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(fā)，多分支水平井也成為了主流，連續(xù)油管小井眼鉆井應用的范圍也愈發(fā)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(xiàn)拖壓現(xiàn)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(jié)了該工具的適用性與優(yōu)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(jié)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(huán)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(huán)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(chǎn)生一個節(jié)流壓差作用于梭桿上部，推動梭桿繼續(xù)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(chǎn)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(chǎn)生后，鉆井液在沖擊座上方堆積，節(jié)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(huán)完畢。

二、可行性計算

以A1面與A2面列伯努利方程有：

四、結(jié)論

當井下鉆柱屈曲變形不嚴重的時候，即發(fā)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(fā)生屈曲變形達到螺旋屈曲狀態(tài)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(zhuǎn)聯(lián)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(xù)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(xù)油管水平段的鉆進能力。