震击器

第十节震击解卡工具
钻具遇卡后，上提下放活动钻具，虽然有时也施加很大力量，但是这种力量的传递是柔
性的，渐进式的，而震击解卡工具施于卡点的力量则是突然的，就像锤子敲击钉子一样，瞬时作用在单位面积上的力量则是很大的。

从动力学的观点来看，动能和物质的质量及运动的速度的平方成正比，震击解卡工具的特点就在于它以高速度来获得较大的动能去克服卡持钻具的力量。

震击解卡工具以其结构来说，基本上是液压式和机械式两种，它们的共同特点是：
①必须能循环钻井液，中心要有循环钻井液的通道；
②必须能传递扭矩，心轴与外筒之间不能有周向运动；
③必须有高强度的密封，内液不能外泄，外液不能内渗；
4要有储能机构，能把钻具伸长或压缩的弹性能积蓄起来，然后突然释放，产生高
速运动；
⑤要有震击偶，即一个撞击体和一个承击体组成一对相互矛盾的偶合体；
6要有连接机构，因为它是连接在钻柱中间进行工作的，所以上下部都要有和钻柱相连的螺纹。

震击器种类很多，各部零件结构也有差异，但总的设计思路都是为了实现以上六项功能的，抓住了这一点，各种震击器的原理、结构就迎刃而解了。

震击作用是在相对运动中产生的，所以它必然有一个固定件和一个活动件，固定件和下部钻柱连接，处于相对固定状态，活动件和上部钻柱连接，随自由钻柱的拉、压而做上、下运动，其蓄能、释放、加速、撞击的过程，都是利用钻柱的上提下放来完成的。

一、液压上击器
液压上击器是利用压缩油来积蓄能量的一种工具，型式也有多种，但基本结构相同，现以
Z型液压上击器为例，加以说明。

1)结构
如图液压上击器就是缸套与活塞的组合体，缸套部分做为固定件与下部钻柱连接，活塞部分做为活动件与上部钻柱连接。

①上缸体。

即心轴外套，中上部是一个光滑的圆筒，内有密封件，和心轴光杆部分形成动密封，使液压腔和外界隔绝。

下端为公细螺纹，与中缸体连接，其末端即承击体，内有母花
键六个，和心轴的公花键相配合，用以传递扭矩。

上缸体上有油堵，是加液压油的地方。

②中缸体。

下部内孔为光滑的圆孔，即活塞压缩行程工作室。

上部内孔有24个卸载槽，即活塞释载和加速行程工作室。

中缸体的下部有油堵，是加入液压油的地方。

③下接头。

有一个光滑的内圆孔，上有公细螺纹与中缸体连接，内有密封件和冲管形成动密封，使液压腔与外界隔绝，下有标准的钻具连接螺纹与下部钻柱连接。

此三者组成一个外壳整体，使活动件（心轴、活塞、震击垫、冲管）在其内做上下相对运动，其下限为下接头上肩面所控制，上限为承击体所控制。

组成活动件的有心轴、活塞、震击垫和冲管。

④心轴。

是个空心轴，上有母接头可以和钻柱连接，工具的动力即来源于此。

从外径上看，接头下面是一段光滑圆杆，其长度大于活塞行程。

光杆下面为六个公花键，与上缸体内的母花键相配合，公花键的末端装有震击垫和活塞，心轴下端与冲管相连接。

⑤活塞。

活塞由活塞体、两个活塞环、一个密封环组成，活塞环槽上方有六个旁通孔，活
塞在上行时密封，下行时畅通，是个单流阀。

活塞装在震击垫下方，由冲管上台肩顶紧。

6冲管。

为一空心厚壁钢管，外径光滑，上与心轴连接，它主要是为了和下接头的密封机构形成液压腔下部的动密封而设计的。

它也可以为活塞的运行起导向作用。

这样，活塞与活塞杆（心轴冲管）组成了一个运动部件，受上部钻柱的驱使而做往复运动。

7震击偶。

震击器要实现震击作用，必然要有互相撞击的震击偶，在这里，震击偶就是活塞上部的震击垫和上缸体下端的承击体。

8密封件。

凡是接触液体的部分，都要加以密封。

震击器在高压循环的钻井液中工作，中部还有一个高压油腔，所以需要密封的地方很多，分七个部位用十一个o型密封圈密封，耐压不低于120℃,密封圈耐温不低于15MPa.
2工作原理
如图上缸体、中缸体和两端的密封件组成一个空腔，中间充满了耐磨液压油，心轴、震击垫、活塞浸泡在油缸中，活塞本身就是一个不太密封的单流阀。

