连续管钻井震击工具的设计及研究

油气田开发工程连续管震击工具技术现状及发展建议王攀1王进全1栾苏1闫永宏1张玉玲2段红霞2董毅军1（1.宝鸡石油机械有限责任公司国家油气钻井装备工程技术研究中心 2.中国石油长城钻探工程有限公司）摘要：连续管震击工具作为连续管作业管串的标配工具，在连续管打捞、冲砂、定向钻井、复杂井和深井等领域的应用越来越多。

主要介绍了国外NOV、Baker Hughes、Weatherford、G-Force和Welltonic等公司震击工具的技术现状及结构特点，随后简要介绍了国内研制连续管震击工具的技术现状及不足，最后提出了我国发展连续管震击工具的几点建议。

关键词：连续管；震击工具；震击器；液压；技术现状；建议中图分类号：TE935文献标识码：A文章编号：1001－4578（2012）11－0108－04State of the Art of CT Jarring ToolsWang Pan1Wang Jinquan1Luan Su1Yan Yonghong1Zhang Yulin2Duan Hongxia2Dong Yijun1（1.Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd. 2.PetroChina Greatwall Drilling Company）Abstract：The CT jarring tool is applied more and more frequently in fishing，sand washing，directional drill-ing，and operation in complex wells and deep wells.The paper mainly introduces the present technological situation and design features of the jarring tools produced by foreign companies such as NOV，Baker Hughes，Weatherford，G-Force and Welltonic.Then it briefly introduces the present technological situation of the homemade jarring tools and their weaknesses.Finally，it offers a few suggestions to develop CT jarring tools in China.Key words：CT；jarring tool；jar；hydraulic；state of the art；suggestion随着连续管井下作业的需求急剧增多和工艺种类的拓展，连续管震击工具作为很多井下作业管串的标配工具的现实需求越来越显著。

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。

连续油管套管开窗振动分析引言连续油管钻井（CTD）技术作为一种新型且快速发展的钻井作业手段，以其良好的现场作业效果和众多的作业优势越来越受到油田作业者的关注。

进入20世纪80年代以来，世界范围内各大油田相继进入开发后期，油藏开发难度逐渐增加，油藏开发形势、油藏地质条件等因素对钻井的要求越来越苛刻。

连续油管开窗侧钻为解决上述问题提供了了一个很好的途径。

套管开窗的好坏直接影响后续侧钻井下钻具组合能否顺利下入井中以及钻井的质量。

影响开窗质量的因素主要有造斜器的性能，钻头的类型，钻压的施加，钻井液的使用及控制及操作人员的操作等。

其中，上述原因都涉及到振动的影响，振动常常也会导致开窗作业过程中常常出现井底钻具的严重破坏、随钻测量设备的频繁失效等，所以研究振动对开窗质量的影响具有重要意义。

造斜器振动的影响连续油管过油管开窗侧钻技术包括水泥塞开窗侧钻技术、水泥环内置造斜器开窗侧钻技术和过油管造斜器开窗侧钻技术。

三种技术的主要差别在于开窗和出老井眼的导向方式上。

目前，水泥塞开窗侧钻技术比较成熟，应用广泛，是三种技术中最可靠、经济的一种。

但是，水泥塞开窗侧钻和水泥环内置造斜器开窗侧钻所需的工序多，需要多次起下钻，加速了连续油管的疲劳磨损，而连续油管造斜器开窗侧钻可实现“单程”下造斜器和开窗作业，延长了连续油管使用寿命。

所以，造斜器开窗侧钻越来越受到油田作业者的关注。

常用的造斜器还有滑块定位式、撑块卡固式、偏斜定位套式等。

造斜器的类型和锚固方式对振动的产生具有重要影响。

传统的与弹性元件配合使用的造斜器由于使用弹性元件，往往会导致封隔器存在不利的微小位移，而产生振动影响开窗铣锥齿的切削深度，从而产生更大的振动，加速了铣锥的破坏和窗口质量的下降。

此外，由于连续油管开窗侧钻常常需要过直径小于套管的油管，所以造斜器直径往往比油管要小，当座封或锚固好造斜器下入开窗钻具组合后，造斜器导斜面由于受到钻具的作用和自身刚度的限制会产生快速的小变形（如图所示），这将导致不规则的切入深度，随机的大切入深度会瞬时消耗马达大量能量并随之产生振动。

