泥漿防噴盒是海洋鉆井平臺鉆機自動化管具處理系統(tǒng)必配設備之一。

1 發(fā)展過程

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

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備，靠人工手動操作使用，結構如圖1所示。泥漿桶是由鋼管或鑄件焊接成型，質量重，上端有兩個吊耳，泥漿桶底部側面有專門的導流管，需與膠管連接來實現(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操作，工作效率低且風險性高;活動受導流管的限制，操作不靈便。

1．2 半自動化階段

半自動化的泥漿防噴盒對泥漿桶進行改進和優(yōu)化，考慮了更多的安全因素，結構如圖2所示。該結構泥漿桶的開合方式由手動開合變?yōu)闅鈩涌刂崎_合，實現(xiàn)半自動化，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操作工人遠離泥漿噴濺點，安全性更高。

圖1 人工操作的泥漿防噴盒

圖2 半自動化的泥漿防噴盒

1．3 自動化階段

海洋鉆井技術的不斷提高以及海洋鉆井平臺鉆井工藝的不斷成熟，促進了海洋鉆井平臺配套設備的機械化自動化程度越來越高。海洋鉆井平臺空間有限，鉆臺工人工作危險系數(shù)高。為了提高鉆臺工人的安全性、節(jié)省人工成本、提高鉆井效率，半自動化的泥漿防噴盒逐漸發(fā)展成了自動化的全液壓驅動泥漿防噴盒。它實現(xiàn)了遠程控制、無須人工操作、實現(xiàn)泥漿循環(huán)回收等功能。

2 現(xiàn)狀分析

目前，國內外的多家石油裝備制造商已設計生產出自動化的全液壓驅動泥漿防噴盒，并集成到管具處理系統(tǒng)中。國外公司有NOV國民油井公司、TSC公司、Cameron公司、挪威Aker Solutions公司等，國內公司有寶雞石油機械有限責任公司、四川宏華石油設備有限公司等。通過對這些公司產品的調研，自動化的泥漿防噴盒從伸縮方式上可以分為翻轉式泥漿防噴盒和伸縮式泥漿防噴盒兩大類。

2．1 翻轉式泥漿防噴盒

如圖3所示為翻轉式泥漿防噴盒的典型結構。該結構主要由底架總成、翻轉臂、支撐桿、翻轉液壓缸、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安裝，翻轉臂液壓缸兩端通過銷軸分別與底架總成和翻轉臂相連，翻轉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，筒體內壁上下均設有密封裝置，能夠回收鉆具內泥漿，并且將收集的泥漿通過集液管輸送回泥漿倉［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，翻轉液壓缸伸出推動翻轉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，翻轉液壓缸縮回拉動翻轉臂使泥漿筒體由豎直狀態(tài)變?yōu)樗剑酀{防噴盒完成一次作業(yè)。

主要結構特點:將翻轉臂、支撐桿和泥漿筒體設計成穩(wěn)定的三角形結構，整體剛性好，能夠保證泥漿筒體工作時精確的垂直度，同時配合翻轉液壓缸對翻轉臂的翻轉角度的精確控制，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剑酀{無殘留、泥漿回收性好;全液壓控制，動作安全、平穩(wěn)。非工作狀態(tài)時，占用鉆臺面積大;基座中心距泥漿筒體中心的距離是固定的，結構可變性小。

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泥漿回收接口，通過由壬與集液管連接，實現(xiàn)泥漿的回收。

圖3 翻轉式泥漿防噴盒

主要結構特點:適用鉆桿直徑范圍大;伸縮行程長且有可變性，可通過改變桿件的長度來滿足客戶的需要;可根據(jù)鉆臺現(xiàn)場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構方式上又分為平行四邊形伸縮式和仿生手臂伸縮式，兩者在結構上有一定的區(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構，結構原理為可變形的平行四邊形結構。

圖4 平行四邊形伸縮式泥漿防噴盒

該伸縮臂主要結構特點:框架結構，制造加工工藝簡單，生產成本低;操作簡單、安裝方便，整體剛性好;結構不復雜，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，占鉆臺面積大，不能很好的節(jié)約空間;泥漿筒體下端與鉆臺面的高度差不大，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構，結構原理為雙平行四邊形等腰梯形結構。

主要結構特點:仿生手臂是中空立方體結構，主要由等長、中空的連桿組成，重量低，更適合海洋鉆井平臺的作業(yè)環(huán)境;伸縮行程比可變形的平行四邊形機構的行程短，結構有可變性，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)約鉆臺空間;在安裝精度保證的情況下，扶正夾持鉆具時的對中性也可以保證［4］。伸縮臂的伸縮行程比可變形的平行四邊形機構的行程短;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 結語

通過對目前國內外自動化的全液壓驅動的泥漿防噴盒產品的對比分析，建議海洋鉆井平臺泥漿防噴盒的設計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)增加產品的可變性，以適應不同鉆臺的布局。

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

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

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

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

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