一种适用于小井眼的液力冲击加压器的设计研究

贺贯宾

摘要：随着页岩气的勘探开发，多分支水平井也成为了主流，连续油管小井眼钻井应用的范围也愈发的广泛，碍于钻井技术与条件的限制，水平段钻进时会遇到许多问题;例如岩屑床的存在，岩屑反排困难;水平段钻压施加难度大，易出现拖压现象;水平段进尺慢，钻进效率低等等。设计了一款用于小井眼钻井的冲击器。提出采用液力冲击加压器提高钻进效率与延伸极限的办法，论述了所设计冲击器的工作原理、应用条件，总结了该工具的适用性与优缺点。对冲击器提高钻进效率、增加延伸能力做了理论分析。

关键词：钻井;压力;研究

一、液力冲击加压器的结构及原理

设计该工具的主要目的是为水平段钻头提供一个间歇性的冲击压力，增加井下工具振动，提高水平段的钻进能力。如下图1所示，工具工作原理为：钻井液通过上接头主流道流入进口阀腔室，由于进口滑块的流动通径变小，钻井液会在此处短暂憋压，当钻井液压力达到下部连杆打开压力时，推开球阀并将连杆与梭杆一同向下推动。此时，高压钻井液迅速流入连杆所在的环形空间并通过连杆悬挂座上的孔道及连杆与悬挂座之间的环形空间流入梭杆所在腔室。梭杆嵌套在梭杆轴衬中，梭杆本体陷有凹槽，钻井液通过凹槽时，由于流动空间的减小，会产生一个节流压差作用于梭杆上部，推动梭杆继续加速下行;梭杆下行到一定位置时，下球阀封堵住冲击座上钻井液流道，钻井液在冲击座端面产生水击压力，通过冲击座向下传递冲击压力供钻头破岩。水击压力产生后，钻井液在冲击座上方堆积，节流压差消失，由于弹簧在梭杆下行时被压缩蓄能，此时弹性势能释放作用于梭杆总成将梭杆弹回复位，梭杆上行推动连杆复位;连杆上球阀撞击进口处滑块，压缩进口处弹簧进行缓冲放压，一个冲程循环完毕。

二、可行性计算

以A1面与A2面列伯努利方程有：

四、结论

当井下钻柱屈曲变形不严重的时候，即发生正弦屈曲的时候，钻压还可以有效传递至井底，保证钻头钻进时有足够钻压;然而钻柱进一步发生屈曲变形达到螺旋屈曲状态时，下部钻头的钻压就不能保证了。冲击器的使用，是在轴向施加一个高频的周期性的冲击压力载荷，与静压旋转联合作用于井底，从而高效的破碎岩石。钻遇较硬地层时提速效果更为明显，同时要兼顾钻头的抗冲击能力，否則钻头寿命难以保证将导致达不到预期效果。

在拟定的连续油管工作条件下，小尺寸液力冲击器单次冲击功可达106J，在水平段能够显著起到降磨减阻，提速提效的作用。提高了连续油管水平段的钻进能力。