YJ－A型隨鉆震擊器應(yīng)用分析及試驗(yàn)

王正寬

（渤海石油職業(yè)學(xué)院，河北 任丘062552）＊

YJ－A型隨鉆震擊器是集液壓和機(jī)械原理于一體的新型隨鉆震擊器，適用于各種鉆井作業(yè)，使用時隨鉆具組合下井。在正常鉆井過程中因某種原因發(fā)生井下遇阻或卡鉆時，可以通過提拉或下放鉆柱，及時啟動震擊器產(chǎn)生向上或向下的震擊力，來處理井下遇阻或卡鉆，使鉆井作業(yè)得以順利進(jìn)行，同時避免遇阻或卡鉆進(jìn)一步演化成為事故，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失［1－2］。如果釋放力不合適，可隨時在鉆井現(xiàn)場動態(tài)調(diào)節(jié)，使用方便。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成

YJ－A型液壓機(jī)械式隨鉆震擊器主要由連接機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、彈性機(jī)構(gòu)和液壓阻尼機(jī)構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

當(dāng)需要上擊時，上提鉆柱使震擊器的心軸向上運(yùn)動，彈性機(jī)構(gòu)總成受力產(chǎn)生彈性變形。隨著大鉤拉力的不斷增加，彈性機(jī)構(gòu)總成的變形也隨之增大，當(dāng)拉力達(dá)到鎖緊機(jī)構(gòu)上擊標(biāo)定鎖緊力時，卡瓦突然完全張開，并嵌入卡瓦套內(nèi)棱帶中，鎖緊裝置松開，即進(jìn)入了液壓延遲階段。此時，絞車將被制動，震擊器在預(yù)拉力及液壓阻力的作用下緩慢拉開，卡瓦心軸失去阻尼機(jī)構(gòu)的約束，震擊器就進(jìn)入自由打擊狀態(tài)，快速移動到固定行程的極限位置，打擊機(jī)構(gòu)即發(fā)生打擊，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的上擊力。然后，需下放鉆柱使震擊器復(fù)位，以備下次震擊或繼續(xù)鉆進(jìn)。

圖1 YJ－A型隨鉆震擊器結(jié)構(gòu)

當(dāng)需要下?lián)魰r，適當(dāng)下放鉆柱，直到施加到震擊器上的壓力達(dá)到鎖緊機(jī)構(gòu)的下?lián)魳?biāo)定釋放力。此時，卡瓦突然完全張開，并嵌入卡瓦套內(nèi)棱帶中，鎖緊裝置打開，卡瓦心軸失去鎖緊機(jī)構(gòu)的約束，快速移動到固定行程的另一極限位置，打擊機(jī)構(gòu)即發(fā)生打擊，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的下?lián)袅?。然后，需上提鉆柱使震擊器復(fù)位，以備下次震擊或者繼續(xù)鉆進(jìn)。

YJ－A型隨鉆震擊器可以通過調(diào)節(jié)上擊調(diào)節(jié)螺母或下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母來改變釋放力的大小。調(diào)節(jié)上擊調(diào)節(jié)螺母或下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母時，改變了卡瓦完全張開時彈性機(jī)構(gòu)總成需要的壓縮長度，從而改變釋放力的大小。

2 應(yīng)用分析

隨鉆震擊器在運(yùn)輸、貯存、起下鉆和鉆進(jìn)過程中都應(yīng)該處于復(fù)位狀態(tài)，心軸表面處理部分外露約150～160mm。

1） 準(zhǔn)備下井作業(yè)的隨鉆震擊器必須是新的或使用后經(jīng)過正常維修并經(jīng)檢測合格的。新隨鉆震擊器1次下井連續(xù)工作時間不應(yīng)超過500h，維修后的隨鉆震擊器不應(yīng)超過300h，在工作溫度高或者鉆井液中有腐蝕性介質(zhì)等惡劣工況條件下，更不宜長時間在井下工作。

2） 隨鉆震擊器每次下井使用后應(yīng)仔細(xì)檢查外觀，以免存在隱患而造成不必要的損失。

2.1 在鉆柱組合中的位置

隨鉆震擊器在鉆柱組合中可以略受拉力或壓力。為避免自由震動影響使用壽命，應(yīng)盡量避免放在鉆柱中和點(diǎn)。理想的位置是在鉆柱中和點(diǎn)以下，使隨鉆震擊器受到一定的壓力，并且此壓力與隨鉆震擊器所受的開泵力相當(dāng)。隨鉆震擊器必須放在鉆柱組合的適當(dāng)位置才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，及時處理意外事故，其最佳配置位置要根據(jù)具體情況而定，一般情況下，隨鉆震擊器在鉆柱中的位置離可能的卡點(diǎn)越近越有效［3－5］；此外，上述拉力或壓力不可過大，以免引起誤震。

