YJ－A型隨鉆震擊器應用分析及試驗

王正寬

（渤海石油職業學院，河北 任丘062552）＊

YJ－A型隨鉆震擊器是集液壓和機械原理于一體的新型隨鉆震擊器，適用于各種鉆井作業，使用時隨鉆具組合下井。在正常鉆井過程中因某種原因發生井下遇阻或卡鉆時，可以通過提拉或下放鉆柱，及時啟動震擊器產生向上或向下的震擊力，來處理井下遇阻或卡鉆，使鉆井作業得以順利進行，同時避免遇阻或卡鉆進一步演化成為事故，造成更大的經濟損失［1－2］。如果釋放力不合適，可隨時在鉆井現場動態調節，使用方便。

1 技術分析

1.1 結構組成

YJ－A型液壓機械式隨鉆震擊器主要由連接機構、密封機構、鎖緊機構、彈性機構和液壓阻尼機構等組成，其結構如圖1所示。

1.2 工作原理

當需要上擊時，上提鉆柱使震擊器的心軸向上運動，彈性機構總成受力產生彈性變形。隨著大鉤拉力的不斷增加，彈性機構總成的變形也隨之增大，當拉力達到鎖緊機構上擊標定鎖緊力時，卡瓦突然完全張開，并嵌入卡瓦套內棱帶中，鎖緊裝置松開，即進入了液壓延遲階段。此時，絞車將被制動，震擊器在預拉力及液壓阻力的作用下緩慢拉開，卡瓦心軸失去阻尼機構的約束，震擊器就進入自由打擊狀態，快速移動到固定行程的極限位置，打擊機構即發生打擊，從而產生強大的上擊力。然后，需下放鉆柱使震擊器復位，以備下次震擊或繼續鉆進。

圖1 YJ－A型隨鉆震擊器結構

當需要下擊時，適當下放鉆柱，直到施加到震擊器上的壓力達到鎖緊機構的下擊標定釋放力。此時，卡瓦突然完全張開，并嵌入卡瓦套內棱帶中，鎖緊裝置打開，卡瓦心軸失去鎖緊機構的約束，快速移動到固定行程的另一極限位置，打擊機構即發生打擊，從而產生強大的下擊力。然后，需上提鉆柱使震擊器復位，以備下次震擊或者繼續鉆進。

YJ－A型隨鉆震擊器可以通過調節上擊調節螺母或下擊調節螺母來改變釋放力的大小。調節上擊調節螺母或下擊調節螺母時，改變了卡瓦完全張開時彈性機構總成需要的壓縮長度，從而改變釋放力的大小。

2 應用分析

隨鉆震擊器在運輸、貯存、起下鉆和鉆進過程中都應該處于復位狀態，心軸表面處理部分外露約150～160mm。

1） 準備下井作業的隨鉆震擊器必須是新的或使用后經過正常維修并經檢測合格的。新隨鉆震擊器1次下井連續工作時間不應超過500h，維修后的隨鉆震擊器不應超過300h，在工作溫度高或者鉆井液中有腐蝕性介質等惡劣工況條件下，更不宜長時間在井下工作。

2） 隨鉆震擊器每次下井使用后應仔細檢查外觀，以免存在隱患而造成不必要的損失。

2.1 在鉆柱組合中的位置

隨鉆震擊器在鉆柱組合中可以略受拉力或壓力。為避免自由震動影響使用壽命，應盡量避免放在鉆柱中和點。理想的位置是在鉆柱中和點以下，使隨鉆震擊器受到一定的壓力，并且此壓力與隨鉆震擊器所受的開泵力相當。隨鉆震擊器必須放在鉆柱組合的適當位置才能發揮應有的作用，及時處理意外事故，其最佳配置位置要根據具體情況而定，一般情況下，隨鉆震擊器在鉆柱中的位置離可能的卡點越近越有效［3－5］；此外，上述拉力或壓力不可過大，以免引起誤震。

