CN110695439B - 井下油管切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下油管切割装置，该装置主要分为机构锚定部分、刀具张开部分和切割驱动部分；首先将切割机装置连接在管路的前端，逐渐探入需要进行切割的油管中，当到达指定位置后，锚定部分开始工作，以达到切割机整体与油管锚定的目的；当锚定部分完成后，刀具张开部分开始工作，带动特定形状滑块平移，使刀具张开一定的角度，当刀具达到位置以后，使刀具状态维持不变，之后切割驱动部分开始工作。本装置采用了小型电机作为驱动力来源，设计了一些特定的机械结构，达到了机构锚定、刀具张开和旋转切割的功能，具有整体尺寸小、结构相对简单、可控性高和应用范围广工作稳定等优点。对于解决当前油井修复工作具有较大意义。

Description

井下油管切割装置

技术领域

本发明属于石油装备技术领域，尤其涉及一种井下油管切割装置。

背景技术

针对目前修井过程可能出现的油管套管管柱卡钻等事故，现场一般通过大力上提，活动上提等基本程序解卡，如仍不能解卡管柱时，必须采用将管柱切断的方式将油管提出井外。目前油井有些是小管径、大斜度油井，要求解决井下切断设备有效高效的切管以及小管径及大斜度井下设备难以运送到指定位置的问题。

目前油井井下切割有几种方式可供选择，包括机械切割、喷射切割、水力切割、聚能切割、化学切割和电缆切割等方式。水力切割和机械切割均需要依赖相关水力设备以及井下工具串的配合使用，所不同的是，对于机械切割方式所以来的石景山的转盘转动，转盘转动带动油井管内的机械式切割刀旋转，并完成对管柱的切割；喷射方式切割是利用巨能喷射原理，定制的聚能喷射设备能够产生高速熔融状态的喷射物质，高压高速熔融物质能够将管柱切断；聚能切割是利用特制的炸药将特殊的粉状喷射物喷射出去切断管柱，不仅会对环境造成污染，还存在难以预料的问题；磨料流速的切割方式对于末了射速很难控制，电缆切割需要再用输送电缆的操作，操作难度以及作业的复杂程度较大。由于上述的切割方式都在不同程度上具有一定的缺点，所以我们需要设计一种稳定高效，并且应用范围相对较广的井下油管切割装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种井下油管切割装置，解决目前在石油开采中经常会遇到的油井修复问题，实现了修井过程中井下故障油管切割的方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种井下油管切割装置，包括锚定固定部分、刀具张开部分和旋转切割部分，锚定固定部分由锚定固定前部分和锚定固定后部分组成，旋转切割部分中的刀具对井下油管进行切割，锚定固定前部分和锚定固定后部分通过连接元件连接，刀具张开部分包括了电机三、减速器三、连接件二、轴承、轴承端盖、滑环、轴三和连接部分，电机三通过减速器提升转矩后传递到轴三，通过连接部分带动后续部分旋转；连接件二与刀具张开部分前端外壳和轴承端盖之间连接并且起到安装轴承的作用；滑环外环与轴承端盖固定，内环随刀具张开部分后端旋转。

按上述技术方案，旋转切割部分包括电机二、减速器二，联轴器、轴承端盖一、轴承端盖二、连接件四、连接件三、深沟球轴承二、刀具、滑块二、螺栓螺母移动副二、收紧弹簧、支撑弹簧、轴二和滚子轴承，电机二通过减速器提高输出转矩，输出轴通过联轴器与轴二相连,滑块二与刀具通过导轨相连接，滑块二与螺栓螺母副二之间通过支撑弹簧支撑；收紧弹簧用于收缩刀具，深沟球轴承二通过轴承端盖一固定在连接件三的相应位置，滚子轴承通过轴承端盖二固定在连接件四上的相应位置。

