整體機械式隨鉆震擊器研制及應用

豐士俊

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

整體機械式隨鉆震擊器研制及應用

豐士俊

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

基于機械摩擦原理,以卡瓦與卡瓦心軸組成的鎖緊機構為核心,集上擊、復位、下擊功能于一體,研制了整體機械式隨鉆震擊器。現場應用表明,該震擊器與鉆具組合連接,可解除鉆進和起下鉆遇到的各類阻卡。

機械式;隨鉆震擊器;研制;應用

在鉆井作業中,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,反復起下鉆,處理程序復雜;震擊器適用的阻卡類型多,操作簡單。由于鉆進和起下鉆都可能發生阻卡,下鉆遇阻或鉆頭在井底卡鉆應上擊,起鉆遇阻則下擊,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、機液式雙向隨鉆震擊器的密封材料受介質腐蝕、井底高溫的影響,技術性能不穩定,使用壽命低[5]。研制的整體機械式隨鉆震擊器由卡瓦和卡瓦心軸[6]組成鎖緊機構,由彈性套在壓力下的變形量控制鎖緊機構解鎖,打擊機構產生打擊,對介質、井溫適應性增強,技術可靠性提高。

1 結構及原理

1.1 結構

整體機械式隨鉆震擊器結構如圖1。

1.2 原理

鉆井作業時,卡瓦內側溝槽嵌入卡瓦心軸外側溝槽內,此時鎖緊機構鎖緊處于復位狀態,如圖2a。鉆具阻卡震擊作業時,上提(或下壓)鉆具,彈性套達到一定壓縮量,卡瓦撓性變形,卡瓦與卡瓦套產生相對位移,卡瓦外側溝槽與卡瓦套內側溝槽錯開,如圖2b,此過程鉆具被拉伸或壓縮儲存彈性應變能。拉力或壓力達到標定釋放力時,鎖緊機構解鎖,卡瓦張開,卡瓦外側溝槽進入卡瓦套內側溝槽內,卡瓦心軸從卡瓦中脫出,如圖2c,此時鉆具儲存的彈性應變能轉變為動能迅速釋放,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臺肩打擊連接螺母上端面,產生上或下擊力,并通過花鍵心軸和下部鉆具,以應力波的形式傳遞到卡點使鉆具解卡。

圖1 整體機械式隨鉆震擊器結構

圖2 整體機械式隨鉆震擊器工作原理

2 技術特點

a) 固定于中筒體內臺肩的卡瓦套內側溝槽與卡瓦外側溝槽嵌合,卡瓦內側溝槽與卡瓦心軸外側溝槽嵌合,在不進行震擊操作時,鎖緊機構鎖緊處于復位狀態。

b) 花鍵筒體上端面與背母下端面、下筒體內臺肩與連接螺母上端面分別組成上、下擊打機構。

c) 卡瓦是具有等分脹縮槽的彈性體,彈性套被壓縮產生一定變形量后,推動卡瓦撓性變形至標定釋放力時,鎖緊機構解鎖,打擊機構產生擊打。

d) 花鍵筒體與花鍵心軸嚙合,在上擊、復位、下擊狀態均能傳遞扭矩。

e) 支撐環起支撐、扶正作用,減輕花鍵筒體與花鍵心軸相對運動產生的磨損;花鍵筒體內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;全密封油浴潤滑設計,減小鎖緊機構的磨損。

f) 花鍵心軸內螺紋與下部鉆具連接為固定部分;上接頭內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現的。

g) 旋出上(或下)調節螺釘,調節上(或下)調節螺母,使之產生軸向位移,實現釋放力在地面可調。上調節螺母調節下擊釋放力,下調節螺母調節上擊釋放力。

3 技術參數

4 現場應用

勝利油田樁205-X12井是一口海油陸采定向井,設計井深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,鉆進卡鉆2次,起鉆遇阻1次。在1 500 m造斜點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 結論

1) 整體機械式隨鉆震擊器設計原理正確,技術性能可靠,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[M].東營:石油大學出版社,2000.

[2] 蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].北京:石油工業出版社,2006.

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

[4] 趙金洲,張桂林.鉆井工程技術手冊[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措施[J].石油礦場機械,2009,38 (7):67-70.

[7] 賀志剛,陳 平.隨鉆震擊器安放位置優化設計[J].石油礦場機械,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,從事鉆井設備和工具的研發與管理工作。