CN104989310A - 一种水平井震击解卡装置及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种水平井震击解卡装置及其施工方法，用于水平井的井下解卡作业。本装置包括震击器和震击增力器，在震击器和震击增力器之间通过油管连接震击加速器，震击加速器包括传动轴和中心管，传动轴通过连接键与传动套连接，中心管外面的工作筒中装有储能弹簧；传动轴的上部通过加速器上接头或油管接箍与震击增力器连接、下部与中心管连接，工作筒上部与传动套连接、下部通过加速器连接头与震击器连接；传动轴能够带动中心管向上移动压缩储能弹簧。将本装置连接在解卡管柱中，若落鱼的卡点未能解卡，加大地面泵压，增力解卡，降低对地面设备的负荷要求，提高了解卡装置的适用性；可提高水平井解卡的成功率，大大降低水平井的作业成本。

Description

一种水平井震击解卡装置及其施工方法
技术领域
   本发明属于石油工业的井下解卡作业工具和工艺，特别是一种水平井震击解卡装置及其施工方法，尤其适用于水平井的井下解卡作业。
背景技术
震击器是解除井下卡钻事故的重要工具，其应用已经扩展到水平井和大斜度井的领域，目前各大油田普遍应用液压补偿式震击器作为震击解卡的工具，它主要是产生上击力的震击工具，由心轴、撞击套、锥形活塞和液缸套等部件组成，心轴、锥形活塞与液缸套等部件依靠组合密封构成了密闭的液压腔，腔内充满透平油，并由液压延时机构封隔为上下两腔。工作时，震击器心轴通过上部钻具与设备大钩相连。液缸套通过打捞工具与落鱼相接。作业开始，先下放钻具使震击器关闭，然后，快速上提钻具，由于锥形活塞相对液缸壁形成自密封，迫使上液腔的油液流经液压延时机构并被节流，产生运动延时，使上部钻具产生弹性变形而积蓄形变能。当随心轴上行的液压延时机构运动至释放腔的大通径处时，钻具积蓄的形变能，随节流高压的突然消失而瞬间释放，转变为向上的动能，带动震击器心轴等部件向上做变加速运动，使撞击套与止退台阶产生一个强烈的撞击，从而对卡点实现震击解卡。
但是原有震击解卡工艺应用于水平井存在以下问题：水平井的井筒摩阻非常大，震击器上部钻杆柱储存的弹性形变能释放时被摩阻消耗，震击效果不理想，甚至不能产生震击。因此，为提高水平井震击解卡效率，需要一种适用于水平井的震击解卡装置，扩大震击解卡技术的应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种水平井震击解卡装置及其施工方法，应用于水平井，提高水平井震击解卡效率和使用效果，提高水平井的解卡成功率。
 本发明的技术解决方案是：
一种水平井震击解卡装置包括震击器和震击增力器，在震击器和震击增力器之间通过油管连接震击加速器，震击加速器包括传动轴和中心管，传动轴通过连接键与传动套连接，中心管外面的工作筒中装有储能弹簧；传动轴的上部通过加速器上接头或油管接箍与震击增力器连接、下部与中心管连接，工作筒上部与传动套连接、下部通过加速器连接头与震击器连接；传动轴能够带动中心管向上移动压缩储能弹簧。
一种水平井震击解卡装置的施工方法，是：
A、首先将震击解卡装置连接在解卡管柱中，下至落鱼的鱼顶位置，由打捞工具捞住落鱼，下压解卡管柱，使震击器关闭；
B、通过地面泵车向油管大排量打液压，使水力锚的锚爪撑出咬住套管的内壁；
C、震击增力器座封并带动震击加速器的上接头上行，为储能弹簧储集能量；
D、当震击器的锥形活塞进入液缸套的释放腔，震击加速器中的储能弹簧积蓄的弹性能瞬间释放，带动震击器对落鱼的卡点实施一次震击解卡；
E、若落鱼的卡点未能解卡，加大地面泵压，增力解卡；
F、若对落鱼的增力解卡仍不成功，再次下放解卡管柱重复上述步骤，直至解卡成功。
本发明的显著效果是：装有本装置的水平井震击解卡管柱，由下至上是：打捞工具+震击器+震击加速器+震击增力器+水力锚+油管串。下井后，首先用打捞工具捞住落鱼，油管内打液压，撑开水力锚锚爪，同时震击增力器的液压机构快速上行并带动震击加速器的中心管上行，由于震击器的液压延时机构的作用，其心轴以及与之相连的震击加速器的工作筒上行速度相对迟缓得多，因此震击加速器的中心管就压缩工作筒内的高强度储能弹簧，进行弹性蓄能。当震击器的液压延时机构的锥形活塞到达释放腔时，震击加速器储存的弹性势能瞬间释放，转化为震击器心轴的动能，对撞击套进行一次撞击，带动下部连接的打捞工具对落鱼实行一次震击解卡。按此步骤反复进行操作，直至被卡落鱼或管柱顺利解卡。
