髙志和，白承斌，閆金杰，張 燕，李學(xué)勝，王金廣，楊連春，徐永生

砸導(dǎo)管裝置的研制與應(yīng)用

髙志和，白承斌，閆金杰，張 燕，李學(xué)勝，王金廣，楊連春，徐永生

（渤海鉆探第三鉆井工程分公司，天津300280）①

針對(duì)鉆井導(dǎo)管施工出現(xiàn)的作業(yè)時(shí)間長、工作強(qiáng)度大、費(fèi)用高等問題，研制了砸導(dǎo)管裝置。該裝置能夠?qū)?339.7mm的導(dǎo)管砸入地層10～12m，可有效提高鉆井導(dǎo)管施工質(zhì)量，減少固井費(fèi)用，減少鉆井周期，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

鉆井；導(dǎo)管；錘砧；研制

隨著灘海及沙漠地區(qū)油氣勘探開發(fā)的不斷深入，在鉆井工程設(shè)計(jì)中需要下鉆井導(dǎo)管井的數(shù)量不斷增加。在以前的鉆井導(dǎo)管施工中，采用鉆頭鉆進(jìn)至與導(dǎo)管相符的深度，下入導(dǎo)管并固井候凝好后，再進(jìn)行下部井段施工，影響了鉆井速度，增加了鉆井時(shí)間，影響了單井鉆井周期及整體經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。目前，國內(nèi)還未見專門應(yīng)用于石油鉆井行業(yè)的導(dǎo)管施工設(shè)備，而應(yīng)用于建筑行業(yè)的打樁機(jī)設(shè)備價(jià)格昂貴、體積龐大，施工成本高，不適于鉆井導(dǎo)管的施工作業(yè)［1］。砸導(dǎo)管裝置依靠自身產(chǎn)生的沖擊力將導(dǎo)管砸入指定的位置，保證導(dǎo)管的施工精度，實(shí)現(xiàn)鉆井導(dǎo)管的快速施工，取代過去用水泥車固井的作業(yè)，將導(dǎo)管作業(yè)時(shí)間及成本大幅下降。需要的高度（錘頭與錘砧之間的距離，也即沖擊高度）時(shí)，操作液壓控制箱使油缸的A口進(jìn)油，在油壓的作用下，油缸攜同卡瓦向中心移動(dòng)，直至卡緊鉆鋌。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

砸導(dǎo)管裝置主要由錘砧、錘頭、卡瓦、油缸、導(dǎo)向管等組成，如圖1所示。

1） 利用氣動(dòng)絞車（或游車）、吊索將錘砧吊起，經(jīng)導(dǎo)向管的引導(dǎo)逐漸下放錘砧，使錘砧的下平面坐在導(dǎo)管接箍上。

2） 通過螺紋將錘頭與鉆鋌連接好，吊索掛在錘頭的吊環(huán)上，用氣動(dòng)絞車（或游車）將錘頭和鉆鋌一并提起，當(dāng)提升到鉆鋌的下端超過錘砧的上平面時(shí)，對(duì)中緩緩放下，使鉆鋌進(jìn)入錘砧內(nèi)孔，當(dāng)下放到

圖1 砸導(dǎo)管裝置結(jié)構(gòu)

3） 放松吊索，使吊索松弛下垂，其松弛長度應(yīng)超過錘頭與錘砧之間的距離，此時(shí)錘頭與鉆鋌處在下落前的待夯砸狀態(tài)。

4） 操作液壓控制箱使油缸的B口進(jìn)油，在油壓作用下，油缸及卡瓦迅速回縮，鉆鋌失去卡緊力，在重力作用下以自由落體的加速度下落錘擊錘砧，錘砧承受錘頭和鉆鋌的重力及其下落的沖擊力，傳遞到導(dǎo)管接箍上，導(dǎo)管便被向下砸入地表層一定深度，往復(fù)多次，導(dǎo)管便被砸到了設(shè)計(jì)的深度，完成了下導(dǎo)管的工序。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

錘砧外徑?500mm

錘砧孔徑?210mm

錘頭最大行程9 000mm

采用改良 Mac Nab進(jìn)行臨床效果評(píng)價(jià),采用酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)法測定TNF-α、IL-1β水平。

適用導(dǎo)管管徑?339.7mm

液壓工作壓力16MPa

2 關(guān)鍵技術(shù)

錘砧是砸導(dǎo)管裝置的主要部件，如圖2，其中的雙作用油缸和卡緊裝置是獨(dú)特設(shè)計(jì)的。

圖2 錘砧外形

2.1 雙作用油缸

打開換向閥，供油液路通過液壓泵不斷向油缸供液加壓，柱塞移動(dòng)使卡瓦抱緊鉆鋌；卸壓時(shí)，關(guān)閉換向閥，打開回油液路，油缸油液逐漸返回油箱，柱塞移動(dòng)使卡瓦放松，錘頭和鉆鋌自由下落。油缸內(nèi)分為前后2個(gè)有桿油腔，活塞靠液壓油注入油腔產(chǎn)生的推力在2個(gè)油腔之間做直線往返運(yùn)動(dòng)。

