机械锁紧液压式随钻震击器应用分析.pdf

2 O14 正 第 7 期 第 4 3卷 第 6 7页 石油矿 场机 械 OI L F I EL D EQUI P ME NT 2 O 1 4， 4 3 7 6 7 7 0 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 O 1 4 0 7 0 0 6 7 0 4 机械锁 紧液压 式随钻震 击器应 用分析 李积泰 西部钻探工程有 限公 司 吐哈钻井公 司 ， 新疆 鄯善 8 3 8 2 0 0 摘 要 带机 械锁 紧机 构 的液 压式 随钻 震 击器 集液压 式 与机械 式震 击 器功 能 于一 体 ， 采 用液压 原理 与 机械 原 理 ， 取 长补短 达 到优 势互补 ， 提 高 了工 具 的一 次下 井随钻 时 间和整机 寿命 。该复合 震 击器具 有 防误 震 、 在钻 柱 中连接 位 置 自由等 特 点 ， 适 用 于定 向井 、 大位移 水平 井 、 超 深 井 以及 欠平衡 空 气钻 井作业等。介绍了机械液压式随钻震击器的结构、 工作原理及性能特点。现场应用表 明 在使用过 程 中避 免 了误震 问题 ， 可满足 钻 井工 程 的需要 。 关键 词 机械 液 压 式 ； 随钻 震 击 器 ； 技 术性 能 中图分 类号 TE 9 2 1 ． 2 文献 标识 码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 4 2 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 1 7 Ap p l i c a t i o n a n d An a l y s i s o f Hy d r a u l i c ／ Me c h a n i c a l Dr i l l i n g J a r LI J i t a i Tu h a Dr i l l i n g C o mp a n y ， XDEC， S h a n s h a n 8 3 8 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e d e s i g n ， c h a r a c t e r i s t i c s ， d e v e l o p me n t a n d o i l f i e l d a p p l i c a t i o n o f a h y d r a u l i c ／ me c h a n i c a l d r i l l i n g j a r a r e ma i n l y d e s c r i b e s ． Hy d r a u l i c ／ me c h a n i c a l d r i l l i n g j a r i s a k i n d o f n e w d o wn h o l e t oo l s， d e s i gne d f o r d i r e c t i o na l we l l s， a n d e xt e n de d r e a c h h or i z o nt a l we l l s， ul t r a d e e p we l l s o r c o m p l e x we l l s ． Th e j a r i s a l s o a p p r o p r i a t e f o r u n d e r b a l a n c e d a i r d r i l l i n g ． Th e j a r wa s d e v e l o p e d t o 0 一 v e r c o me t h e u s u a l s h o r t c o mi n g s a s s o c i a t e d wi t h p u r e l y h y d r a u l i c o r me c h a n i c a l j a r s ， y e t i t r e t a i n s t h e a d v a n t a g e s o f b o t h c o n c e p t s ． S o f a r ， t h e s e r i a l h y d r a u l i c ／ me c h a n i c a l d r i l l i n g j a r s h a v e b e e n p u t i nt o t h e i ndu s t r y a p