YSC-178型液動(dòng)射流沖擊器在旋沖鉆井中的應(yīng)用

石油鉆井中,鉆遇高強(qiáng)度、高研磨地層,均存在機(jī)械鉆速低、鉆頭進(jìn)尺少、經(jīng)濟(jì)效益低的特點(diǎn)。提高硬地層及儲層機(jī)械鉆速是要攻克的技術(shù)難題。本文介紹扭力沖擊器的工作原理及硬地層的適用性分析,通過在火山巖地層、二疊系及以下地層進(jìn)行6口井現(xiàn)場試驗(yàn),機(jī)速鉆速與同區(qū)塊鄰井相比提高24%-120%,同時(shí)對試驗(yàn)應(yīng)用過程中存在問題進(jìn)行剖析,為硬地層鉆井提速開辟了一條新技術(shù)途徑。

為了提高堅(jiān)硬地層鉆井速度、減小鉆井周期、降低鉆井成本,根據(jù)堅(jiān)硬地層的巖性特點(diǎn),研究了pdc鉆頭的破巖機(jī)理,分析了目前堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)中存在的問題,研究出不但能夠提高鉆井速度,還能有效防止井斜、狗腿等井身問題,提高井身質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)井下工具扭力沖擊器,本文通過扭力沖擊器的原理、特點(diǎn),結(jié)合pdc鉆頭鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題,最終確定了鉆進(jìn)提速的pdc+扭力沖擊器的鉆具組合,在提高機(jī)械鉆速的同時(shí),延長了pdc鉆頭的使用壽命。

塔里木深井超深井面臨著二疊系玄武巖地層可鉆性差、易漏,志留系致密砂巖鉆頭磨損嚴(yán)重的鉆井難題,常規(guī)提速工具難以實(shí)現(xiàn)工具提速再突破。昆侖山前二疊系地層石英含量高,地層可鉆性差。新速通公司開發(fā)的復(fù)合沖擊鉆井技術(shù),可將流體的液壓能轉(zhuǎn)換成工具扭向和軸向交替的高頻沖擊機(jī)械能并直接傳遞給鉆頭,給鉆頭施加周期性的低幅高頻復(fù)合式?jīng)_擊,提高破巖效率。在塔里木地區(qū)不同區(qū)域內(nèi)幾口井試驗(yàn)復(fù)合沖擊器取得了良好提速的效果,給該地區(qū)鉆井提速提供了新的選擇和思路。

旋沖鉆井用液動(dòng)射流式?jīng)_擊器焊鑲和粘接部位極易開裂導(dǎo)致泄漏、卸壓,缸體上、下腔工作壓力建立不起來,造成沖擊器停止工作或工作斷續(xù)不穩(wěn),影響沖擊器的性能。為此,對沖擊器缸體進(jìn)行了一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),精選特制高性能熱作模具鋼材料(hhd),采用整體鑄造方式成型,缸體表面采用液體氮化加氧化工藝處理。對該結(jié)構(gòu)沖擊器進(jìn)行了室內(nèi)性能測試試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)液動(dòng)射流式?jīng)_擊器的性能得到改善,具有良好的工作穩(wěn)定性和參數(shù)的可調(diào)節(jié)性;可以有效地提高深部硬巖地層機(jī)械鉆速,防止井斜,降低鉆井成本。

由鉆井液驅(qū)動(dòng)的沖擊鉆井很有希望提高硬地層的鉆井速度。介紹了兩個(gè)帶有8in沖擊鉆頭直徑為7in的液動(dòng)沖擊錘的全尺寸實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并和常規(guī)三牙輪鉆頭鉆井進(jìn)行了性能對比。

由鉆井液驅(qū)動(dòng)的沖擊鉆井很有希望提高硬地層的鉆井速度.介紹了兩個(gè)帶有81/2in沖擊鉆頭直徑為73/4in的液動(dòng)沖擊錘的全尺寸實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并和常規(guī)三牙輪鉆頭鉆井進(jìn)行了性能對比.

