川东北工区机械式随钻震击器与全液压随钻震击器对比及常见问题分析

[摘 要]川东北工区钻井施工一直有“三高一深”的特点，难度大，风险高，钻具组合中常加入随钻震击器应对井下复杂情况，现在常用的随钻震击器有机械式随钻震击器和全液压随钻震击器两种，其结构和控制操作存在一定差别，所以对其工作原理、结构特点、控制操作进行比较，剖析常见问题，提出对策，为工区现场钻井施工提供参考，具有一定意义。

[关键词]机械式随钻震击器；全液压随钻震击器；比较；常见问题分析

中图分类号：TG531 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

1 背景

目前，川东北工区因地层复杂、井控风险大，井下阻卡情况多，为应付卡钻事故的发生，现场根据井下情况配备了随钻震击器，在遇阻遇卡的同时能够产生向上或向下的震击，帮助解卡。据统计2007-2014年胜利西南分公司在川东北工区共使用随钻震击器118套，其中全液压随钻震击器29套，机械式随钻震击器89套，虽然这些震击器都能协助解卡，但是工作原理和性能存在一些差别，如果在现场不加区分去使用，就不能发挥震击器的最佳效果，且带来新的问题，这里通过两种类型的震击器进行对比，剖析其特点，分析问题原因，并提出应对措施，协助井队安全顺利施工。

2 机械随钻震击器和液压随钻震击器比较

随钻震击器是钻井过程中接在钻柱中的一种可以产生上击和下击的震击器，当井下钻具被卡时，能够提供一个巨大的冲击力，可进行上击或下击动作以达到解卡目的，迅速恢复正常钻井作业。常用的随钻震击器根据结构特点分为机械式随钻震击器和全液压随钻震击器， 下面对两种震击器进行对比：

2.1 工作原理

机械随钻震击器工作原理：

机械随钻震击器开始工作的初始位置在锁紧状态，此时卡瓦心轴与卡瓦配合，当向上震击时上接头连接的外筒相对于卡瓦心轴向上运动，卡瓦张紧储能，达到一定吨位时，卡瓦与卡瓦心轴脱开，瞬间释放向上震击，同理外筒下压产生下击，每次震击后都要将震击器复位。震击器的步骤为：

向上震击时，外筒卡瓦槽相对卡瓦芯轴向上滑动，储存能量，当能量达到卡瓦滑脱极限时，外筒与芯轴向上瞬间脱开，撞击上震击垫，产生上击。震击后，缓缓下压外筒，将卡瓦芯轴推入卡瓦槽，完成复位，可再次震击。

向下震击时：外筒卡瓦槽相对于卡瓦芯轴向下滑动，储存能量，当达到卡瓦滑脱极限时，外筒与芯轴向下脱开，撞击下震击垫，产生下击。震击后，向上提拉外筒，将卡瓦拉入卡瓦槽，完成复位，可再次震击。

全液压随钻震击器工作原理：

全液压随钻震击器正常钻进过程中处于下击位。当需要产生向上震击时，液压阻尼元件随心轴一起（液压阻尼元件的特点是可以缓慢通过液压油），相对于外筒缓慢向下运动，当阻尼元件位于中间凸台下方时，快速向上提拉心轴，到达凸台时由于阻尼元件作用，上部液压油储存压力，当阻尼元件通过凸台后，上下油腔连通，心轴瞬间向上滑脱，产生震击。反之，可产生下击。

通说比较发现，机械随钻震击器是通过卡瓦心轴和卡瓦及其附件的摩擦产生的震击，是机械配合，而全液压随钻震击器是通过液压油的储能和释放产生震击，区别在于储能介质的不同。

2.2 结构对比

机械式随钻震击器主要由心轴、压紧螺母、扶正套、花键体、心轴接头、卡瓦心轴、下控制套筒、下调节套筒、中间套筒、弹性套、定位套、摩擦衬套、间隔衬套、卡瓦、上调节套、上控制套、平衡活塞、终端压帽、上接头等零件组成。

全液压随钻震击器主要由：钻杆心轴、上心轴、中间心轴、下心轴、驱动液缸、液缸、上液缸、中间液缸、下液缸、活塞、阀体、阀芯等零件所组成。

通过对两种震击器结构对比显示，机械式随钻震击器没有液压油腔，内部机械油主要为油，动作机构为机械配合，油轻微渗漏短时间内不影响结构工作，井温对其影响不大，深井中使用寿命更长；全液压随钻震击器由于是液压驱动，机械零部件少，工作更为平稳，但液压油受温度变化大。

2.3 操作控制

机械式随钻震击器操作步骤为：发生卡钻需要上击时，下放钻具直到指重表显示小于震击器以上钻具悬重3-5吨（即震击器心轴上所受压力），震击器回到“锁紧”位置（即复位），上提钻具产生震击，上提力=G1-G2+G3+G4+G5+G6-G7（向上震击时），震击后重新复位再次进行上击作业；当需要下击时，首先将震击器复位，然后下放钻具进行下击。上提力=G1-G2-G3+G4+G5+G6-G7

其中G1――原悬重（井内钻具重量）；

G2――震击器以下钻具重量

G3――震击器调定震击力

G4――泥浆阻力，一般取向上提力的5%

G5――摩擦阻力，定向井大斜度井一般取上提力的10-20%

G6――指重表误差（根据现场仪器精度而定）

G7――开泵效应，G7=泵压×开泵面积

全液压随钻震击器操作步骤为：卡钻上击时，缓慢下放震击器以上钻具5-7.5吨使震击器闭合，以一定拉力上提钻具，刹车，延时上击。反之，以一定拉力下放钻具，刹车，延时下击。震击器的上击力=震击前指重表向上的最后读数 C震击器上部工作钻柱的重量在指重表上的读数，震击器的下击力 =震击器上部工作钻柱的重量在指重表上的读数

C震击前指重表向下的最后读数。

通过以上操作对比可以发现：机械式随钻震击器上下震击力都是地面调定好的，比较适合井壁不稳定的地层和井下情况较为稳定的地层。全液压随钻震击器启动简单，震击力可以通过上提力的大小和速度进行控制，适合地层较为复杂的定向井、大斜度井等。

3 常见问题分析及对策

根据近年来，川东北工区使用随钻震击器中出现的常见问题进行汇总分析见表1

3 总结

通过对两种类型震击器的对比，并对常见问题进行分析，在现场使用中要结合两种震击器的特点进行选用，更好的发挥震击器的作用，保证井下施工的安全。

（1）井温较高，井下情况较为稳定时尽可能选用机械式随钻震击器，复杂情况需要使用全液压随钻震击器时，要严格控制使用时间，尤其是在剧烈震击后及时探伤检验。

（2）井壁不稳定，容易掉快的情况尽量寻用震击力可以调定的机械式随钻震击器。

（3）地层稳定，井下阻卡严重的复杂井优选全液压随钻震击器，长时间剧烈震击后，严格控制使用时间，及时更换新工具。

（4）震击器工作时，条件允许时上击开泵，下击停泵。