整体机械式随钻震击器研制及应用

丰士俊

(胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200)

整体机械式随钻震击器研制及应用

丰士俊

(胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200)

基于机械摩擦原理,以卡瓦与卡瓦心轴组成的锁紧机构为核心,集上击、复位、下击功能于一体,研制了整体机械式随钻震击器。现场应用表明,该震击器与钻具组合连接,可解除钻进和起下钻遇到的各类阻卡。

机械式;随钻震击器;研制;应用

在钻井作业中,由于地层疏松,井壁坍塌;膏岩、泥页岩水化膨胀,井眼缩径;全角变化率大,磨出键槽;大颗粒岩屑不能及时排出,形成沉砂;接单根时间过长,钻具粘吸;由于钻具刺穿、泥浆循环短路、钻头泥包等,钻具会遇阻卡钻[1]。常用的解卡方法是活动钻具、浸泡解卡剂、应用震击器、倒扣套铣等[2]。轻微卡钻,活动钻具可解卡;浸泡解卡剂仅适用于粘吸、坍塌、砂桥、泥包及干钻卡钻;采用倒扣套铣解卡需要反扣钻杆、倒扣接头、套铣筒等,反复起下钻,处理程序复杂;震击器适用的阻卡类型多,操作简单。由于钻进和起下钻都可能发生阻卡,下钻遇阻或钻头在井底卡钻应上击,起钻遇阻则下击,而无论是地面震击器还是打捞震击器均为单向震击[3],因此不能满足各类解卡要求[4]。液压式、机液式双向随钻震击器的密封材料受介质腐蚀、井底高温的影响,技术性能不稳定,使用寿命低[5]。研制的整体机械式随钻震击器由卡瓦和卡瓦心轴[6]组成锁紧机构,由弹性套在压力下的变形量控制锁紧机构解锁,打击机构产生打击,对介质、井温适应性增强,技术可靠性提高。

1 结构及原理

1.1 结构

整体机械式随钻震击器结构如图1。

1.2 原理

钻井作业时,卡瓦内侧沟槽嵌入卡瓦心轴外侧沟槽内,此时锁紧机构锁紧处于复位状态,如图2a。钻具阻卡震击作业时,上提(或下压)钻具,弹性套达到一定压缩量,卡瓦挠性变形,卡瓦与卡瓦套产生相对位移,卡瓦外侧沟槽与卡瓦套内侧沟槽错开,如图2b,此过程钻具被拉伸或压缩储存弹性应变能。拉力或压力达到标定释放力时,锁紧机构解锁,卡瓦张开,卡瓦外侧沟槽进入卡瓦套内侧沟槽内,卡瓦心轴从卡瓦中脱出,如图2c,此时钻具储存的弹性应变能转变为动能迅速释放,被拉伸或压缩的钻具收缩或伸长,花键筒体上端面打击背母下端面或下筒体内台肩打击连接螺母上端面,产生上或下击力,并通过花键心轴和下部钻具,以应力波的形式传递到卡点使钻具解卡。

图1 整体机械式随钻震击器结构

图2 整体机械式随钻震击器工作原理

2 技术特点

a) 固定于中筒体内台肩的卡瓦套内侧沟槽与卡瓦外侧沟槽嵌合,卡瓦内侧沟槽与卡瓦心轴外侧沟槽嵌合,在不进行震击操作时,锁紧机构锁紧处于复位状态。

b) 花键筒体上端面与背母下端面、下筒体内台肩与连接螺母上端面分别组成上、下击打机构。

c) 卡瓦是具有等分胀缩槽的弹性体,弹性套被压缩产生一定变形量后,推动卡瓦挠性变形至标定释放力时,锁紧机构解锁,打击机构产生击打。

d) 花键筒体与花键心轴啮合,在上击、复位、下击状态均能传递扭矩。

e) 支撑环起支撑、扶正作用,减轻花键筒体与花键心轴相对运动产生的磨损;花键筒体内的组合防尘圈与花键心轴、活塞外围的O型密封圈与上筒体组成滑动密封副;全密封油浴润滑设计,减小锁紧机构的磨损。

f) 花键心轴内螺纹与下部钻具连接为固定部分;上接头内螺纹与上部钻具连接为活动部分。钻具储能、释放、加速、打击是通过上提或下压上部钻具实现的。

g) 旋出上(或下)调节螺钉,调节上(或下)调节螺母,使之产生轴向位移,实现释放力在地面可调。上调节螺母调节下击释放力,下调节螺母调节上击释放力。

3 技术参数

4 现场应用

胜利油田桩205-X12井是一口海油陆采定向井,设计井深3 650 m,最大水平位移700 m,最大井斜46°,井斜角较大,钻具靠近甚至紧贴井眼底边,接单根时间过长会粘卡,同时岩屑沉积于井眼底边,泥浆携岩困难,易沉砂遇阻,施工中下钻遇阻1次,钻进卡钻2次,起钻遇阻1次。在1 500 m造斜点至完钻井深处连接该震击器与钻具组合[6],成功解除了阻卡。

5 结论

1) 整体机械式随钻震击器设计原理正确,技术性能可靠,可用于直井、定向井、大位移水平井、欠平衡空气钻井等。

2) 该震击器与钻具组合连接,可解除钻进和起下钻遇到的阻卡。

[1] 刘希圣,陈庭根,管志川.钻井工程理论与技术[M].东营:石油大学出版社,2000.

[2] 蒋希文.钻井事故与复杂问题[M].北京:石油工业出版社,2006.

[3] 王化文,徐道刚.石油钻采设备工具配件[M].北京:石油工业出版社,1994.

[4] 赵金洲,张桂林.钻井工程技术手册[K].北京:中国石化出版社,2005.

[5] SY/T5496—2000,震击器及加速器[S].

[6] 潘志勇,刘永刚,王新虎,等.2起震击器花键心轴断裂原因分析及改进措施[J].石油矿场机械,2009,38 (7):67-70.

[7] 贺志刚,陈 平.随钻震击器安放位置优化设计[J].石油矿场机械,2001,30(5):22-25.

1001-3482(2010)01-0089-02

TE921.9

B

2009-08-19

丰士俊(1963-),男,山东临清人,工程师,从事钻井设备和工具的研发与管理工作。