pl i c a t i o n a n d f i e l d pr o ve n de s i gn m e e t s t he r e q u i r e m e nt o f m o de r n dr i l l i n g o p e r a t i o ns ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c ／ me c h a n i c a l ； d r i l l i n g j a r ； t e c h n i c a l p e r f o r ma n c e 自 2 0世纪 9 O年 代 以来 ， 随着 石 油 勘 探 开 发技 术的发展 ， 石油设备 已引起各 国石油界 的高度重视 。 各 石油 公 司依赖 科 技 进 步 ， 积 极 采 用 先 进 技术 发 展 新设 备 ， 提 高 了石 油 设 备在 适 应 性 、 可靠 性 、 品 种 多 样性 和 系列 化 、 集 成 化 、 自动化 、 智 能 化 等方 面 的 总 体水 平 。 在钻井作业中， 卡钻对钻井工作影响很大 ， 危害 也很深 ， 如果处理不 当， 不仅 消耗 时间长 ， 损失钻井 进尺 ， 而且可能使事故恶化 ， 甚 至造成油气井报废 。 震击 器是 解 除卡钻 的有效 工具 [ 1 ] 。因此 ， 在 钻 井速 度和钻井效益越来 越受到关注 的今天 ， 正确地选择 和使用震击器将为钻井作业带来可观的经济效益。 1 发展现状 1 ． 1 国外情 况 国外 生 产 震击 器 的厂 家很 多 ， 产 品规格 品种 比 较齐 全 ， 技 术水 平也 很 高 ， 这 与他们 对 钻井安 全 的高 度重 视密 切相 关 。西方 发达 国家 特别 重视石 油钻 采 装备的研发 ， 在技术 、 制造水平等各方面均居 国际领 先的地位。国外井 下工具主要 生产厂家有 NOV、 W e a t he r f or d H a l l i b ur t o n、Ba ke r H u ghe s 、Sc hl um b e r g e r 、 C o u g a r 等 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 1 8 作者简介 李 积泰 1 9 6 6 一 ， 男 ， 甘肃兰州人 ， 高级工程师 ， 主要从 事石油钻井工程工作 。 第 4 3卷第 7期 李积泰 机 械锁紧液压式随钻震击器应用分析 着大钩上提力的不断增加 ， 弹性机构总成的变形也 随之 增 大 。在 弹性 机 构 总 成 拉 伸／ 压 缩 达 到 临界 位 置时， 卡瓦突然完全张开与卡瓦套啮合 ， 当拉力达到 锁 紧机构 释放 力 的大 小 时 ， 锁 紧装 置松 开 ， 就进入 了 液压延时阶段 。这时 ， 绞车将被刹死 ， 震击器在预拉 力及液压阻力 的作用下缓慢拉开。之后 ， 震击器就 进入了 自由打击状态 ， 卡瓦心轴失去卡瓦 的约束在 固定行程内快速滑动到极 限位置 ， 打击机构发生打 击 ， 产 生 强 大 的 上击 力 。此 时 ， 只需 下 放 钻 柱 ， 就 可 以使震击器复位 ， 以备下次震击或继 续钻进 。当需 要 下击 时 ， 适 当下放 钻柱 ， 直 到施 加 到震击 器上 的压 力超过锁紧机构的释放力。这时， 锁紧装置将打开 ， 在弹性机构总成拉伸／ 压缩达到临界位置时， 卡瓦突 然完全张开与卡瓦套啮合 ， 卡瓦心轴失去卡瓦的约 束在 固定行程内快速滑动到极 限位置 ， 打击机构发 生打击 ， 产生强大的下击力 ， 心轴释放后快速运行 到 闭合 位置 ， 产 生一 个 向下 的冲 击力 。然 后 ， 适 当上提 钻柱使震击器复位 ， 这时 ， 可以进行下次震击或者继 续钻 进 ] 。 2 ． 3技 术参 数 外径 D 1 2 1 mm 水 眼0 4 4 ． 5 mm 单 向总行 程 上击 3 0 0 mm； 下击 1 5 0 mm 标 定 释放 力 上 击 4 0 0 2 0 k N； 下击 2 2 0 2 0 k N 标 定 锁 紧力 3 0 0 2 0 k N 最 大 释放 力 上 击 4 8 0 k N； 下 击 2 5 0 k N 最 大 锁紧 力4 0 0 k N 最大抗拉载荷 1 0 0 0 k N 最 大 工作转 矩 1 2 k N m 水 眼 密封压 力 3 O MP a 耐温 长期使用 1 5 0℃ 接 头螺 纹 3 I F 2 ． 4 技 术 特点 1 在 起下 钻 、 接单 根 、 触井 底或 钻进 时不 会发 生误 震 现象 。 