專利名稱：管內(nèi)水力切割器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油開采領(lǐng)域，具體地，涉及一種管內(nèi)水力切割器，更具體地，涉及一種適用于油田采油井小直徑油管內(nèi)切割的水力切割工具。
背景技術(shù)：
近年來，隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，石油開采和油田作業(yè)修井方面的技術(shù)革新也日新月異。然而，在高新技術(shù)快速發(fā)展的背后，也存在著令人不得不重視的一系列問題，進(jìn)而引起了各種工程事故。隨著油田開采的不斷深入，許多油區(qū)已逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，全國各地油田的井下油管變形、錯(cuò)斷和卡阻等現(xiàn)象也逐年增多。為了滿足修井的需要，近幾年各油田有很多不同的新工藝、新工具出現(xiàn)。其中油管切割是較為有效的作業(yè)修井方式之一。只有對變形、遇阻的油管進(jìn)行切割后才能打撈、修復(fù)。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的內(nèi)切割技術(shù)主要有:機(jī)械內(nèi)割刀切割、化學(xué)切割以及聚能切割等。機(jī)械內(nèi)割刀切割是用固定割刀，下到預(yù)定深度，而后把刀片張開，從地面旋轉(zhuǎn)管柱以切割套管。國內(nèi)1978年已引進(jìn)了 140mill機(jī)械式套管內(nèi)割刀，并完成了測繪和研制；同時(shí)還完成168mm套管內(nèi)割刀研制。但油管的內(nèi)徑小，且油井井深都大于1000米，機(jī)械式套管內(nèi)割刀無法使用。化學(xué)切割一般是用電流引燃炸藥包，使化學(xué)藥劑和催化劑混合并反應(yīng)。從而產(chǎn)生具有強(qiáng)烈腐蝕性的液體，然后周向噴出，達(dá)到切割管材的目的。但由于噴出的流體為氟化物，具有強(qiáng)烈的毒性，因而限制了它的使用。聚能切割是利用聚能效應(yīng)，在錐形空穴處敷以金屬罩，金屬罩在炸藥裝藥爆轟作用下所形成的高速金屬射流具有極高的侵徹能力來實(shí)現(xiàn)切割的。切割時(shí)，往往因裝藥量計(jì)算不準(zhǔn)確而導(dǎo)致套管、油管損壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供一種管內(nèi)水力切割器，減少由切斷帶來的副作用，提高切斷效率，且操作方便，并可對小直徑油管進(jìn)行內(nèi)切割。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種管內(nèi)水力切割器，包括水力錨、液壓馬達(dá)、減速增扭裝置、螺旋桿、切刀、中心下錐體和導(dǎo)軌；水力錨下端與液壓馬達(dá)的上端連接，液壓馬達(dá)下端與減速增扭裝置上部相連，減速增扭裝置的下部與螺旋桿上端固定連接，螺旋桿上軸向固定有可繞其自由旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌；中心下錐體上設(shè)有內(nèi)螺紋和軌道，中心下錐體與螺旋桿通過螺紋連接；切刀設(shè)置兩個(gè)，每個(gè)切刀上端與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，切刀內(nèi)側(cè)通過軌道與中心下錐體滑動(dòng)連接。優(yōu)選地，液壓馬達(dá)下端設(shè)有輸出軸和行星輪固定軸。優(yōu)選地，減速增扭裝置包括主動(dòng)輪、行星輪和外齒輪；主動(dòng)輪和行星輪為圓柱形外嚙合齒輪，外齒輪為圓柱形內(nèi)嚙合齒輪，主動(dòng)輪與行星輪嚙合，行星輪與外齒輪嚙合；主動(dòng)輪固定在液壓馬達(dá)輸出軸上，外齒輪與液壓馬達(dá)的輸出軸通過軸承連接，行星輪通過液壓馬達(dá)上的行星輪固定軸進(jìn)行軸向固定，外齒輪下部設(shè)有連接槽。優(yōu)選地，螺旋桿為帶有螺紋的桿狀結(jié)構(gòu)，上端呈長方體狀用于與減速增扭裝置的外齒輪的連接槽固定連接，螺旋桿上部帶有雙螺母并且螺母間桿件光滑可用來安放導(dǎo)軌。優(yōu)選地，導(dǎo)軌呈凹槽狀并且中間設(shè)有一圓孔，導(dǎo)軌通過該圓孔置于螺旋桿上。優(yōu)選地，中心下錐體為錐形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)有軌道，內(nèi)部帶有軸向的內(nèi)螺紋；中心下錐體與螺旋桿通過螺紋連接，中心下錐體與螺旋桿間連接光滑，并時(shí)常加油潤滑。優(yōu)選地，切刀上部和內(nèi)側(cè)帶有凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，切刀通過上部的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在導(dǎo)軌上并沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，切刀通過內(nèi)側(cè)的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在中心下錐體的軌道上并沿軌道滑動(dòng)。優(yōu)選地，螺旋桿的下端固定有底座。優(yōu)選地，行星輪設(shè)有三個(gè)。優(yōu)選地，切刀設(shè)有兩個(gè)。本發(fā)明的有益效果如下:采用上述結(jié)構(gòu)的切割器切割小直徑油管，能直接下放到油管設(shè)定的位置進(jìn)行切割；該切割器進(jìn)行切割時(shí)，井口液壓控制切割，操作簡單，安全可靠，對作業(yè)現(xiàn)場條件要求低，不會引發(fā)其它意外傷害；使用該工具切割油管，斷口光滑，不會對油管造成損壞，為油管的再利用提供了可靠的保障。


