在鉆井修井作業(yè)中，由于地質構造復雜（如井壁坍塌、裸眼中地層的塑性流動和擠壓）、技術措施不當（如停泵時間過長、鉆頭泥包等），常常發(fā)生鉆具遇阻卡鉆，震擊器是解除卡鉆事故的有效工具之一。當鉆具遇卡時，通過震擊器給卡點處施加向上或向下的強烈的震擊力，使卡點松動，從而達到解卡的目的。六、震擊類工具震擊解卡工具的特點就在于它以高速度來獲得較大的動能去克服卡持鉆具的力量。

卡鉆示意圖1---鉆柱2------震擊器1精選課件現(xiàn)場拍攝的震擊器2精選課件按工作狀況可分為:隨鉆震擊器和打撈震擊器;按震擊原理可分為:液壓震擊器、機械震擊器和自由落體震擊器;按震擊方向可分為:上擊器、下?lián)羝骱碗p向震擊器。目前國內(nèi)應用的震擊器，主要來自Weatherford、Baker、Bowen、NationalOilwell、Rocan、Cougar、貴州高峰機械廠、北京石油機械廠等廠家的產(chǎn)品。1.震擊器分類3精選課件2.震擊器特點

震擊解卡工具以其結構來說，基本上是液壓式和機械式兩種，它們的共同特點是：①必須能循環(huán)鉆井液，中心要有循環(huán)鉆井液的通道；②必須能傳遞扭矩，心軸與外筒之間不能有周向運動；③必須有高強度的密封，內(nèi)液不能外泄，外液不能內(nèi)滲；要有儲能機構，能把鉆具伸長或壓縮的彈性能積蓄起來，然后突然釋放，產(chǎn)生高速運動；⑤要有震擊偶，即一個撞擊體和一個承擊體組成一對相互矛盾的偶合體；要有連接機構，因為它是連接在鉆柱中間進行工作的，所以上下部都要有和鉆柱相連的螺紋。4精選課件震擊器種類很多，各部零件結構也有差異，但總的就是為了實現(xiàn)以上六項功能，抓住了這一點，各種震擊器的原理、結構就迎刃而解了。震擊作用是在相對運動中產(chǎn)生的，所以震擊器必然有一個固定件和一個活動件，固定件和下部被卡鉆柱連接，處于相對固定狀態(tài).活動件和上部鉆柱連接，隨自由鉆柱的拉、壓而做上、下運動，其蓄能、釋放、加速、撞擊的過程，都是利用鉆柱的上提下放來完成的。5精選課件３.1開式下?lián)羝?.震擊器典型結構結構如圖，開式下?lián)羝骶褪歉滋着c活塞芯軸的組合體，芯軸部分作為固定件與下部鉆柱連接，缸套及其上下接頭部分作為活動件與上部鉆柱連接。

上接頭震擊墊固定螺釘缸套下接頭心軸6精選課件震擊偶是以缸套下接頭的下端面做為撞擊體，以心軸接頭的上臺肩做為承擊體，組成一對互相撞擊的震擊偶。活塞只起密封和扶正心軸的作用，與震擊作用無關。