石油机械论文:连续管钻井技术与装备连续管钻井技术与装备摘要国外技术发展和应用实践表明 , 连续管钻井技术将成为利用钻井工程技术提高油气采收率的重要手段。

研究总结了连续管钻井技术的系统构成和技术特点 , 认为此项技术的最佳应用点是应用欠平衡工艺实施老井加深和过油管侧钻。

分析归纳了连续管钻机的典型结构型式 , 认为连续管钻机的种类繁多 , 个性化特征鲜明 , 完全采用连续管钻井技术钻新井 , 钻深会受到很大限制。

研究分析了连续管钻井工艺过程 , 提出了实施连续管钻井工程项目的基本程序 , 认为采用连续管钻井技术和欠平衡工艺进行老井重入加深、老井重入钻水平井和过油管侧钻将在油田增产、难动用储量开采、利用现有井筒低成本开采深部储层、提高最终采收率等方面发挥积极作用。

关键词连续管钻井连续管钻机工艺过程0 引言1991年, 美国 O ryx能源公司首次在得克萨斯州采用连续管钻井( Co iled Tub ing D rilling, CTD ) 技术成功地在一口老井中完成侧钻水平井 , 成为连续管钻井技术步入实际工业应用的标志性开端。

经过近 20年的发展 , 连续管钻井技术的应用迅速拓展。

截止 2008年底 , 全球采用连续管钻井技术完钻的总钻井数约为 11 000 口。

从 2004 年开始 , 平均每年钻成 900 ～1 000 口井[ 1 ] 。

随着连续管钻井装备、井下工具和钻井用连续管的不断创新与持续改进 , 以及连续管钻井技术与欠平衡钻井、控压钻井、旋转导向钻井等技术的结合 , 使得连续管钻井技术水平大幅提高 , 应用领域也得到了大幅度拓展 , 创下多项连续管钻井新记录。

采用<6013 mm( 2 ∃3 英寸 ) 连续管 +牵引器 +减阻器完钻的最长裸眼水平段为 2 880 m; 采用牵引技术完钻的最深水平井全长4 572 m (其中水平段长 1 219 m ) ; 在英国北海开窗侧钻 <9814 mm ( 3 (3 英寸 ) 小井眼 ,下 <7310 mm ( 2 (3 英寸 ) 尾管射孔完井 , 创下连续管老井开窗侧钻的最大窗口深度为 3 862 ～3 866m (该井深 4 137 m ) ; 在印尼处理一口井喷事故井时 , 采用<6013 mm、壁厚为 31962 mm ( 01156 英寸 ) 的连续管和 16511 mm ( 6 ∀−英寸 ) 马达 , 重入事故井钻成 <31715 mm ( 12 ∀−英寸 ) 井眼 , 创下连续管钻井的最大井眼记录。

钻井提速用振动冲击工具研究进展发布时间：2021-05-28T10:17:06.687Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：许宏楷[导读] 摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。

中原石油工程有限公司管具公司西南项目部四川南充 637000摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。

然而，为了实现低成本钻井，在固定的钻头和钻机成本下，必须在尽可能短的时间内获得更多进尺。

实践表明，振动冲击工具在不增加地面设备能力的情况下，可以合理地利用和转化泥浆的水力能辅助破岩。

振动冲击工具作为降低成本、提高效率最直接有效的手段之一，在行业中得到了广泛的认可和重视。

自20世纪以来，美国、苏联、中国、德国等国家对钻井速度工具进行了大量的研究和创新。

试验和应用结果表明，振动冲击工具具有以下优点：（1）提高硬地层机械钻速和进尺深度；（2）有效控制井眼轨迹，提高井身质量；（3）缓解钻柱弯曲和恶性振动；（4）改善钻头破岩环境，提高破岩能量，降低破岩阻力。

关键词：钻井；提速用；振动冲击；工具1轴向振动冲击工具经过几十年的发展，在油气钻井领域成功应用的主要轴向振动冲击工具有射流冲击器、注吸式冲击器、自激振荡冲击器、脉冲加速器和旋转冲击器。

1.1射流式冲击器射流式冲击器又称射流式液动锤（见图1），主要利用一个双稳态射流元件的射流附壁切换特性，控制高压液体交替进入冲击器缸体上下腔，从而推动活塞冲锤往复运动。

其结构尺寸及性能参数如表1所示。

图1射流式冲击器结构示意表1射流式冲击器性能参数射流式冲击器具有结构简单、运动件少、工作稳定、不受井底背压影响等特点，与此同时也存在射流元件易冲蚀、液体能量利用率低等不足。

