钻井震击器技术浅谈

钻井震击器技术浅谈钻井作业中，由于地质构造复杂（如井壁坍塌、裸眼中地层的塑性流动和挤压）、技术措施不当（如停泵时间过长、钻头泥包等），常常发生钻具遇阻卡钻，震击器是解除卡钻事故的有效工具之一。

目前国内应用的震击器，主要来自Weatherford、Baker、Bowen、NationalOilwell、Rocan、Cougar、贵州高峰机械厂、北京石油机械厂等厂家的产品。

当需要震击器上击作业时，在地面施加足够的预拉力，工具内锁紧机构解锁，释放钻柱储能，震击器冲锤撞击砧座，储存在钻柱内的拉伸应变能迅速转变成动能，并以应力波的形式传递到卡点，使卡点处产生一个远远超过预拉力的张力，使受卡钻柱向上滑移。

经过多次震击，受卡钻柱脱离卡点区域。

震击器下击作业与此类似，不再赘述。

震击器的使用类型主要有随钻震击器、打捞震击器和地面震击器。

随钻震击器，要设计在钻柱组合中，如果钻进或者起下钻过程中遇卡，可以随时震击解卡。

打捞震击器，只是在需要解卡时才上井作业，不可以长时间随钻工作。

地面震击器，只是在井口使用，其对卡点的震动效果是向下震击，现场使用比较方便。

震击器的结构类型主要有机械式、液压式、机液式3种。

1.机械式震击器，利用机械摩擦原理，锁紧机构采用了一组棱带式的卡瓦，卡瓦副的释放由弹性套在压力作用下的变形来控制，震击力不受井内温度影响。

机械式震击器可设计成震击力可调与不可调两种。

可调震击器其震击力在井口调节，不可调震击器其震击力在产品组装时设定，现场不能调节，但整机长度短，工作安全可靠。

机械式震击器对金属材料及其热处理、机械加工精度等要求较高。

2.液压式震击器，利用液压油在细小流道内流动时的阻尼作用作为锁紧机构，利用流道突然变化所引起的释放，在震击器内产生打击，从而在钻柱内形成震动。

液压式震击器由于其锁紧机构工作原理的限制，只能在单一方向上产生震击，一般为向上震击。

由于具有优越于机械式震击器的长延时功能，其震击力大小可以靠司钻的操作任意调节。

液压式随钻震击器设计班级：姓名：学号：摘要：在油气开采过程中，当钻具发生卡钻时，采用随钻震击器进行解卡是最为有效和经济的方法。

随钻震击器工作可靠性是保证钻具能否进行有效解卡的前提，得到了广泛的应用。

液压式随钻震击器具有钻井中易于调整释放力、密封结构好、性能稳定等优点，解决了目前国内机械式随钻震击器入井后的不可调控的问题，拥有了第一时间处理卡钻事故的能力，实现了石油钻井工程的连续性和便捷性，大幅降低了国内石油钻井的成本。

本次设计是对液压式随钻震击器的总体结构的设计，包括总体方案设计、心轴总成设计、外筒总成设计等。

以液压式随钻震击器为研究对象，对其结构形式、上下击的工作原理进行分析，确定各工况下力和扭矩的传递路线和各部件的受载情况。

设计出一款121型的液压式随钻震击器，对其设计方法进行研究，以材料力学的方法对各零件进行强度校核和扭转校核。

关键字：液压式，随钻震击器，结构设计。

ABSTRACT: In the process of oil and gas exploitation, when the drill sticking occurs, it is the most effective and economical method to use the while-drilling jar to release the sticking. The working reliability of the MWD jar is the premise to ensure that the drilling tool can be effectively unscrewed, and it has been widely used. Hydraulic MWD jar has the advantages of easy adjustment of release force, good sealing structure and stable performance in drilling. It solves the unregulable problem of domestic mechanical MWD jar after it enters the well, has the ability to deal with Sticking Accident in the first time, realizes the continuity and convenience of oil drilling engineering, and greatly reduces the cost of domestic oil drilling.This design is the overall structure design of hydraulic while drilling jar, including the overall scheme design, mandrel assembly design, outer cylinder assembly design and so on. Taking the hydraulic while drilling jar as the research object, the structure and working principle of the jar are analyzed, and the transmission routes of force and torque and the loading conditions of each component under different working conditions are determined. A 121 hydraulic while drilling jar is designed, and its design method is studied. The strength and torsion of each part are checked by material mechanics method.Key words: hydraulic, while drilling jar, structural design.1 绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外研究的现状 (2)1.2.1震击器分类与特点 (2)1.2.2国内外研究现状 (3)2 液压式随钻震击器设计 (12)2.1液压式随钻震击器的总体结构 (12)2.2液压式随钻震击器的工作原理 (14)2.3液压式随钻震击器的结构设计 (16)2.3.1总体方案设计 (16)2.3.1.1 材料的选取 (16)2.3.1.2 壁厚设计 (17)2.3.1.3延时机构设计 (20)2.3.1.4 总行程设计 (24)2.3.2心轴总成设计 (25)2.3.2.1花键心轴设计 (26)2.3.2.2中间心轴设计 (29)2.3.2.2下心轴设计 (31)2.3.3外筒总成设计 (32)2.3.3.1上阀外筒设计 (33)2.3.3.2花键外筒设计 (35)2.4本章小结 (37)1.1研究的目的和意义小井眼侧钻技术是采油过程中一个重要的组成部分,是对低渗透油、裂缝油藏、边际油成层和死油中的剩余油开采的十分有效的方法。