按上述技术方案，锚定固定前部分包括电机一、减速器一、联轴器、连接轴、固定螺母、轴套、深沟球轴承一、连接元件以及密封圈，电机一输出转矩通过减速器进行提升，通过联轴器将转矩传递到连接轴；深沟球轴承一通过轴套和固定螺母实现固定，连接元件将锚定固定前部分和锚定固定后部分筒套连接在一起，密封圈和防止液体浸入电机所在部分。

按上述技术方案，锚定固定后部分包括轴一、螺栓螺母移动副一、弹簧、滑块一、连杆一和连杆二、连接件一、轴承端盖三、连接件、传感器，轴一通过前段联轴器带动旋转，滑块一在导轨的作用下向右移动，推动连杆一和连杆二向外推出；连接件一与外壳和轴承端盖三之间通过螺纹进行连接，滑块一推动连接件挤压传感器，控制系统受到信号后使电机一停止旋转，滑块一与螺栓螺母副一之间通过弹簧支撑。

本发明产生的有益效果是：本发明井下油管切割装置主要用于油井修复工作中，本发明主要以小型电机作为驱动力来源，一特定设计结构来实现切割，一方面减小了井下油管切割机的尺寸，使应用范围更广；另一方面也是操作过程更加的稳定，整个切割过程可控性有了很大程度的提高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例井下油管切割装置的锚定固定部分结构示意图；

图2是本发明实施例井下油管切割装置的刀具张开部分结构示意图；

图3是本发明实施例井下油管切割装置的旋转切割部分结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种井下油管切割装置，如图1-3所示，包括锚定固定部分、刀具张开部分和旋转切割部分，锚定固定部分由锚定固定前部分和锚定固定后部分组成，旋转切割部分中的刀具对井下油管进行切割，锚定固定前部分和锚定固定后部分通过连接元件连接，刀具张开部分包括了电机三23、减速器三24、连接件二25、轴承26、轴承端盖27、滑环28、轴三29和连接部分30，电机三23通过减速器24提升转矩后传递到轴三29，通过连接部分30带动后续部分旋转；连接件二25与刀具张开部分前端外壳和轴承端盖27之间通过螺纹连接并且起到安装轴承2626的作用；滑环28外环通过螺钉与轴承端盖27固定，内环随刀具张开部分后端旋转。

进一步地，旋转切割部分包括电机二31、减速器二32，联轴器33、轴承端盖一34、轴承端盖二39、连接件四38、连接件三45、深沟球轴承二40、刀具35、滑块二36、螺栓螺母移动副二37、收紧弹簧41、支撑弹簧42、轴二43和滚子轴承44，电机二31通过减速器32提高输出转矩，输出轴通过联轴器33与轴二43相连,滑块二36与刀具35通过导轨相连接，滑块二36与螺栓螺母副二之间通过支撑弹簧支撑；收紧弹簧41用于收缩刀具35，深沟球轴承二40通过轴承端盖一34固定在连接件三45的相应位置，滚子轴承44通过轴承端盖二39固定在连接件四38上的相应位置。

进一步地，锚定固定前部分包括电机一1、减速器一2、连接螺钉3、联轴器4、连接轴5、固定螺母6、轴套18、深沟球轴承一7、连接元件8以及密封圈9和19，电机一1输出转矩通过减速器2进行提升，通过联轴器4将转矩传递到连接轴5；深沟球轴承一7通过轴套18和固定螺母6实现固定，另外一边深沟球轴承同理；连接元件8将锚定固定前部分和锚定固定后部分筒套连接在一起，密封圈9和19防止液体浸入电机所在部分。

进一步地，锚定固定后部分包括轴一10、螺栓螺母移动副一11、弹簧12、滑块一13、连杆一14和连杆二15、连接件一16、轴承端盖三17、球轴承22、连接件20、传感器21，轴一10通过前段联轴器带动旋转，滑块一在导轨的作用下向右移动，推动连杆一14和连杆二15向外推出；连接件一16与外壳和轴承端盖三17之间通过螺纹进行连接，滑块一推动连接件20挤压传感器21，控制系统受到信号后使电机1停止旋转，滑块一13与螺栓螺母副一11之间通过弹簧12支撑。

