水力加压工具中限位指示装置的研究

水 力 加 压 工 具 中 限位 指 示 装 置 的 研 究
吴 姬 昊 ，金 潮 苏
（ ．中石 化 石 油勘 探 开 发 研 究 院 德 州 石 油 钻 井 研 究 所 ， 东德 州 ２ ３ ０ ；２ １ 山 ５ ０ ５ ．胜 利 石 油 管 理 局 孤 东 采 油 厂 ， 东 东 营 山 ２７３ ） ５ ２ ７
中 图 分 类 号 ：ＴＥ ２ ． ８ Ｉ２Leabharlann 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ — ８ ０ （ ０ ２ ０ — ０ ８ ０ ０ １０ ９ ２ ０ ） ４ ０ ４ — ２
１ 问题 的 提 出
在 常规 直 井 钻井 中 ，依 靠 钻铤 施 加钻 压 ，但 在 水 平 井和 大斜 度 井 中就存 钻压 施 加 困难 的 问题 。首 先 是 由于钻 铤 重量 加 压 的水 平 分力 较 小 ， 至 接 近 于零 ； 甚 其 次 ，在 水 平井 中钻柱 躺 在井 壁 上 ，受 井壁 摩 擦 阻力 的 影 响 ，难 以给 钻 头施 加 设计 钻 压 ，而 且 由于 井壁 摩 阻 和 地层 的不确 定 性 ，很 可 能造 成施 加 到钻 头 上 的钻 压
忽 大忽 小 ，从 而 严重 影 响 钻井 效率 和 钻 头 的寿命 ｕ 。
几 年来 ， 国 内各 石 油科 研 机 构研 制 了多 种 水力 加 压 工具 、液力 推 进 器 、液 力送 钻 工具 和 自动 送 钻 液力
减 震器 等 ，虽 然 名称 不 一样 ，但其 基 本 原理 和 内部 结
摘 要 ： 析 了水 力加 压 工 具 存 在 的很 难 准 确判 断 工 作 状 态 和 钻 头 钻 达 地 层 的 准 确位 置 的 原 因 ， 出 了采 用 限 位 装 分 提
置 和 限 位 指 示 装 置 的 解 决 方 法 ，并 给 出 了其 使 用 方 法 。 关 键 词 ：增 压 装 置 ；压 力 降 ；喷 嘴 ； 阻 流 器 ；钻 压
有可能错过薄 油层 的发现 ， 或者是发现薄油层 了 ， 但其位
置无法准确确 定 ，给 以后 的采油工 作带来一定 的影 响。
２ 限 位 装 置 的 设 计
为 了解决 上述 问题 ，生产 厂 家在 水 力加 压 工具 内 部 设计 了限位 装 置 ，或 是信 号 发 生器 。其基 本 原理 都 是 利用 钻 井 液压 力 的波 动 来判 断 井下 工 具 的状 态 ， 目 前 广泛 使 用 的有 以下 两 种 。 第 一 种是 在 水力 加 压 工具 的活塞 杆 的 中空 部分 设 有 阻 流环 ，在液 缸上 端 设有 一 个 塞矛 ，塞矛 上 下两 端 较 粗 ，中间较 细 ，插 入 活 塞杆 中 ，其 长 度等 于 活塞 的 行 程 。 力 加压 工 具 入井 后 ， 水 当活 塞 处 于上 下死 点 时 ， 由于塞 矛 上下 两 端较 粗 ，与 阻流 环重 合 时 ，就 减少 了 钻 井 液过 流通 道 的面 积 ，在 活塞 杆 中 间形成 一个 阻 流 作 用 。 当钻井 液 流经 阻 流 环时 ，产生 一 个压 力 降 ，造 成 了泵压 的上 升 ， 司钻通 过 观 察泵 压 表压 力 的 变化 ， 来 判 断水 力 加 压工 具 的工 作状 态 。在正 常 钻进 时 ，若 泵
构 基本 一 致 ，就 是 利用 钻 井液 的压力 差 ，通 过工 具 转 换 为施 加 在钻 头 上 的钻 压 ，可 以将 原 来 在垂 直 井段 采 用 钻铤 加 压通 过 加 重钻 杆 传递 到 钻头 的加 压 方式 ，转 换 为通 过 水力 加 压 工具 直 接在 钻 头加 压 的方 式 。这 样 就 不用 考 虑 沿程 摩 擦 阻力 的大 小 ，只要 通过 调 节水 力 加 压 工 具 活 塞 的大 小 以 及 钻 头 喷 嘴 面 积 的大 小 等 参 数， 就可以将 设计 钻压准确地加 到钻头上 ， 从而解决 了水 平井和大斜 度井 中如何给钻头施加设计 钻压的难题 。 但 这 类工 具 的应 用 存 在一 个 如何 正 确判 断 水 力加 压 工 具 的 工作 状 态 和 钻 头 所 处 地 层 的准 确 位 置 问 题 。 这 类工 具 均设 计 有 活塞 和 液缸 ， 而且 液缸 的长 短不 一 。 当水 力加 压工 具 随 着钻 柱 下 到井 底并 开 始工 作 后 ，因 为 活 塞有 可 能处 于 液缸 的上死 点 ，也 有 可能 处 于 液缸 的下 死点 或是 中 间 。如果 钻具 下 放过 快 ，就可 能 压 紧 液 缸 ，起 不 到水 力 加压 的作用 ，给钻 头 施加 的压 力过 大 ，损 坏 钻 头 ；如 果下 放 过慢 ，有 可能 使钻 头 脱 离井 底 ，形 成 空转 ，降 低 了机 械钻 速 和钻 井 效率 。最 好是 活 塞始 终 处 于液 缸 的 中间 部分 ，这样 就 能将 设 计 钻压 均 匀地 作 用 于钻 头 上 ，但 这 只是 一种 理 想化 的状 态 。 另一方 面 ，使用 水 力加 压 工 具 以后 ，由于存 在着 活 塞 和液 缸 的相 对运 动 ，钻具 入 井 的深 度无 法 直接 反 映 出钻 头 的位 置 ，也 无法准确 判断 出钻 遇地层 的性质 ，
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第 ３ Ｏ卷 第 ４期
２０ ０ ２年 ８ 月
石
油
钻
探
技
术
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． 工 具 与 设 备 ． Ｉ
压 突 然升 高 ，说 明工 具 处 于下 死 点 ，就 应该 快 速下 放
工 具 ；如 果 钻具 下放 中泵 压 突然 升 高 ，说 明工 具处 于 上 死点 ，此 时就 减缓 钻 具 下放 速 度 。该 限位 装 置使 用