钻井利器的故事之“液动潜孔锤”

在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简要介绍了这一技术的典型应用案例,总结归纳了其下一步发展方向和技术难点,以期普及液动锤的应用,促进液动冲击回转钻进技术的进步。

射流式液动锤内部动力过程的数学模型及仿真分析

建立了活塞、冲锤在缸体内的运动规律,上下缸内液体状态变化的数学模型以及冲程和回程阶段活塞运动微分方程。应用Matlab语言及其主要工具Simulink对射流式液动锤内部动力过程进行数值仿真分析计算,得出射流冲击器仿真计算结果数据,绘制出位移、速度、前后腔压力、加速度曲线。

系列高效液动锤的研究与应用

传统的液动潜孔锤适应孔深较浅、孔径范围小。传统的正作用式液动潜孔锤阀、锤的工作弹簧对冲击能量影响大、弹簧寿命短,易损坏,其在不正常工作时将截断液流通道,必须提钻检查,否则将会出现烧钻事故;传统的双作用液动锤主要是靠锤、阀各自的上下活塞面积差产生的压力增高而工作,运动密封副多,对冲洗液质量要求高、运动阻卡几率大,固定式节流环对冲锤下行做功将产生一定的阻尼作用。YZX系列高效液动潜孔锤和SYZX系列绳索取心液动锤克服了传统液动锤的诸多不利因素,通过从基础理论研究、结构优化设计、产品规模开发,使我国液动锤技术得到了大幅度的提升,并作为一种高效、简便、节能的新产品,在生产实践中获得了良好的应用效果。

液动射流式冲击器冲击功测量方法及仪器研制

冲击功、冲击频率等性能参数的测量对液动射流式冲击器的理论建模、性能评价及结构改造起到了至关重要的作用。传统测量方法由于种种缺陷不能准确方便地获取冲击器的性能指标,本文提出了一种新型测量方法,通过线性霍尔传感器非接触测量冲锤末速度,计算冲击功、冲击频率等关键性能参数。本文还基于虚拟仪器技术研制了冲击器性能参数测量仪器,给出了仪器研制方法及关键设计思想。通过实际测量准确获取了待测参数,充分说明了测量方法和仪器研制的可行性。

新型液动射流冲击器实验

针对天然气深井、超深井钻井中难度大,时效低,钻头寿命短等问题,提出在深井、超深井钻井中采用新型液动冲击回转钻井技术。新型液动射流冲击器包括肺形阀式射流冲击器、盖板流阀式射流冲击器、连体阀式射流冲击器、麻雀型阀式射流冲击器,其工作原理与传统射流冲击器类似。实验包括凹劈、凸劈、尖劈、平劈实验。实验结果表明:通过改变劈形,增加阀等措施,除麻雀型阀式射流冲击器外,均可实现正常冲击。但连体式射流冲击器中的阀及尖劈极易损坏。为了实现深井钻井,建议采用加大喷嘴过流断面面积、改变劈形等措施来解决新型液动阀式射流冲击器易损坏的问题。

油气勘探钻井用液动射流式冲击器的研究与应用

冲击回转钻进技术是当前解决硬岩钻进难题最有效的方法之一，将液动冲击回转钻进技术成功地推广应用于油气田勘探钻井中，预期可使硬岩平均钻进效率提高３０％～５０％，成本下降１５％～２０％。笔者就液动射流式冲击器应用于石油钻井的可行性和意义进行了较详细的分析论证，对所设计的石油钻井用液动射流式冲击器的结构和工作原理进行了说明，最后总结了生产性试验中存在的问题，提出了进一步改进的方案。

液动射流式冲击器结构设计及试验研究

旋冲钻井用液动射流式冲击器焊镶和粘接部位极易开裂导致泄漏、卸压,缸体上、下腔工作压力建立不起来,造成冲击器停止工作或工作断续不稳,影响冲击器的性能。为此,对冲击器缸体进行了一体化结构设计,精选特制高性能热作模具钢材料(HHD),采用整体铸造方式成型,缸体表面采用液体氮化加氧化工艺处理。对该结构冲击器进行了室内性能测试试验和现场应用试验。结果表明,该结构液动射流式冲击器的性能得到改善,具有良好的工作稳定性和参数的可调节性;可以有效地提高深部硬岩地层机械钻速,防止井斜,降低钻井成本。

增大液动射流式冲击器单次冲击功的试验研究

:试验结果发现 ,当行程加大时 ,获得较高的冲锤末速度 (5 .43m/s) ,单次冲击功 34 6 .45J。当活塞运动所需瞬时流量已大大超过了水泵供水的供给量时 ,冲击器仍能稳定地工作 ,这体现了射流冲击器作为一开放的系统所特有的流量可自动补偿的优点。射流冲击器对负载的适应能力较高 ,且在大行程条件下 ,增加锤重可较大幅度地提高单次冲击功。

绳索取心、液动潜孔锤、螺杆马达“三合一”钻具

在绳索取心、液动潜孔锤、螺杆马达钻探技术的基础上,成功研制了"三合一"组合钻具,利用各自的优越性,形成新的组合钻探技术,在中国大陆科学钻探工程钻孔内试验取得了良好的技术效果,在主井5129·33m最深处成功地取出了科钻一井的最后一筒岩心。