上接頭為鉆桿接頭螺紋，與上部鉆柱連接，由上部鉆柱帶動缸套做上下運動。芯軸（空心軸）中下部外形呈外六方長桿，下端為鉆桿公扣，可與打撈工具或安全接頭等工具連接，中間有循環(huán)水眼，芯軸外套為內(nèi)六方孔套在芯軸六方桿上，可上、下自由滑動，并能傳遞扭矩。缸套下部有四個孔，允許鉆井液進出，所以叫開式下?lián)羝魃辖宇^震擊墊固定螺釘缸套下接頭心軸7精選課件工作原理下?lián)羝鞯墓ぷ鬟^程是能量轉化過程。上提鉆柱時，缸套隨鉆柱上行，而心軸則固定不動，待缸套下接頭的上端面與活塞下端面接觸時，下?lián)羝魅坷_，完成一個工作行程。如果繼續(xù)上提鉆柱，鉆柱便開始彈性伸長，積蓄彈性能。當猛放鉆柱時，鉆柱由于自身的重量和彈性收縮力的釋放而迅速下行，因為開式下?lián)羝饔凶銐虻男谐蹋?00-1500mm），下行鉆柱有一定的加速時間，當下?lián)羝鬟_到關閉位置時，勢能和變形能完全轉變?yōu)閯幽埽_到最大值，使缸套下接頭以極高的速度撞擊心軸接頭上臺肩，給被卡鉆具一強烈的下?lián)袅?。如此反復迫使落魚解卡。8精選課件震擊力的大小隨震擊器的上部鉆柱懸重增加而增大，隨上提負荷增大產(chǎn)生的彈性伸長越長而增大，震擊器的沖程越長震擊力越大。

用途

與打撈工具配套使用，抓獲落魚后，可以下?lián)艚獬ㄗ?；可以配合倒扣作業(yè)，與倒扣器配套使用時，可補償?shù)箍酆舐菁y上升的行程；與內(nèi)割刀或鉆磨銑管柱配套使用時，可以恒定進給鉆壓，這是開式下?lián)羝鞯淖畲髢?yōu)點。基本技術規(guī)格9精選課件規(guī)格型號外徑，長度，mm接頭螺紋許用拉力，kN沖程，mm水眼直徑，mm許用扭矩，N·mXJQ—K9595×1413REG（230）12505083811700XJQ—K108108×1606NC—31（210）15505084929800XJQ—K121121×1606NC—31（210）19605085129900XJQ—K140140×1850NC—31，38（210，310）2100508514376610精選課件３.2潤滑式下?lián)羝?/p>

這種下?lián)羝鞯幕顒硬考怯擅芊庠谟颓粌?nèi)的液壓油進行潤滑的，所以叫閉式下?lián)羝?，它的行程比開式下?lián)羝鞫?，但工作可靠，在這里，液壓油只起潤滑作用，不起壓縮儲能作用。閉式下?lián)羝鞯慕Y構和液壓上擊器差不多，其固定件是上缸體、中缸體和下接頭，活動件為震擊桿（心軸）、震擊墊和沖管。震擊桿螺母墊上缸體中缸體震擊墊沖管下接頭11精選課件芯軸中間帶有水眼，是長軸類零件，上擊錘裝配在其下端。上缸體下段內(nèi)有花鍵，與接頭芯軸配合。中缸體與上缸體內(nèi)徑相同，上擊錘與其為間隙配合，可在其中快速上、下運動。中缸體與下缸體連成一體，包容著接頭芯軸、導管及各部密封裝置所構成的一個密封環(huán)形空間，潤滑油就裝在其中。接頭芯軸導管與上、中、下缸體間有相對運動，運動最大的距離即為工具的震擊沖程。12精選課件作用原理

拉開震擊器行程，拉伸鉆柱，使鉆柱儲存重力勢能、彈性變形能。一旦卸荷（既是猛然下放），鉆具則產(chǎn)生高速向下的沖擊力，螺母墊撞擊在缸體上端面，產(chǎn)生下?lián)簟Ｓ捎阢@柱的拉伸、收縮，在彈性、慣性力作用下，對落物還可產(chǎn)生向上的沖擊力。如同一根彈簧，當提拉力足夠時被拉伸，突然卸掉拉力，彈簧收縮一次，上彈一次，收縮一次，上彈一次，逐漸減輕減弱。