圖1a是本發(fā)明的管內(nèi)水力切割器的結(jié)構(gòu)正視示意 圖1b是本發(fā)明的管內(nèi)水力切割器的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖2是液壓馬達(dá)與減速增扭裝置連接示意 圖3a是減速增扭裝置的軸側(cè)示意 圖3b是減速增扭裝置的另一軸側(cè)示意 圖3c是減速增扭裝置的俯視示意 圖4是螺旋桿的結(jié)構(gòu)示意 圖5是導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意 圖6是中心下錐體的結(jié)構(gòu)示意 圖7a是切刀的立體示意 圖7b是切刀的正視示意 圖7c是切刀的左視不意 圖7d是切刀的俯視示意 圖8是底座的結(jié)構(gòu)不意 圖9a是管內(nèi)水力切割器剛下放到油管中時(shí)的示意 圖％是管內(nèi)水力切割器剛開始切割油管時(shí)的示意 圖9c是管內(nèi)水力切割器切割油管完成時(shí)的示意圖。圖中:1、水力錨，2、液壓馬達(dá)，3、減速增扭裝置，4、螺旋桿，5、切刀，6、中心下錐體，
7、底座，8、導(dǎo)軌，9、軌道，10、液壓馬達(dá)的輸出軸，11、行星輪固定軸，12、軸承，13、主動(dòng)輪，14、行星輪，15、外齒輪，16、連接槽。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖la，圖1b所示，管內(nèi)水力切割器，包括水力錨1、液壓馬達(dá)2、減速增扭裝置3、螺旋桿4、切刀5、中心下錐體6、底座7和導(dǎo)軌8 ;水力錨I上端與輸入管線連接(圖中未示意)，下端與液壓馬達(dá)2的上端連接，水力錨I為管內(nèi)水力切割器提供支撐，并承受切割管體時(shí)切刀5傳來的切割反力；液壓馬達(dá)2下端與減速增扭裝置3上部相連，液壓馬達(dá)2將井口液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為管內(nèi)水力切割器工作提供動(dòng)力；減速增扭裝置3的下部與螺旋桿4上端固定連接，減速增扭裝置3起到減速增扭的作用；螺旋桿4上軸向固定有可繞其自由旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌8 ;中心下錐體6上設(shè)有軸向內(nèi)螺紋和對稱設(shè)置的兩條軌道9，中心下錐體6與螺旋桿4通過螺紋連接；切刀5設(shè)置兩個(gè)，每個(gè)切刀5上端與導(dǎo)軌8滑動(dòng)連接，切刀5內(nèi)側(cè)通過軌道9與中心下錐體6滑動(dòng)連接；螺旋桿4把液壓馬達(dá)2傳遞來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為中心下錐體6的上下運(yùn)動(dòng)及附帶旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；中心下錐體6主要起到膨脹和收縮切刀5的作用，導(dǎo)軌8和軌道9主要起到約束切刀5運(yùn)動(dòng)的作用，切刀5主要起到切割油管的作用；底座7固定在螺旋桿4的下端，防止中心下錐體6脫落。水力錨I為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用壽光市海龍石油機(jī)械有限公司提供的KDB水力錨；水力錨I的上端與輸入管線連接，下端與液壓馬達(dá)2連接。水力錨I的工作原理是:在流體壓力的作用下，使水力錨卡在油管上，為整個(gè)切割器提供支撐。如圖2所示，液壓馬達(dá)2為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用丹佛斯OML液壓馬達(dá)；液壓馬達(dá)2上端與水力錨I固定；液壓馬達(dá)2下端設(shè)有輸出軸10和行星輪固定軸11，液壓馬達(dá)2將井口液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為整個(gè)工具工作提供動(dòng)力。如圖2、圖3a、圖3b、圖3c所示，減速增扭裝置3包括主動(dòng)輪13、行星輪14和外齒輪15 ;主動(dòng)輪13和行星輪14為圓柱形外嚙合齒輪，外齒輪15為圓柱形內(nèi)嚙合齒輪，行星輪14設(shè)有三個(gè)，主動(dòng)輪13與行星輪14嚙合，行星輪14與外齒輪15嚙合；主動(dòng)輪13固定在液壓馬達(dá)輸出軸10上，工作時(shí)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外齒輪15與液壓馬達(dá)2的輸出軸10通過軸承12連接，保證減速增扭裝置3不會脫落；行星輪14通過液壓馬達(dá)2上的行星輪固定軸11進(jìn)行軸向固定，只能繞軸旋轉(zhuǎn)，主要起傳遞運(yùn)動(dòng)的作用；外齒輪15下部設(shè)有連接槽16。