近几年吉林大学对射流式冲击器内部的射流元件（见图2）的结构与材质进行了改进优化，将射流元件从传统三体式结构改进成脸谱型两体式结构，将原有底板和盖板的长条形上下腔控制信号孔改为在基板上采用电火花方式加工而成的矩形截面控制道，并且在材质上全部采用YG11C硬质合金。

连续管钻机技术研究及开发建议
随着石油矿物埋藏地越来越深，传统的管钻机设备无法满足矿产开采的需求，连续管
钻机技术成为深层探采领域的一大热门技术之一。

根据国家标准《深井设备制造》第一部分：“深井设备中连续管钻机的重要技术要求”，连续管钻机是用于采掘井下高渗透性、
低含油体积的采油层的采油机械设备，能够大大提高采油效率。

虽然连续管钻机技术的运用不断推进，但是存在一些问题，比如设备的抗老化性能差，有可能快速失效；井眼结构不合理，难以连续深入；钻柱的组合设计不合理等，这可能会
导致设备的耗材高昂以及矿产损失等问题。

为了解决上述问题，应加强对连续管钻机技术的研究。

首先应该从现有技术入手提升
设备的耐久性。

基于设备设计分析，优化现有管钻机设计，改进和完善设备元件机械结构
设计，努力让管钻机能维持更高的运行效率和抗老化性能。

其次，应加强对钻柱的分析，
研究和改进管钻机的动力、稳定性、容量等手段，对于钻柱的组合样式，应根据实际情况，优化设计，以最大限度地提高钻柱的稳定性和管钻机的钻取效果。

此外，在连续管钻机的应用中还应加强交互性，开展智能抗老化技术研究，提高设备
系统的智能化程度，并注重在设备运行中，以交互形式与用户接口对接，使设备能够根据
实际情况智能调整系统各部分的操作策略，以匹配用户的要求，进一步提高管钻机的运行
效率。

总之，通过整合交互性，设备性能有效抗老化，钻柱组织优化等多方认识，更好的完
善并推广连续管钻机技术，以满足当前技术对深层探采设备的客观需求。

试井弹簧震击器研制及应用摘要：针对现有链式震击器在大斜度井无法完全发挥其功能，设计了一种弹簧震击解卡的新型震击器。

本工具构思新颖，设计巧妙合理，整体结构简单紧凑，加工制作维修简便，成本低，操作简单灵活，工作安全性能可靠，适用性高；有效提高了大斜度井试井成功率，快速地完成井下试井作业，缩短了试井作业时间，节约了试井费用，在川渝油气田大斜度井试井作业中发挥了重要作用。

显示了工艺的科学性和经济性，推广应用前景广泛。

关键词：油气井；大斜度井；震击器前言在油气田试井工作中，仪器串被降入或被驱动进入井筒内，由于井筒很少是直的和侧面平行的，再因技术措施不当、油管接箍变径、管柱变形缩径以及泥浆、地层出砂、井内结蜡等原因，通过狭窄和偏斜的部分井筒，会造成仪器串遇卡，因此，需要进行及时解卡，相应对解卡工艺和解卡工具技术要求越来越高，由于大斜度井复杂工况，对震击工具的综合功能的要求尤为显著[1]。

近年来，随着试井技术的不断进步，针对井下仪器解卡的研究不断深入和细化，解卡工具不断革新改进，研发出了一系列仪器解卡的工具以及较成熟解卡方法，同时新的解卡工具和工艺不断涌现，比如机械式震击器[2]，针对细小仪器串的震击工具[3]。

但通过调研发现，机械震击器无法完全发挥其功能，目前，国内外油气田现场针对钢丝试井中在较深井、油稠井、井斜大等较差的井况下无专用震击工具，参考相关的研究成果[4-7]，研制了针对大斜度井的弹簧试井震击器的专用工具。

一、现有震击器存在的问题目前常用的链式震击器由由下链、上链、连接销组成，试井作业时，在一般的直井中，此种震击器依靠加重杆的重力进行工作，是一种非常有效的解卡方式。

然而，在大斜度井中由于其井身结构特殊，加重杆的重力不能较好地作用在震击器上，存在震击力小，效率低，达不到震击解卡的目的。

二、弹簧试井震击器研制1．工具结构新型震击器设计思路是利用弹力在瞬间释放，产生较大震击力的结构原理，将对被卡仪器串施加上击力，可把被卡仪器串顺利解卡起出井口，解决了大斜度井试井施工过程中震击器震击力小，效率低，难解卡等问题。