①如图a，活塞下行复位时，活塞环被迫靠向环槽上部，但它堵不住旁通孔，活塞环不起密封作用，液压油从下油腔经活塞环槽、旁通孔而至上油腔，形成无阻流动，活塞仅克服摩擦力即可下行，完成复位动作。

②如图b，当心轴受拉力时，活塞上行，活塞环被压向环槽下面，同时和缸体的内壁紧紧贴住，形成一个有效的金属密封。

但是活塞环上有特殊设计的小缝，允许液压油有少量的泄漏，这个泄漏的速度就决定了上提钻具和等待震击的时间。

待钻柱有了足够的伸长量，就刹车等候震击，这时活塞在钻具弹性力的驱动下继续上行.
③如图c当活塞的第二个活塞环上行到卸载槽时，上油腔的液压油畅通无阻地流向下油腔，
活塞不再受液压油的限制，开始加速向上运动。

④如图d，由于活塞在钻具弹性力的驱动下加速向上运动，使震击垫和承击体猛烈相撞，产生强有力的上击作用，这个撞击力通过缸体传到下部钻具的卡点上。

液压上击器行业标准见表1-9
另外，将高峰机械厂生产的液压上击器技术规格列于表1-10，供参考
3液压上击器的使用
1)上击器的选择
根据下井的钻具规范和预期的震击力选择合适的上击器。

2)钻具组合
①在打捞作业中。

应使震击器尽量靠近卡点。

打捞工具+安全接头+钻铤+上击器+ 加速器+钻柱。

②在取心作业中。

取心筒+钻铤+安全接头+钻铤+钻杆.安全接头可以不加。

③在地层测试作业中。

测试工具+钻铤+安全接头+上击器+钻铤+加速器+钻杆。

若一般不用加速器时，在上击器上面加100m左右的钻铤，以便获得理想的震击效果。

与加速器配合使用，在上击器与加速器之间应接3-6根钻铤，其震击效果会更为显著。

3）操作方法
下震击器时应记清震击器下面的钻具悬重，打捞时应记清打捞前的钻具悬重，后者减去
前者即为震击器以上的钻具悬重。

当打捞工具捞住落鱼后，上提钻具，确认钻具被卡，即可进行震击作业。

这时以一定的速度上提钻具达到所需要的震击拉力，即钻具的弹性伸长大于活塞行程和预期的震击拉力伸长之和，刹车待震，一般几秒或几分钟即可发生震击。

若时间过长仍不发震，可能是震击器没有复位，应下放钻柱，给震击器加30-50KN的压力，待复位后再上提，即可发震。

如一次震击不解卡，可反复震击，震击拉力从小到大逐渐增加，但最大不得超过表1-11之规定。

影响等待震击时间的因素有井深、井底温度、井下状况、钻柱拉伸量和活塞环泄油缝隙
的大小。

如果等待震击的时间很长，就不能使震击器完全复位，下放的距离要比先前提拉的距离小一些，以缩短活塞的压缩行程来减少待震时间。

如果震击力达不到要求，则采取如下措施：①完全关闭上击器；②增加上击器上面的钻铤重量；③加快提拉钻柱的速度；④加装加速器。

上击器是依靠提拉钻柱时在钻柱中积蓄的弹性应变能而进行工作的，所以要求钻柱的弹性伸长必须大于上击器的活塞行程，否则不会发生震击作用，因此要求上击器以上的钻柱要有一定的长度，也就是说，震击器必须安装在一定的井深位置。

其计算公式为：
L>267.5ql/p
式中L------使用液压上击器的最小井深，m
I------------震击器的工作行程，cm
q---------每米长度钻具的平均重量，kg/m
p---------震击器最大允许拉力，kn
根据上式计算的结果，不同规格的液压上击器和不同规格的钻具配合时，其最浅的安放井深位置不得少于表1---12所列数据。