2 在钻台上无需任何安全夹具或特殊操作工 艺规 程 。 3 在钻具组合 B HA 中的位置 比较 自由， 可 以置于受拉 、 中性点 、 受压各种位 置， 是定 向井 和大 位移水平井的理想工具。 4 线性 机 械 锁 紧 机构 不 受 转 矩 影 响 ； 是 高摩 阻 、 定 向井 和大位 移水 平井 的理想 工具 。 5 操作简单 ， 仅为上下往复运动 。 6 锁紧结构上下击释放力井 口可调 。 7 机械 锁 紧装置 在钻 井作 业 中可 以起到 防止 工具磨损的作用 ， 可以大幅提高工具使用寿命。 8 液压 延时震 击 允许操 作 者通 过改 变大 钩上 提力的大小来控制井下震击力的大小。 9 全 密封 、 油 浴润 滑环境 有 利于减 少磨 损 ， 提 高工具使用寿命 。 1 0 可 以提供 分 别适 用 于 1 2 0℃或 1 5 0。 C井 底 温度 的工 具 。 3 关键技术 3 ． 1 机 械式 工作 原理 的选 择 目前 ， 国内外机械式震击器按其锁紧机构 的不 同可分为 摩擦 卡 瓦式 、 弹簧 预紧 卡瓦式 、 行 程控 制卡 瓦式 3类 。带 机械 锁 紧机构 的液 压式 随钻震 击器 选 用行 程控 制 式 卡 瓦 锁 紧 机 构 。该 机 构 具 有 如 下 特 点 摩擦副的强力摩擦 较其他机构小 ， 且易损 件较 少 ， 使用寿命较长； 整机机构合理 ， 安全可靠 ， 上下击 一 体 ， 上／ 下击释放力在井 口分别可调， 且操作简便 易行 ， 调值准确稳定 ； 产品性能受高温、 腐蚀性介质 等工作环 境影 响小 ， 适合 复杂及 高可 靠度 钻井 的 需 要 。 3 ． 2液压 式工 作原 理 的选 择 目前 ， 国内外液压式震击器按其结构不 同可分 为 阻尼 活塞 式 、 阻尼 阀式 2种 。 阻尼 活 塞 式 液 压延 时锁紧机构可以较好地满足常规作业， 但其对 密封 及表面处理技术要求极为苛刻 ， 受多因素制约 ， 此类 机 构难 以突 破寿命 短 的瓶颈 。带 机械 锁 紧机构 的液 压式随钻震击 器应用了阻尼 阀式液压延 时锁紧机 构 ， 该机构具有高可靠度、 长寿命的特点。 3 ． 3 机 械 和液压 的集 成 机械液压式随钻震击器的机械部分采用行程控 制 的卡 瓦式 锁紧机 构 ， 液压 部 分 采 用 阀式 阻尼 延 时 机构。通过相关尺寸链设计 ， 确保 了震击 的序列性 和 液压延 时 时长 的合理 性 ， 将 二 者有机 地集 成 ， 实现 了预期功 能 。 4现 场 应 用 下钻时应先开泵循环 ， 再缓慢下放 。若在下钻 过程 中发生遇卡 ， 可启动震击器实施上击解卡。在 正常钻进过程 中， 震击器应处于锁紧位置 ， 在受拉状 态下工作[ 6 ] 。 1 发生 卡钻 事故 需上 击 时 ， 按 以下步 骤进 行 ①下放钻具直到指重读数小于震击器以上钻具悬重 2 0 1 4年 第 4 3卷 第 7期第 7 o页 石 油矿 场 机械 0I L F I EL D EQUI PME NT 文 章 编 号 1 0 01 - 3 4 82 2 01 4 07 0 0 70 03 可反洗井插入密封分注工 艺在深井 中的应 用 宋祖厂 ， 刘 扬 ， 盖旭 波 ， 赖学明 ， 庞 博 ， 郭洪香。 大港油 田公司 a ． 采油工艺研究 院； b ． 第 四采 油厂 ； C ． 第三采油厂 ， 天津 3 0 0 2 8 0 摘 要 针 对 大港 南部 油田分 注管柱 配套 的封 隔器洗 井通道 小、 大修 率高 、 成 本 昂贵 等 问题 ， 研 制 了一 种 可反洗井式插入 密封器及插入密封分注工艺管柱 。与其他分注工艺相比， 具有内通径大、 耐压性 能 高 、 结构 简单 、 可重 复插入 密封 定位 等优 点 ， 并在 2口井成功进 行 了现场 先导 试验 。结果 表 明 插 入 密封分注工艺在 易出砂井、 腐蚀结垢井、 注水压力高且层间差异大的高温高压深斜井具有广阔的 应 用前景 。 关键 词 南部 油田 ； 深 斜 井 ； 插 入 密封 器 ； 反 洗井 中 图分类 号 TE 9 3 4 ． 1 文献标 识 码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 4 2 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 1 8 3 0 5 0 k N 即压 到 震 击 器 心 轴 上 的 力 ， 震 击 器 回 到“ 锁 紧” 位置 如 已为锁 紧 状态 下 井 的 震击 器 不 进 行此 步骤 。