连续管钻机技术研究及开发建议连续管钻机是一种无间断钻进和将地质开采物抽出地壳的机械装置，是油气勘探开发工程中重要的钻井设备。

通过使用连续管钻机，可以建造高质量、高效率的钻井，在提高勘探开采效率的同时降低对环境的污染。

因此，连续管钻机的研究和开发成为当前重要的内容。

连续管钻机的设计主要包括机械构造、控制系统、联动及安全系统等几个主要部分，此外还需要考虑的因素有结构的稳定性、传动装置的精密性、应力的平衡性等。

考虑到连续管钻机具有很多复杂的系统，要实现有效的控制，就必须实现设备和控制系统之间的有效联系，保证设备发挥出最大的性能。

针对连续管钻机的开发，需要做好完善的调试控制，在设计的过程中要求联动控制的结构必须简单、操作方便，并结合科学的智能化原理，对系统中的设备进行互联，以实现高精度、高质量、快速和稳定的操作效果。

同时，在设计中还需要考虑到安全系统，以确保设备在使用状态下的安全性，避免可能发生的意外情况。

此外，连续管钻机开发过程中，还需要根据行业实际应用情况，对机械结构进行优化，保证机械结构的可靠性，增强其可靠性和稳定性。

并且，还需要采用相应的可靠性设计理念，以便有效降低部件的失效率，从而实现设备的可靠性和稳定性，保障设备的安全性和可靠性。

为此，我们建议有必要采用先进的技术，对连续管钻机进行研究及开发，并在设计和制造中包括以下几个方面：（1）加强技术研究，研究机械构造，改进控制系统及联动控制系统，同时考虑应力的平衡性，以提高设备的可靠性和稳定性。

（2）完善控制系统，采用智能化原理，对设备进行系统的设计和制造，以提高设备的性能。

（3）优化机械结构，强化安全系统，以确保设备在使用状态下的安全性，避免可能发生的意外情况。

（4）结合行业实际应用情况，结合可靠性设计理念，以有效降低部件的失效率，实现设备的可靠性和稳定性，保障设备的安全性和可靠性。

通过加大对连续管钻机的研究和开发力度，可以更好的发挥设备的性能，为油气勘探开发工程的效率和环境的保护作出更大的贡献。

连续管钻井技术及其设备本文分析了连续管钻井技术、应用及其设备。

特别是重入钻井、新钻直井和欠平衡钻井中的应用。

连续管钻井装备组成、连续管主要装置，连续油管材料及其制造工艺。

标签：连续管;钻井技术;钻井装备;材料;制造工艺1连续管钻井技术现状连续管钻井(Coiled Tubing Drilling, CTD)是一种采用连续管完成钻井的技术。

自20世纪90年代初获得成功。

近年来成为热门钻井新技术，广泛应用于海上和陆地油田，作业范围包括钻井、修井、完井、试釆油等。

随着连续管材料和制造工艺的发展进步，特别是连续自动焊接，连续高频淬火1：艺的进步，使得连续管成本大幅度降低、寿命进一步提高，现场大范围内广泛使用成为可能。

可幕性高的高强度大直径连续管产生、小直径容积式马达研制成功、先进的定向工具及测量系统和金刚石钻头的问世，有力地推动了连续管钻井技术发展与应用。

连续管钻井按钻井的类型分，有直井、定向井、水平井;按工艺方式分类，欠平衡压力钻井、平衡压力钻井和过平衡压力钻井三种。

单从技术难度来看，钻直井并不需要特殊的工艺设备。

经济可行性的连续管钻井，主要包括重入钻井、新钻直井和欠平衡钻井三大钻井。

1」连续管重入钻井连续管重入钻井有两种方式作业，直井加深作业和侧钻水平井及多分支井作业。

小直径连续管多进行过油管侧钻，因不需起下油管，可显著地降低钻井成本。

1.2连续管新钻直井连续管新钻直井应用范围，一般指浅层油气藏和煤层气的开发。

用连续管作业特点是：钻井速度快，作业也机动灵活轻便、动迁性能特别好。

一般来讲，连续管新钻直井成本是常规钻井降低2/3左右，或许更低都有可能。

1.3连续管欠平衡钻井连续管作业不需要接单根，是连续管作业的最大特点，且在防喷器组的协助下，井口压力控制可高达70 MPa,使井口欠平衡作业成为可能，能够实现真正意义上的欠平衡作业。

欠平衡连续管钻井的另一好处是，对压力递减储层.衰竭产层和酸性气体井非常有效。

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。