专利名称：Φ73mm及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管柱切割工具，具体的是射流切割工具。
背景技术：
在油气井的工程事故中，遇阻、遇卡是最常见的，同时也是处理难度较大的。随着油田开采的发展，全国各地油田的井下油管的变形、错断等现象也逐年增高，管柱的弯曲变形，使得后期施工作业比较困难。因此修井作业需要对油管进行切割后，才能进行打捞、修复等后续作业。常规的管柱切割技术主要有机械切割、化学切割和水利切割。化学切割是指使用电缆或连续油管下入工具通过腐蚀或爆破方式进行切割。化学切割工具组装过程比较危险，使用中需要精确的化学药剂的用量，如果不成功需要再次作业，并且作业条件要求井斜不能太大。机械切割是使用钻杆或连续油管下入马达和机械割刀进行切割，切割不同型号的油管、套管时，需要使用对应尺寸的机械割刀，并且工具容易磨损和失效，割刀所能切割的壁厚尺寸也有限。射流切割是指使用钻杆或连续油管下入切割工具利用带研磨性质 的流体进行切割作业，不但操作过程简单、安全清洁，而且同规格工具可以满足多尺寸和不同壁厚的管柱切割，可以在大斜度和水平井上使用。因此在油田井下作业中有十分广阔的应用前景。中国石油大学王瑞和教授团队设计一套磨料射流切割水下套管设备，其内切割系统适用于7" 20"的套管与30"的隔水管切割，但对于7"以下的小尺寸套管和油管则无法切割。其结构由液压马达提供旋转动力，通过马达主轴、平键将扭矩传递到主轴上，再由主轴通过过渡短节传递到旋转切割头。而切割液体则由高压管线接头连入中心桶的腔室内，通过中心轴的开孔和过渡短节的中心孔进入旋转切割头，由喷嘴喷出实现切割。其特点是由已知转速的液压马达提供扭矩，将切割液体引入旋转腔内，旋转速度恒定无法调节。其结构由于受到液压马达限制，尺寸较大，结构复杂，需有液压马达驱动液和旋转切割液两套液体工具，操作不便。由于存在以上缺陷，该种设备无法在小尺寸管径内进行切割作业。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提供一种可对小尺寸套管或油管进行射流切割的工具。为实现上述发明目的，本申请采用的技术方案是Φ73πιπι及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，从上到下依次由调速系统、动力驱动系统和喷射系统组成，其中调速系统包括转换接头、平衡活塞、上旋转连接体、减速壳体、弹簧机构、动摩擦片和静摩擦片，转换接头与减速壳体螺纹连接，上旋转连接体通过轴套定位在减速壳体中心，转换接头及上旋转连接体的轴中心分别设置中心孔，上旋转连接体的上部套有平衡活塞；上述减速壳体的侧壁设置出油孔，平衡活塞下部的腔室为润滑腔，切割液流经的腔室为切割腔；上旋转连接体与动摩擦片及静摩擦片及弹簧机构形成盘式制动机构。所述动力驱动系统，包括上管盘、动力管、下管盘、圆锥滚子轴承、外壳及下旋转连接体，外壳与减速壳体螺纹连接，上管盘螺纹连接在上旋转连接体的下端，下管盘螺纹连接在下旋转连接体的上端，动力管的两端通过上、下管盘固定在外壳内，下旋转连接体通过圆锥滚子轴承固定在外壳内，外壳的下部侧壁设置注油孔，外壳的下端口螺纹连接端盖，下旋转连接体穿过端盖；上述动力管由两根内变径管及管支撑体组成，其中的内变径管内部形成若干段变径腔，每两段变径腔之间为连通腔，每一段变径腔是入、出口分别采用缩径结构的圆柱状，连通腔为圆柱状；管支撑体是外表面开有两条螺旋槽的圆柱体，两内变径管对称于管支撑体的中心轴并分别盘绕在管支撑体的两条螺旋槽中，两内变径管的两端开口分别卡在上管盘及下管盘上。所述喷射系统，包括喷头体、喷嘴和喷嘴挡块，喷头体螺纹连接在下旋转连接体的尾端，喷头体的侧壁通过喷嘴挡块固定喷嘴，下旋转连接体的轴中心设置中心孔，下旋转连接体的中心孔与喷嘴连通。所述平衡活塞包括内密封固定体、活塞体及外密封固定体，活塞体的内侧及外侧分别设置外密封部件及内密封部件，内、外密封部件的数量分别为两道，两道内密封部件 之间设置内密封挡环，两道外密封部件之间设置外密封挡环，上述内、外密封部件分别通过内、外密封固定体固定在活塞体上，内密封挡环与外密封挡环中间开有小孔，由柱销连接在活塞体上，活塞体与内、外密封固定体采用螺纹连接。所述盘式制动机构，包括上旋转连接体、弹簧机构及若干动、静摩擦片，其中静摩擦片与动摩擦片交替放置，静摩擦片与减速壳体键连接，动摩擦片与上旋转连接体键连接，静摩擦片上部的上旋转连接体外固定有弹簧机构。有益效果本工具结构简单巧妙、安全可靠，其具备以下特点
