井下高效震擊解卡鉆具組合優化研究

龐松

摘要：針對目前油田井下高效震擊解卡鉆具組合中存在的問題，通過對井下高效震擊解卡鉆具組合進行優化研究，使用加速器及合理配置鉆鋌有效增加震擊效果，提高震擊解卡強度，同時還有很好的減震效果能夠保護鉆具。優化后的井下高效震擊解卡鉆具組合，能有效的解決現場作業施工時出現的各種點卡事故。

關鍵詞：井下高效震擊解卡；加速器；鉆鋌；鉆具組合

在油田生產開發過程中，受地層位移、套管腐蝕穿孔、地層出砂、水質礦物結晶結垢、井下工具磨損失效、各種增產措施不合理等多種因素影響，導致油水井在修井作業施工中卡鉆現象不斷發生，不僅耽誤油水井的正常生產，嚴重時將造成油水井迅速報廢，給油田造成重大的經濟損失，故能否科學有效妥善處理解卡事故及配置合理的解卡鉆具組合顯得尤為重要。

針對油田井下作業施工中的出現的各種類型卡鉆處理方式，如沖砂、鉆塞卡鉆的處理、套管變形卡鉆的處理、封隔器卡鉆的處理、起下作業管柱卡鉆的處理、井漏、井噴卡鉆的處理及小件落物卡鉆的處理等，目前油田所廣泛采用的是一種常見而有效的解卡技術——井下震擊解卡技術。

經調研發現，早期修井解卡過程中對井下震擊解卡鉆具組合缺乏足夠的認識，造成震擊解卡效果大打折扣。

目前常用的井下震擊鉆具組合為：反扣鉆桿 + 震擊器 + 安全接頭 + 打撈工具，或反扣鉆桿 + 鉆鋌+ 震擊器 + 安全接頭 + 打撈工具，其中鉆鋌的使用數量并沒有明確標準。通過調研發現，在施工現場所提供的鉆具組合里幾乎沒有使用過加速器和鉆鋌，造成震擊解卡效果大打折扣。因此，如何優化井下震擊解卡鉆具組合，是我們要解決的主要問題。

1 震擊解卡中加速器的作用

在震擊系統中，加速器所起的作用與鉆柱類似，主要起到彈簧的作用，故很多人在主觀上產生了既然井筒內有鉆桿了，所以沒有必要再使用加速器。下面，我們就從加速器的原理及特點等方面，通過實驗來加以闡明。

1.1 加速器的原理

我們所使用的加速器一般是由活塞以及氣缸等組成。由于活塞具有足夠的自由行程，所以加速器同樣具備有效的儲能，增加震擊效果。工作時封閉在氣缸內的氣體對活塞運動施加作用產生氣阻，類似強力彈性彈簧一樣，不需要較長的鉆柱，加速器也能令鉆鋌加速而產生強的震擊打擊。

所以在修井震擊解卡過程中，鉆具組合中的鉆柱和加速器起到了相應的“彈簧”作用，而震擊器震擊的效果則取決于“彈簧”作用的拉伸載荷。為了產生足夠的震擊作用，震擊器拉伸時產生的液阻使得鉆柱及加速器像彈簧一樣得到足夠的拉長，震擊器的這種阻力性質稱為制動。制動之后，液阻瞬間釋放，活塞在自由沖程內向上運動，使得撞針撞擊震擊墊產生震擊。在自由沖程內，儲存于鉆柱以及加速器內的彈性能得到釋放，釋放的彈性能使得鉆鋌得到加速，增加了鉆鋌的運動速度，從而能產生更巨大的震擊傳導到被卡鉆具上。

然而，下部鉆具釋放的彈性能往往會被井眼阻力、井斜以及減震作用等大大削弱，從而影響震擊效果。但是，當我們配上加速器一起使用時，由于加速器優秀的壓縮儲能以及加速效果，因而即使在淺井或者高摩阻條件下加速器也能很好的使鉆鋌得到加速從而提高震擊效果。

1.2 加速器的優點

與鉆桿相比，加速器有更好的儲能效果，加速器中所充入的液體或氣體的壓縮率遠大于鋼材，因此它有更好的儲能效果，能為震擊解卡提供更大的能量。

同時，鉆柱釋放的彈性能往往會被井眼阻力、井斜以及減震作用等大大削弱，從而影響震擊效果。而當加速器接在震擊器上使用時，由于井眼阻力、井斜等因素對其釋放的彈性能影響較小，因此釋放的彈性能能夠更有效的傳導到震擊器上產生更強的震擊打擊以達到解卡目的。

