整體機(jī)械式隨鉆震擊器研制及應(yīng)用

豐士俊

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

整體機(jī)械式隨鉆震擊器研制及應(yīng)用

豐士俊

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

基于機(jī)械摩擦原理,以卡瓦與卡瓦心軸組成的鎖緊機(jī)構(gòu)為核心,集上擊、復(fù)位、下?lián)艄δ苡谝惑w,研制了整體機(jī)械式隨鉆震擊器?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,該震擊器與鉆具組合連接,可解除鉆進(jìn)和起下鉆遇到的各類阻卡。

機(jī)械式;隨鉆震擊器;研制;應(yīng)用

在鉆井作業(yè)中,由于地層疏松,井壁坍塌;膏巖、泥頁巖水化膨脹,井眼縮徑;全角變化率大,磨出鍵槽;大顆粒巖屑不能及時排出,形成沉砂;接單根時間過長,鉆具粘吸;由于鉆具刺穿、泥漿循環(huán)短路、鉆頭泥包等,鉆具會遇阻卡鉆[1]。常用的解卡方法是活動鉆具、浸泡解卡劑、應(yīng)用震擊器、倒扣套銑等[2]。輕微卡鉆,活動鉆具可解卡;浸泡解卡劑僅適用于粘吸、坍塌、砂橋、泥包及干鉆卡鉆;采用倒扣套銑解卡需要反扣鉆桿、倒扣接頭、套銑筒等,反復(fù)起下鉆,處理程序復(fù)雜;震擊器適用的阻卡類型多,操作簡單。由于鉆進(jìn)和起下鉆都可能發(fā)生阻卡,下鉆遇阻或鉆頭在井底卡鉆應(yīng)上擊,起鉆遇阻則下?lián)?而無論是地面震擊器還是打撈震擊器均為單向震擊[3],因此不能滿足各類解卡要求[4]。液壓式、機(jī)液式雙向隨鉆震擊器的密封材料受介質(zhì)腐蝕、井底高溫的影響,技術(shù)性能不穩(wěn)定,使用壽命低[5]。研制的整體機(jī)械式隨鉆震擊器由卡瓦和卡瓦心軸[6]組成鎖緊機(jī)構(gòu),由彈性套在壓力下的變形量控制鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖,打擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生打擊,對介質(zhì)、井溫適應(yīng)性增強(qiáng),技術(shù)可靠性提高。

1 結(jié)構(gòu)及原理

1.1 結(jié)構(gòu)

整體機(jī)械式隨鉆震擊器結(jié)構(gòu)如圖1。

1.2 原理

鉆井作業(yè)時,卡瓦內(nèi)側(cè)溝槽嵌入卡瓦心軸外側(cè)溝槽內(nèi),此時鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊處于復(fù)位狀態(tài),如圖2a。鉆具阻卡震擊作業(yè)時,上提(或下壓)鉆具,彈性套達(dá)到一定壓縮量,卡瓦撓性變形,卡瓦與卡瓦套產(chǎn)生相對位移,卡瓦外側(cè)溝槽與卡瓦套內(nèi)側(cè)溝槽錯開,如圖2b,此過程鉆具被拉伸或壓縮儲存彈性應(yīng)變能。拉力或壓力達(dá)到標(biāo)定釋放力時,鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖,卡瓦張開,卡瓦外側(cè)溝槽進(jìn)入卡瓦套內(nèi)側(cè)溝槽內(nèi),卡瓦心軸從卡瓦中脫出,如圖2c,此時鉆具儲存的彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽苎杆籴尫?被拉伸或壓縮的鉆具收縮或伸長,花鍵筒體上端面打擊背母下端面或下筒體內(nèi)臺肩打擊連接螺母上端面,產(chǎn)生上或下?lián)袅?并通過花鍵心軸和下部鉆具,以應(yīng)力波的形式傳遞到卡點(diǎn)使鉆具解卡。

圖1 整體機(jī)械式隨鉆震擊器結(jié)構(gòu)