針對液動(dòng)射流沖擊器中壓蓋與射流元件之間出現(xiàn)的密封及缸體活塞卡死問題,設(shè)計(jì)了新型碟簧元件頂緊及密封機(jī)構(gòu),對該密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論計(jì)算、強(qiáng)度校核和性能測試試驗(yàn)。試驗(yàn)得出了該結(jié)構(gòu)射流沖擊器的最大沖擊功、沖擊頻率和沖擊末速度,得到了沖擊器性能參數(shù)與操作參數(shù)之間的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明:該機(jī)構(gòu)可以解決液動(dòng)射流沖擊器內(nèi)部零部件因預(yù)緊力不足導(dǎo)致的密封失效和因預(yù)緊力過大導(dǎo)致缸體變形、活塞運(yùn)動(dòng)受阻或卡死的問題;沖擊器的性能參數(shù)得到了優(yōu)化,可以根據(jù)現(xiàn)場所需的沖擊功和沖擊頻率,對沖擊器的流量等操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),以滿足不同地層巖性的鉆井需求。

針對以往液動(dòng)射流沖擊器中元件壓蓋與射流元件之間出現(xiàn)的密封失效、缸體變形及活塞運(yùn)動(dòng)受阻等問題,設(shè)計(jì)了新型碟簧元件頂緊及密封機(jī)構(gòu)。對該密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論計(jì)算、強(qiáng)度校核和性能測試試驗(yàn),得出了該結(jié)構(gòu)射流沖擊器的最大沖擊功、沖擊頻率和沖擊末速度以及沖擊器性能參數(shù)與操作參數(shù)之間的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明,該液動(dòng)射流沖擊器工作正常,穩(wěn)定性良好,在不同排量下具有穩(wěn)定的沖擊功、沖擊末速度和沖擊頻率?，F(xiàn)場應(yīng)用中,可以通過調(diào)節(jié)沖擊器的行程參數(shù)和操作參數(shù)獲得最佳的沖擊功和沖擊頻率,以滿足地層巖性的鉆井需求。

金剛石液動(dòng)沖擊器鉆進(jìn),在國內(nèi)外被公認(rèn)為是解決硬到堅(jiān)硬巖石相關(guān)難題的有效方法之一,它使鉆頭對巖石的破碎方式從單一回轉(zhuǎn)破碎方式變?yōu)闆_擊加回轉(zhuǎn)破碎方式,有效地防止了"打滑"、提高機(jī)械鉆速、增加鉆頭壽命、克服復(fù)雜地層巖心易堵塞以及減輕鉆孔斜等特點(diǎn)。為了推廣應(yīng)用該項(xiàng)設(shè)備,我隊(duì)采用tk-60s型液動(dòng)沖擊器鉆具,首先在新疆哈密市三岔口銅礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn),取得了較好的試驗(yàn)成果,并首次提出液動(dòng)沖擊器的鉆進(jìn)參數(shù):大泵量、慢轉(zhuǎn)速、中鉆壓等,另外在中硬地層應(yīng)用時(shí),能夠提高鉆進(jìn)效率、增加硬脆碎地層中鉆進(jìn)回次進(jìn)尺、降低大部分易孔斜地層孔斜程度等特點(diǎn)。

液壓沖擊器是工程施工中常用的液壓設(shè)備。其工作過程中運(yùn)動(dòng)部件的高加速度及慣性工作油壓的特性,使得其與常規(guī)液壓設(shè)備工作狀況有很大區(qū)別。在液壓沖擊器的研究過程有必要快速準(zhǔn)確地建立計(jì)算仿真模型。在amesim系統(tǒng)中基于功率鍵合原理搭建的液壓沖擊器仿真系統(tǒng),綜合考慮了液壓沖擊器主要功能和特點(diǎn),可快速實(shí)現(xiàn)對沖擊器主要仿真參數(shù)的計(jì)算。利用現(xiàn)有的yyg250型液壓鑿巖機(jī)的沖擊器設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真后,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測工況參數(shù)之誤差在5%之內(nèi),說明了仿真模型的正確性和可靠性。該模型對不同系列的沖擊器的參數(shù)設(shè)計(jì)和沖擊特性研究提供了良好的平臺。