进 行本 步骤操 作 时 ， 可在 井 口钻杆上 划 一 刻 线 ， 下 放 1个 上 击 行 程 可 确 认 震 击 器 回到 “ 锁 紧 ” 位 置 ； ② 以拉 力 G上 提钻 柱 ， 刹住 刹 把 等待 震 击 器释 放 。上击 力 由上 提 力控 制 ， 开 始 应 用 较低 提 拉 力 ， 以后 逐渐增 加 ， 在 同一 上提 力时 应多次 震击 以加 强作 用效 果 。最大 上提力 决不允 许超 过震 击器 以上 钻柱 重力 与震击 器 最大上 击释 放力 之和 。再重 复上 述过 程 ， 将 产生 连 续 上 击 。在 不 同钻 头 水 力压 降 的 情 况下 ， 震击器 最 大上击 释放力 是不 同的 ， 震击 器最 大 上击 释 放 力 应 按 不 同钻 头 水 力 压 降 分 别 确 定 。 G一震击 器上部 钻柱 重力 震击 器上 击释放 吨位 。 2 当发生卡钻事故需下击时 ， 按 以下步骤进 行 ① 以 压力 G 下 压钻 具 产 生 震击 ， G 一地 面调 定 的下击力泥浆阻力摩擦 阻力 指重表误差 ； ② 上 提钻具 ， 上 提拉 力大 于震击 器 上部 钻 具重 力 3 O ～ 5 0 k N， 使 震 击器 回到锁 紧位 置 ， 重 复上 述 步骤 即可 继 续 向下震击 。震 击 器 下击 回位 时 ， 上 提 钻 柱 时 间 不 能过 长 ， 避 免产 生不必 要 的上击 。 在 油 田现 场作 业 中 ， 机 械 液压 式 随钻 震 击器 在 钻 井过 程 中得 到 成 功应 用 。现场 应 用 表 明 该 机 械 液 压式 随钻 震 击器 与 常规 随 钻震 击 器 相 比， 1次 下 一 “ ”-p 一“ 一” 一 ”- - 井 随钻 时 间达 1 8 0 0 h ， 减 少 了不 必 要 的起 下 钻 ， 降 低 了劳动 强度 和钻井 成本 。 5 结 论 1 机械 锁紧液 压式 随钻 震击器 满足 了复杂 井 作业 的需要， 降低了劳动强度和钻井成本 。 2 作为机械液压式复合随钻震击器 ， 实现 了 机 械部分 锁 紧力 的井 口可调 。 3 机械 锁 紧避 免 了误 震 操 作 ， 液 压 延 时大 幅 增 强 了震 击效 果 ， 震 击解 卡作业 更 为安全 有效 。 参 考文献 [ 1 ] S Y ／ T 5 4 9 6 2 0 0 0 ， 震击器及加 速器 I s ] ． [ 2 ] 王正宽． Y _ I A型随钻震击器应用分析及试 验[ J ] ． 石油 矿场机械 ， 2 0 1 3 ， 4 2 9 6 1 - 6 4 ． [ 3 ] Ky l l i n g s t a d A， Ha l s e y G W． P e r f o r ma n c e T e s t i n g o f J a r s [ C ] ／ ／ S P E ／ I A D C D r i l l i n g C o n f e r e n c e ， 1 9 9 0 ． [ 4 ] T h o r V A a r r e s t a d ， S t a t o i l ， K y l l i n g s t a d L o a d s o n D r i l l p i p e d u r i n g J a r r i n g O p e r a t i o n s [ J ． D r i l l in gC o m p l e t i o n ， 1 9 9 4 ， 9 4 2 7 1 2 7 5 ． E 5 ] 黄衍福 ， 邹连 阳， 张 国 田． 带 机械锁 紧机构 的液压 式随 钻震击器 中国， z I 2 0 0 5 2 0 1 1 2 1 4 7 ． 6 [ P ] ． 2 0 0 6 0 8 1 6 ． [ 6 ] 周家齐 ， 李兴杰 ， 李东阳 ， 等． 随钻震击器震击 载荷计算 及安放位置选择[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 3 4 4 4 7 ． 收 稿 日期 2 0 1 3 - 1 1 0 5 基金项 目 中石油大港 油田公 司关键技术攻关项 目 2 0 1 1 0 2 0 4 作者简介 宋祖厂 1 9 8 2 一 ， 男 ， 河 南鹿 邑人 ， 工 程师 ， 主 要从 事分 注工 艺设计 、 井 下工 具研 发及数 值模 拟 方面 的研 究 ， E ma i l s o n g z u c h a n g 1 6 3 ． c o rn。