CN108397140B - 油管扶正机构及应用其的封闭式油管外割装置 - Google Patents

Abstract

油管扶正机构及应用其的封闭式油管外割装置涉及石油机械技术领域，包括壳体（1）和设在壳体（1）内的回转体组件，壳体（1）上设有驱动装置（2）通过齿轮（3）与回转体组件连接，回转体组件于筒腔内设有阻力部件和扶正组件，阻力部件包括阻力筒（4）、摩擦片（5）、施压弹簧（6）和摩擦毂（7），扶正组件包括滚轮推力筒（8）、滚轮扶正臂（9）和扶正滚轮（10）。它具有设计合理、切割效果好、工作效率高、安全可靠的优点，可用于修井机带压修井作业，使用时安装于带压修井作业装置高压区段内、两组防喷器之间。油管扶正机构可以主动将油管同切刀中心对正，使切割不产生偏心，避免打刀现象发生。

Description

油管扶正机构及应用其的封闭式油管外割装置

技术领域

本发明涉及石油机械技术领域，具体涉及一种油管扶正机构及应用其的封闭式油管外割装置。

背景技术

目前带压作业装置环空密封技术已基本做到成熟可靠，但作业中井底多个井下工具的内堵塞技术始终是难点。国内单位开发了可退捞矛堵塞器配合全封闸板倒出无内堵塞的井下工具的作业流程，在最下端的堵塞器以下完成带压作业；此作业流程要求在设备高压内腔中提供一个能够使用可退捞矛堵塞器打捞并封闭上端的油管端口，这就要求带压作业装置能够在装置高压内腔中对指定的接头进行卸扣，或者直接在需要部位切断油管管柱。

由于带压作业时油管上端必然处于封闭状态（否则就井喷了），因此无法采用传统的油管内割刀进行切割作业，只能在带压作业装置高压内腔设置切割装置完成切割作业。

管外切割采用刀具进行环切的方案目前存在同心度难以保证的困难，这就会使刀具在切割时产生偏心，使切割进行到后期时，部分管壁被切透，而仍有部分管壁连接在一起，这时就会使绕管柱旋转的刀具产生打刀现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述问题，提供一种油管扶正机构及应用其的封闭式油管外割装置。

本发明的技术解决方案是：油管扶正机构，包括壳体和设在壳体内的回转体组件，壳体上设有驱动装置通过齿轮与回转体组件连接，驱动其在壳体内转动，回转体组件为筒状体，回转体组件于筒腔内设有阻力部件和扶正组件，阻力部件包括阻力筒、摩擦片、施压弹簧和摩擦毂，阻力筒与壳体连接，阻力筒与摩擦毂通过摩擦片连接，施压弹簧抵在摩擦片上向其施压，扶正组件包括滚轮推力筒、滚轮扶正臂和扶正滚轮，滚轮推力筒开有用于扶正滚轮通过的扶正窗口，滚轮推力筒与摩擦毂连接并随其转动，滚轮扶正臂一端铰接在滚轮推力筒外并随滚轮推力筒转动，扶正滚轮可转动地固定在滚轮扶正臂的自由端，滚轮扶正臂的中间段设有扶正驱动滚轮，回转体组件的筒腔壁设有由外向内逐渐靠近的弧形扶正面与扶正驱动滚轮配合，用以驱动滚轮扶正臂使扶正滚轮向中心位置靠近。

本发明的技术效果是：它具有设计合理、切割效果好、工作效率高、安全可靠的优点，可用于修井机带压修井作业，使用时安装于带压修井作业装置高压区段内、两组防喷器之间。油管扶正机构可以主动将油管同切刀中心对正，使切割不产生偏心，避免打刀现象发生。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明回转体、切刀与其驱动坡面的结构示意图；

图3为本发明切刀回位槽的结构示意图；

图4为本发明扶正组件及其弧形扶正面的结构示意图；

图5为本发明扶正回位槽的结构示意图。

实施方式

如图1至5所示，油管扶正机构，包括壳体1和设在壳体1内的回转体组件，壳体1上设有驱动装置2通过齿轮3与回转体组件连接，驱动其在壳体1内转动，回转体组件为筒状体，回转体组件于筒腔内设有阻力部件和起扶正管柱作用的扶正组件，阻力部件包括阻力筒4、摩擦片5、施压弹簧6和摩擦毂7，阻力筒4通过花键与壳体1连接，阻力筒4与摩擦毂7通过摩擦片5连接，施压弹簧6抵在摩擦片5上向其施压，扶正组件包括滚轮推力筒8、滚轮扶正臂9和扶正滚轮10，滚轮推力筒8开有用于扶正滚轮10通过的扶正窗口11，滚轮推力筒8与摩擦毂7连接并随其转动，滚轮扶正臂9一端铰接在滚轮推力筒8外并随滚轮推力筒转动，扶正滚轮10可转动地固定在滚轮扶正臂9的自由端，滚轮扶正臂9的中间段设有扶正驱动滚轮12，回转体组件的筒腔壁设有由外向内逐渐靠近的弧形扶正面13与扶正驱动滚轮12配合，用以驱动滚轮扶正臂9使扶正滚轮10向中心位置靠近。扶正滚轮10为至少三个。