1） 配置在鉆具組合下部（隨鉆震擊器受壓）。這時隨鉆震擊器應(yīng)裝在頂部扶正器以上至少1根鉆鋌的位置。扶正器和隨鉆震擊器之間的鉆鋌可增加隨鉆震擊器的安全性（例如，巖屑沉積不至于卡住隨鉆震擊器）。如果鉆柱中裝有減震器，則隨鉆震擊器應(yīng)位于減震器之上。

2） 配置在鉆具組合上部（隨鉆震擊器受拉）。如果預(yù)計鉆柱將會發(fā)生壓差粘附卡鉆，則應(yīng)將隨鉆震擊器放置于井下鉆具組合中足夠高的位置，使隨鉆震擊器始終位于卡點(diǎn)之上。其缺點(diǎn)是如果鉆頭和扶正器被卡，隨鉆震擊器和卡點(diǎn)之間的距離太大，會降低震擊效果。

2.2 鉆柱摩擦力

鉆柱摩擦力是指鉆柱和井壁之間的摩擦力，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是50～200kN，與鉆柱組合、循環(huán)介質(zhì)、井身結(jié)構(gòu)等有關(guān)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

現(xiàn)場作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)正確估計鉆柱摩擦力。

2.3 開泵力

正常循環(huán)時，鉆柱內(nèi)循環(huán)介質(zhì)壓力對隨鉆震擊器的作用力即為開泵力。介質(zhì)壓力足夠高時，開泵力將會使隨鉆震擊器拉開。因此，計算上擊懸重或下?lián)魬抑貢r均要減去開泵力。

開泵力的大小與鉆柱內(nèi)的壓力成正比，與隨鉆震擊器的當(dāng)量活塞面積成正比。

2.4 上擊

需要上擊作業(yè)時，上提鉆柱使隨鉆震擊器受到的拉力達(dá)到上擊標(biāo)定鎖緊力，隨鉆震擊器即進(jìn)入液壓延遲，司鉆此時可動態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)拉力至預(yù)定釋放力（可減小或增大，但注意不得超過上擊的最大釋放力），稍候即產(chǎn)生強(qiáng)大的上擊力［6－7］。然后下放鉆具，使隨鉆震擊器復(fù)位，鎖緊機(jī)構(gòu)重新鎖緊。重復(fù)上述過程則可實(shí)現(xiàn)連續(xù)上擊。上擊時大鉤載荷可按下式計算，即

大鉤載荷＝隨鉆震擊器以上鉆柱懸重＋預(yù)定上擊釋放力＋鉆柱摩擦力－開泵力

注意：預(yù)拉力必須大于其標(biāo)定上擊鎖緊力才能解鎖并開始釋放，然后再動態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)拉力至預(yù)定上擊釋放力，產(chǎn)生上擊。每次上擊產(chǎn)生后，都必須適當(dāng)下放鉆柱，重新使隨鉆震擊器復(fù)位，才能再次產(chǎn)生上擊。

2.5 下?lián)?/h3>

需要下?lián)糇鳂I(yè)時，下放鉆柱使隨鉆震擊器受到的壓力達(dá)到其標(biāo)定下?lián)翎尫帕?，隨鉆震擊器即產(chǎn)生強(qiáng)大的下?lián)袅ΑＨ缓笊咸徙@具，使隨鉆震擊器復(fù)位，鎖緊機(jī)構(gòu)重新鎖緊。重復(fù)上述過程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)下?lián)?。下?lián)魰r大鉤載荷一般按下式計算，即

大鉤載荷＝隨鉆震擊器以上鉆柱懸重－標(biāo)定下?lián)翎尫帕Γ@柱摩擦力－開泵力

注意：預(yù)壓力必須大于其標(biāo)定下?lián)翎尫帕Σ拍芙怄i并開始釋放。每次下?lián)舢a(chǎn)生后，都必須適當(dāng)上提鉆柱重新使隨鉆震擊器復(fù)位，才能再次產(chǎn)生下?lián)簟?/p>