通過現(xiàn)場錄井實(shí)踐及資料的分析,認(rèn)為鉆井液流量、體積、出入口密度、出入口溫度、出入口電導(dǎo)率等鉆井液錄井參數(shù)的變化通常直接反映井下地層流體的活躍程度及井筒壓力與地層壓力的平衡情況,重視鉆井液參數(shù)異常的預(yù)報(bào),可以避免井噴、井漏等重大事故的發(fā)生,及時(shí)處理油氣侵、鹽侵、水侵,為順利施工創(chuàng)造條件。鉆井事故發(fā)生的可能性貫穿于鉆井作業(yè)的整個(gè)過程,它是影響井身質(zhì)量、鉆井速度、經(jīng)濟(jì)效益和勘探效益的重要因素,也是威脅鉆井安全的主要隱患。綜合錄井使鉆井作業(yè)的全過程處于儀器的全天候監(jiān)控之中,實(shí)現(xiàn)了對鉆井工程異常的連續(xù)檢測和量化的分析判斷,從后期的被動(dòng)發(fā)現(xiàn)到前期的主動(dòng)預(yù)報(bào),并將井涌預(yù)報(bào)細(xì)分為4個(gè)階段;在檢測和預(yù)報(bào)鉆井事故、保證鉆井安全方面起到了鉆井監(jiān)視器的作用。分析了鉆井液相關(guān)事故類型與鉆井液錄井參數(shù)響應(yīng)特征,有利于提高綜合錄井操作人員的現(xiàn)場技術(shù)水平和工程異常預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,可達(dá)到保障鉆井施工安全、減少投入、提高勘探開發(fā)整體效益的目的。

針對川東北地區(qū)尤其是元壩地區(qū)陸相下部地層常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速低、單只鉆頭進(jìn)尺少的難題,在元壩10井進(jìn)行了"鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊器+pdc鉆頭"鉆井試驗(yàn),試驗(yàn)井段3233.30～3503.82m,進(jìn)尺270.52m,純鉆時(shí)間81.0h,平均機(jī)械鉆速3.34m/h,與同地層牙輪鉆頭鉆進(jìn)相比機(jī)械鉆速提高3.04倍,與該井"螺桿+pdc鉆頭"復(fù)合鉆進(jìn)相比機(jī)械鉆速提高2.59倍,pdc鉆頭工作壽命延長53h。試驗(yàn)結(jié)果表明,鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊器配合pdc鉆頭鉆井可解決復(fù)雜地層鉆頭壽命不高和機(jī)械鉆速低的難題,拓寬了pdc鉆頭的應(yīng)用范圍。介紹了鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊器的技術(shù)背景、工作原理、特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)及在元壩10井的試驗(yàn)情況。

本文首先對機(jī)電控制系統(tǒng)及液壓沖擊器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，然后對傳統(tǒng)液壓沖擊器調(diào)節(jié)方法和工作特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，最后對機(jī)電控制系統(tǒng)在液壓沖擊器中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探討，旨在表明機(jī)電控制系統(tǒng)在液壓沖擊中的應(yīng)用對提高液壓沖擊器工作效率、運(yùn)行安全可靠性的重要作用。

利用風(fēng)動(dòng)沖擊器施工錨索鉆孔

利用風(fēng)動(dòng)沖擊器施工錨索鉆孔

煤礦井下硬巖鉆進(jìn)面臨鉆進(jìn)效率低、鉆具和鉆頭消耗大的問題,扭力沖擊器作為石油領(lǐng)域新出現(xiàn)的一種鉆進(jìn)工具,在硬巖鉆進(jìn)過程中對提高鉆進(jìn)效率和延長pdc鉆頭壽命方面有著突出的優(yōu)勢。通過調(diào)研扭力沖擊器的工作原理,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用實(shí)例,總結(jié)出扭力沖擊器的性能特點(diǎn),并實(shí)施了煤礦井下現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn),得出其用于煤礦井下硬巖鉆進(jìn)具備的優(yōu)勢；另一方面收集現(xiàn)有進(jìn)口及國產(chǎn)扭力沖擊器的的性能參數(shù),與目前煤礦井下鉆探裝備的實(shí)際能力進(jìn)行比較,找出其不能直接應(yīng)用于煤礦井下硬巖鉆進(jìn)的原因,并提供解決問題的方法和建議。

沖擊器反打技術(shù)在起拔套管中的應(yīng)用 氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝是以壓縮空氣為介質(zhì)，通過壓縮空氣經(jīng)沖擊器轉(zhuǎn)換為較 高頻率的沖擊功進(jìn)行破碎巖石。根據(jù)沖擊器的工作原理，設(shè)計(jì)了反打沖擊器。沖 擊器反打技術(shù)主要應(yīng)用于跟管鉆進(jìn)套管處理。在松散破碎地層進(jìn)行錨桿錨索或灌 漿施工中，經(jīng)常采用跟管鉆進(jìn)的方法，然而在進(jìn)行套管起拔處理時(shí)，依靠鉆機(jī)自 己往往很難帶動(dòng)，一般需要采用千斤頂才行。但有時(shí)坡面較高，千斤頂設(shè)備的搬 運(yùn)安裝很不方便。利用沖擊器進(jìn)行反打套管，可達(dá)到輕便起拔套管的目的。 1結(jié)構(gòu)原理 沖擊器產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊功向外打作用于套管，使套管往外拔。 如圖所示，將沖擊器上接手經(jīng)變徑接手與專用套管接頭反向連接，變徑接手 上帶三通接進(jìn)風(fēng)管，套管接頭端封閉。下接手位置換成上接手，內(nèi)安裝承沖塊， 沖擊器活塞直接作用在承沖塊上，沖擊功帶動(dòng)套管向外移動(dòng)。 反打沖擊器裝置中，承沖塊的厚度是影響沖擊器作用功的關(guān)鍵