13精選課件

用途

潤滑式下?lián)羝鳎ㄒ步杏驮∈较聯(lián)羝鳎饕糜谙蚵湮锸┮酝蝗幌聯(lián)艚饪?。也可以產(chǎn)生向上的沖擊，實現(xiàn)活動解卡。用于預防性工藝管柱如打撈管柱、鉆銑管柱、整形管柱、倒扣管柱等中，可承受很大的鉆壓和傳遞足夠的扭矩。潤滑式下?lián)羝鞅乳_式下?lián)羝魇褂脡勖L。利用連接有潤滑式下?lián)羝鞯墓に嚬苤闷湎聯(lián)袅?，可在井口將打撈工具從落魚中取出，這是該工具的最大優(yōu)點之一。14精選課件3.3、液壓上擊器液壓上擊器是利用壓縮油來積蓄能量的一種工具，型式也有多種，但基本結構相同，現(xiàn)以Z型液壓上擊器為例，加以說明。結構如圖，液壓上擊器就是缸套與活塞的組合體，缸套部分作為固定件與下部鉆柱連接，活塞部分作為活動件與上部鉆柱連接。

中缸體卸載槽上缸體震擊墊心軸螺母墊活塞活塞環(huán)沖管下接頭15精選課件上缸體、中缸體、下接頭，此三者組成一個外殼整體，使活動件（心軸、活塞、震擊墊、沖管）在其內(nèi)做上下相對運動，其下限為下接頭上肩面所控制，上限為承擊體所控制。組成活動件的有心軸、活塞、震擊墊和沖管。沖管：為一空心厚壁鋼管，外徑光滑，與心軸連接，它主要是為了和下接頭的密封機構形成液壓腔下部的動密封而設計的。它也可以為活塞的運行起導向作用。這樣，活塞與活塞桿（心軸、沖管）組成了一個運動部件，受上部鉆柱的驅使而做往復運動。16精選課件工作原理①如圖a，活塞下行復位時，活塞環(huán)被迫靠向環(huán)槽上部，但它堵不住旁通孔，活塞環(huán)不起密封作用，液壓油從下油腔經(jīng)活塞環(huán)槽、旁通孔而至上油腔，形成無阻流動17精選課件②如圖b，當心軸受拉力時，活塞上行，活塞環(huán)被壓向環(huán)槽下面，同時和缸體的內(nèi)壁緊緊貼住，形成一個有效的金屬密封。但是活塞環(huán)上有特殊設計的小縫，允許液壓油有少量的泄漏，這個泄漏的速度就決定了上提鉆具和等待震擊的時間。待鉆柱有了足夠的伸長量，就剎車等候震擊，這時活塞在鉆具彈性力的驅動下繼續(xù)上行。18精選課件③如圖c當活塞的第二個活塞環(huán)上行到卸載槽時，上油腔的液壓油暢通無阻地流向下油腔，活塞不再受液壓油的限制，開始加速向上運動。19精選課件④如圖d，由于活塞在鉆具彈性力的驅動下加速向上運動，使震擊墊和承擊體猛烈相撞，產(chǎn)生強有力的上擊作用，這個撞擊力通過缸體傳到下部鉆具的卡點上。20精選課件①在打撈作業(yè)中。應使震擊器盡量靠近卡點。打撈工具+安全接頭+上擊器+鉆鋌+加速器+鉆柱。②在取心作業(yè)中。取心筒+鉆鋌+安全接頭+震擊器+鉆鋌+鉆桿.安全接頭可以不加。③在地層測試作業(yè)中。測試工具+鉆鋌+安全接頭+上擊器+鉆鋌+加速器+鉆桿。若一般不用加速器時，在上擊器上面加100m左右的鉆鋌，以便獲得理想的震擊效果。與加速器配合使用，在上擊器與加速器之間應接3-6根鉆鋌，其震擊效果會更為顯著。液壓上擊器的使用21精選課件操作方法

