一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置

本发明涉及一种横向熔融工具，特别是用于一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，属于机械工程或燃烧。

背景技术：

1、钻井过程中不可避免地会发生各种井下事故，从而延缓勘探、开发的进程。钻井工程井下事故多种多样，其中包括粘吸卡钻事故、坍塌卡钻事故、砂桥卡钻事故、缩径卡钻事故、钻具断落事故等。上述事故中坍塌卡钻事故最为严重，这是因为坍塌卡钻处理起来费时费力，如果处理不当则有可能造成井眼报废，目前现场仍然多数采用传统的解卡方式，通过使用提升装置直接上提，或者采用活动上提等操作方式后仍旧不能解卡的管柱，通常需要采用倒扣的方式，如还不能解卡，最终采用将管柱在井下切断后直接提出井外的方式解卡。目前切割方法有爆炸切割技术、水力切割技术、化学切割技术、机械割刀切割技术等。爆炸切割技术涉及危险品类居多，审批严格容易延误最佳事故处理的最佳时机；水力切割技术较大的钻压易使割刀折断；化学切割技术容易造成周围其他管柱受损；机械割刀切割技术切割效率低。而熔融切割工具利用铝热反应将产生的高温熔融金属径向喷射至钻杆内壁进行切割。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种使用高温熔融钻杆的装置，可以在井下小空间内实现高效安全的切割作业。

2、本发明所使用的技术方案是:

3、一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，主要由控制外壳、控制短节、隔热填料、气瓶、高压惰性气体、高压电磁阀、单向阀、挡板、弹簧、陶瓷隔热阀、石墨隔热层、工具外壳、石墨、点火药柱、喷口结构、密封套筒、回收杆组成。其特征在于：控制短节控制高压电磁阀的开关及点火药柱的点燃；其中工具在未作业时控制短节通过控制高压电磁阀使气瓶中的高压惰性气体经过高压电磁阀和单向阀从陶瓷隔热阀流入反应药腔中，通过压差使密封套筒一直在喷口结构上对工具进行密封，防止外部环境对点火药柱造成污染。

4、工具在低压环境下作业时，控制短节通过控制高压电磁阀使气瓶中的高压惰性气体全部涌出至反应药腔，工具内部压力迅速上升，产生的压强使密封套筒与回收杆之间的铜销联接失效密封套筒脱落，此时开始点火，高温火焰伴随高压惰性气体共同涌出喷射孔。

5、工具在高压环境下作业时，控制短节通过控制高压电磁阀使气瓶中的高压惰性气体涌出至反应药腔，此时工具内部压力上升，内外压强差减小后开始点火，工具内部的压力再次升高产生的冲击使密封套筒与回收杆之间的铜销联接失效密封套筒下滑使喷射孔暴露在外；随着药剂反应进行，控制短节通过控制高压电磁阀来使气瓶中的高压惰性气体全部涌出，进一步将远离喷射孔一端的点火药柱反应物及产生的高温火焰推向喷射孔，从而最大化的实现高温熔融切割钻柱，完成处理作业。

6、弹簧连接挡板与陶瓷隔热阀，连接挡板固定不动，当气瓶喷出高压惰性气体时，推动陶瓷隔热阀向右移动，高压惰性气体涌向点火药柱，同时石墨隔热层、陶瓷隔热阀和挡板也能阻止点火药柱点燃而产生巨大热能传递到工具左侧和零件被烧蚀，保证工具能正常作业。

7、本发明的压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置与现有技术相比，所带来的技术特点在于：控制短节通过控制高压电磁阀来控制工具内部压强，切割工具的密封性得到了加强，保证工具内部环境不被污染。