所述回转体组件的筒腔壁上设有扶正回位槽14，所述滚轮扶正臂9上设有伸入扶正回位槽14的扶正回位部15，在回转体组件和滚轮推力筒8相对转动的过程中，滚轮扶正臂9通过扶正回位槽14与扶正回位部15配合使滚轮扶正臂9回位。回位方式还可以采用复位弹簧等常规结构。

所述回转体组件于滚轮扶正臂9的下方设有扶正下盖16，所述扶正回位槽14设在扶正下盖16上。

所述驱动装置2为液压马达。

封闭式油管外割装置，所述回转体组件于筒腔内设有切割组件，切割组件包括切刀筒17、切刀杆18和切刀19，切刀筒17开有用于切刀19通过的切刀窗口20，切刀筒17与摩擦毂7连接并随其转动，切刀杆18一端铰接在切刀筒17外并随切刀筒17转动，切刀19设在切刀杆18的自由端，切刀杆18的中间段设有切刀驱动滚轮21，回转体组件的筒腔壁设有驱动坡面22与切刀驱动滚轮21配合，用以驱动切刀杆18使切刀19向中心位置靠近。滚轮推力筒8通过切刀筒17与摩擦毂7连接。

所述回转体组件的筒腔壁上设有切刀回位槽23，所述切刀杆18上设有伸入切刀回位槽23的切刀回位部24，在回转体组件和切刀筒17相对转动的过程中，切刀杆18通过切刀回位槽23与切刀回位部24配合使切刀杆18回位。

所述回转体组件包括回转体上盖25、回转体26和回转体下盖27，回转体上盖25、回转体26和回转体下盖27由上至下设置并可拆卸地连接在一起，所述阻力部件设在回转体上盖25，切割组件设在回转体26，扶正组件设在回转体下盖27，驱动坡面22设在回转体26内壁，切刀回位槽23设在回转体上盖25和/或回转体下盖27端面。

封闭式油管割刀属于石油天然气行业专用装备，钻通设备类型，其内腔为高压工作腔，壳体需能承载作业时井内介质压力。在高压设备的内腔，对管柱串的指定段进行切断作业。切断作业进行时需要下部防喷器组的安全卡瓦、上部的游动或固定卡瓦固定被切管柱。

壳体由上壳体、下壳体和设在上壳体上的作为端盖的连接法兰构成，形成一个封闭的、可以承载压力的内腔，连接法兰通过锁定片与上壳体固定连接。上壳体与下壳体之间用螺栓固定。阻力筒通过花键与连接法兰连接。回转体的外径面带有齿牙，通过齿轮与马达连接。

阻力部分由设内齿的摩擦毂、设外齿的阻力筒、固定在阻力筒下的摩擦片下盖、外齿摩擦片、内齿摩擦片、设弹簧装配槽的推力外齿摩擦片、压缩弹簧、压在弹簧上的摩擦片上盖、孔用弹性挡圈构成，其工作性质为一套固定阻力的多片离合器（参见图1）。阻力筒上部齿与上壳体的连接法兰啮合以保持不旋转，其下部齿与内齿摩擦片啮合，底部与摩擦片下盖之间用螺栓固定。这些部分在工作时不旋转，构成离合器的固定组件。

摩擦毂内部上部带有螺纹并切槽，摩擦片上盖带有外螺纹，拧入摩擦毂以后可以压紧螺旋压缩弹簧，之后将孔用弹性挡圈装入摩擦毂的槽内，以限制摩擦片上盖的最高位置，避免松动。这些部分在工作时可以被切刀组件推动旋转，构成离合器的旋转组件。

通过调节外齿摩擦片、内齿摩擦片的数量或材质，可以改变摩擦面积；通过调节压缩弹簧的尺寸及数量，可以改变摩擦片之间的接触压力。两种调节方法决定阻力部分提供的阻力扭矩大小。

回转体内部具有斜坡型腔结构，斜坡型腔中有多组切刀推进曲线，每条曲线由缓坡圆弧段、陡坡直线段（驱动坡面）及两者之间的过渡圆弧构成，陡坡直线段背面为退刀推力段。陡坡直线段与通过零件理论圆心的直线呈锐角夹角，切削进给动作全部在陡坡直线段完成。

切削作业时，旋转驱动组件推动切割驱动组件旋转，此时受切割工作组件中阻力部分摩擦阻力影响，整个切割工作组件不旋转，回转体的斜坡型腔推动滚轮向圆心方向运动，刀杆安装座及其前端安装的切刀以更快的速度向圆心方向运动。