下震擊器時應記清震擊器下面的鉆具懸重，打撈時應記清打撈前的鉆具懸重，后者減去前者即為震擊器以上的鉆具懸重。當打撈工具撈住落魚后，上提鉆具，確認鉆具被卡，即可進行震擊作業(yè)。這時以一定的速度上提鉆具達到所需要的震擊拉力，即鉆具的彈性伸長大于活塞行程和預期的震擊拉力伸長之和，剎車待震，一般幾秒或幾分鐘即可發(fā)生震擊。若時間過長仍不發(fā)震，可能是震擊器沒有復位，應下放鉆柱，給震擊器加30-50KN的壓力，待復位后再上提，即可發(fā)震。如一次震擊不解卡，可反復震擊，震擊拉力從小到大逐漸增加。

22精選課件如果震擊力達不到要求，則采取如下措施：完全關閉上擊器；增加上擊器上面的鉆鋌重量；加快提拉鉆柱的速度；加裝加速器。

23精選課件如果被撈落魚還有部分未卡，則鉆具的彈性伸長應分為兩部分，一部分為震擊器以下的鉆具伸長l1，一部分為震擊器以上的鉆具伸長l2,總的鉆具伸長l=l1+l2.此時若使l等于活塞行程，震擊器將不起作用，因為在這種情況下，對震擊器起作用的是l2，而不是l,此時應計算鉆具卡點，然后分別算出l1,l2使l2=l?l1,>活塞行程若使用的是復合鉆具，就按復合鉆具計算彈性伸長量。

24精選課件維護保養(yǎng)①上擊器從鉆柱上卸開后，應立即排凈內(nèi)部鉆井液，特別是沖管及沖管殼體周圍的鉆井液，要放干凈。并將心軸密封面清洗干凈，涂上黃油，以防生銹，再用防護套加以保護以防碰撞。②公、母連接螺紋都要清洗干凈，涂好潤滑脂，以防腐蝕，要平放在支架上，不許和地面接觸。25精選課件３.4、液壓加速器結構它的結構和液壓上擊器基本相同，也是缸套和活塞的組合體。缸套做為固定件由上缸套、中缸套和下接頭組成，活動件則由心軸、震擊墊、活塞和沖管所組成，可以在缸體內(nèi)上下運動，心軸花鍵與上缸套下部的內(nèi)花鍵相配合，用以傳遞扭矩。它和液壓上擊器的主要區(qū)別在于：1--鉆柱2--加速器3上擊器4---安全接頭5打撈工具上接頭上缸套心軸螺母墊油堵下接頭中缸套震擊墊密封總成沖管26精選課件①液壓上擊器的活塞是單向密封，上行密封下行不密封，而加速器的活塞是絕對密封，沒有旁通孔，也沒有泄油小縫，液壓油儲于上油腔，不許泄入下油腔。上擊器有卸載槽，是為了加速活塞的上行運動，而加速器沒有卸載槽，僅僅是一個彈性儲能器。鉆柱上提的拉力越大，它儲蓄的能量越多，儲能越多，釋放的能量也越大。③總體長度比上擊器要長，因為它的油腔需要有足夠的容積，儲能多少與液壓油的多少成正比。27精選課件工作原理加速器就是儲能器，上提鉆柱，加速器心軸帶動活塞上移，硅油被壓縮，就像彈簧被壓縮一樣，儲存了能量，如圖a所示。繼續(xù)上提鉆柱，上擊器活塞運動到卸油槽時，釋放能量，上部被拉長的鉆柱彈性回縮，加速器油腔內(nèi)被壓縮的硅油也膨脹而釋放能量。28精選課件當上擊器到達終點時，震擊墊以極大的撞擊力撞擊到承擊體上，通過上擊器缸體的傳遞，給被卡鉆具以巨大的震擊力。此時加速器則處于復位狀態(tài)，如圖C所示。由動力學可知，撞擊的能量和物體運動速度的平方成正比，因而上擊器與加速器配合使用時，鉆具不需要提很大的拉力就可以得到預期的效果。因為活塞心軸和上部鉆具連接，處于相對固定狀態(tài)，不能向下運動，只能推動缸體上行，而加速器缸體又和上擊器的心軸連接在一起，就加速了上擊器心軸的上行速度，如圖B所示。29精選課件３.５、機械上擊器