震击器在钻井事故处理中的应用摘要：本文探讨了震击器的工作原理和性能参数，现结合某区块地1井页岩气钻探施工项目中的事故处理过程来浅谈液压震击器的实际结合运用。

通过该工具合理运用，成功解决井内跑钻、埋钻、烧钻、断钻等事故，从而大大提高事故处理的效率，节约了事故发生后的处理成本。

关键词：钻井；事故；震击器；卡钻1震击器的工作原理震击器是一种典型的震击类的解卡重要工具，但因为价格比较昂贵和行业交流欠缺的原因，导致在我们小口径钻探中几乎很少用到震击器。

它一般用于油井中深井的砂卡、封隔器卡和落物卡等卡钻事故。

GS95型超级震击器是通过锥体活塞在液缸内的运动压缩液体和钻具被提拉贮能来实现上击动作的。

安装在超级震击器上方的钻具被提拉时，超级震击器的锥体活塞压缩液体，由于锥体活塞与密封体之间的阻尼作用，为钻具贮能提供了时间。

当锥体活塞运动到释放腔时，随着高压液压油瞬时卸荷，钻具突然收缩，产生向上的动载荷，为被卡的钻具提供巨大的打击力。

震击器的规格和性能参数见表1。

表1震击器规格性能参数表2震击器在页岩气钻井中的运用井内事故情况如下：在施工过程中，由于跑钻导致钻具滞留井内，事后用Φ89mm公锥进行处理，在上提时，因锥子锥得不够牢固，再一次脱落，在反复脱落的过程中，钻具多部位受损，在井内形成喇叭状贴紧井壁，使简单的跑钻事故变成了复杂的井内事故。

最后一次用公锥提钻的过程中，钻杆从679m处脱落，至此导致井内遗留780m钻杆，然后再也无法用此方法进行事故处理作业。

事故处理作业处于僵局状态。

综上所述，目前井内钻具滞留的主要原因是钻具受损后，紧贴井壁形成了较大的上提阻力，导致公锥反复脱落，强行硬拉只能使井内情况变得更加复杂。

根据井内现状，该文决定用石油钻井中处理事故的一种常用处理工具液压震击器对剩余的井内钻具进行处理。

当滞留井内钻具所剩不多后再采用螺杆钻具进行偏斜绕障的方式完成最后的钻探工作量，达到完井的目的。

3震击器的现场运用运用震击器处理事故前，部分配件的加工如下。

超深井液压震击器的研制及应用摘要：针对液压超级震击器超深井施工中常见的井下卡钻事故，研制了新型全液压式随钻震击器。

整套震击器设计合理，机械锁紧力线性稳定，液压延迟时间稳定，能充分满足现场使用要求。

本文从超深井液压震击器结构、工作原理、性能特点等方面进行分析与研究。

关键词：超深井液压随钻震击器近年来，我国的油气勘探开发技术取得了飞速发展，钻采工艺水平正在向世界先进水平迅速靠拢。

随着钻井工程向定向井、超深井和复杂井的不断迈进，研制与之配套的能满足钻井工艺需要的新型井下工具就显得尤为必要。

一、技术分析1. 结构全液压式随钻震击器结构如图所示，主要由连接机构、机械锁紧机构、液压阻尼机构、扭矩传递机构、打击机构和密封机构等组成。

连接机构由壳体连接螺纹组成，壳体采用高级优质结构钢，力学性能及硬度均满足井下工具在复杂恶劣的井下环境中的使用要求，连接螺纹均符合API规范要求。

该震击器的机械锁紧机构采用行程控制式卡瓦部件，上下击为一体。

机械锁紧力在井口可调，调节操作简单、调值准确稳定。

该类型卡瓦各部件间摩擦力较小，延长了使用寿命，复位力明显减小对高温、高腐蚀性环境耐受力强。

液压阻尼机构由阀式液压延时机构、阀体心轴组成。

二者的精确配合有效地保证了在震击器机械锁紧部分释放后立即进入液压延时状态。

结合事故处理的工艺要求和现场操作的需要，可以由司钻通过改变钻柱的上提或者下放力的大小实现震击器上下击震击力的动态调节。

对于密封系统的选取，项目组甄选了各种密封组合形式，在充分保证震击器工作可靠性的前提下，对密封元件采用高安全系数设计与校核，整套震击器的密封系统均选用了先进优质的密封部件，延长了震击器整机工作寿命。

