冲击器故障分析

潜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，只是阀式冲击器抗污染能力更差些。 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分析其故障原因，再针对设备加以改进将会有助于冲击器结构和钻井工艺的改进。本文对其故障因素进行了归纳分类，从以下五方面进行了分析。２．１ 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是非常高的。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，最终可能不得不经常提、卸钻杆，进行冲击器的维修。 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。如果其刚性差，在钻井过程中， 冲击器会因频繁与井壁碰撞而变形；当冲击器不工作时，往往需要振击和拆卸、清洗冲击器，这又将会加剧冲击器外套管的变形；而外套管的变形将会导致冲击器内部零件卡滞而导致无法拆解，最终直接造成冲击器报废。 ２．２ 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。 图１ 逆止阀的结构 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、摩擦会使其过度磨损； （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，水携带岩屑进入到配气阀位置（阀式冲击器），使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。２．３ 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一排气孔与井底连通，而钎头与冲击器通过花键连接，其配合间隙较大。钻井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中，封闭在冲击器内腔中的气体势必会被外界液体所压缩， 如图２所示。图２ 冲击器工况示意图 冲击器内腔气体压力与外界液体压力相等时，即达到平衡。根据内、外压力平衡即可计算出冲击器内腔空气高度ｈ为： ｈ＝ ｐ０ｈ０ ρｇＨ（１ ）式中：ｐ０为冲击器内腔停气后的压力；ｈ０ 为冲击器内腔长度；ρ为井底液体密度；ｇ为重力加速度；Ｈ为井底液面高度。 由式（１）可看出，外界液面越高，冲击器内腔密封气体长度越小，即进入冲击器内腔的液体愈多。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副之中，大大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所示），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