機械上擊器是采用摩擦付工作原理的一種井下震擊工具，運動部件都密封在一個油腔內(nèi)，工作可靠，工作拉力可以在井內(nèi)調(diào)節(jié)。因為采用機械摩擦付的工作原理，即使密封失效，也能正常工作，所以特別適宜于深井高溫高壓條件下的事故處理。30精選課件

結構如圖所示，沒有六方心軸和六方外空等傳遞扭矩的機構，因此它不能傳遞扭矩；調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)可以用鉆具控制，不需要手工操作，因此可以實現(xiàn)井下調(diào)節(jié)；行程短，沖管不是套裝在心軸內(nèi)邊，而是連接在摩擦心軸下面；它的撞擊方向向上，是利用上部鉆柱的彈性能，而不是利用下部鉆柱的重量。它的結構可以分成下列幾部分：心軸接頭心軸沖擊接頭中筒體油堵調(diào)節(jié)環(huán)摩擦心軸摩擦卡瓦彈性擋圈沖管浮子下接頭油堵31精選課件①固定件是由中筒體和上、下接頭及調(diào)節(jié)環(huán)組成，下接頭與下部鉆柱連接，形成相對固定狀態(tài)。②活動件由心軸接頭、心軸、摩擦心軸、沖管及摩擦卡瓦組成，心軸接頭和上部鉆柱連接，由上部鉆柱驅動。③震擊偶。以心軸大直徑段的上臺肩為撞擊體，筒體上接頭（沖擊接頭）的下端面為承擊體，組成一對震擊偶。心軸接頭心軸沖擊接頭中筒體油堵調(diào)節(jié)環(huán)摩擦心軸摩擦卡瓦彈性擋圈沖管浮子下接頭油堵32精選課件④聚能件。即摩擦心軸和摩擦卡瓦所組成的摩擦付。因受筒體內(nèi)錐面和調(diào)節(jié)環(huán)的控制，而產(chǎn)生或大或小的摩擦阻力。摩擦心軸周面上有三道凸棱狀的摩擦環(huán)，呈上小下大的錐形面。摩擦卡瓦內(nèi)外均為上小下大的錐形面，內(nèi)有三道凸棱狀的摩擦環(huán)，和摩擦心軸的摩擦環(huán)相配合，其內(nèi)徑比心軸摩擦環(huán)外徑小1mm，其外部有四道凸棱狀錐形環(huán)，和筒體中部的內(nèi)錐面相配合，摩擦卡瓦沿軸線有八道切線，形成一個可脹可縮的彈性體，通過調(diào)節(jié)環(huán)可以調(diào)節(jié)卡瓦對摩擦心軸的抱緊力。33精選課件調(diào)節(jié)機構。調(diào)節(jié)機構由調(diào)節(jié)環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)鍵、心軸鍵槽、心軸上的六條長鍵和筒體上的三條短鍵組成。密封件。除各連接位置都有密封之外，在心軸大直徑段與中筒體之間，和沖管與下接頭之間都有特設的密封件，形成一個油腔，將摩擦心軸、摩擦卡瓦等密封在油腔之內(nèi)，沖管用梯形螺紋與摩擦心軸連接在一起，主要起密封作用，也起扶正作用。因為摩擦心軸在運動過程中油腔容積有變化，所以在沖管與下接頭之間特設浮動密封裝置，俗稱浮子。它的作用是防止液壓油外泄，也防止鉆井液竄入。液壓油只起潤滑作用，而無壓縮儲能作用。34精選課件工作原理

