一種適用于小井眼的液力沖擊加壓器的設計研究

賀貫賓

摘要：隨著頁巖氣的勘探開發，多分支水平井也成為了主流，連續油管小井眼鉆井應用的范圍也愈發的廣泛，礙于鉆井技術與條件的限制，水平段鉆進時會遇到許多問題;例如巖屑床的存在，巖屑反排困難;水平段鉆壓施加難度大，易出現拖壓現象;水平段進尺慢，鉆進效率低等等。設計了一款用于小井眼鉆井的沖擊器。提出采用液力沖擊加壓器提高鉆進效率與延伸極限的辦法，論述了所設計沖擊器的工作原理、應用條件，總結了該工具的適用性與優缺點。對沖擊器提高鉆進效率、增加延伸能力做了理論分析。

關鍵詞：鉆井;壓力;研究

一、液力沖擊加壓器的結構及原理

設計該工具的主要目的是為水平段鉆頭提供一個間歇性的沖擊壓力，增加井下工具振動，提高水平段的鉆進能力。如下圖1所示，工具工作原理為：鉆井液通過上接頭主流道流入進口閥腔室，由于進口滑塊的流動通徑變小，鉆井液會在此處短暫憋壓，當鉆井液壓力達到下部連桿打開壓力時，推開球閥并將連桿與梭桿一同向下推動。此時，高壓鉆井液迅速流入連桿所在的環形空間并通過連桿懸掛座上的孔道及連桿與懸掛座之間的環形空間流入梭桿所在腔室。梭桿嵌套在梭桿軸襯中，梭桿本體陷有凹槽，鉆井液通過凹槽時，由于流動空間的減小，會產生一個節流壓差作用于梭桿上部，推動梭桿繼續加速下行;梭桿下行到一定位置時，下球閥封堵住沖擊座上鉆井液流道，鉆井液在沖擊座端面產生水擊壓力，通過沖擊座向下傳遞沖擊壓力供鉆頭破巖。水擊壓力產生后，鉆井液在沖擊座上方堆積，節流壓差消失，由于彈簧在梭桿下行時被壓縮蓄能，此時彈性勢能釋放作用于梭桿總成將梭桿彈回復位，梭桿上行推動連桿復位;連桿上球閥撞擊進口處滑塊，壓縮進口處彈簧進行緩沖放壓，一個沖程循環完畢。

二、可行性計算

以A1面與A2面列伯努利方程有：

四、結論

當井下鉆柱屈曲變形不嚴重的時候，即發生正弦屈曲的時候，鉆壓還可以有效傳遞至井底，保證鉆頭鉆進時有足夠鉆壓;然而鉆柱進一步發生屈曲變形達到螺旋屈曲狀態時，下部鉆頭的鉆壓就不能保證了。沖擊器的使用，是在軸向施加一個高頻的周期性的沖擊壓力載荷，與靜壓旋轉聯合作用于井底，從而高效的破碎巖石。鉆遇較硬地層時提速效果更為明顯，同時要兼顧鉆頭的抗沖擊能力，否則鉆頭壽命難以保證將導致達不到預期效果。

在擬定的連續油管工作條件下，小尺寸液力沖擊器單次沖擊功可達106J，在水平段能夠顯著起到降磨減阻，提速提效的作用。提高了連續油管水平段的鉆進能力。