減速增扭裝置3的工作原理是，在馬達(dá)電機(jī)不變的情況下，減速增扭裝置3通過齒輪間的相互作用和外齒輪15與主動(dòng)輪13的半徑比來達(dá)到減速增扭的目的。如圖4所示，螺旋桿4為帶有螺紋的桿狀結(jié)構(gòu)，上端呈長方體狀用于與減速增扭裝置3的外齒輪15的連接槽16固定連接，外齒輪15可將增扭后的扭矩傳遞給螺旋桿4，并帶動(dòng)螺旋桿4轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋桿4上部帶有雙螺母并且螺母間桿件光滑可用來安放導(dǎo)軌8，導(dǎo)軌8軸向固定于螺旋桿4上的兩個(gè)螺母間。如圖5所示，導(dǎo)軌8呈凹槽狀并且中間設(shè)有一圓孔，導(dǎo)軌8通過該圓孔置于螺旋桿4上，導(dǎo)軌8可以繞螺旋桿4自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不能上下移動(dòng)。如圖6所示，中心下錐體6為錐形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)有軌道9，內(nèi)部帶有軸向的內(nèi)螺紋；中心下錐體6與螺旋桿4通過螺紋連接，當(dāng)螺旋桿4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中心下錐體6可在螺旋副的作用下實(shí)現(xiàn)上升和下降，中心下錐體與螺旋桿間連接光滑，并時(shí)常加油潤滑，保證中心下錐體可在慣性作用下順利上升和下降，不會卡住。螺旋桿4的下端固定有底座7 (如圖8所示)，可防止螺旋桿4倒轉(zhuǎn)時(shí)，中心下錐體6滑出脫落。如圖7a、7b、7c、7d所示，切刀5上部和內(nèi)側(cè)帶有凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，切刀5通過上部的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在導(dǎo)軌8上并沿導(dǎo)軌8滑動(dòng)，切刀5通過內(nèi)側(cè)的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在中心下錐體6的軌道9上并沿軌道9滑動(dòng)。切刀5在中心下錐體6的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)切割功能:當(dāng)中心下錐體6在螺旋副的作用下上升時(shí)，中心下錐體6會使切刀5在導(dǎo)軌8上向外運(yùn)動(dòng)，撐開切刀5，進(jìn)行切割；當(dāng)中心下錐體6在螺旋副的作用下下降時(shí)，中心下錐體6會使切刀5在導(dǎo)軌8上向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，收縮切刀5，收縮切刀5時(shí)，由于切刀5卡在油管上，不會造成中心下錐體6與螺旋桿4 一同轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，收縮會很順利。本發(fā)明的整體工作原理如圖9a，圖％，圖9c所示，切割油管時(shí)，先將工具下放到指定位置，然后通過操作井口的控制器使水力錨I撐開，將整個(gè)工具固定在管壁上，為下一步的切割提供條件；切割時(shí)，控制井口的液壓泵，使液壓馬達(dá)2正向旋轉(zhuǎn)，將通過減速增扭裝置3增扭后的扭矩傳遞給螺旋桿4，帶動(dòng)螺旋桿4 一同正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)螺旋桿4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋桿4與中心下錐體6間會產(chǎn)生一個(gè)相對運(yùn)動(dòng)，中心下錐體6會在與螺旋桿4之間的螺旋副的作用下上升，而切刀5會在中心下錐體6的推動(dòng)下向外擴(kuò)張撐開。當(dāng)切刀5開始接觸管壁進(jìn)行切割時(shí)，切刀5進(jìn)入管壁一定深度，切刀5上傳遞的壓力使中心下錐體6和螺旋桿4的螺紋自鎖時(shí)，中心下錐體6會在螺旋桿4的帶動(dòng)下一同旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)切刀5切割，切刀5的軸向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)切割是同時(shí)存在，連續(xù)不斷的，直到切刀5切開管壁，運(yùn)動(dòng)停止。切割完成后，控制井口的液壓泵使液壓馬達(dá)2反向旋轉(zhuǎn)，螺旋桿4也會在帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，而中心下錐體6會在其與螺旋桿4間的螺旋副作用下下降，切刀5也會在中心下錐體6的帶動(dòng)下向內(nèi)收縮，直至達(dá)到工具切割時(shí)的初始狀態(tài)。