砸導管裝置的研制與應用

髙志和，白承斌，閆金杰，張 燕，李學勝，王金廣，楊連春，徐永生

砸導管裝置的研制與應用

髙志和，白承斌，閆金杰，張 燕，李學勝，王金廣，楊連春，徐永生

（渤海鉆探第三鉆井工程分公司，天津300280）①

針對鉆井導管施工出現的作業時間長、工作強度大、費用高等問題，研制了砸導管裝置。該裝置能夠將?339.7mm的導管砸入地層10～12m，可有效提高鉆井導管施工質量，減少固井費用，減少鉆井周期，降低成本，提高經濟效益。

鉆井；導管；錘砧；研制

隨著灘海及沙漠地區油氣勘探開發的不斷深入，在鉆井工程設計中需要下鉆井導管井的數量不斷增加。在以前的鉆井導管施工中，采用鉆頭鉆進至與導管相符的深度，下入導管并固井候凝好后，再進行下部井段施工，影響了鉆井速度，增加了鉆井時間，影響了單井鉆井周期及整體經濟技術指標。目前，國內還未見專門應用于石油鉆井行業的導管施工設備，而應用于建筑行業的打樁機設備價格昂貴、體積龐大，施工成本高，不適于鉆井導管的施工作業［1］。砸導管裝置依靠自身產生的沖擊力將導管砸入指定的位置，保證導管的施工精度，實現鉆井導管的快速施工，取代過去用水泥車固井的作業，將導管作業時間及成本大幅下降。需要的高度（錘頭與錘砧之間的距離，也即沖擊高度）時，操作液壓控制箱使油缸的A口進油，在油壓的作用下，油缸攜同卡瓦向中心移動，直至卡緊鉆鋌。

1 結構及工作原理

1.1 結構組成

砸導管裝置主要由錘砧、錘頭、卡瓦、油缸、導向管等組成，如圖1所示。

1） 利用氣動絞車（或游車）、吊索將錘砧吊起，經導向管的引導逐漸下放錘砧，使錘砧的下平面坐在導管接箍上。

2） 通過螺紋將錘頭與鉆鋌連接好，吊索掛在錘頭的吊環上，用氣動絞車（或游車）將錘頭和鉆鋌一并提起，當提升到鉆鋌的下端超過錘砧的上平面時，對中緩緩放下，使鉆鋌進入錘砧內孔，當下放到

圖1 砸導管裝置結構

3） 放松吊索，使吊索松弛下垂，其松弛長度應超過錘頭與錘砧之間的距離，此時錘頭與鉆鋌處在下落前的待夯砸狀態。

4） 操作液壓控制箱使油缸的B口進油，在油壓作用下，油缸及卡瓦迅速回縮，鉆鋌失去卡緊力，在重力作用下以自由落體的加速度下落錘擊錘砧，錘砧承受錘頭和鉆鋌的重力及其下落的沖擊力，傳遞到導管接箍上，導管便被向下砸入地表層一定深度，往復多次，導管便被砸到了設計的深度，完成了下導管的工序。

1.3 主要技術參數

錘砧外徑?500mm

錘砧孔徑?210mm

錘頭最大行程9 000mm

采用改良 Mac Nab進行臨床效果評價,采用酶聯免疫吸附測定(ELISA)法測定TNF-α、IL-1β水平。

適用導管管徑?339.7mm

液壓工作壓力16MPa

2 關鍵技術

錘砧是砸導管裝置的主要部件，如圖2，其中的雙作用油缸和卡緊裝置是獨特設計的。

圖2 錘砧外形

2.1 雙作用油缸

打開換向閥，供油液路通過液壓泵不斷向油缸供液加壓，柱塞移動使卡瓦抱緊鉆鋌；卸壓時，關閉換向閥，打開回油液路，油缸油液逐漸返回油箱，柱塞移動使卡瓦放松，錘頭和鉆鋌自由下落。油缸內分為前后2個有桿油腔，活塞靠液壓油注入油腔產生的推力在2個油腔之間做直線往返運動。