本发明的较佳实施例中，提供一种分三步来对井下油管进行切割的切割装置设计方案，主要包括切割器外部壳体、用于不同壳体进行连接的连接块、密封圈、用于锚定的驱动电机一、连杆曲柄滑块、螺栓螺母移动副一、弹簧、深沟球轴承、用于切割的驱动电机二、球轴承二、滑环、驱动刀具张开的驱动电机三，可张开刀具、螺栓螺母移动副二和带导轨的滑块。首先锚定部分开始，驱动电机一转动后带动螺栓螺母移动副一，使螺母一向右移动，推动滑块向右移动，使连杆机构张开与油管内壁接触，当达到一定接触力后驱动电机一停止工作，切割机装置便实现了在油管内的锚定。随后刀具张开部分开始，驱动电机三开始转动，带动螺栓螺母移动副二，使螺母二向左移动，推动带导轨的滑块向左移动，达到是刀具张开的目的，当刀具接触油管内壁并与内壁达到所要求的预紧力后，驱动电机三停止工作。最后驱动切割部分开始，驱动电机二开始转动，带动后续切割部分进行旋转，达到刀具对油管进行切割的目的。

当油管故障部分切断以后，驱动电机二停止转动，驱动电机三反方向旋转，带动螺栓螺母移动副二向右移动，刀具在外部收紧弹簧的作用下向内部收缩，当刀具完全收入切割机构后，整个切割过程完成，驱动电机三停止工作，驱动电机一反方向旋转，使螺栓螺母移动副一向左移动，当螺母向左移动时，滑块带动曲柄连杆向左移动，使连杆不再与油管内壁接触，逐渐收入切割机构中，切割机构与油管内壁不再接触，驱动电机一停止工作，逐渐将切割机构从油管内取出。锚定部分利用螺栓螺母结构，将螺母固定在导轨中将其运动限制为直线运动，从而将电机一的旋转运动转化为直线运动。锚定部分用到了曲柄连杆滑块机构，通过滑块的移动将连杆推出，以达到锚定的目的。锚定部分，螺母与后续滑块中间设计弹簧进行缓冲，有效消除了锚定过程中连杆与油管内壁发生刚性接触时产生的损伤。当锚定完成后，驱动电机一负载会增大，电机一会反馈信息到控制系统，控制系统收到信息后发出指令使电机停止转动。

刀具张开部分也使用利用螺栓螺母结构，将驱动电机二的旋转运动转化为直线运动。刀具张开部分计算设计了一种特定形状的专用滑块，滑块上设计有特殊尺寸的导轨，当滑块向左移动时，在导轨的作用下切割刀具向外逐渐张开。刀具张开部分螺母与滑块之间设置有弹簧，避免了刀具在接触油管内壁时的刚性接触，有效提高了刀具的切割平稳性和使用寿命。当刀具张开功能实现后驱动电机负载会增大，电机二会反馈信息到控制系统，控制系统收到信息后发出指令使电机二停止转动。

驱动切割部分设置有滑环，其主要功能是保证后续切割部分会发生旋转的条件下为切割部分的电机二进行供电。驱动切割部分选用了专用的定制轴承，实现了旋转部切割部分在保证与切割机整体轴线统一的基础之上稳定的旋转切割。

本发明实施例中具体操作过程如下：

(1)将切割机整体装在管路前端探入井下油管中。

(2)通过附图1中控制系统控制驱动电机一1旋转，推动螺栓螺母移动副向右移动，进而通过弹簧12带动滑块13一向右移动，使连杆一14向外推出与油管内壁进行锚定，锚定完成后，驱动电机负荷逐渐变大，控制系统收到反馈信息后发出指令使电机一1停止转动。