YZX127型液动潜孔锤的研究及应用

系统论述了YZX12 7型液动潜孔锤研制过程 ,全面介绍了该液动潜孔锤的使用效果 ,展望了其广阔的应用前景。

绳索取心钻探技术的新发展——三合一组合钻具

介绍了研制成功的绳索取心、液动潜孔锤、螺杆马达三合一组合钻具的技术参数、结构原理及其在中国大陆科学钻探工程试验钻孔和主孔的试验情况。

新型液压桩锤气液驱动系统

以缩减结构尺寸、简化制造工艺、降低制造成本、提高传动效率为目标,在分析、比较国内外同类产品优缺点的基础上,经反复论证、改进,提出一种不同于国内外同类产品的液压桩锤气液驱动系统设计方案。该方案以应用双杆单作用氮气储能式液压缸和中转油箱为基本结构特征,选用插装阀为主控元件实施"先关后开"设计准则,使产品具有传动效率高、结构紧凑、工作平稳可靠等明显技术优势。首台样机实验的成功不仅证明了它的可行性和优越性,并且为自主开发适应我国建筑业需求的液压桩锤产品奠定了技术基础。

基于LabVIEW测射流冲击器冲击功及冲击频率

射流冲击器的冲击功和冲击频率是衡量射流冲击器水平与质量的2个重要指标。笔者应用基于LabVIEW虚拟仪器平台的检测系统测试冲击功及冲击频率。介绍了冲击频率检测电路:声音拾取电路、声音传送及变换电路,说明了冲击频率参数求取的过程和原理。通过系统压力检测电路,测得冲锤活塞上、下腔压力,求取冲锤活塞的单次冲击功。此方法操作简便,测量结果准确。

液动冲击器发展现状及在油气钻井应用探讨

液动冲击钻井技术是解决硬地层钻速慢难题的有效方法之一。着重对液动冲击器的类型、工作原理、发展现状及优缺点进行综述,并对其在油气钻井行业的发展方向进行探讨。分析结果表明:正作用式液动冲击器的尺寸小,主要应用于浅地层,技术成熟,在地质矿探工程中应用广泛;双作用式和射流式液动冲击器的尺寸较大,适用于深井,该技术处于试验阶段,未大规模推广应用;反作用式和射吸式液动冲击器在早期有研究,后期研究较少。在油气钻井行业中,液动冲击器发展方向是输出功率高、关键部件制造要求高、对复杂井下条件的柔性适应性要求高,双作用式和射流式液动冲击器在油气钻井行业中具有较好的发展前景。

小秦岭灵宝金矿田整装勘查第一深孔钻探工艺

针对小秦岭枪马金矿区800 m以深诸多未知因素,借鉴山东、安徽等钻探单位的深孔施工经验,缜密详细地制定了施工设计方案,成功地完成了该区金矿田2018.86 m第一深孔的钻探施工任务。介绍了该孔的钻探工艺和施工技术。

地质钻探液动冲击回转钻进技术再(新)认识

针对地质钻探液动冲击回转钻进适用条件、钻探设备配置要求、冲洗液与现场维护、相关新产品研发等方面提出了一些认识和建议。文章认为,当前地质钻探装备条件的改善,冲洗液性能、质量和固相控制(净化)工作的强化,有利地支撑了液动冲击回转钻进技术的推广应用,小直径金刚石绳索取心液动冲击回转钻进已经成为应用最为广泛的液动冲击回转钻进工艺。对原地质矿产标准《液动冲击回转钻探技术规程》(DZ/T 0053—93)进行修订,是推动目前我国液动冲击回转钻进技术发展的举措之一。今后,还应加强新型高能液动潜孔锤研发和示范应用,研究优化大直径、全面钻进工艺。

2000m全液压岩心钻探技术装备示范工程

介绍了2000 m全液压岩心钻探装备示范工程———山东乳山金青顶金矿区ZK43-1钻孔的工程概况、钻探技术装备配置、应用效果和示范工程技术工艺,总结了该示范工程项目工作成果,提出了未来深孔岩心钻探装备研发和推广工作的建议。

绳索取心液动潜孔锤钻进技术在小秦岭金矿区的应用

介绍了SYZX75型绳索取心液动潜孔锤在河南省灵宝市小秦岭金矿区的试验应用及其效果。试验结果表明,钻探台月效率、平均时效、回次长度和破碎地层岩心采取率均有明显提高,钻探成本下降,防止孔斜效果好,值得进一步推广。

绳索取心液动潜孔锤在岩心钻探施工中的应用

详细介绍了SYZX75型绳索取心液动潜孔锤在岩心钻探施工中的应用情况,并通过钻探效果数据的对比,分析了其优缺点,提出了存在的问题及解决的思路。

旋冲钻井技术在内蒙古意1井的应用

为了提高内蒙古意1井3000 m以深下部井段机械钻速，采用了射流冲击器旋冲钻井提速技术。根据地层岩性特点，通过冲击器台架性能测试，优选出了冲击器的冲击功及冲击频率，确定了旋冲钻井参数。射流冲击器配合牙轮钻头应用井段为3675～3817 m，通过合理确定水力参数及冲击器的性能参数，取得了预期的提速效果，达到了提速增效的目的。冲击器纯钻共计185 h，总进尺142 m，采用旋冲钻井技术，在相同地层及钻头条件下，旋冲钻井2趟钻进进尺较以前转盘钻进4趟钻进进尺多10 m，提高机械钻速达42％，为白音查干区块钻井提供了一项新的技术手段。