随着非常规油气资源的开发,水平井钻井工艺技术的应用不断增加,其中托压问题是必须要解决的难题之一。本文通过设计新型增压器来改善连续油管钻井中所遇到的托压问题和连续管下放阻力大的问题,从而实现高效钻进,增加产量,节约成本。由于目前钻井的作业难度越来越大,所以为了解决遇到的相关问题,人们提出了连续油管钻井技术。连续油管钻井技术的应用对于钻井自动化的发展有很大的促进作用,同时还能够大幅度降低钻井作业成本、提高劳动效率。所以该技术可能成为今后一段时间内钻井作业的主流方法。但是连续油管钻井也存在一些不足之处。由于目前钻探开采的工作重点由较浅的地层渐渐向较深的地层发展,地层结构越来越复杂,并且连续油管自身由于管径小,易弯曲,抗压强度低等结构特点,使得在钻进的过程中遇到一些问题,比如连续油管弯曲导致与井壁的摩擦力增加,从而使连续油管下放困难;或者由于井壁对连续油管产生“托压”,使得加压会出现一定的困难。所以需要借助新的装备和技术来更好的改善上述问题,从而实现高效钻进。针对上述连续油管下放阻力大和“托压”引起的加压困难的问题,本文从两个方面着手,从而提升连续油管钻进效率。第一个方面是减小连续油管与井壁之间的摩阻;另一方面是通过井下液力加压器加压的方式,增加钻压,并给钻头提供更大的并且稳定的轴向推力,从而改善加压困难的问题;结合两个方面的考量,最终设计出了一种新型的增压器,该装备由两部分组成:流量调控装置和液力复合加压器两个装置。第一个部分主要是对流量调控装置的设计。先详细阐述了其工作原理,然后提出了流量调控装置的总体设计方案,最后又对各个局部结构进行设计,包括动力端、液力端以及控制部分。动力端的作用是为执行机构提供非恒定的动力;液力端的作用是在动力端的变化的液力作用下,其执行机构实现非匀速往复直线运动,从而将钻井液吸入液力端的腔内,然后再将脉动的钻井液从液力端腔内排出;控制部分的功能是实现动力端与液力端的协调工作,使彼此之间相互关联,从而实现预期的工作目的。对于动力端的设计,主要包括动力端的阀体和阀芯的结构设计,以及其相应的尺寸计算,升程以及运动的速度控制,流量的大小等相关参数的计算,最后再对阀进行了整体强度校核。再对阀芯和阀盘进行SolidWorks三维建模以及进行对应的ANSYS分析,将数学校核分析与软件分析的结果进行对比验证其可行性与安全性。对于液力端的设计,主要内容包括液压缸的结构设计以及进出口阀件的设计,包括对相应的尺寸和参数进行了计算,如外径尺寸、长度尺寸、壁厚、行程等相关参数的计算;进行SolidWorks三维建模,并进行ANSYS分析,用数学校核分析与软件分析的方式验证其安全性与可靠性。控制部分的设计包括主电路和辅助电路的设计,主电路是由接触器主触点、三位四通电磁换向阀以及四个单向液压缸组成;辅助电路是由接触器辅助触点、延时继电器、霍尔开关等控制元件组成。控制电路能够控制动力端的阀芯的有序运动,继而改变动力端腔内的流体的流量,那么作用于液力端的执行机构的端面的压力就会产生变化,从而实现了执行机构的非匀速的直线往复运动,这样就会使液力端的腔内的钻井液产生流量脉动和压力脉动。液力端执行机构的直线往复运动的行程起始与截止点的信号会被霍尔开关检测,从而引起辅助电路和主电路中各个开关的有序启闭动作,那么控制部分的单行程液压缸就会做上下往复运动来改变动力端的各个阀芯的有序升降动作,这样就建立了一个闭环的控制系统来实现对流量和压力脉动的调控。第二个部分就是对井下液力复合加压器的结构设计。井下液力复合加压器的作用是能够在连续油管遇到“托压”的情况下,通过液力复合加压器施加的较大的并且稳定的轴向推力来实现加压,提升钻井效率。设计的主要内容包括对其单向流通阀、增压缸等的设计,同时对其外径尺寸,长度尺寸,以及轴向推力等做了计算。并对其进行了数学计算分析来验证其稳定性。在确定各部分的结构和参数后,通过CAD绘制了二维工程图,并用SolidWorks进行三维建模,然后对易损坏的部件进行ANSYS应力分析,将对应的分析结果与数学分析结果相对照,验证其可行性。综上所述,新型增压器一方面能够通过流量调控装置,在液力端腔内使钻井液产生3.72Hz的流量脉动,,使得连续油管在安全范围内产生震动,其压力波动幅值为1.84MPa,这样就能将连续管与井壁之间的静摩擦变为动摩擦,故可以较好的改善连续油管钻水平井过程中遇到的阻力大导致连续管下放困难的问题;另一方面通过井下液力复合加压器的作用,可以给钻头施加19.33kN的轴向推力,既避免了长行程引起的失稳又可以提供较大的钻压,从而较好的改善了“托压”导致钻压施加困难的问题。这两个方面的改善对提升连续油管钻井作业效率有很大的帮助,同时很大程度上能够节约经济成本,具有较好的经济性和高效性。