油管的整個(gè)切割過程完成后，水力錨I收縮直徑解卡，脫開油管，然后將工具從井口取出，再將切后的油管逐段取出，完成作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種管內(nèi)水力切割器，包括水力錨、液壓馬達(dá)、減速增扭裝置、螺旋桿、切刀、中心下錐體和導(dǎo)軌；其特征在于:水力錨下端與液壓馬達(dá)的上端連接，液壓馬達(dá)下端與減速增扭裝置上部相連，減速增扭裝置的下部與螺旋桿上端固定連接，螺旋桿上軸向固定有可繞其自由旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌；中心下錐體上設(shè)有內(nèi)螺紋和軌道，中心下錐體與螺旋桿通過螺紋連接；切刀設(shè)置兩個(gè)，每個(gè)切刀上端與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，切刀內(nèi)側(cè)通過軌道與中心下錐體滑動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:液壓馬達(dá)下端設(shè)有輸出軸和行星輪固定軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:減速增扭裝置包括主動(dòng)輪、行星輪和外齒輪；主動(dòng)輪和行星輪為圓柱形外嚙合齒輪，外齒輪為圓柱形內(nèi)嚙合齒輪，主動(dòng)輪與行星輪嚙合，行星輪與外齒輪嚙合；主動(dòng)輪固定在液壓馬達(dá)輸出軸上，外齒輪與液壓馬達(dá)的輸出軸通過軸承連接，行星輪通過液壓馬達(dá)上的行星輪固定軸進(jìn)行軸向固定，外齒輪下部設(shè)有連接槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:螺旋桿為帶有螺紋的桿狀結(jié)構(gòu)，上端呈長方體狀用于與減速增扭裝置的外齒輪的連接槽固定連接，螺旋桿上部帶有雙螺母并且螺母間桿件光滑可用來安放導(dǎo)軌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:導(dǎo)軌呈凹槽狀并且中間設(shè)有一圓孔，導(dǎo)軌通過該圓孔置于螺旋桿上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:中心下錐體為錐形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)有軌道，內(nèi)部帶有軸向的內(nèi)螺紋；中心下錐體與螺旋桿通過螺紋連接，中心下錐體與螺旋桿間連接光滑，并時(shí)常加油潤滑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:切刀上部和內(nèi)側(cè)帶有凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，切刀通過上部的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在導(dǎo)軌上并沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，切刀通過內(nèi)側(cè)的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)安放在中心下錐體的軌道上并沿軌道滑動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:螺旋桿的下端固定有底座。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:行星輪設(shè)有三個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的管內(nèi)水力切割器，其特征在于:切刀設(shè)有兩個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油開采領(lǐng)域，具體地，涉及一種管內(nèi)水力切割器。采用上述結(jié)構(gòu)的切割器切割小直徑油管，能直接下放到油管設(shè)定的位置進(jìn)行切割；該切割器進(jìn)行切割時(shí)，井口液壓控制切割，操作簡單，安全可靠，對作業(yè)現(xiàn)場條件要求低，不會引發(fā)其它意外傷害；使用該工具切割油管，斷口光滑，不會對油管造成損壞，為油管的再利用提供了可靠的保障。采用上述結(jié)構(gòu)的切割器切割小直徑油管，能直接下放到油管設(shè)定的位置進(jìn)行切割；該切割器進(jìn)行切割時(shí)，井口液壓控制切割，操作簡單，安全可靠，對作業(yè)現(xiàn)場條件要求低，不會引發(fā)其它意外傷害；使用該工具切割油管，斷口光滑，不會對油管造成損壞，為油管的再利用提供了可靠的保障。
文檔編號E21B29/06GK103089181SQ20131001295
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者李玉坤, 朱海, 張峻, 杜丙國, 馬清明, 張紀(jì)豪 申請人:中國石油大學(xué)(華東)