综上所述，本发明的主要优点在于：
1、本发明由于在震击增力器和震击器之间连接了震击加速器，可以克服井筒摩阻力的影响，使震击加速，在水平段中实现震击解卡；
2、利用水力锚和震击增力器，可代替上部管柱拉伸蓄能，降低对地面设备的负荷要求，小修作业井架利用油管串也能实现震击解卡作业，提高了解卡装置的适用性；
3、能将水平井增力解卡工艺同震击解卡工艺相结合，两种工艺交替操作，相互辅助，可提高水平井解卡的成功率，大大降低水平井的作业成本，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明震击解卡装置在井下管柱中的连接示意图。
图2是本发明震击加速器的结构示意图。
图3是本发明震击增力器的结构示意图。
图4是本发明震击器的结构示意图。
具体实施方式
　以下结合附图详述本发明，并非限制本发明的保护范围。参见图1和图2，一种水平井震击解卡装置包括震击器3和震击增力器5。震击器3由震击器下接头3.1、引导头3.2、震击器液缸套3.6、震击器连接套3.8、花键套3.10、心轴3.11通过螺纹顺次连接，各连接密封处均由密封圈3.7密封，心轴3.11下部和震击器液缸套3.6环空之间安装有锥形活塞3.5，锥形活塞3.5套装在节流套3.4上，锥形活塞3.5和震击器液缸套3.6的内壁组成刚对刚滑动密封，组成液压延时机构，震击器液缸套3.6的上部设有扩径段，作为锥形活塞3.5的释放腔，震击器液缸套3.6下部设有注油孔3.3，可以通过本孔向震击器液缸套3.6的工作腔内注入透平油后再封堵。震击器连接套3.8的内腔中，在心轴3.11的中上部通过螺纹安装有撞击套3.9，该撞击套3.9和花键套3.10组成撞击系统。震击增力器5由下接头5.1、活塞套5.4、增力器液缸套5.6、增力器连接套5.8、外筒5.9组成，增力器中心管5.5通过增力器连接头5.7连接，增力器中心管5.5上部与增力器上接头5.10连接，增力器中心管5.5下部连接有球座5.2，球座5.2上设有锥形密封面，与座封球5.11形成密封，在座封球5.11上部设有挡板5.12，挡板5.12通过螺纹与球座5.2连接，防止座封球5.11自由活动。各连接需要密封处均由密封圈密封，在增力器连接头5.7和球座5.2的中部均设有进液孔5.3，进液孔5.3两端均设有密封圈，形成密封空间。
在震击器3和震击增力器5之间通过油管7连接震击加速器4，震击加速器4包括传动轴4.10和中心管4.7，传动轴4.10通过连接键4.8与传动套4.9连接，中心管4.7外面的工作筒4.4中装有储能弹簧4.3；传动轴4.10的上部通过加速器上接头4.12或油管接箍与震击增力器5连接、下部与中心管4.7连接，工作筒4.4上部与传动套4.9连接、下部通过加速器连接头4.1与震击器3连接；传动轴4.10能够带动中心管4.7向上移动压缩储能弹簧4.3。传动轴4.10是异径管状轴、设有中心孔，其上部是滑动段，下部是连接段，在连接段的中部外圆设有花键槽与连接键4.8连接，滑动段的外径小于连接段的外径；在滑动段上部设有螺纹与加速器上接头4.12连接，在连接段的下部内圆设有内螺纹与中心管4.7连接。传动套4.9和连接键4.8，传动套4.9的内圆设有键槽安装连接键4.8，该连接键4.8与传动轴4.10下部连接段的花键槽相连，使传动轴4.10和中心管4.7能够在传动套4.9中上下滑动；传动套4.9的上部与压帽4.11螺纹连接，传动轴4.10能够在压帽4.11中滑动，压帽4.11的下端面与传动轴4.10连接段的上端面配合。储能弹簧4.3穿套在中心管4.7上，上、下两端分别装有外接头4.5和底座4.2，外接头4.5上部与传动套4.9连接、下部与工作筒4.4连接；底座4.2设有液流孔，安装在工作筒4.4内，上部内圆与中心管4.7螺纹连接，下端端面顶靠在加速器连接头4.1的上端面，工作筒4.4的下部内圆与加速器连接头4.1螺纹连接。储能弹簧4.3至少安装一套，两套储能弹簧4.3之间通过内接头4.6和外接头4.5支撑，仅在最下方的底座4.2上设置液流孔。压帽4.11的内圆设有竖槽，传动轴4.10连接段的外圆设有花键槽。外接头4.5的内圆和内接头4.6或底座4.2的外圆均设有竖槽。加速器上接头4.12或油管接箍通过油管7与震击增力器5的下接头5.1连接；加速器连接头4.1通过油管7与震击器3的心轴3.11连接。震击加速器4能够在震击解卡管柱中二套以上串联安装。