1)小尺寸本工具可实现最小内径为62mm的管柱内切割，而以往的切割设备外径尺寸大，无法下入小尺寸管柱，不能实现小管径的内切割；
2)密闭式本工具内部工作腔与管柱串内的流体切割液由平衡活塞分离开来，其中工作腔内部件在机油环境下工作，不受切割液影响；
3)可调速旋转速度较低时，本工具可作为切割工具使用；当旋转速度较高时，可作为管柱内壁清洗工具使用。
图I是本发明管柱切割器的整体结构示意图。图2是切割器上半段结构示意图。图3是切割器下半段结构示意图。图4是平衡活塞的结构示意图。图5是动力管的立体结构示意图。图6是动力管的结构示意图。图7是图6的半剖图。图8是变径管的结构示意图。图9是图I及图3中的A-A视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明
由图I结合图2、图3所示本申请的Φ73πιπι及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，从上到下依次由调速系统、动力驱动系统和喷射系统组成，其中调速系统包括转换接头I、平衡活塞2、上旋转连接体3、减速壳体6、弹簧机构7、动摩擦片8和静摩擦片9，转换接头I与减速壳体6螺纹连接，上旋转连接体3通过轴套5定位在减速壳体6中心，转换接头I及上旋转连接体3的轴中心分别设置中心孔，上旋转连接体3的上部套有平衡活塞2 ;由图4所示所述平衡活塞2包括内密封固定体21、活塞体22及外密封固定体28，活塞体22的内侧及外侧分别设置外密封部件23及内密封部件27，内、外密封部件的数量分别为两道，两道内密封部件之间设置内密封挡环26，两道外密封部件之间设置外密封挡环24，上述内、外密封部件分别通过内、外密封固定体21、28固定在活塞体22上，内密封挡环26与外密封挡环24中间开有小孔，由柱销25连接在活塞体22上，活塞体22与内、外密封固定体21、28采用螺纹连接。上述减速壳体6的侧壁设置出油孔4，平衡活塞2以下的腔室形成润滑腔10，切割液流经的腔室为切割腔11 ;平衡活塞2通过轴向移动来平衡润滑腔10和切割腔11之间的压力。上旋转连接体3与动摩擦片8及静摩擦片9及弹簧机构7形成盘式制动机构。 所述动力驱动系统，包括上管盘31、动力管32、下管盘33、圆锥滚子轴承34、外壳36及下旋转连接体38，外壳36与减速壳体6螺纹连接，上管盘31螺纹连接在上旋转连接体3的下端，下管盘33螺纹连接在下旋转连接体38的上端，动力管32的两端通过上、下管盘31、33固定在外壳36内，下旋转连接体38通过圆锥滚子轴承34固定在外壳36内，外壳36的下部侧壁设置注油孔35，外壳36的下端螺纹连接端盖37，下旋转连接体38穿过端盖37 ;由图5、6、7、8所示上述动力管32由两根内变径管41及管支撑体42组成，其中的内变径管41内部形成若干段变径腔43，每两段变径腔43之间为连通腔44，每一段变径腔43是入、出口采用缩径结构的圆柱状，连通腔44为圆柱状；管支撑体42是外表面开有两条螺旋槽45的圆柱体，两内变径管41对称于管支撑体42的中心轴并分别盘绕在管支撑体42的两条螺旋槽45中，两内变径管41的两端开口分别卡在上管盘31及下管盘33上。下旋转连接体38用来连接喷射系统设备，动力管32在液体的作用下产生相应的活塞力，该活塞力分解为轴向和环向两个方向，因两根内变径管是对称布置的，所以在环向上形成力偶，从而输出扭矩。圆锥滚子轴承34将下旋转连接体38扶正，并将轴向载荷传递到外壳35上。上旋转连接体3将扭矩传递到调速系统，下旋转连接体38将扭矩传递到喷射系统。由图9所示所述喷射系统，包括喷头体53、喷嘴52和喷嘴挡块51，喷头体53螺纹连接在下旋转连接体38的尾端，喷头体53的侧壁通过喷嘴挡块52固定喷嘴51，下旋转连接体38的轴中心设置中心孔，下旋转连接体38的中心孔与喷嘴52连通。本工具是由地面泵车注入切割液提供旋转动力和射流压力，具体的是切割液从转换接头的中心孔进入，经过上旋转连接体的中心孔、动力管的内变径管及下旋转连接体的中心孔，上述切割液流经的密闭腔室统称为切割腔11，由于切割腔11内的压力大于润滑腔10内的油压，平衡活塞2在压差的作用下产生轴向的位移，压缩润滑腔内10的润滑液体，直到两端压力平衡。