石油钻探施工中井下震击解卡工具参数优化

石油钻探施工中井下震击解卡工具参数优化

胡云锋

中国石化集团公司中原工程公司井下特种作业公司 河南省濮阳市 457001

摘要：井下震击解卡工具在石油钻探施工中发挥着不可或缺的作用，要想将此工具的使用效果、性能全面提高，需要对其参数进行优化、改进。本文通过优化工具结构和技术参数等来实现对井下震击解卡工具参数的优化，并将其在现场实际应用，对比参数优化前、优化后的施工效果，发现经过优化的井下震击解卡工具的性能更佳。

关键词：石油钻探施工；震击解卡；工具使用；参数优化

引言：在石油钻探施工作业过程中，受地层、工艺和操作等多方面的影响，很可能出现钻具卡钻事故。在处理过程中，常常需要借助震击解卡工具来实现活动钻具以达到解卡的目的。然而，震击器在具体操作中是通过轴向震击，难以形成旋扭力并使钻具移位。这使得如果使用震击工具还无法避免卡钻情况，这就会导致复杂井下事故发生，甚至有可能导致现有井筒报废，造成重大的损失。为更好解决钻探施工中的钻具卡钻问题，应将井下解卡工具和震击器联合使用，使工具形成旋扭力，帮助钻具脱离困境，大大提升解卡成功率。

1井下震击解卡工具参数的优化设计

1.1结构优化

石油钻探施工中，为了确保施工顺利、稳定的进行并减少卡钻事故的发生，作业人员需要借助井下震击解卡工具来辅助操作。结合钻探施工的要求，本文提出了一种井下震击解卡工具的优化方法，图1为此工具的结构图。

图1 井下震击解卡工具结构

结合上图可以发现，震击解卡工具的结构相对复杂，涉及很多部件，如平衡密封活塞、螺旋芯轴与承压组件等。具体来讲，震击解卡结构中的内螺旋短节模块和上、下筒体连接在一起；螺旋芯轴和钻具、导向杆相连。在导向杆的外部还套有平衡密封活塞，可供导向杆上下移动。同时，井下震击解卡工具的下筒体下端有密封结构；上筒体的承力套在中间区域的台阶上。至于承压组件，主要设置在工具导向杆的外壁，涉及多片碟簧。通常，3-4片碟簧可以构成一个碟簧组，而碟簧的数量以及所构成的组数均和螺旋芯轴相关，只要调整碟簧的各项参数，就可以进一步调节螺旋芯轴的压力和行程。

1.2井下震击解卡工具部分部件参数的优化设计

在工具结构优化设计结束后，需要对其重要部件的参数进行设计优化。其中涉及了井下震击解卡工具的结构外径，通常处于171-183毫米这一范围；冲击频率的参数主要在17.3-24.8赫兹；压降值是2.4-5.2兆帕；额定工作温度不超过120摄氏度；泵入液体单位时间流量是5-11升/秒；冲击自转转速为4-10转/分钟。结合这些参数指标优化设计工具重要部件的参数，不仅能保证震击解卡工具的性能、质量，还能更好发挥其在石油钻探施工中的应用效果。

2安装井下震击解卡工具的要点

优化设计完井下震击解卡工具参数后，还要进行安装、复位设计，这一环节也有很多要注意的点。在使用震击解卡工具进行处理的过程中，应保证循环液的排量与携砂能力足够大，能够把堆积在井筒内的碎屑带出，同时终止液压泵的运行可以将钻杆卸扣，使其脱离卡点，钻具也能成功提出。经分析发现，扭震解卡器和密封接头、上击器相连接，上击器又和钻具相连，通过将解卡器置入井中并逐渐提升上击器，在其积聚够能量再进行锤击，可以使解卡器内的螺旋短节不断移动，而随着轴向扭力的产生，其扭力还会不断传递到卡点位置，在其受到扭力的作用后会形成震击效应，在完成上述操作后，扭震解卡器也能完成震击操作。在完成一次震击操作后，可以移动钻具并使螺旋芯轴回到原先位置，再进行后续的震击作业。同时，在提动钻具的过程中，和井下震击解卡工具联合使用的扭震解卡器的工作状态并不统一。提放钻具期间，结构的螺旋芯轴不断伸出，受到承压组件的预紧力作用，其无法自由旋转，而扭震解卡器能将扭矩传递到钻机卡点位置，并完成井下对扣和紧扣操作。通过这一安装和复位过程，能够明确井下震击解卡工具的施工处理方法，还能为钻探施工期间井下震击解卡工具的参数设计与优化奠定良好的基础。

3井下震击解卡工具参数优化的注意事项

在优化设计井下震击解卡工具参数的过程中，需要进行多方面的考虑。比如，要保证参数设计的科学性、可行性。在设计工具过程中，应关注工具质量、大小等是否会影响震击的效果，还要考虑工具的作业环境相对复杂，井深以及钻具等对于工具的质量、性能有着一定的要求，只有严格按照上述要求进行优化设计，才能保证井下震击解卡工具参数优化的科学性、可行性。其次，还要考虑工具的震击频率是否和振幅相匹配。在应用震击解卡工具时，要结合不同的环境与设备要求来匹配相应的震击频率、振幅，其能确保震击解卡工具的应用效果。如果设计的工具震击频率相对较小，影响震击效果；若其频率相对较大，又会加剧设备及能源的损耗，对石油钻探施工十分不利。最后，在工具参数优化设计环节还要合理选择材料及工艺，其直接影响着震击解卡工具的可靠性、耐用性。所以，设计中应选择耐磨性强、强度高的工具材料，还要积极采用先进、有效的加工工艺，其可提升井下震击解卡工具的使用寿命，还能进一步保证其性能、质量。

4应用效果

为验证井下震击解卡工具参数的优化效果，将此优化设计方法应用到具体施工中，并将其应用效果和优化前的效果进行对比。在本次实验中，需要明确试验工作的目的，即分析井下震击解卡工具参数优化之后的运行机理及各种性能。实验期间用到了液体循环装置、液压泵与压力测量仪，并选择了规格不同的震击工具进行研究。

通过将选择的4个工具稳固在实验台上，并将液体循环装置和震击工具有效连接，在保证循环装置稳定运行的基础上，进一步调整震击工具的参数。再将优化后震击解卡工作运用到实际钻探施工中，做好各项数据的记录，如表1。

表1 优化设计后的震击解卡工具运行参数

由此可见，在工具运行工作中不断增加其流量，工具的冲击频率也呈上升趋势，并且工具冲击的转速也随之加快。所以基于钻探施工的具体需求，通过调节震击解卡工具的流量，能够调整工具的冲击频率，使其达到施工需要的作业状态。通过这一实验，有效验证了参数优化设计后的震击解卡工具在实际钻探施工中的效果，再以工具的密封强度为评价指标，进一步分析、计算工具优化设计前和设计后的密封强度情况，发现优化后工具的密封强度更佳，能够更好提高实际应用效果。

结束语：

总而言之，为了保证石油勘探施工顺利、高效的开展，还要进一步优化设计震击解卡工具的参数。本文简要分析了震击解卡工具参数的优化方法，并将其应用到实际施工过程中，发现其应用效果远优于优化设计前，由此可见，经过优化设计的震击解卡工具更能提高石油勘探施工的质量和效果，这一优化设计方法可行。

参考文献

[1] 连续管钻井震击工具的研制及室内试验评价[J]. 苗芷芃;王洪涛;李俊胜;张兴龙;万教育;徐华冬;张瑞平.辽宁化工,2021(04)