1） 配置在鉆具組合下部（隨鉆震擊器受壓）。這時隨鉆震擊器應裝在頂部扶正器以上至少1根鉆鋌的位置。扶正器和隨鉆震擊器之間的鉆鋌可增加隨鉆震擊器的安全性（例如，巖屑沉積不至于卡住隨鉆震擊器）。如果鉆柱中裝有減震器，則隨鉆震擊器應位于減震器之上。

2） 配置在鉆具組合上部（隨鉆震擊器受拉）。如果預計鉆柱將會發生壓差粘附卡鉆，則應將隨鉆震擊器放置于井下鉆具組合中足夠高的位置，使隨鉆震擊器始終位于卡點之上。其缺點是如果鉆頭和扶正器被卡，隨鉆震擊器和卡點之間的距離太大，會降低震擊效果。

2.2 鉆柱摩擦力

鉆柱摩擦力是指鉆柱和井壁之間的摩擦力，其經驗數據是50～200kN，與鉆柱組合、循環介質、井身結構等有關，應當根據現場情況確定。

現場作業時，應當正確估計鉆柱摩擦力。

2.3 開泵力

正常循環時，鉆柱內循環介質壓力對隨鉆震擊器的作用力即為開泵力。介質壓力足夠高時，開泵力將會使隨鉆震擊器拉開。因此，計算上擊懸重或下擊懸重時均要減去開泵力。

開泵力的大小與鉆柱內的壓力成正比，與隨鉆震擊器的當量活塞面積成正比。

2.4 上擊

需要上擊作業時，上提鉆柱使隨鉆震擊器受到的拉力達到上擊標定鎖緊力，隨鉆震擊器即進入液壓延遲，司鉆此時可動態調節預拉力至預定釋放力（可減小或增大，但注意不得超過上擊的最大釋放力），稍候即產生強大的上擊力［6－7］。然后下放鉆具，使隨鉆震擊器復位，鎖緊機構重新鎖緊。重復上述過程則可實現連續上擊。上擊時大鉤載荷可按下式計算，即

大鉤載荷＝隨鉆震擊器以上鉆柱懸重＋預定上擊釋放力＋鉆柱摩擦力－開泵力

注意：預拉力必須大于其標定上擊鎖緊力才能解鎖并開始釋放，然后再動態調節預拉力至預定上擊釋放力，產生上擊。每次上擊產生后，都必須適當下放鉆柱，重新使隨鉆震擊器復位，才能再次產生上擊。

2.5 下擊

需要下擊作業時，下放鉆柱使隨鉆震擊器受到的壓力達到其標定下擊釋放力，隨鉆震擊器即產生強大的下擊力。然后上提鉆具，使隨鉆震擊器復位，鎖緊機構重新鎖緊。重復上述過程可實現連續下擊。下擊時大鉤載荷一般按下式計算，即

大鉤載荷＝隨鉆震擊器以上鉆柱懸重－標定下擊釋放力－鉆柱摩擦力－開泵力

注意：預壓力必須大于其標定下擊釋放力才能解鎖并開始釋放。每次下擊產生后，都必須適當上提鉆柱重新使隨鉆震擊器復位，才能再次產生下擊。

2.6 釋放力調節方法

在YJ－A型隨鉆震擊器中，可通過調節上擊調節螺母來調節上擊鎖緊力的大小，可在液壓延遲階段通過改變大鉤上提力來進一步調節上擊釋放力的大小，也可以通過調節下擊調節螺母來調節下擊釋放力的大小。在隨鉆震擊器的調整孔螺釘附近的外圓表面，印有“＋”和“－”標記，分別表示釋放力增加或減少的調節方向。

3 試驗

3.1 充油

隨鉆震擊器組裝完后，需要先充油才能進行釋放力試驗。YJ－A型隨鉆震擊器內部所充的油液是L－HM32抗磨液壓油，充油時要求隨鉆震擊器處于復位狀態。加油前先使隨鉆震擊器油孔朝向上方，并利用天車使其傾斜，傾斜角度不小于30°，傾斜方向規定為下接頭端向下，如圖2所示。