切割液进入上旋转连接体3的中心孔，通过上管盘31进入动力管32内时，由于动力管32内流道的改变，液体对动力管32产生一定的活塞力，而动力管32内的活塞力与中心轴线存在一定的角度，故而推动旋转产生扭矩。切割液流经动力管32后，通过下旋转连接体38进入喷头体53从喷嘴52高速射出，实现旋转切割。该工具的转速控制是由多组的摩擦片和弹簧机构7组成，通过弹簧机构7的压缩量的控制可以调节摩擦片之间的摩擦力，其中静摩擦片9与动摩擦片8交替放置，静摩擦片9与减速壳体6键连接，而动摩擦片8与上旋转连接体3键连接 ，通过它们之间的相对运动产生摩擦力，通过对弹簧机构7的调节来控制摩擦力的大小，实现转速的控制。
权利要求
1.Φ73πιπι及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，从上到下依次由调速系统、动力驱动系统和喷射系统组成，其特征在于所述调速系统，包括转换接头、平衡活塞、上旋转连接体、减速壳体、弹簧机构、动摩擦片和静摩擦片，转换接头与减速壳体螺纹连接，上旋转连接体通过轴套定位在减速壳体中心，转换接头及上旋转连接体的轴中心分别设置中心孔，上旋转连接体的上部套有平衡活塞；上述减速壳体的侧壁设置出油孔，平衡活塞下部的腔室为润滑腔，切割液流经的腔室为切割腔；上旋转连接体与动摩擦片及静摩擦片及弹簧机构形成盘式制动机构；所述动力驱动系统，包括上管盘、动力管、下管盘、轴承、外壳及下旋转连接体，外壳与减速壳体螺纹连接，上管盘螺纹连接在上旋转连接体的下端，下管盘螺纹连接在下旋转连接体的上端，动力管的两端通过上、下管盘固定在外壳内，下旋转连接体通过轴承固定在外壳内，外壳的下部侧壁设置注油孔，外壳的下端螺纹连接端盖，下旋转连接体穿过端盖；上述动力管由两根内变径管及管支撑体组成，其中的内变径管内部形成若干段变径腔，每两段变径腔之间为连通腔，每一段变径腔是入、出口采用缩径结构的圆柱状，连通腔为圆柱状；管支撑体是外表面开有两条螺旋槽的圆柱体，两内变径管对称于管支撑体的中心轴并分别盘绕在管支撑体的两条螺旋槽中，两内变径管的两端开口分别卡在上管盘及下管盘；所述喷射系统，包括喷头体、喷嘴和喷嘴挡块，喷头体螺纹连接在下旋转连接体的尾端，喷头体的侧壁通过喷嘴挡块固定喷嘴，下旋转连接体的轴中心设置中心孔，下旋转连接体的中心孔与喷嘴连通。
2.根据权利要求I所述的Φ73_及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，其特征在于所述平衡活塞包括内密封固定体、活塞体及外密封固定体，活塞体的内侧及外侧分别设置外密封部件及内密封部件，内、外密封部件的数量分别为两道，两道内密封部件之间设置内密封挡环，两道外密封部件之间设置外密封挡环，上述内、外密封部件分别通过内、外密封固定体固定在活塞体上，内密封挡环与外密封挡环中间开有小孔，由柱销连接在活塞体上，活塞体与内、外密封固定体采用螺纹连接。
3.根据权利要求I所述的Φ73_及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，其特征在于所述盘式制动机构，包括上旋转连接体、弹簧机构及若干动、静摩擦片，其中静摩擦片与动摩擦片交替放置，静摩擦片与减速壳体键连接，动摩擦片与上旋转连接体键连接，静摩擦片上部的上旋转连接体外固定有弹簧机构。
全文摘要
本发明公开了一种Φ73mm及以上油管柱的密闭式液力驱动可调速切割器，解决了小尺寸套管和油管的无法切割的问题；该切割器由调速系统、动力驱动系统和喷射系统组成，其中动力系统中的动力管，由缠绕在管支撑体螺旋槽上的两根内变径管组成，切割液流经内变径管时，产生相应的活塞力，该活塞力分解为轴向和环向两个方向，因两根内变径管对称布置，在环向上形成力偶，从而输出扭矩，达到切割的目的。本工具可实现最小内径62mm的管柱切割，并可作为管柱内壁清洗工具使用，填补了小直径管柱切割的空白。
文档编号E21B29/06GK102828716SQ20121034676
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者刘巨保, 李治淼, 张强, 徐世博, 岳欠杯, 罗敏, 陈建业, 娄勇 申请人:东北石油大学