新型液動沖擊回轉鉆井技術

一、“液動沖擊回轉”鉆井技術在石油天然氣鉆井中，采用傳統的牙輪鉆頭技術進行挖掘，鉆孔技術相對較深，效率較高。隨著井深的增加，鉆井難度大，效率低。在結晶巖石中鉆進,也存在鉆井時效低、鉆頭壽命短等問題。針對上述問題,提出采用液動沖擊回轉鉆井技術來解決鉆井難題。而射流沖擊器在高壓釜內進行模擬試驗時顯示出了極大的潛力,其在野外實驗及生產中一方面大幅度提高了鉆井效率,但與此同時,也出現了核心部件(射流元件)較易損壞、壽命較短等不足,其重要原因是由于原有射流元件結構設計局部存在不足。因此,提出了研制系列新型閥式射流沖擊器。二、噴嘴過流斷面面積針對已有射流沖擊器在深井鉆井時所出現的問題,可采取加大噴嘴過流斷面面積、改變劈形等措施來解決。增大噴嘴過流斷面面積,會對射流切換、射流元件對活塞上下運動的控制能力及整體可行性產生影響。但大量模擬試驗證明:加大噴嘴過流斷面,調整相關結構參數,射流完全能夠實現切換。而噴嘴過流斷面的改變,導致劈等發生改變。為實現切換,可需加一控制閥。故本次設計的系列液動閥式射流沖擊器均有較大的過流斷面及不同的劈形。三、新型液體動射流處理器類型系列新型液動射流沖擊器主要包括肺形射流沖擊器、蓋板流射流沖擊器、連體式射流沖擊器、麻雀形射流沖擊器。1.沖回流動作原理肺形射流沖擊器結構如圖1所示。工作原理如下:泥漿泵輸出的高壓水經鉆柱輸入到閥式射流元件S,從射流元件噴嘴1噴出,射流產生附壁作用。假設先附壁于右側,高壓水經右輸出道A輸出,關閉右閥G,打開左閥H,再進入缸體2的上腔,推動活塞3下行,與活塞連接的沖錘4便沖向砧子5,砧子5通過螺紋與鉆頭6連接,沖擊力便傳至鉆頭6實現鉆井;當活塞運行到下死點后,水擊壓力反饋信號經信號道E傳至控制道C,在控制流的作用下,射流由右輸出道A切換到左輸出道B輸出,與此同時,關閉左閥H,打開右閥G,流體經元件對應的受流口及缸體上的水道進入內缸2的下腔,然后推動活塞向上作返回動作。同樣,當活塞運行到上死點后,水擊壓力反饋信號經左信號道F傳到左控制道D,在控制流作用下射流又切換到右輸出道A輸出,如此往返實現沖回程動作。上下缸的回水,則通過輸出道A或B返到排空孔I,再經與排空孔I連接的水道、過水接頭、砧子、鉆頭內孔道流入孔底,沖洗孔底后經鉆桿與孔壁之間的環空間隙返回到地表。在結構上,與傳統射流沖擊器相比,肺形閥式射流沖擊器創新設計如下:(1)加大噴嘴過流斷面面積。(2)增設閥。(3)排空孔合二為一。(4)信號孔挪至中板,與控制道一體化。(5)分流劈由原來的凹劈變成了凸劈。2.沖擊器結構設計與肺形射流沖擊器相比,蓋板流閥式射流沖擊器在結構上最大不同在于射流元件中的控制流不是通過中板,而是通過上下蓋板。其工作原理與肺形射流沖擊器類似。3.沖擊器結構設計與肺形射流沖擊器相比,連體式射流沖擊器在結構上最大不同在于:閥劈連成一體,控制流經上下蓋板流至控制道。其工作原理與肺形射流沖擊器類似。4.閥呈亞麻形與肺形射流沖擊器相比,麻雀形射流沖擊器在結構上最大不同在于:閥呈麻雀形,位于分流劈以上而不是在其下,且尺寸較小,工作時閥與劈相互接觸,控制流通過上下蓋板信號道流至控制道。麻雀形射流元件總體尺寸最小,其工作原理與肺形射流沖擊器類似。四、新型射流衰減器的試驗1.鉆機、水壓泵、壓力計算試驗所用主要設備如下:泥漿泵為BW-320型,泵量分為四檔;鉆機為GY-100型;高壓膠管為泥漿泵附帶;鉆桿為?50mm;水箱為1m3;壓力表量程為16MPa、6MPa各一只。附件為微機、麥克風等。2.沖擊器實驗準備按圖2(功能簡化后的試驗裝置圖)所示進行試驗前準備;其后開泵送水,驅動沖擊器工作。實驗主要針對不同劈形進行。劈形分凹劈、凸劈、平劈、三角劈,如圖3所示。3.沖擊器工作原理(1)對于肺形射流沖擊器,試驗結果如下:①采用凹劈時,要使肺形沖擊器正常工作,凹劈需有更大的曲率半徑。②對凸劈及平劈而言,肺形射流沖擊器能否工作取決于閥與內腔側壁的距離。當閥與內腔側壁存在一定的間距時,沖擊器工作;否則不工作。③三角劈肺形射流沖擊器也能工作,但劈尖易損壞。(2)對于蓋板流閥式射流沖擊器,試驗結果在凸劈條件下,沖擊器能夠進行工作。(3)對于連體式射流沖擊器,試驗結果采用圓弧閥無法進行工作,而三角閥、大凹閥、大凸閥均能工作,但閥極易損壞。(4)對于麻雀形射流沖擊器,試驗結果在改變閥型及控制道寬度的情況下,沖擊器幾乎不工作。從其零星的工作情況來看,需要重新進行設計,使其正常工作。五、結構參數調節(1)系列新型射流沖擊器可通過改變劈形及加閥實現沖擊。(2)沖擊器的性能可通過調節相關結