(3)通过控制系统控制驱动电机二31开始旋转，带动螺栓螺母移动副二37向左移动，通过弹簧二37带动滑块二36向左移动，进而推动刀具向外张开，当刀具张开达到所要求的位置时，驱动电机负荷逐渐变大，控制系统收到反馈信息后使电机二31停止转动。

(4)通过控制系统发出指令使驱动电机三23开始旋转，通过联轴器带动轴29旋转，轴29通过连接元件30带动后续整体进行旋转，进而达到切割的目的。

(5)切割完成后驱动电机负荷逐渐变大，控制系统收到反馈信息后发出指令使电机三23停止转动，控制系统发出指令使驱动电机二31朝着与第一次相反的方向旋转，使螺栓螺母移动副二37和滑块二36朝右移动，刀具在环行弹簧41的作用下逐渐朝内部回收，刀具回收完成后驱动电机负荷逐渐变大，控制系统收到反馈信息后使驱动电机二31停止旋转。

(6)刀具回收完成后，控制系统发出指令控制驱动电机1朝着与第一次相反的方向旋转，带动螺栓螺母移动副一11和滑块一13向左移动，使连杆一14和连杆二15向内收缩，进而达到解除锚定的目的。

(7)锚定状态解除后，驱动电机负荷逐渐变大，控制系统收到反馈信息后发出指令使驱动电机一1停止旋转。

(8)切割完成后，通过管路将切割机从井下取出。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种井下油管切割装置，其特征在于，包括锚定固定部分、刀具张开部分和旋转切割部分，锚定固定部分由锚定固定前部分和锚定固定后部分组成，旋转切割部分中的刀具对井下油管进行切割，锚定固定前部分和锚定固定后部分通过连接元件连接，刀具张开部分包括了电机三、减速器三、连接件二、轴承、轴承端盖、滑环、轴三和连接部分，电机三通过减速器三提升转矩后传递到轴三，通过连接部分带动后续部分旋转；连接件二与刀具张开部分前端外壳和轴承端盖之间连接并且起到安装轴承的作用；滑环外环与轴承端盖固定，内环随刀具张开部分后端旋转，旋转切割部分包括电机二、减速器二，联轴器、轴承端盖一、轴承端盖二、连接件四、连接件三、深沟球轴承二、刀具、滑块二、螺栓螺母副二、收紧弹簧、支撑弹簧、轴二和滚子轴承，电机二通过减速器二提高输出转矩，输出轴通过联轴器与轴二相连,滑块二与刀具通过导轨相连接，滑块二与螺栓螺母副二之间通过支撑弹簧支撑；收紧弹簧用于收缩刀具，深沟球轴承二通过轴承端盖一固定在连接件三的相应位置，滚子轴承通过轴承端盖二固定在连接件四上的相应位置。

2.根据权利要求1所述的井下油管切割装置，其特征在于，锚定固定前部分包括电机一、减速器一、联轴器、连接轴、固定螺母、轴套、深沟球轴承一、连接元件以及密封圈，电机一输出转矩通过减速器一进行提升，通过联轴器将转矩传递到连接轴；深沟球轴承一通过轴套和固定螺母实现固定，连接元件将锚定固定前部分和锚定固定后部分筒套连接在一起，密封圈防止液体浸入电机所在部分。

3.根据权利要求2所述的井下油管切割装置，其特征在于，锚定固定后部分包括轴一、螺栓螺母副一、弹簧、滑块一、连杆一和连杆二、连接件一、轴承端盖三、连接件、传感器，轴一通过前段联轴器带动旋转，滑块一在导轨的作用下向右移动，推动连杆一和连杆二向外推出；连接件一与外壳和轴承端盖三之间通过螺纹进行连接，滑块一推动连接件挤压传感器，控制系统收到信号后使电机一停止旋转，滑块一与螺栓螺母副一之间通过弹簧支撑。

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