圖2 整體機(jī)械式隨鉆震擊器工作原理

2 技術(shù)特點(diǎn)

a) 固定于中筒體內(nèi)臺肩的卡瓦套內(nèi)側(cè)溝槽與卡瓦外側(cè)溝槽嵌合,卡瓦內(nèi)側(cè)溝槽與卡瓦心軸外側(cè)溝槽嵌合,在不進(jìn)行震擊操作時,鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊處于復(fù)位狀態(tài)。

b) 花鍵筒體上端面與背母下端面、下筒體內(nèi)臺肩與連接螺母上端面分別組成上、下?lián)舸驒C(jī)構(gòu)。

c) 卡瓦是具有等分脹縮槽的彈性體,彈性套被壓縮產(chǎn)生一定變形量后,推動卡瓦撓性變形至標(biāo)定釋放力時,鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖,打擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生擊打。

d) 花鍵筒體與花鍵心軸嚙合,在上擊、復(fù)位、下?lián)魻顟B(tài)均能傳遞扭矩。

e) 支撐環(huán)起支撐、扶正作用,減輕花鍵筒體與花鍵心軸相對運(yùn)動產(chǎn)生的磨損;花鍵筒體內(nèi)的組合防塵圈與花鍵心軸、活塞外圍的O型密封圈與上筒體組成滑動密封副;全密封油浴潤滑設(shè)計,減小鎖緊機(jī)構(gòu)的磨損。

f) 花鍵心軸內(nèi)螺紋與下部鉆具連接為固定部分;上接頭內(nèi)螺紋與上部鉆具連接為活動部分。鉆具儲能、釋放、加速、打擊是通過上提或下壓上部鉆具實(shí)現(xiàn)的。

g) 旋出上(或下)調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)節(jié)上(或下)調(diào)節(jié)螺母,使之產(chǎn)生軸向位移,實(shí)現(xiàn)釋放力在地面可調(diào)。上調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)下?lián)翎尫帕?下調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)上擊釋放力。

3 技術(shù)參數(shù)

4 現(xiàn)場應(yīng)用

勝利油田樁205-X12井是一口海油陸采定向井,設(shè)計井深3 650 m,最大水平位移700 m,最大井斜46°,井斜角較大,鉆具靠近甚至緊貼井眼底邊,接單根時間過長會粘卡,同時巖屑沉積于井眼底邊,泥漿攜巖困難,易沉砂遇阻,施工中下鉆遇阻1次,鉆進(jìn)卡鉆2次,起鉆遇阻1次。在1 500 m造斜點(diǎn)至完鉆井深處連接該震擊器與鉆具組合[6],成功解除了阻卡。

5 結(jié)論

1) 整體機(jī)械式隨鉆震擊器設(shè)計原理正確,技術(shù)性能可靠,可用于直井、定向井、大位移水平井、欠平衡空氣鉆井等。

2) 該震擊器與鉆具組合連接,可解除鉆進(jìn)和起下鉆遇到的阻卡。

[1] 劉希圣,陳庭根,管志川.鉆井工程理論與技術(shù)[M].東營:石油大學(xué)出版社,2000.

[2] 蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006.

[3] 王化文,徐道剛.石油鉆采設(shè)備工具配件[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[4] 趙金洲,張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊[K].北京:中國石化出版社,2005.

[5] SY/T5496—2000,震擊器及加速器[S].

[6] 潘志勇,劉永剛,王新虎,等.2起震擊器花鍵心軸斷裂原因分析及改進(jìn)措施[J].石油礦場機(jī)械,2009,38 (7):67-70.

[7] 賀志剛,陳 平.隨鉆震擊器安放位置優(yōu)化設(shè)計[J].石油礦場機(jī)械,2001,30(5):22-25.

1001-3482(2010)01-0089-02

TE921.9

B

2009-08-19

豐士俊(1963-),男,山東臨清人,工程師,從事鉆井設(shè)備和工具的研發(fā)與管理工作。