2.工作原理实际操作过程中，若在起钻过程遇卡，则启动下击解卡；若在下钻过程遇卡或钻头在井底遇卡，则启动上击解卡。

当需要上击时，上提钻柱，使震击器的心轴随之向上运动。

随着大钩上提力的不断增加，当拉力达到锁紧机构释放力的大小时，锁紧装置松开，即进入了液压延时阶段，这时，震击器在预拉力及液压阻力的作用下缓慢拉开。

四、全机械式随钻震击器一、概述全机械式随钻震击器是一种随钻震击解卡工具。

本节只介安纳聚尔（Anadvill ）全机械式随钻震击器，安纳聚尔集上、下震击作用于一体，可解除钻井作业过程中发生的井下遇阻、遇卡等事故，是定向井、深井优选的震击工具。

与液压式或液压—机械式随钻震击器相比，安纳聚尔随钻震击器具有如下优点：全机械结构，内腔液压油品质变化不影响震击效果；内腔无高压，易于密封，井下使用时间较长；下井前调定上、下震击吨位，下井操作时不再变化，保持较恒定的震击力。

二、型号表示方法规格系列及性能参数见表4－1，现有型号：8〞(7 3/4〞) 、6 1/4〞、4 3/4〞。

表4－1 规格系列及性能参数1、结构安纳随钻震击器的结构如图4－1所示。

图4－1 安纳随钻震击器2、上击工作原理使震击器处于锁紧位置，上提钻柱，受下面一组弹性套作用，迫使钻柱储能、延时。

当卡瓦下行，达到预定吨位后，解除锁紧状态，卡瓦中轴滑出，产生上击。

重复上述过程，可使工具再次上击。

3、下击工作原理使震击器处于锁紧位置，下压钻柱，受上面一组弹性套作用，迫使钻柱储能、延时。

当卡瓦上行，达到预定吨位后，解除锁紧状态，卡瓦中轴滑出，产生下击。

重复上述过程，可使工具再次下击。

四、使用、操作1、随钻震击器下井前，应对照《工具跟踪卡》检查，确认合格后方可投入使用。

2、送至现场的随钻震击器，是处在临界位置(即非上击也非下击的准备状态)。

现场人员可根据需要调节上击和下击吨位。

（1）调节上击吨位(见图4－2)，随钻震击器必须在临界位置，且上部有钻铤加压。

（2）卸掉下部控制筒上的锁紧螺钉和调节螺钉，用调节棒插入调节螺钉孔，(反时针转动调节套筒增加上击吨位,然后拧紧两螺钉。

（3）调节下击吨位(见图4－2)，随钻震击器必须在临界位置，且不受压。

（4）卸掉上部控制筒上的锁紧螺钉和调节螺钉，用调节棒插入调节螺钉孔，（反时针转动调节套筒增加下击吨位，顺时针方向转动减小下击吨位），从孔眼里读到字母并与工具跟踪卡对照，便可得到所需下击吨位，然后拧紧两螺钉。

一些震击工具的基本原理及使用方法一、随钻震击器随钻震击器由上、下两个独立的部分组成，既可单独使用，也可联合作用。

1、结构。

随钻震击器由随钻上击器和随钻下击器组成。

随钻上击器主要由芯轴、刮子、刮子体、芯轴壳体、花键体、延长芯轴、密封装置、压力体、耐磨液压油、密封体、浮子、冲管、冲管体组成。

随钻下击器主要由上接头、刮子、联接体、盘根、调节环、卡瓦芯轴、卡瓦、滑套、套筒、芯轴接头、花键体、芯轴等组成。

2、工作原理。

当需要上击时，快速提拉钻柱，钻柱伸长积蓄很大的能量，一量锁定机构解脱，钻柱的弹力使震击头产生强大的上击作用；当需要下击时，只需要迅速下放钻具，利用上部的重力即可向下产生向下的震击作用。