2.6 釋放力調(diào)節(jié)方法

在YJ－A型隨鉆震擊器中，可通過調(diào)節(jié)上擊調(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)上擊鎖緊力的大小，可在液壓延遲階段通過改變大鉤上提力來進(jìn)一步調(diào)節(jié)上擊釋放力的大小，也可以通過調(diào)節(jié)下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)下?lián)翎尫帕Φ拇笮?。在隨鉆震擊器的調(diào)整孔螺釘附近的外圓表面，印有“＋”和“－”標(biāo)記，分別表示釋放力增加或減少的調(diào)節(jié)方向。

3 試驗(yàn)

3.1 充油

隨鉆震擊器組裝完后，需要先充油才能進(jìn)行釋放力試驗(yàn)。YJ－A型隨鉆震擊器內(nèi)部所充的油液是L－HM32抗磨液壓油，充油時要求隨鉆震擊器處于復(fù)位狀態(tài)。加油前先使隨鉆震擊器油孔朝向上方，并利用天車使其傾斜，傾斜角度不小于30°，傾斜方向規(guī)定為下接頭端向下，如圖2所示。

圖2 震擊器充油狀態(tài)

加油泵與隨鉆震擊器油孔的連接方法為：透明軟管的一端與震擊器下端油孔連接，另一端與加油泵的出油口連接；透明的回油軟管一端與產(chǎn)品上端油孔連接，另一端插入加油泵的回油口上，裝好后即可開始泵油，并觀察透明的回油管。當(dāng)回油管出油并且氣泡消失以后，再延長一段時間，以使殘余氣體全部排除凈，然后即可卸掉回油管，并立即上緊油堵，接著把隨鉆震擊器放平，拆下進(jìn)油管，上緊另一油堵，充油工作完成（注意：2個油腔需分別充油）。

3.2 釋放力試驗(yàn)

隨鉆震擊器充滿油后，即可在推拉試驗(yàn)裝置上測試并設(shè)定其上擊釋放力和下?lián)翎尫帕?，使其符合?guī)定。

試驗(yàn)時，將釋放力調(diào)節(jié)孔朝上，嚴(yán)禁限位孔螺釘和油堵對著周圍人員，禁止無關(guān)人員在隨鉆震擊器震擊時靠近試驗(yàn)臺架。

在試驗(yàn)前，建議先按限位塊取下來之前的方向安好限位塊再進(jìn)行試驗(yàn)。如果需要對限位塊可調(diào)范圍內(nèi)的最大釋放力進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)對限位塊進(jìn)行修配。

釋放力調(diào)定后，記錄調(diào)節(jié)螺母槽旁標(biāo)記的字母，并將其打印在調(diào)節(jié)孔旁邊的標(biāo)記槽內(nèi)（打印在出廠或前一次維修打印的字母之后），然后上緊限位孔螺釘和調(diào)節(jié)孔螺釘。試驗(yàn)后應(yīng)使隨鉆震擊器處于復(fù)位狀態(tài)。

3.3 密封試驗(yàn)

將專用試壓接頭連接到震擊器水眼兩端，并把進(jìn)水高壓膠管一端與試壓接頭的進(jìn)水口連接；另一端與電動泵出水口連接，并使另一個試壓接頭的放氣孔朝上，卸掉放氣孔上的螺塞。

啟動電動泵向隨鉆震擊器里注水。當(dāng)隨鉆震擊器水眼內(nèi)注滿水并從另一個試壓接頭上的放氣孔冒水時，停泵并旋緊螺塞，再繼續(xù)開泵。當(dāng)泵壓上升到30MPa時停泵，保壓5min，壓力降不大于0.5MPa，說明試壓合格。拆掉兩端試壓接頭，傾斜一段時間，待螺紋和內(nèi)孔水眼干燥后，涂以密封脂，旋上兩端護(hù)絲，試驗(yàn)完成。

4 結(jié)論

1） 該震擊器在鉆進(jìn)、起下鉆、接單根或觸井底時不會發(fā)生誤震，其液壓延遲作用允許操作者動態(tài)調(diào)整上擊力的大小，全密封油浴潤滑則有利于減少磨損和提高使用壽命。

2） 具有操作簡單、震擊力大、調(diào)節(jié)方便、連接強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、安全可靠、便于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3） 其在鉆柱組合中的位置比較自由，可滿足陸地和海洋在內(nèi)的各種工況下鉆井作業(yè)的需要。

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