如果被捞落鱼还有部分未卡，则钻具的弹性伸长应分为两部分，一部分为震击器以下的钻具伸长l1一部分为震击器以上的钻具伸长l2,总的钻具伸长l= l1+ l2.此时若使l等于活塞行程，震击器将不起作用，因为在这种情况下，对震击器起作用的是l2，而不是l, 此时应计算钻具卡点，然后分别算出l1, l2使
l2=l- l1,> 活塞行程
若使用的是复合钻具，就按复合钻具计算弹性伸长量。

4 简易保养
①上击器从钻柱上卸开后，应立即排净内部钻井液，特别是冲管及冲管壳体周围的钻井液，要放干净。

并将心轴密封面清洗干净，涂上黄油，以防生锈，再用防护套加以保护以防碰撞。

②公、母连接螺纹都要清洗干净，涂好润滑脂，以防腐蚀，要平放在支架上，不许和地
面接触。

二、随钻上击器
随钻上击器是连接在钻柱中随钻具进行井下作业的工具，在作业中发生卡钻事故时，能
及时启动震击器进行连续震动，使之解卡。

它是减少深井、复杂井、定向井和水平井卡钻事故的重要工具。

1 结构
如图1-50 ，随钻上击器是采用液压工作原理进行工作的，和YSJ 型液压上击器的工作原理
完全一样，但是在结构上有一些不同。

①活塞结构不同。

它的活塞主要由两部分组成，一部分是固定在延长心轴上的活塞
体，它和心轴之间用油封密封，但和缸套之间不密封，而且留有较大的环形间隙，另一部分是套在延长心轴上可以上下游动的锥形活塞，外径和缸套内壁密封，内径和延长心轴不密封，和心轴之间留有旁通孔，它的上限受旁通孔上台肩的限制，下限受固定活塞的限制，因此只能在短范围内游动。

当心轴下行时，锥形活塞被液压油推动上行，离开固定活塞体，此时上下油腔的通道开放，液压油可以无阻的由下油腔流向上油腔，上击器复位，直到心轴接头下台肩碰到刮子体的上端面为止，如图1-51a所示。

当心轴向上运动时，锥形活塞下行，与固定活塞的上端面结合，上下油腔的通路被隔绝，液压油只能从锥体底面的小油槽通过很少一部分，因而使上油腔的液压油受压，钻具伸长而积蓄能量，如图b所示。

当锥形活塞到达卸载腔时，密封失效，液压油无阻的流向下油腔，在钻具弹性能的驱动下，心轴高速上行，延长心轴的顶面撞击到花键筒的下台肩上，就产生了猛烈的上击力，如图c ）所示。

①心轴和外筒长度都增加不少，其目的都是为了加强密封结构，以适应井下长时间
的高温高压工作环境。

随钻上击器行业标准见表1-13。

高峰厂ZSJ型随钻上击器规格见表1-14，供参考。

随钻上击器在出厂或送井以前，必须经过地面试验，其试验数据如表1-15所示，不合格者不得下井。

随钻上击器在下井以前必须使心轴呈完全拉开状态，为了防止上击器在地面关闭，配置了一套卡箍，卡在心轴的露出段，在工具与钻柱连接好之后方能拆除。

但一定要保存好，在工具起出井口之后还要卡上去。

2随钻上击器的使用
1）随钻上击器在钻柱中的安装位置
①震击器一定要装在钻柱中和点以上，震击器下面的钻铤在钻井液中的重量要大于预定的钻压，使震击器经常处于受拉状态。

②如果上、下震击器一同下井，则上击器一定要接在下击器以上。

③震击器以上的钻铤和工具的外径都不应大于震击器的外径，而下部的钻铤和工具的外径不应小于震击器外径，以防震击器及其以上钻具被卡。

根
④在较直的井眼中，上、下震击器可以连接为一体接于主钻铤之上，其上再接3-4
根钻铤，在斜井或弯曲井眼中，在下击器与主钻铤之间接1-3根加重钻杆，再在下击器与上击器之间接之间接2--5根加重钻杆，。