二、油压上击器（SY5086-85）1、结构。

油压上击器由震击杆、刮子、盘根、上缸套、中缸套、导向杆、活塞、下接头等组成。

2、工作原理。

震击杆与上、中缸套组成充满耐磨液压油的空腔。

活塞与活塞环在腔内向上运动的过程产生液阻，使钻具有足够的时间储能。

随着液压油从活塞环窄缝中泄流，活塞缓慢上行至泄放腔。

当液压油的约束被解除之后，钻具储存的弹性势能被释放，巨大的动载打击到与上缸套联接的被卡钻具上。

三、开式下击器（SY5054-85）1、结构。

开式下击器主要由上接头、震击总成、震击杆、筒体、下接头等组成。

震击杆为六方柱体，以传递扭矩。

震击总成为震击总成的支点，同时起隔离管内、外钻井液的作用。

2、工作原理。

当上提钻具，尔后迅速下放钻具，利用上部钻具重力和弹性伸缩产生强烈的向下震击。

四、地面震击器1、结构。

地面震击器主要由上接头、震击器接头、冲管、上套管、中心管、盘根、垫圈、卡瓦、卡瓦芯轴、滑套、调节、下套筒和下接头组成。

2、工作原理。

当上提震击中心管总成时，磨擦卡瓦上行到下套筒小锥端，即被调节环下端面顶住。

继续上提，迫使磨擦卡瓦挠性变形而扩张，钻柱伸长。

当提到调节拉力时，卡瓦芯轴从磨擦卡瓦中滑脱，伸长的钻柱突然收缩而产生强烈的下击作用。

第十节震击解卡工具钻具遇卡后，上提下放活动钻具，虽然有时也施加很大力量，但是这种力量的传递是柔性的，渐进式的，而震击解卡工具施于卡点的力量则是突然的，就像锤子敲击钉子一样，瞬时作用在单位面积上的力量则是很大的。

从动力学的观点来看，动能和物质的质量及运动的速度的平方成正比，震击解卡工具的特点就在于它以高速度来获得较大的动能去克服卡持钻具的力量。

震击解卡工具以其结构来说，基本上是液压式和机械式两种，它们的共同特点是：①必须能循环钻井液，中心要有循环钻井液的通道；②必须能传递扭矩，心轴与外筒之间不能有周向运动；③必须有高强度的密封，内液不能外泄，外液不能内渗；4要有储能机构，能把钻具伸长或压缩的弹性能积蓄起来，然后突然释放，产生高速运动；⑤要有震击偶，即一个撞击体和一个承击体组成一对相互矛盾的偶合体；6要有连接机构，因为它是连接在钻柱中间进行工作的，所以上下部都要有和钻柱相连的螺纹。

震击器种类很多，各部零件结构也有差异，但总的设计思路都是为了实现以上六项功能的，抓住了这一点，各种震击器的原理、结构就迎刃而解了。

震击作用是在相对运动中产生的，所以它必然有一个固定件和一个活动件，固定件和下部钻柱连接，处于相对固定状态，活动件和上部钻柱连接，随自由钻柱的拉、压而做上、下运动，其蓄能、释放、加速、撞击的过程，都是利用钻柱的上提下放来完成的。

一、液压上击器液压上击器是利用压缩油来积蓄能量的一种工具，型式也有多种，但基本结构相同，现以Z型液压上击器为例，加以说明。

1)结构如图液压上击器就是缸套与活塞的组合体，缸套部分做为固定件与下部钻柱连接，活塞部分做为活动件与上部钻柱连接。

①上缸体。

即心轴外套，中上部是一个光滑的圆筒，内有密封件，和心轴光杆部分形成动密封，使液压腔和外界隔绝。

下端为公细螺纹，与中缸体连接，其末端即承击体，内有母花键六个，和心轴的公花键相配合，用以传递扭矩。

上缸体上有油堵，是加液压油的地方。

②中缸体。

随钻震击器工作原理
嘿！今天咱们来聊聊随钻震击器的工作原理呀！
哎呀呀，这随钻震击器可真是个厉害的家伙呢！你知道它到底是咋工作的不？
首先呢，这随钻震击器是在钻井过程中发挥大作用的宝贝呀！它主要是通过巧妙的机械结构来实现其功能的哇！
当钻井遇到卡钻等复杂情况的时候，随钻震击器就该大显身手啦！它有上下两个部分，分别叫做上击器和下击器呢。

上击器是通过储存能量，然后突然释放，产生向上的冲击力，来帮助解卡的哟！下击器呢，则是反过来，先压缩然后猛地伸展，产生向下的冲击力！这是不是很神奇呀？
在工作的时候，随钻震击器得根据实际情况来判断啥时候该发力，发力多大才行呢！这可就需要精准的控制和判断啦！如果控制不好，那可就麻烦大了呀！
而且哇，随钻震击器的工作还得依靠各种精密的部件协同合作呢！比如说高强度的弹簧、精密的阀组等等。

这些部件都得质量过硬，不然在井下那么恶劣的环境里，很容易就出问题啦！
哇塞，你想想看，在深深的地下，随钻震击器默默地发挥着自己的作用，为钻井的顺利进行保驾护航，这是多么了不起的事情呀！
总之呢，随钻震击器的工作原理虽然看似复杂，但是一旦了解清楚，就会发现它真的是钻井工程中不可或缺的好帮手呀！它的存在，让钻井工作能够更加高效、安全地进行下去，这难道不值得我们为它
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