油缸的活塞及活塞桿在液壓力的驅動下具有很大的動量。當桿頭進入油缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產生很大的沖擊，因此需要緩沖結構。設計的油缸緩沖結構如圖3所示，油缸B口進油，A口回油，活塞往左，當活塞快到油缸底部時，回油受到活塞部分對油道的節流，從而降低活塞運動的速度，對油缸起緩沖作用。

圖3 具有緩沖作用的雙作用油缸結構

2.2 卡瓦［2－3］

有2對開式大方瓦座，大方瓦座內壁呈底部小、上部大的階梯形錐面，對稱合圍成圓開口的2個卡瓦塊布置在大方瓦座內，卡瓦塊的上端通過連桿連接在懸掛盤上，大方瓦座內設置有雙作用油缸。雙作用油缸的活塞桿上端與懸掛盤相連接，懸掛盤上設有與大方瓦座軸向相平行的導向桿，大方瓦座內設有與導向桿相配合的孔，大方瓦座上的呈錐面的口部設有一凹槽，卡瓦塊外側上部設有與凹槽相配合的凸塊，用于卡住和松開鉆鋌。卡瓦受力均勻，管柱不易變形。

卡瓦采用優質合金鋼制造，并經熱處理，表面硬度高，心部硬度適宜，具有耐磨、抗蝕、使用壽命長的優點。

3 特點

1） 操作簡單方便。

2） 雙作用油缸設計了緩沖結構，降低了活塞桿運動的沖擊，對油缸起緩沖作用

3） 卡瓦瓦體作用力相同，管柱受力均勻，不易變形。

4） 裝置對中性好，可保證導管居中。

5） 利用為石油鉆機設計配套的液壓站作為動力源，安裝簡單、可靠。

4 現場應用

2011-11在C14564鉆井隊承鉆的西48-20井安裝試驗。該地層為第四系平原組，主要巖性是粘土和散砂為主。導管設計深度20m，套管尺寸?339.7 mm。為了保證導管、井口、轉盤面三點一線，對地層用鉆頭鉆進6～8m，防止在砸導管過程中造成導管偏離井口中心線。

鉆進8m后，將第1根導管下入井底，把第1根導與第2根導管相連，砸導管裝置安裝到位，啟動液壓站，搬動控制箱手動換向閥控制手柄，排凈油管線和閥件里面的空氣，測試錘砧油缸活塞桿是否伸縮正常，正常后將錘砧及導向管放入導管內。將錘頭與鉆鋌相連并緊固，吊索掛在錘頭的吊環上，游車上提，把鉆鋌放進錘砧內，進行砸導管作業（如圖4），如此往復。

隨著?339.7mm導管下入地層深度的加深，錘頭離錘砧的距離也逐步提高（加大沖擊力），經過20 min，使導管到達設計位置。

圖4 砸導管作業

5 結語

現場應用證明：砸導管裝置能砸入?399.7mm導管10～12m，砸夯平穩，對中性好，每口井施工周期縮短約0.5d；同時減少了固井作業，每口井施工節約成本約￥3萬元。多部鉆機可通用，因此，該裝置具有良好的推廣前景。

［1］ 盧世深，林亞超.樁基礎的計算和分析［M］.北京：人民交通出版社，1987.

［2］ 高 勝，劉躍寶，常玉連，等.卡瓦承載部件相關參數分析［J］.石油礦場機械，2010，39（3）：28-32.

［3］ 陳若銘，陳森強，王新東，等.套管頭卡瓦力學分析［J］.石油礦場機械，2011，40（5）：10-13.

TE929

B

1001-3482（2012）05-0084-03

2011-06

中國石油集團渤海鉆探工程有限公司科研項目

髙志和（1971-），男，吉林公主嶺人，高級工程師，碩士，主要從事設備管理工作。