在切刀的刀尖与被切管柱表面接触时，此时斜坡型腔与滚轮接触面是陡坡直线段，陡坡直线段对滚轮的推力可以分解成两个分力：向零件圆心的推力、向接触点圆周方向的推力，由于陡坡直线段与通过零件理论圆心的直线呈锐角夹角，因此向圆心的推力小于向接触点圆周方向的推力；由于切刀的刀尖被管柱阻挡不再前进，因此旋转驱动组件的驱动力开始上升，直至克服切割工作组件中阻力部分的摩擦阻力，此时切刀组件带动阻力部分离合器旋转组件开始旋转。开始旋转后切刀的刀尖对被切管柱同时施加两个力，即为切断作业的两个切削力：向圆心的推力即为切削径向进给力，向接触点圆周方向的推力即为主切削力，而阻力部分提供的阻力扭矩在向圆心方向的分力即为系统的最小切削径向进给力，旋转驱动组件提供的驱动力在克服阻力组件扭矩后剩余的力即为主切削力。

在切割作业中回转体旋转时，扶正滚轮在回转体下盖下段内部扶正坡面上滚动爬升，被扶正坡面推动使滚轮扶正臂前端向整机中心运动，直至前滚轮轴上的扶正滚轮接触到被切割管柱，并压紧管柱表面滚动，实现扶正作用。

滚轮扶正组件中后滚轮轴在穿过滚轮扶正臂后，轴下端向下延伸至扶正下盖的回位槽内。在切割完成后旋转驱动组件推动切割驱动组件反向旋转时，扶正下盖的回位槽内边线推动后滚轮轴向外运动，使滚轮扶正臂返回至最大展开状态。

Claims (7)

1.油管扶正机构，包括壳体（1）和设在壳体（1）内的回转体组件，壳体（1）上设有驱动装置（2）通过齿轮（3）与回转体组件连接，驱动回转体组件在壳体（1）内转动，回转体组件为筒状体，回转体组件于筒腔内设有阻力部件和扶正组件，阻力部件包括阻力筒（4）、摩擦片（5）、施压弹簧（6）和摩擦毂（7），阻力筒（4）与壳体（1）连接，阻力筒（4）与摩擦毂（7）通过摩擦片（5）连接，施压弹簧（6）抵在摩擦片（5）上向其施压，扶正组件包括滚轮推力筒（8）、滚轮扶正臂（9）和扶正滚轮（10），滚轮推力筒（8）开有用于扶正滚轮（10）通过的扶正窗口（11），滚轮推力筒（8）与摩擦毂（7）连接并随其转动，滚轮扶正臂（9）一端铰接在滚轮推力筒（8）外并随滚轮推力筒转动，扶正滚轮（10）可转动地固定在滚轮扶正臂（9）的自由端，滚轮扶正臂（9）的中间段设有扶正驱动滚轮（12），回转体组件的筒腔壁设有由外向内逐渐靠近的弧形扶正面（13）与扶正驱动滚轮（12）配合，用以驱动滚轮扶正臂（9）使扶正滚轮（10）向中心位置靠近。

2.如权利要求1所述的油管扶正机构，其特征在于，所述回转体组件的筒腔壁上设有扶正回位槽（14），所述滚轮扶正臂（9）上设有伸入扶正回位槽（14）的扶正回位部（15），在回转体组件和滚轮推力筒（8）相对转动的过程中，滚轮扶正臂（9）通过扶正回位槽（14）与扶正回位部（15）配合使滚轮扶正臂（9）回位。

3.如权利要求2所述的油管扶正机构，其特征在于，所述回转体组件于滚轮扶正臂（9）的下方设有扶正下盖（16），所述扶正回位槽（14）设在扶正下盖（16）上。

4.如权利要求1所述的油管扶正机构，其特征在于，所述驱动装置（2）为液压马达。

5.应用如权利要求1至4任意一项所述的油管扶正机构的封闭式油管外割装置，其特征在于，所述回转体组件于筒腔内设有切割组件，切割组件包括切刀筒（17）、切刀杆（18）和切刀（19），切刀筒（17）开有用于切刀（19）通过的切刀窗口（20），切刀筒（17）与摩擦毂（7）连接并随其转动，切刀杆（18）一端铰接在切刀筒（17）外并随切刀筒（17）转动，切刀（19）设在切刀杆（18）的自由端，切刀杆（18）的中间段设有切刀驱动滚轮（21），回转体组件的筒腔壁设有驱动坡面（22）与切刀驱动滚轮（21）配合，用以驱动切刀杆（18）使切刀（19）向中心位置靠近。

6.如权利要求5所述的封闭式油管外割装置，其特征在于，所述回转体组件的筒腔壁上设有切刀回位槽（23），所述切刀杆（18）上设有伸入切刀回位槽（23）的切刀回位部（24），在回转体组件和切刀筒（17）相对转动的过程中，切刀杆（18）通过切刀回位槽（23）与切刀回位部（24）配合使切刀杆（18）回位。

7.如权利要求6所述的封闭式油管外割装置，其特征在于，所述回转体组件包括回转体上盖（25）、回转体（26）和回转体下盖（27），回转体上盖（25）、回转体（26）和回转体下盖（27）由上至下设置并可拆卸地连接在一起，所述阻力部件设在回转体上盖（25），切割组件设在回转体（26），扶正组件设在回转体下盖（27），驱动坡面（22）设在回转体（26）内壁，切刀回位槽（23）设在回转体上盖（25）和/或回转体下盖（27）端面。

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