圖2 震擊器充油狀態

加油泵與隨鉆震擊器油孔的連接方法為：透明軟管的一端與震擊器下端油孔連接，另一端與加油泵的出油口連接；透明的回油軟管一端與產品上端油孔連接，另一端插入加油泵的回油口上，裝好后即可開始泵油，并觀察透明的回油管。當回油管出油并且氣泡消失以后，再延長一段時間，以使殘余氣體全部排除凈，然后即可卸掉回油管，并立即上緊油堵，接著把隨鉆震擊器放平，拆下進油管，上緊另一油堵，充油工作完成（注意：2個油腔需分別充油）。

3.2 釋放力試驗

隨鉆震擊器充滿油后，即可在推拉試驗裝置上測試并設定其上擊釋放力和下擊釋放力，使其符合規定。

試驗時，將釋放力調節孔朝上，嚴禁限位孔螺釘和油堵對著周圍人員，禁止無關人員在隨鉆震擊器震擊時靠近試驗臺架。

在試驗前，建議先按限位塊取下來之前的方向安好限位塊再進行試驗。如果需要對限位塊可調范圍內的最大釋放力進行調整，應對限位塊進行修配。

釋放力調定后，記錄調節螺母槽旁標記的字母，并將其打印在調節孔旁邊的標記槽內（打印在出廠或前一次維修打印的字母之后），然后上緊限位孔螺釘和調節孔螺釘。試驗后應使隨鉆震擊器處于復位狀態。

3.3 密封試驗

將專用試壓接頭連接到震擊器水眼兩端，并把進水高壓膠管一端與試壓接頭的進水口連接；另一端與電動泵出水口連接，并使另一個試壓接頭的放氣孔朝上，卸掉放氣孔上的螺塞。

啟動電動泵向隨鉆震擊器里注水。當隨鉆震擊器水眼內注滿水并從另一個試壓接頭上的放氣孔冒水時，停泵并旋緊螺塞，再繼續開泵。當泵壓上升到30MPa時停泵，保壓5min，壓力降不大于0.5MPa，說明試壓合格。拆掉兩端試壓接頭，傾斜一段時間，待螺紋和內孔水眼干燥后，涂以密封脂，旋上兩端護絲，試驗完成。

4 結論

1） 該震擊器在鉆進、起下鉆、接單根或觸井底時不會發生誤震，其液壓延遲作用允許操作者動態調整上擊力的大小，全密封油浴潤滑則有利于減少磨損和提高使用壽命。

2） 具有操作簡單、震擊力大、調節方便、連接強度高、性能穩定、安全可靠、便于維修等諸多優點。

3） 其在鉆柱組合中的位置比較自由，可滿足陸地和海洋在內的各種工況下鉆井作業的需要。

［1］李興杰，張國田，范春英，等.隨鉆震擊器筒體連接螺紋失效分析及改進［J］.石油礦場機械，2010，39（5）：52－55.

［2］豐士俊.整體機械式隨鉆震擊器研制及應用［J］.石油礦場機械，2010，39（1）：89－90.

［3］Skeem M R，Friendman M B，Walker B H.Drillstring dynamics during jar operation［J］.JPT，1979，31（11）：1 381－1 386.

［4］周家齊，李興杰，李東陽，等.隨鉆震擊器震擊載荷計算及安放位置選擇［J］.石油礦場機械，2011，40（3）：44－47.

［5］賀志剛，陳 平.隨鉆震擊器安放位置優化設計［J］.石油礦場機械，2010，39（5）：25－28.

［6］劉長燕.液壓震擊器震動載荷Rayleigh計算法［J］.內蒙古石油化工，2008（11）：108－110.

［7］黃青松，遲 軍，湯平漢，等.隨鉆震擊器上擊力計算研究［J］.石油礦場機械，2010，39（8）：15－19.