油缸的活塞及活塞桿在液壓力的驅(qū)動(dòng)下具有很大的動(dòng)量。當(dāng)桿頭進(jìn)入油缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊，因此需要緩沖結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的油缸緩沖結(jié)構(gòu)如圖3所示，油缸B口進(jìn)油，A口回油，活塞往左，當(dāng)活塞快到油缸底部時(shí)，回油受到活塞部分對(duì)油道的節(jié)流，從而降低活塞運(yùn)動(dòng)的速度，對(duì)油缸起緩沖作用。

圖3 具有緩沖作用的雙作用油缸結(jié)構(gòu)

2.2 卡瓦［2－3］

有2對(duì)開式大方瓦座，大方瓦座內(nèi)壁呈底部小、上部大的階梯形錐面，對(duì)稱合圍成圓開口的2個(gè)卡瓦塊布置在大方瓦座內(nèi)，卡瓦塊的上端通過連桿連接在懸掛盤上，大方瓦座內(nèi)設(shè)置有雙作用油缸。雙作用油缸的活塞桿上端與懸掛盤相連接，懸掛盤上設(shè)有與大方瓦座軸向相平行的導(dǎo)向桿，大方瓦座內(nèi)設(shè)有與導(dǎo)向桿相配合的孔，大方瓦座上的呈錐面的口部設(shè)有一凹槽，卡瓦塊外側(cè)上部設(shè)有與凹槽相配合的凸塊，用于卡住和松開鉆鋌?？ㄍ呤芰鶆?，管柱不易變形。

卡瓦采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，并經(jīng)熱處理，表面硬度高，心部硬度適宜，具有耐磨、抗蝕、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。

3 特點(diǎn)

1） 操作簡單方便。

2） 雙作用油缸設(shè)計(jì)了緩沖結(jié)構(gòu)，降低了活塞桿運(yùn)動(dòng)的沖擊，對(duì)油缸起緩沖作用

3） 卡瓦瓦體作用力相同，管柱受力均勻，不易變形。

4） 裝置對(duì)中性好，可保證導(dǎo)管居中。

5） 利用為石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)配套的液壓站作為動(dòng)力源，安裝簡單、可靠。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2011-11在C14564鉆井隊(duì)承鉆的西48-20井安裝試驗(yàn)。該地層為第四系平原組，主要巖性是粘土和散砂為主。導(dǎo)管設(shè)計(jì)深度20m，套管尺寸?339.7 mm。為了保證導(dǎo)管、井口、轉(zhuǎn)盤面三點(diǎn)一線，對(duì)地層用鉆頭鉆進(jìn)6～8m，防止在砸導(dǎo)管過程中造成導(dǎo)管偏離井口中心線。

鉆進(jìn)8m后，將第1根導(dǎo)管下入井底，把第1根導(dǎo)與第2根導(dǎo)管相連，砸導(dǎo)管裝置安裝到位，啟動(dòng)液壓站，搬動(dòng)控制箱手動(dòng)換向閥控制手柄，排凈油管線和閥件里面的空氣，測試錘砧油缸活塞桿是否伸縮正常，正常后將錘砧及導(dǎo)向管放入導(dǎo)管內(nèi)。將錘頭與鉆鋌相連并緊固，吊索掛在錘頭的吊環(huán)上，游車上提，把鉆鋌放進(jìn)錘砧內(nèi)，進(jìn)行砸導(dǎo)管作業(yè)（如圖4），如此往復(fù)。

隨著?339.7mm導(dǎo)管下入地層深度的加深，錘頭離錘砧的距離也逐步提高（加大沖擊力），經(jīng)過20 min，使導(dǎo)管到達(dá)設(shè)計(jì)位置。

圖4 砸導(dǎo)管作業(yè)

5 結(jié)語

現(xiàn)場應(yīng)用證明：砸導(dǎo)管裝置能砸入?399.7mm導(dǎo)管10～12m，砸夯平穩(wěn)，對(duì)中性好，每口井施工周期縮短約0.5d；同時(shí)減少了固井作業(yè)，每口井施工節(jié)約成本約￥3萬元。多部鉆機(jī)可通用，因此，該裝置具有良好的推廣前景。

［1］ 盧世深，林亞超.樁基礎(chǔ)的計(jì)算和分析［M］.北京：人民交通出版社，1987.

［2］ 高 勝，劉躍寶，常玉連，等.卡瓦承載部件相關(guān)參數(shù)分析［J］.石油礦場機(jī)械，2010，39（3）：28-32.

［3］ 陳若銘，陳森強(qiáng)，王新東，等.套管頭卡瓦力學(xué)分析［J］.石油礦場機(jī)械，2011，40（5）：10-13.

TE929

B

1001-3482（2012）05-0084-03

2011-06

中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司科研項(xiàng)目

髙志和（1971-），男，吉林公主嶺人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事設(shè)備管理工作。