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冲击器故障分析
Date:2018/9/12 15:42:41

冲击器故障分析

 

   孔冲击器根据配气方式,可分为阀式冲击器和无阀冲击器两种。除配气方式不同外,其结构也略有不同,但其工作原理是基本相似的,只是阀式成及其抗污染能力更差些。

   潜孔冲击器产生故障的原因是多方面的,但表现形式主要为冲击器不冲击、冲击无力和间断冲击等。分析其故障原因,再针对设备甲乙改进将会有助于冲击器结构和钻井工艺的改进。对其故障因素进行归纳分类,可从以下五方面进行分析:

1、加工处理缺陷

   冲击器活塞及缸套的配合较为紧密,且配合长度较长,加工精度和表面光滑度要求较高,这对活塞及缸套的圆柱度要求非常高。如果圆柱度得不到保证,活塞将会出现方向性或间歇性的卡滞,最终可能不对呢不机场提、卸钻杆,进行冲击器维修。

    另外,冲击器外套管的刚性也是制约冲击器使用寿命的一个重要因素。如果外套管硬度差。在钻井过程中,充气机器会因频繁与井壁发生碰撞二变形;当冲击器不做工时,往往需要振击和拆卸、清洗冲击器,这又将加剧冲击器外套管的变形;而外套管的变形将导致冲击器每部零件卡滞而导致无法拆解,最终直接造成冲击器报废。

   对于冲击器内缸和活塞的有效运动做功和产品高精度生产,湖南新金刚工程机械有限公司已深耕细作二十几年。

 

2、冲击器尾部逆止密封不可靠

   目前,物探用冲击器尾部均设有一逆止阀,其结构如图1所示。其密封形式主要是靠球形橡胶帽或加装在金属锥形帽上的 O型圈的压缩变形来进行逆止密封的。其逆止功能 由弹性体来实现,并且弹性体一般具有导向装置。


 这种密封方式存在以下问题:

   1)弹簧与导向装置存在摩擦,会影响逆止阀的截止速度;

   2)橡胶密封材料长时间的频繁压缩、摩擦会使其过渡磨损;

   3)弹簧疲劳破坏,导致逆止密封失效;

   4)在停气时,冲击器内部气压突然降低致使岩粉或液固混合物反灌进入冲击器内腔,将会致使活塞卡滞;

   5)更严重的是,水携带岩屑进图到配气阀位置(阀式冲击器),时阀片不能正常封闭配气,造成冲击器仅排屑而不冲击做功的故障。

 

3、冲击器头部无密封

   物探钻井所用冲击器头部的钎头均设有已排气孔与井底连通,而钎头与冲击器通过花键连接,其配合间隙较大。钻进过程中遇到潜水面或因成井困难而需要加注固井液的情况下,井底及井壁与钻杆的间隙中存在大量的液态、固态混合物,当接/换钻杆或加注固井液时,又都会停止供气,这样冲击器尾部的逆止阀会迅速关闭。由于惯性,会有部分液体瞬间通过两种途径反灌进入冲击器:钎头排气孔、钎头与花键套的间隙。随后,冲击器犹如一个空水杯倒扣在液体里,封闭在冲击器内腔中的气体势必会杯外界液体所压缩,如图2所示。


冲击器内腔气体压与外界液体压相等时,即达到平衡。根据内、外平衡可计算出冲击器内腔空气高度h为:

式中:po为冲击器内腔停气后的压力;h为冲击器内腔的长度;ρ为井底液体的密度;g为重力加速度;H为井底液面高度。

式中(1)可看出,外界液面高越高,冲击器内腔密封气体长度越小,即进入冲击器内腔的液体越多。而冲击器内腔如果进水太多,将会把一些岩屑带入内腔活塞运动之中,打打增加了活塞的卡滞频率。同时,如果沉淀在活塞与钎头接触端面之间的岩屑迟迟无法排除(见图3),则活塞的冲击功会大部分被岩屑吸收,无法有效下传,即冲击无力。


4、钎头卡滞

钎头与冲击器为花键配合(见图4),配合间隙比较大,并且许多类型的冲击器钎头花键尾部可以露出与之相配和的花键套。如果岩屑潮湿,容易形成泥包粘附在钎头上。如果这种状态下得不到及时改善,泥包会进入花键配合间隙,影响冲击器活塞冲击功的有效下传;更为严重的是,钎头与花键套可能卡滞子在一起。


5、固井液存在较大固相颗粒

     正常情况下,遇到成井困难的易坍塌地层,需要使用泡沫钻井,即频繁往井中加注泡沫剂进行固井。但实际上,小队施工过程中,考虑到方便与经济性,往往趋向于使用洗衣粉溶液。由于洗衣粉质量或水质量,多少会存在一些无法溶解的颗粒。固井液时从钻杆加注到井底,这样洗衣粉中未溶解的颗粒会直接进入冲击器内腔,影响配气阀(阀式冲击器)的正常工作,或加大活塞卡滞的概率。

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