以减少钻柱刚度。

2）解卡操作
随钻上击器就是液压上击器，它的解卡操作和前节所述完全一样。

上提拉力根据需要决定：上提拉力=震击器上部钻具重量+需要的震击拉力+摩阻力+指
重表误差---泵压作用力。

摩阻力可以根据正常起下钻时的阻力确定，但要注意，开泵时与不开泵时的摩阻力
往往是不一样的。

泵压作用力=泵压*上击器冲管面积，可以从图1--52 中查得。

指重表误差，白天和黑夜相差很大，冬天更为显著，这要靠平时的观察记录。

另外还要考虑工具的活塞行程，即钻具的实际伸长应等于震击拉力形成的钻具伸长和活塞行程之和，但最大拉力不能超过工具或钻具的最大抗拉负荷。

三、超级液压震击器
超级液压震击器的结构和原理与随钻上击器基本相同，但由于改进了连接螺纹，改善了撞击工作面，提高了震击力，因此更具有优越性。

如图1-53，它的固定件由心轴体、花键体、连接体、压力体、冲管体和下接头所组成，和下部钻柱连接，处于相对固定状态。

活动件由上接头、心轴、活塞、冲管所组成，在筒体内做有限的上下运动。

在压力体和心轴之间，加满耐磨液压油，形成压力腔和卸载腔，它的使用方法和随钻上击器完全相同，不另赘述。

超级震击器行业标准见表1--16
高峰厂CSJ型超级震击器规格列于表1--17 ，供参考。

四、液压加速器
液压加速器又叫震击加速器，它与液压上击器配合使用，接在上击器上面，中间加3-6 根钻铤。

它工作时能对其下方的钻铤和上击器心轴起加速作用，使之对卡点产生强大的震击力，同时它又能吸收部分弹性能，减少上部钻具的反弹震动。

1结构
如图1--54 所示，它的结构和液压上击器基本相同，也是缸套和活塞的组合体。

缸套做为固定件由上缸套、中缸套和下接头组成，活动件则由心轴、震击垫、活塞和冲管所组成，可以在缸体内上下运动，心轴花键与上缸套下部的内花键相配合，用以传递扭矩。

它和液压上击器的主要区别在于：
①液压上击器的活塞是单向密封，上行密封下行不密封，而加速器的活塞是绝对密封，没有旁通孔，也没有泄油小缝，液压油储于上油腔，不许泄入下油腔。

上击器有卸载槽，是为了加速活塞的上行运动，而加速器没有卸载槽，它不需要卸载，仅仅是一个弹性储能器。

钻柱上提的拉力越大，它储蓄的能量越多，储能越多，释放的能量也越大。

③总体长度比上击器要长，因为它的油腔需要有足够的容积，储能多少与液压油的多少成正比。

2．。

工作原理
加速器就是储能器，上提钻柱，加速器心轴带动活塞上移，硅油被压缩，就像弹簧被压缩一样，储存了能量，如图1-55A所示。

继续上提钻柱，上击器活塞运动到卸油槽时，释放能量，上部被拉长的钻柱弹性回缩，加速器油腔内被压缩的硅油也膨胀而释放能量。

因为活塞心轴和上部钻具连接，处于相对固定状态，不能向下运动，只能推动缸体上行，而加速器缸体又和上击器的心轴连接在一起，就加速了上击器心轴的上行速度，如图1-55B所示，这就是加速器的主要作用。

当上击器到达终点
时，震击垫以极大的撞击力撞击到承击体上，通过上击器缸体的传递，给被卡钻具以巨大的震击力。

此时加速器则处于复位状态，如图1-55C）所示。

由动力学可知，撞击的能量和物体运动速度的平方成正比，因而上击器与加速器配合使用时，钻具不需要提很大的拉力就可以得到预期的效果。

液压加速器行业标准见表1--18。

高峰机械厂生产的液压加速器列于表1-19，供参考。

其型号表示方法为英制，如YJQ46表示外径为四英寸六，第一位数字为英寸，第二位数字为英分。

加速器在下井前必须做地面拉力试验，试验数据应符合表1--20的规定，当试验拉力释放后，允许有65mm的间隙复不到位，如果大于此间隙，则表明加油量不足，或者密封件有渗漏的地方。