技术特征：

1.一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，由控制外壳(1)、控制短节(2)、隔热填料(3)、气瓶(4)、高压惰性气体(5)、高压电磁阀(6)、单向阀(7)、挡板(8)、弹簧(9)、陶瓷隔热阀(10)、石墨隔热层(11)、工具外壳(12)、石墨(13)、点火药柱(14)、喷口结构(15)、密封套筒(16)、回收杆(17)组成。其特征在于：所述控制外壳(1)右端与工具外壳(12)螺纹连接，工具壳体(12)右端与喷口结构(15)采用锥度为5°的金属锥面连接，密封套筒(16)与喷口结构(15)采用锥度为5°的金属锥面密封，密封套筒(16)与回收杆(17)之间用铜销联接，控制短节(2)上的电线依次穿过隔热填料(3)、气瓶(4)和控制外壳(1)之间的间隙，电线连接高压电磁阀(6)，高压电磁阀(6)与单向阀(7)连接，单向阀(7)通过挡板(8)和弹簧(9)连接到陶瓷隔热阀(10)。

2.如权利要求1所述的一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，其特征在于：控制短节(2)控制高压电磁阀(6)的开关及点火药柱(14)的点燃；其中工具在未作业时控制短节(2)通过控制高压电磁阀(6)使气瓶(4)中的高压惰性气体(5)经过高压电磁阀(6)和单向阀(7)从陶瓷隔热阀(10)流入反应药腔中，通过压差使密封套筒(16)一直在喷口结构(15)上对工具进行密封，防止外部环境对点火药柱(14)造成污染。

3.如权利要求1所述的一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，其特征在于：工具在低压环境下作业时，控制短节(2)通过控制高压电磁阀(6)使气瓶(4)中的高压惰性气体(5)全部涌出至反应药腔，工具内部压力迅速上升，产生的压强使密封套筒(16)与回收杆(17)之间的铜销联接失效密封套筒(16)脱落，此时开始点火，高温火焰伴随高压惰性气体(5)共同涌出喷射孔。

4.如权利要求1所述的一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，其特征在于：工具在高压环境下作业时，控制短节(2)通过控制高压电磁阀(6)使气瓶(4)中的高压惰性气体(5)涌出至反应药腔，此时工具内部压力上升，内外压强差减小后开始点火，工具内部的压力再次升高产生的冲击使密封套筒(16)与回收杆(17)之间的铜销联接失效密封套筒(16)下滑使喷射孔暴露在外；随着药剂反应进行，控制短节(2)通过控制高压电磁阀(6)来使气瓶(4)中的高压惰性气体(5)全部涌出，进一步将远离喷射孔一端的点火药柱(14)反应物及产生的高温火焰推向喷射孔，从而最大化的实现高温熔融切割钻柱，完成处理作业。

5.如权利要求1所述的一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，其特征在于：弹簧(9)连接挡板(8)与陶瓷隔热阀(10)，连接挡板(8)固定不动，当气瓶(4)喷出高压惰性气体(5)时，推动陶瓷隔热阀(10)向右移动，高压惰性气体(5)涌向点火药柱(14)，同时石墨隔热层(11)、陶瓷隔热阀(10)和挡板(8)也能阻止点火药柱(14)点燃而产生巨大热能传递到工具左侧和零件被烧蚀，保证工具能正常作业。

技术总结
本发明公开了一种压力环境中使用的金属管柱热熔切割装置，由控制外壳、控制短节、隔热填料、气瓶、高压惰性气体、高压电磁阀、单向阀、挡板、弹簧、陶瓷隔热阀、石墨隔热层、工具外壳、石墨、点火药柱、喷口结构、密封套筒、回收杆组成。控制外壳右端与工具外壳螺纹连接，工具壳体右端与喷口结构螺纹连接，喷口结构上的密封环与回收杆上的密封环同时用于紧固密封套筒；控制短节上的电线依次穿过隔热填料、气瓶和控制外壳之间的间隙，其中一根电线连接高压电磁阀，高压电磁阀与单向阀连接，单向阀通过挡板和弹簧连接到陶瓷隔热阀，另一根电线穿过挡板与控制外壳的间隙以及从石墨隔热层和点火药柱的中间孔穿入控制点火药柱。本发明通过惰性气体的热膨胀实现增压，提高工具在深井高压环境中的作业能力。

技术研发人员：童华,秦如意,祝效华,敬俊,钟佳航,田洋,方浩宇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14