震击器、减振器及稳定器

2026-04-12 15:51:00

为了提高钻井速度、确保钻井质量、提高钻井作业效率、减少井下作业事故,使钻井作业顺利进行,在钻柱中常常连接各种井下工具,其中震击器、减振器、稳定器已成为钻井最为普及使用的井下工具,钻井人员将其称为钻井井下三器

震击器是能够产生震击作用的井下工具。为什么要在钻柱中加入震击器呢?这是因为在钻井作业中,压差与黏吸作用、下落的钻屑、地层的膨胀缩颈、地层垮塌等原因,都可能引起钻柱被卡住的事故,震击器正是解除卡钻事故的有效工具之一。当钻具遇卡时,通过震击器给卡点处向上或向下以强烈震击力,促使卡点松动,从而达到迅速解除卡钻的目的。

震击器的类型很多,但其结构基本相似,主要由锁紧机构、打击机构、扭矩传递机构、密封机构和螺纹连接机构等组成。其中锁紧机构为震击器的核心,它决定了震击释放力的大小,常用的锁紧机构主要有摩擦卡瓦式、弹簧预紧的锁紧卡瓦式、行程控制的锁紧卡瓦式以及锥活塞液压阻尼式;打击机构用来将释放端的动能通过打击面的打击转换成震击力,同时还具有冲程限位的作用;扭矩传递机构用来传递动力,将上部扭矩和转速有效地传递给下部钻具,一般为花键机构;密封机构用来达到有效的密封,满足长时间在井下工作的要求;螺纹连接机构用来实现与上下钻具的可靠连接。

震击器按工作原理可分为机械式震击器、液压式震击器和机械/液压式震击器。按用途可分为随钻震击器和打捞震击器,随钻震击器在钻进时要随钻柱下井,打捞震击器仅在需要时才组合入井。此外,按作用方向的不同,震击器还可以分为上击器、下击器和双向震击器。

震击器连接在钻柱中间,钻柱相当于一个弹性的管柱,当钻柱遇卡时钻柱在卡点处被卡定,向上震击作业开始时,上提钻柱就相当于在钻柱的一端施加了一个拉力,由于震击器锁紧机构由开始工作到释放需要一定的时间和过程,在这个过程中,钻柱会在这个拉力的作用下因弹性变形而伸长,积蓄弹性变形能。当在拉力的作用下上部钻杆带动锁紧机构移动达到极限时,锁紧机构突然释放,受拉伸长的管柱就会因弹性势能的作用迅速恢复为原来的长度,钻柱的弹性变形恢复力就会带动心轴及心轴释放端的撞击头以极大的加速度向上运动,使撞击头与打击面产生强烈撞击,于是对卡点产生巨大的冲击动能,产生几十吨甚至上百吨的释放力,使卡点松动,起到解卡的作用。同样,向下震击作业时,下压钻柱就相当于在钻柱的一端施加一个压力,钻柱将因弹性变形而缩短,当锁紧机构突然释放,钻柱的弹性变形恢复力就会带动撞击头与打击面产生强烈撞击,对卡点产生巨大的冲击动能,使卡点松动。

减振器是能够起到吸收或者减轻冲击与振动作用的井下工具。在钻柱中连接减振器有什么作用呢?在钻井过程中,钻头转动破碎岩石,将产生振动与冲击,如果不进行减振,将大大影响钻头和钻柱的使用寿命。减振器一般安装在钻头附近,利用其内部的减振元件吸收或减小钻井过程中钻头的冲击负荷、钻柱的振动负荷以及旋转破岩时的扭转冲击负荷,从而保护钻头和钻具,达到降低钻井成本,提高钻井工作效率的目的。

液压减振器主要由减振机构、扭矩传递机构、密封机构、心轴和上下连接螺纹等组成。其中,减振机构为减振器的核心,它决定了减振性能的好坏;扭矩传递机构用来传递动力,将上部扭矩有效地传递给下部钻具,一般为花键机构;密封机构用来达到有效的密封,满足长时间在井下工作的要求;螺纹连接机构用来实现与钻具的可靠连接。

根据减振机构的不同,减振器可以分为液压减振器、机械减振器和双向减振器三种。按照减振元件不同,减振器又可分为橡胶减振器、碟簧减振器、液压减振器等。

稳定器就是起稳定作用的工具,又称扶正器,具有以下三方面的作用:一是使长长的钻柱在井眼中保持居中,减少钻头和钻杆偏磨;二是控制井眼轨迹,防止井斜变化,稳定钻进方向;三是提高钻进中钻头的稳定性,减轻径向和轴向的剧烈振动。在钻具组合中通过调整稳定器的位置、数量和直径,可以达到不同的使用要求。

稳定器的结构比较简单,直观上看就是带有肋骨片的粗径接头,它由耐磨肋、过流槽、带有上下接头的本体三部分组成。耐磨外径略小于井眼尺寸,在钻井过程中,耐磨肋与井壁接触扶正钻具,为井眼轨迹控制提供支撑,为了提高表面耐磨性,大都在耐磨肋上镶嵌一定数量的硬质合金块。过流槽为循环钻井液提供通道。

稳定器按功能可分为常规稳定器和可变稳定器。常规稳定器按耐磨肋形状又可分为直线型和螺旋型两种。可变稳定器可调整耐磨外径的大小,通过调整外径的大小,可以改变下部钻具的井斜控制能力,从而调整和控制井眼的井斜角度,最先进的可变稳定器已经实现了地面对井下变径的远程遥测遥控。

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