五、闭式下击器
这种下击器的活动部件是由密封在油腔内的液压油进行润滑的，所以叫闭式下击器，它的行程比开式下击器短，但工作可靠，在这里，液压油只起润滑作用，不起压缩储
能作用。

1,结构
如图1--56，闭式下击器的结构和液压上击器差不多，其固定件仍是上缸体、中缸体和下接头，活动件为震击杆（心轴）、震击垫和冲管，它和液压上击器的主要区别是：
①没有活塞，震击杆是在充满耐磨液压油的缸体内上下滑动。

②缸体是个内面光滑的圆柱体，没有卸载槽，因为它不需要卸载。

③震击垫不起震击作用，只起限位作用。

④闭式下击器的震击偶是由震击杆上接头下面的螺母垫和上缸体的上端面组成，螺母垫是撞击体，缸体上端面是承击体。

闭式下击器行业标准见表1--21
高峰厂生产的BXJ型闭式下击器主要规格列于表1--22，供参考。

2工作原理
上提钻具时，震击垫上行至限位位置，即为拉开行程。

下放钻具时震击杆下行，螺母垫撞击在上缸体上端面上，就完成了震击行程。

如此反复，即可实现连续震击，这纯粹是一种机械作用。

3使用方法
①钻具组合。

打捞工具+安全接头+下击器+钻铤+钻杆。

一定要有足够的钻铤重量，
以实现重锤的锤击作用。

②计算好落鱼的卡点位置，及下击器拉开和复位时的方余。

③在井内实现下击。

上提钻具把下击器完全拉开，再继续上提一定拉力，使钻具产
生弹性伸长，然后猛然下放，中途切勿停顿，下放距离要大于上提距离，使下击
器迅速复位，螺母垫撞击在缸体上端面上，产生一个向下的震击力，打在落鱼卡
点上。

④在井内实现连续下击。

操作步骤和上述一样，只是下放距离要小一些，比钻具的弹
性伸长和下击器行程之和要少左右。

在这种情况下，钻具就像一个一头固定一头带着重锤而做上下振动的弹簧，反复地实现震击偶的对撞。

不过，它的震击能量不大，而且一次比一次弱，很快就会停止下来。

⑤用下击器进行上击。

操作步骤仍如上所述，但是上提钻具的力量需要更大一些，使
钻柱内积蓄更大的弹性应变能，而下放的距离更少一些，下放距离等于钻具伸长，此时猛然刹车，使钻具像一个垂悬着的弹簧，由于惯性作用，震击杆继续下行，下击器实现部分复位，但螺母垫接触不到缸体上端面，当震击杆停止下行时，立即反弹回来，震击垫撞到上缸体的下肩面上，产生一个向上的震击力。

其作用和液压上击器一样，不过，能量要小得多，作用实在有限得很。

6与地面震击器配合使用。

井浅或卡点较高时，闭式下击器可以和地面震击器配合加强震击效果。

钻具组合
为：打捞工具+安全接头+ 闭式下击器+3-6根钻铤+钻杆+地面震击器。

操作时要把地面震击器的释放负荷调到比闭式下击器以上的钻具重量稍大一点。

上提钻具时，闭式下击器刚好拉开，地面震击器也开始释放，下击器以上的钻具在自重作用下以接近重力加速度的速度下击被卡钻具。

六、开式下击器
开式下击器是钻井打捞作业中普遍使用的一种工具，它借助于钻柱的重量和钻柱弹性伸长所积蓄的弹性能量而形成强烈的下击力，下击被卡钻具。

它可以和管子割刀配合使用，也可以做为恒压给进工具。

1结构
如图1--57所示，开式下击器的结构原理是闭式下击器的颠倒使用。

以活塞心轴为固定件与下部钻柱连接，心轴中段为六方柱体与缸套下接头的内六方孔相配合，用以传递扭矩，活塞装在心轴顶端，以螺纹连结，并用定位螺丝固定，外周有两道密封槽，安装O型密封圈、垫圈和开口垫圈，用以和缸套内壁密封。

