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1、水力加壓技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用山東偉創(chuàng)石油技術(shù)有限公司概述水力加壓技術(shù)是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及其產(chǎn)品中的實(shí)用技術(shù)。根據(jù)其液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的原理研制的水力加壓裝置，應(yīng)用于石油天然氣鉆井作業(yè)中，可以在不消耗額外能量、不需要其它特殊設(shè)備的情況下，利用循環(huán)鉆井液產(chǎn)生的液壓力給鉆頭加壓，從而為鉆頭提供一個(gè)穩(wěn)定的鉆壓，有效地改變下部鉆具的受力狀態(tài)，改善鉆頭和鉆具的工作條件，達(dá)到加快鉆井速度、延長鉆頭、鉆具的使用壽命、減少井下事故、保證井身質(zhì)量、減輕司鉆勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。常規(guī)鉆井是靠鉆頭上部的鉆鋌重量給鉆頭加壓，為了獲得穩(wěn)定的鉆壓，需
2、要司鉆小心翼翼地精心操作，均勻送鉆。采用液力加壓技術(shù)給鉆頭加壓，不但可使鉆頭獲得穩(wěn)定的鉆壓，而且還能起到吸震防跳、保護(hù)鉆頭鉆具、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆、保證井身質(zhì)量等作用。是石油鉆井中一項(xiàng)投入小、效果明顯、容易操作的實(shí)用技術(shù)，值得推廣應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代國外首先將液力加壓技術(shù)應(yīng)用于石油鉆井中。國內(nèi)應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)是在1996年塔里木油田所鉆的和4井，在深部φ104.65mm小井眼中使用了美國貝克—休斯公司生產(chǎn)的85.73mm水力推進(jìn)器。隨后國內(nèi)西南石油學(xué)院、山東偉創(chuàng)石油技術(shù)有限公司等也開始研制相應(yīng)工具，現(xiàn)場試驗(yàn)均取得了一定的效果。但
3、是由于多數(shù)現(xiàn)場技術(shù)人員對(duì)此項(xiàng)技術(shù)了解較少，對(duì)其工作原理及井下鉆具受力情況仍有不同認(rèn)識(shí)，現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用的范圍有限等，因而使得該項(xiàng)優(yōu)越的技術(shù)不能廣泛推廣。下面結(jié)合試驗(yàn)水力加壓裝置的現(xiàn)場實(shí)踐，論述液力加壓裝置的工作原理，分析其使用前后鉆具在井下的受力狀態(tài)，總結(jié)其所起的作用，回答使用該裝置時(shí)人們可能存在的一些疑問，提出現(xiàn)場應(yīng)用的幾種鉆具組合。旨在為推廣應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：根據(jù)水力加壓原理研制的水力加壓裝置（單級(jí)）由上接頭、缸體（外筒）、活塞、心軸（花鍵軸）、花鍵體、下接頭
4、等組成。其基本結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易。2、工作原理水力加壓器在使用時(shí)連接在靠近鉆頭的下部鉆具中（上接鉆鋌，下接鉆頭）。鉆進(jìn)（工作）時(shí)，開泵循環(huán)鉆井液，鉆具內(nèi)高壓流體直接作用于活塞端面上，產(chǎn)生推力推動(dòng)活塞下行，下接頭花鍵軸傳動(dòng)軸低壓腔活塞缸套高壓腔上接頭通過與活塞相連的心軸（花鍵軸）傳遞推力給鉆頭，此推力即為鉆進(jìn)時(shí)所需鉆壓。3、液壓力計(jì)算鉆井液從鉆井泵→地面管匯→高壓立管→水龍帶→水龍頭→鉆具內(nèi)→鉆頭（噴嘴）→環(huán)空→地面鉆井液罐→鉆井泵，形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，從而泵壓為：泵壓＝所有地面管匯壓耗＋鉆具內(nèi)壓耗＋鉆頭噴嘴壓降＋環(huán)空壓耗
5、當(dāng)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆頭噴嘴、鉆井液密度、排量等一定時(shí)，鉆具內(nèi)某一點(diǎn)處的液體壓力是可以計(jì)算出來的。那么，在水力加壓裝置活塞上面（高壓腔內(nèi)）的液體壓力也是可以求出的。即：液體壓力P＝鉆頭噴嘴壓降Pb＋加壓裝置以下鉆具內(nèi)壓耗PL又當(dāng)液力加壓裝置加工成后，其基本尺寸一定，通過計(jì)算即可求出當(dāng)量面積S（或廠家給出計(jì)算面積）。4、鉆壓計(jì)算由上述分析可知：施加在鉆頭上的鉆壓的大小，與作用于活塞上的液體壓力、活塞有效面積以及液力加壓裝置以下鉆具、鉆頭的重量成正比。即 W=F+G1+G2+G3式中：W——施加在鉆頭上的鉆壓，kNG1—
6、—傳壓桿及接頭重量，kNG2——液力加壓裝置以下鉆具重量，kNG3——鉆頭重量，kN如果水力加壓器直接接在鉆頭上，在鉆井實(shí)踐中可以忽略其他重量及裝置壓耗，那么液體壓力可近似等于鉆頭壓降，即：P≈PbW≈0.1PbS二、水力加壓器井下工作狀態(tài)分析現(xiàn)場使用水力加壓器，應(yīng)懂得其工作原理，了解其結(jié)構(gòu)，會(huì)計(jì)算推力的大小，而明白其在井下工作狀態(tài)、受力情況更是使用好工具的關(guān)鍵。1、工作行程水力加壓器的工作行程即為活塞在缸體內(nèi)移動(dòng)的距離。此行程由研制者設(shè)計(jì)，加工成后，該行程也就固定了。此節(jié)主要說明在使用中如何觀察判斷。使用液力加壓裝置鉆進(jìn)
7、前，鉆頭提離井底先開泵，此時(shí)活塞在下止點(diǎn)，行程全部打開，指重表顯示鉆壓為“0”。下放鉆具鉆頭接觸井底后，鉆壓很快升到計(jì)算值，在下放鉆具一個(gè)行程的距離，鉆壓保持不變，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，此時(shí)停止送鉆，工具會(huì)保持一定鉆壓鉆進(jìn)。當(dāng)鉆壓顯示值減小時(shí)，活塞到達(dá)下止點(diǎn)，即完成一個(gè)工作行程。再次下放鉆具送鉆，開始下一個(gè)行程的鉆進(jìn)。此即為自動(dòng)（在有效行程范圍內(nèi)）送鉆功能。2、受力分析水力加壓器在井下怎樣工作，受力狀態(tài)如何，怎樣傳遞壓力，如何判斷壓力大小，常規(guī)使用鉆鋌加壓所稱“中和點(diǎn)”的概念還有沒有等，都是需要解決的問題，也有部分技術(shù)人員對(duì)此懷
8、有疑問。筆者試圖通過液力加壓裝置在井下工作時(shí)受力情況的分析解決這些問題。（1）鉆壓顯示的分析如圖2-1所示，液力加壓裝置可以看作是一個(gè)倒置的注射器。圖中G為鉆具重量、G′為大鉤的承載力、F為高壓液體作用于活塞處的推力（向下）、F′為向上的液壓力、W′及W為地層巖石對(duì)鉆頭的反作用力。水力加壓器在井下有四種