實驗表明，使用加速器，能極大地提高震擊效果。

實驗結果表明，當配合加速器使用時，比不用加速器能使震擊效果提高近1倍。因此，配合加速器使用能大大提高震擊效果。

此外，加速器還有很好的減震效果，有助于減弱高強度震擊波對鉆柱及地面設備的影響。

綜合得，當加速器與震擊器配合使用時，即使在淺井或高摩阻井內，也能大大增加解卡效果。

2 震擊解卡中鉆鋌的作用及選擇

2.1 鉆鋌的作用效果

在震擊解卡修井過程中，是否使用鉆鋌及如何配重選擇是影響震擊效果的關鍵因素之一。通過現場實驗結果得知，使用適量的鉆鋌能大大提高震擊器的震擊效果。在不使用鉆鋌和使用鉆鋌對比實驗中，后者的震擊力和震擊沖量都有明顯的提高。

實驗結果還表明：在震擊鉆具組合體系中，鉆鋌配重過大或不足，對震擊效果直接產生重要影響。鉆鋌配重過大，震擊鉆具組合體系的震擊效率將會降低；鉆鋌配重不足，將會導致震擊鉆具組合體系和打撈工具所承受的震擊載荷超限，造成工具損壞。

2.2 鉆鋌配重選擇

研究表明：鉆鋌的最優配重（G）為有效拉伸載荷（F）的20%。

即：G = F × 20%

有效拉伸載荷（F）= 地面拉力 - 管柱重量 - 井眼阻力

帶入公式，可得：

鉆鋌最優配重（G）=（地面拉力 - 管柱重量 - 井眼阻力）× 20%

在現場施工過程中，為了提高震擊強度，增加震擊解卡的成功率，鉆鋌配重可以直接選擇為震擊器最大提拉載荷（F）的20%。

3 震擊解卡鉆具組合的優化

通過以上的分析和研究，我們可以得到以下兩個結論：

（1）在震擊解卡鉆具組合體系中配置儲能效果很好的加速器，不僅能大大提高震擊解卡的效果，同時還有一定的減震效果。

（2）在震擊解卡鉆具組合體系中配置恰當數量的鉆鋌，震擊解卡的成功率將會明顯提高。

由此，我們得出優化的高效震擊解卡鉆具組合體系：

反扣鉆桿+加速器+最優配重鉆鋌+震擊器+安全接頭+打撈工具

其中，鉆鋌最優配重（G）為震擊器最大提拉載荷（F）的20%。

4 現場應用

根據優化的高效震擊解卡鉆具組合體系，對中原油田文衛采油廠衛77-9井實施震擊解卡，并取得圓滿成功。該井是文衛采油廠的一口重點井，由于井內出砂，造成壓裂管柱被砂卡，地質要求打撈出井內被卡管柱。在套銑打撈壓裂砂卡管柱過程中，套銑筒被卡，采用機械內割刀切割被卡套銑筒時，割刀被卡在井內。經查該井井斜較大（最大井斜45°），井下技術狀況十分復雜，無形中增加了修井的難度。目前井下被卡落物有安全接頭、反扣鉆桿、機械內割刀、套銑筒、油管、反循環閥、水力錨、噴砂器及封隔器等。最終我們決定針對衛77-9井的實際情況采用優化的加速器+6根鉆鋌+高效震擊器高效震擊解卡鉆具組合體系進行震擊解卡，獲得了20倍于鉆鋌重量的震擊力，大大提高了震擊效率。本次震擊解卡打撈，歷時8d，震擊噸位為64～70t，震擊約360余次，配合套銑打撈，順利撈出全部井下落物。

5 結論及建議

（1）在震擊解卡鉆具組合體系中配置儲能效果很好的加速器，不僅能大大提高震擊解卡的效果，同時還有一定的減震效果。

（2）在震擊解卡鉆具組合體系中配置恰當數量的鉆鋌，震擊解卡的成功率將會明顯提高。

（3）得出優化的高效震擊解卡鉆具組合體系：

反扣鉆桿+加速器+最優配重鉆鋌+震擊器+安全接頭+打撈工具

其中，鉆鋌最優配重（G）為震擊器最大提拉載荷（F）的20%。

（4）在震擊鉆具組合體系中，鉆鋌配重過大或不足，對震擊效果直接產生重要影響。鉆鋌配重過大，震擊鉆具組合體系的震擊效率將會降低；鉆鋌配重不足，將會導致震擊鉆具組合體系和打撈工具所承受的震擊載荷超限，造成工具損壞。

（5）針對井下被卡管柱確定卡鉆事故的性質是否需要震擊解卡后，按照上述推薦的鉆具組合連接并下入鉆具。當確定撈獲落魚后，從較低噸位開始震擊，逐漸加大，直到解卡。注意不允許超過震擊器的最大震擊提拉載荷。

（6）震擊解卡多適用于點卡事故的處理，高效震擊解卡鉆具應盡可能的靠近卡點，以防止落魚管柱減震，削弱震擊效果。

（7）配合高效震擊解卡鉆具組合的打撈工具，應注意其震擊承載能力必須滿足震擊解卡的需要，以防止在震擊過程中震壞工具釀成新的事故。

參考文獻

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（作者單位：中原油田分公司石油工程技術研究院）