一种水平井震击解卡装置的施工方法，是：
A、首先将震击解卡装置连接在解卡管柱中，下至落鱼1的鱼顶位置，由打捞工具2捞住落鱼1，下压解卡管柱，使震击器3关闭；
B、通过地面泵车向油管7大排量打液压，使水力锚6的锚爪撑出咬住套管8的内壁；
C、震击增力器5座封并带动震击加速器4的上接头4.12上行，为储能弹簧4.3储集能量；
D、当震击器3的锥形活塞3.5进入液缸套3.6的释放腔，震击加速器4中的储能弹簧4.3积蓄的弹性能瞬间释放，带动震击器3对落鱼1的卡点实施一次震击解卡；
E、若落鱼1的卡点未能解卡，加大地面泵压，增力解卡；
F、若对落鱼1的增力解卡仍不成功，再次下放解卡管柱重复上述步骤，直至解卡成功。
施工时，首先连接好水平井震击解卡管柱，下至鱼顶位置，由捞矛2捞住落鱼1，下压管柱，使震击器3关闭。然后通过地面泵车向油管7大排量打液压，水力锚6的锚爪撑出咬住套管8的内壁，震击增力器5的座封球5.11座于球座5.2的密封锥面上，上部形成密闭空间，球座5.2及增力器连接头5.7的进液孔5.3两端都安装密封圈，形成液压推进机构，液压推进机构可按需要设计成2级或多级，可产生更大的推力。液压通过进液孔5.3传递并推动活塞套5.4和增力器连接套5.8快速上行，活塞套5.4通过下接头5.1带动震击加速器4的加速器上接头4.12上行，加速器上接头4.12通过传动轴4.10带动中心管4.7上行，中心管4.7带动下部连接的底座4.2和中间连接的内接头4.6上行，同时压缩储能弹簧4.3，储存弹性势能，直到传动轴4.10连接段的上端面顶到压帽4.11上，防止储能弹簧4.3过度压缩。由于压帽4.11通过传动套4.9、外接头4.5、工作筒4.4与加速器连接头4.1顺次连接，传动轴4.10推动压帽4.11继续上行，同时带动加速器连接头4.1上行，加速器连接头4.1与震击器3的心轴3.11连接，心轴3.11带动引导头3.2上行，引导头3.2的上部外圆台阶顶在锥形活塞3.5的下端面上形成端面密封，锥形活塞3.5与震击器液缸套3.6的密封面配合密封，锥形活塞3.5挤压上部空间的透平油。因为锥形活塞3.5的下端面上设有很小的泄油槽，允许锥形活塞3.5上部空间的透平油缓慢泄流，起到延时作用，同时锥形活塞3.5缓慢上行，等到达震击器液缸套3.6的释放腔时，由于内径突然扩大，被压缩的透平油快速通过大的间隙流到锥形活塞3.5的下部空间，液压阻尼作用失效，使震击加速器4中储能弹簧4.3积蓄的弹性能瞬间释放，转换为震击加速器4的传动套4.9和工作筒4.4及震击器3的心轴3.11的动能，心轴3.11带动撞击套3.9向上作变加速运动，对花键套3.10的下端面产生一次撞击，花键套3.10通过震击器连接套3.8、震击器液缸套3.6和震击器下接头3.1将震击力传递给打捞工具2，从而对落鱼1的卡点实施一次震击解卡。当震击器3的锥形活塞3.5释放产生撞击后，若还未解卡，可以升高地面泵车压力，利用震击增力器5产生的巨大的向上推力，再次对落鱼1实施增力解卡。若解卡效果不理想，可以再次下放解卡管柱再次使震击器3关闭，重新进行震击解卡，按此方案反复进行，直至将落鱼1解卡捞出。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水平井震击解卡装置，包括震击器(3)和震击增力器(5)，其特征是，在震击器(3)和震击增力器(5)之间通过油管(7)连接震击加速器(4)，震击加速器(4)包括传动轴(4.10)和中心管(4.7)，传动轴(4.10)通过连接键(4.8)与传动套(4.9)连接，中心管(4.7)外面的工作筒(4.4)中装有储能弹簧(4.3)；传动轴(4.10)的上部通过加速器上接头(4.12)或油管接箍与震击增力器(5)连接、下部与中心管(4.7)连接，工作筒(4.4)上部与传动套(4.9)连接、下部通过加速器连接头(4.1)与震击器(3)连接；传动轴(4.10)能够带动中心管(4.7)向上移动压缩储能弹簧(4.3)。