針對我國石油鉆井工程領(lǐng)域中深井、超深井鉆井過程中遇到的鉆速慢、巖石硬度大、耐磨性高等難題,結(jié)合理論及試驗(yàn)研究,提出并研制了一種鋼粒磨料射流鉆井技術(shù)工藝及系統(tǒng)。鋼粒磨料射流鉆井技術(shù)主要用于難鉆、耗時(shí)、成本較高的特定極硬或研磨性井段,系統(tǒng)由磨料注入系統(tǒng)、鉆頭、磨料回收系統(tǒng)三大部分集成。理論及試驗(yàn)結(jié)果均表明,磨料射流沖擊破巖過程中,巖石破碎體積隨壓力和濃度的增加而增大,并存在最優(yōu)噴距、最優(yōu)噴射角度和最優(yōu)濃度;現(xiàn)場應(yīng)用表明,磨料射流破碎巖石體積明顯大于普通水射流,對于提高井底巖石破碎效率和鉆井速度有明顯優(yōu)勢,在我國油氣埋藏較深、巖石堅(jiān)硬耐磨的地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。

利用空氣沖旋鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí),易出現(xiàn)鉆齒脫落、折斷以及磨損嚴(yán)重等失效問題。針對該問題,應(yīng)用巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和shpb試驗(yàn)裝置,開展了花崗巖動(dòng)態(tài)劈裂拉伸、單軸壓縮和圍壓下的壓縮性試驗(yàn),為數(shù)值模擬提供了必要的巖石材料模型參數(shù)。數(shù)值模擬選用h-j-c動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果確定了材料模型參數(shù),選擇花崗巖的拉應(yīng)變作為失效準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上,對鉆齒的齒形參數(shù)和破巖的鉆齒侵入深度、破碎體積進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究表明,相同工況下錐形中心齒的破巖效率最高,邊齒角度取30°可顯著提高巖石的破碎體積。在此基礎(chǔ)上,對齒面布齒進(jìn)行選配研究,發(fā)現(xiàn)"中心球形齒+周圍錐形齒"的破巖效率最高,"中心球形齒+周圍球形齒"組合的破巖效率最低。

根據(jù)頁巖水平井水平段頁巖裂縫發(fā)育、井壁坍塌問題,對油基鉆井液的封堵性進(jìn)行了優(yōu)化,使用了多種剛性、柔性以及成膜的油基封堵材料進(jìn)行了評價(jià)實(shí)驗(yàn)形成了強(qiáng)封堵的油基鉆井液體系。泌頁hf1頁巖油氣水平井現(xiàn)場應(yīng)用表明,該油基鉆井液體系封堵防塌能力強(qiáng)、濾失量低、破乳電壓高,具有較強(qiáng)的攜帶能力,避免了水平井段井壁垮塌問題,中石化河南油田泌頁hf1井三開水平段長1044m,鉆進(jìn)、電測、下套管順利。

石油鉆井液旋流器,首次采用中錳抗磨球鐵鑄造成功,其平均磨損率達(dá)0.18mm/100hr,取得比高鉻鑄鋼、丁晴橡膠旋流器優(yōu)越的抗磨性,比聚氨酯旋流器價(jià)格低40％的經(jīng)濟(jì)性,贏得用戶滿意的效果,為華北油田研制新型12″除砂器解決了關(guān)鍵性問題。

內(nèi)蒙古鹽井超深鉆探中,因穿越煤系地層,易造成鉆孔膨脹坍塌、縮徑、漏失而導(dǎo)致卡鉆事故。因此,施工中通過采用聚合物鉆井液體系,滿足了該井對井壁穩(wěn)定、潤滑性能、井眼凈化、防漏堵漏及保護(hù)煤層等方面的技術(shù)要求,鉆探中未出現(xiàn)任何事故,并且井身質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該文對深部煤系地層鉆探有較大參考價(jià)值。