活动件是缸套及其上下接头，下接头内有六方孔和心轴的六方柱相配合，缸套下部有四个孔，允许钻井液进出，所以叫开式下击器，上接头与上部钻柱连接，由上部钻柱带动缸套做上下运动，同时下接头的上下肩面也限制了活塞的行程。

震击偶是以缸套下接头的下端面做为撞击体，以心轴接头的上台肩做为承击体，组成一对互相撞击的震击偶。

活塞只起密封和扶正心轴的作用，与震击作用无关。

2工作原理
上提钻柱时，缸套随钻柱上行，而心轴则固定不动，待缸套下接头的上端面与活塞下端面接触时，下击器全部拉开，完成一个工作行程。

如果继续上提钻柱，钻柱便开始弹性伸长，积蓄弹性能。

当猛放钻柱时，钻柱由于自身的重量和弹性能的释放而迅速下行，因为开式下击器有足够的行程（900-1600mm），下行钻柱有一定的加速时间，使缸套下接头以极高的速度撞击心轴接头上台肩，给被卡钻具一强烈的下击力。

转动钻柱时，由于有六方套的配合，可以传递扭矩，驱动心轴以下的钻柱。

循环钻井液时，由于缸套与上接头之间及缸套内壁与活塞之间都有密封装置，可以进行高泵压循环。

缸套下部有四个排液孔，当缸套上行时，缸套内的钻井液可以迅速的排出。

开式下击器行业标准见表1-22。

高峰型开式下击器规格列于表1-24，供参考。

3使用方法
开式下击器使用方法和闭式下击器基本相同，可以完成强烈下击、连续下击和上击等动作，但应注意几点：
①不能和地面下击器配合使用，因为它的工作行程比地面下击器的工作行程长，
地面下击器反而要起制动作用。

②下击器带打捞工具打捞时，最好开泵打捞，因为它有个自由行程，打捞工具是
否进入鱼顶从悬重上很难判断，只好借助于泵压，但要注意憋泵。

③卡点较浅时，可以把下击器接在井口，其上接一柱钻铤做为重锤，进行震击。

④在井口退出打捞筒、打捞矛时，可以用开式下击器震松卡瓦。

七、地面下击器
地面下击器是一种用于从地面下击井内被卡钻具的解卡工具，它不需要把井内的钻具倒开，只是把方钻杆卸开，把工具接在井口钻具上，就可以进行震击，震击力的大小也可以在井口进行调节。

结构简单，使用起来十分方便。

1 结构
如图1-58所示，它是由固定件、活动件、聚能件和密封件四大部分组成。

固定件由上下套筒、上下套筒接头和冲管组成。

它和下部钻柱连接，呈相对固定状态。

套筒上接头为内六方孔，和六方心轴配合，用以传递扭矩。

上套筒只是一个连接体，无特殊机构。

下套筒比较复杂，是关键部位，其上部车有母螺纹，分为内径不同的两段，靠上的内径较大的一段和上套筒的公螺纹相啮合，靠下的内径较小的一段装有调节环，母螺纹以下为上小下大的圆锥形内孔，是摩擦卡瓦的安放处，其下部母螺纹和套筒下接头联接，组成一个完整的筒体，让活动件在其中做上下运动。

活动件由六方心轴、摩擦心轴、密封座和心轴接头组成。

六方心轴和套筒上接头的内六方孔相配合，既可上下活动又可传递扭矩。

摩擦心轴接在六方心轴下面，它的外部为三道凸棱状的摩擦环，上小下大，与摩擦卡瓦内孔相配合。

密封座装在六方心轴下部的大孔内，由摩擦心轴的上端面将其顶紧。

聚能件即摩擦付，由摩擦心轴、摩擦卡瓦、调节环和下套筒的内锥孔组成，它本身并不储存能量，而是给钻柱积蓄能量，或者是利用钻柱的能量。

摩擦卡瓦是一个纵向开有胀缩槽的锥形体，其外径和内径都是上小下大。

内锥面有三个凸棱状的摩擦环，和摩擦心轴的摩擦环相配合，其内径一般比心轴摩擦环的外径小，其外锥面有四个凸棱状的锥形环和下套筒的内锥孔相配合，锥度为。

从纵向上看，内环与外环相间排列，使其能做挠性变形。