2.根据权利要求1所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述传动轴(4.10)是异径管状轴、设有中心孔，其上部是滑动段，下部是连接段，在连接段的中部外圆设有花键槽与连接键(4.8)连接，滑动段的外径小于连接段的外径；在滑动段上部设有螺纹与加速器上接头(4.12)连接，在连接段的下部内圆设有内螺纹与中心管(4.7)连接。
3.根据权利要求2所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述传动套(4.9)和连接键(4.8)，传动套(4.9)的内圆设有键槽安装连接键(4.8)，该连接键(4.8)与传动轴(4.10)下部连接段的花键槽相连，使传动轴(4.10)和中心管(4.7)能够在传动套(4.9)中上下滑动；传动套(4.9)的上部与压帽(4.11)螺纹连接，传动轴(4.10)能够在压帽(4.11)中滑动，压帽(4.11)的下端面与传动轴(4.10)连接段的上端面配合。
4.根据权利要求1所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述储能弹簧(4.3)穿套在中心管(4.7)上，上、下两端分别装有外接头(4.5)和底座(4.2)，外接头(4.5)上部与传动套(4.9)连接、下部与工作筒(4.4)连接；底座(4.2)设有液流孔，安装在工作筒(4.4)内，上部内圆与中心管(4.7)螺纹连接，下端端面顶靠在加速器连接头(4.1)的上端面，工作筒(4.4)的下部内圆与加速器连接头(4.1)螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述储能弹簧(4.3)至少安装一套，两套储能弹簧(4.3)之间通过内接头(4.6)和外接头(4.5)支撑，仅在最下方的底座(4.2)上设置液流孔。
6.根据权利要求3所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述压帽(4.11)的内圆设有竖槽，传动轴(4.10)连接段的外圆设有花键槽。
7.根据权利要求5所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述外接头(4.5)的内圆和内接头(4.6)或底座(4.2)的外圆均设有竖槽。
8.根据权利要求1所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，所述加速器上接头(4.12)或油管接箍通过油管(7)与震击增力器(5)的下接头(5.1)连接；加速器连接头(4.1)通过油管(7)与震击器(3)的心轴(3.11)连接。
9.根据权利要求1所述的一种水平井震击解卡装置，其特征是，震击加速器(4)能够在震击解卡管柱中二套以上串联安装。
10.如权利要求1所述一种水平井震击解卡装置的施工方法，是：
A、首先将震击解卡装置连接在解卡管柱中，下至落鱼(1)的鱼顶位置，由打捞工具(2)捞住落鱼(1)，下压解卡管柱，使震击器(3)关闭；
B、通过地面泵车向油管(7)大排量打液压，使水力锚(6)的锚爪撑出咬住套管(8)的内壁；
C、震击增力器(5)座封并带动震击加速器(4)的上接头(4.12)上行，为储能弹簧(4.3)储集能量；
D、当震击器(3)的锥形活塞(3.5)进入液缸套(3.6)的释放腔，震击加速器(4)中的储能弹簧(4.3)积蓄的弹性能瞬间释放，带动震击器(3)对落鱼(1)的卡点实施一次震击解卡；
E、若落鱼(1)的卡点未能解卡，加大地面泵压，增力解卡；
F、若对落鱼(1)的增力解卡仍不成功，再次下放解卡管柱重复上述步骤，直至解卡成功。
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