機械上擊器是利用上部鉆具的彈性能進行上擊，在卡瓦滑脫之后，上部鉆具迅速回縮，心軸大直徑段上臺肩撞擊筒體上接頭的下端面，形成一個強大的上擊力。摩擦力調(diào)節(jié)方法井下調(diào)節(jié)摩擦阻力的方法如下：在一次震擊完成后，工具完全處于拉開的狀態(tài)下，正轉1/3圈,可增大震擊力20KN左右；反轉1/3圈可以減少震擊力20KN左右。一般的經(jīng)驗，每千米鉆具需轉0.5—1.5圈，才能使震擊器心軸與筒體之間有一相對扭矩，心軸與筒體產(chǎn)生相對轉動，摩擦心軸撥動調(diào)節(jié)環(huán)鍵，使調(diào)節(jié)環(huán)在中筒體內(nèi)產(chǎn)生軸向移動，改變摩擦卡瓦在中筒體內(nèi)的軸向位置，從而達到調(diào)節(jié)震擊力的目的。35精選課件４理論研究

在鉆進作業(yè)中,卡鉆事故時有發(fā)生。采用震擊工具可以有效地解卡,準確地計算震擊時的動載荷是震擊作業(yè)的一項重要內(nèi)容。關于震擊器的震擊工作拉力的確定,不同的研究方法有不同的結論,如美國BowenTools公司將上擊器工作拉力定為上提拉力的4～6倍,而我國的打撈專家根據(jù)經(jīng)驗判斷為2倍多,根據(jù)彈性靜力學的能量原理推出上擊器工作拉力是上提拉力的3.12倍。但是在現(xiàn)場實踐中發(fā)現(xiàn),震擊器在鉆柱中安放的位置不同,產(chǎn)生的震擊動載荷是大不一樣的,常規(guī)的靜力學方法對上述現(xiàn)象不能作出正確的解釋。36精選課件從圖1可看出，震擊器的震擊過程可分為貯能、釋放和碰撞三個階段。上擊器的震擊力計算：37精選課件i.貯能階段(1)拉伸變形量δ1根據(jù)虎克定律，當鉆柱在上提拉力T的作用下，其軸向變形量在材料強度的比例極限內(nèi)時,鉆柱被拉伸長的變形量δ1

為

δ1=LT/(EA1)

式中T—上提拉力，T=大鉤上的載荷一鉆柱在鉆井液中的總重量，kN;E—鉆柱材料彈性模量，MPa;

A1,—鉆柱平均截面積(上部鉆柱)，cm2L—卡點至井口鉆柱總長，m.令鉆柱剛度系數(shù)C1=EA1/L，則

δ1

=T/c1(1)38精選課件(2)求變形能U1鉆柱拉伸后貯存的彈性變形勢能為(2)

2.釋放階段當上擊器延時機構突然釋放，鉆柱約束被解除后，鉆柱突然收縮恢復變形而釋放變形能，并帶動震擊器的撞擊機構以極快的速度上彈，與被打擊的機構碰撞。釋放階段的計算有以下幾方面:(1)釋放到撞擊的有效行程h有效變形量為(3)39精選課件(2)有效變形能U2計算式為(4)(3)釋放后的有效變形能轉化為動能Ｕ動１，和克服阻力所做的功Ａ阻

根據(jù)能量守恒定律有Ｕ２＝Ｕ動１+Ａ阻(５)式中M１為上擊器至井口鉆柱質量(簡稱上段質量)；—上段鉆柱在釋放后至碰撞前瞬時所具有的即時速度；40精選課件其中W１—上段鉆柱所受的重力;Q1R—鉆柱受的鉆井液阻力;Q１f—鉆柱與井壁之間的摩擦阻力。鉆井液阻力Q1R的計算非常復雜，它與泵壓、泵排量、井深、井下溫度、鉆柱內(nèi)外表面粗糙度，以及鉆井液本身的密度、粘度和顆粒度均有關系。為了簡化處理，抓住主要研究對象來分析研究。由液體的粘滯性公式可得：(６)(７)41精選課件鉆柱在井下的情況十分復雜，各類