CN108915629B - 一种用于切割多层套管的水力割刀装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于切割多层套管的水力割刀装置，用于深水井口弃井作业，借助本装置将井口套管切割，便于井口装置回收。其技术方案：钻井液推动活塞下移，然后活塞带动割刀绕销钉转动，从而割刀切割套管；当割刀切割完成时，活塞周向通孔与限位杆径向通孔连通，此时钻井液压力出现明显压差，根据钻井液压力的波动可以判断套管切割完成；在割刀端部增加刀片支撑结构，实现刀片顺利回收。本发明操作简单，能有效判断套管切割完成，通过调节泄压孔相对距离，可以实现对不同直径多层套管切割。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于切割多层套管的水力割刀装置，属于海洋石油天然气水下井口套管切割领域。
背景技术
随着海洋油气的不断发展，越来越多的油气井接近使用年限，失去了继续使用的价值，为防止油气污染，对于达到作业年限的水下油气井口，如果没有其他用途，按照国家规定需要对其进行弃井作业，然而弃井作业过程中的关键技术便是套管切割。目前水下井口套管切割存在如下问题：(1)不能有效判断套管切割是否完成；(2)套管切割完成后，割刀不能顺利进行收回；(3)不能连续切割不同直径的多层套管。
为了解决上述问题，国内外研发了水下井口套管切割装置。国外Logan Oil Tools公司和Pioneer Oils Tools Limited公司研发的水力割刀依靠钻井液产生的压力驱动割刀进行切割可一次性完成多层套管切割，且当切割完成时会出现明显的压力降低表明切割已经完成，但是两公司的割刀片都不能主动回收到割刀本体内。而国内专利号CN201679464U一种切割膨胀管用的水力式内割刀加入了定心装置从而有效防止割刀偏斜的问题，而采用钻杆扭矩的变化来判断套管切割是否完成，利用在割刀本体外部加弹簧片的形式回收割刀进入割刀本体内部，该装置的缺点是：利用扭矩变化判断不明显，外置弹簧片不具有安全性：钻杆下放时弹簧片外伸展可能使弹簧变形过大而失去弹性。专利号CN107288566A一次完成多层切割的泄压式水力割刀利用钻杆内部压力降低来判断套管是否切割完成，但是不具有割刀回收功能。
发明内容
本发明的目的：为了有效判断套管是否切割完成，本发明在割刀装置中增加泄压功能，当割刀切割完成时钻井泵发生明显压降，此时可以判断套管切割完成。为了实现不同多层套管的切割，可以更换不同的限位套，从而调节限位杆和活塞泄压孔之间的相对距离。为了将张开的割刀缩回到割刀本体内，本发明增加了割刀支撑装置实现割刀收回功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于切割多层套管的水力割刀装置，包括连接杆、喷嘴、限位杆、限位套、活塞、密封丝堵、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ、割刀、销钉、限位挡板、回收挡板和割刀本体，其特征在于：所述连接杆与割刀本体螺纹连接，割刀本体周向均布有刀槽，刀槽内通过销钉固定有割刀，割刀能够以销钉为轴心旋转；所述割刀本体内部依次有限位杆、限位套和活塞；所述限位杆一端与割刀本体螺纹连接，另一端伸缩于活塞轴向通孔内，限位杆端部在靠近连接杆方向螺纹连接有喷嘴；所述限位套螺纹连接割刀本体，限位套端部与限位杆端部接触；所述活塞与割刀本体之间设置有环空并安装有弹簧Ⅰ，弹簧Ⅰ的上端和下端分别由活塞的台肩和割刀本体的台肩限位；活塞在远离限位杆的一端依次有回收挡板和限位挡板，回收挡板嵌套于活塞外表面并与活塞可相对滑动，限位挡板与活塞螺纹连接，回收挡板与限位挡板之间设置有弹簧Ⅱ，回收挡板在弹簧力作用下始终与割刀端部接触。
进一步，所述活塞的一端有轴向通孔和轴向旁通盲孔，周向有径向旁通孔，径向旁通孔与轴向旁通盲孔和活塞轴向通孔连通，活塞轴向通孔为椭圆形；所述活塞与割刀本体的接触部分设置有密封圈Ⅰ。
进一步，所述限位杆为T型形状，限位杆大直径端中心设置有轴向通孔和四周均布有偏心通孔，限位杆小直径端与活塞轴向通孔相对滑动且周向均布有周向通孔；所述限位杆周向通孔与活塞径向旁通孔连通时，流体经限位杆偏心通孔、活塞轴向旁通盲孔、活塞径向旁通孔、限位杆周向通孔，进入限位杆轴向通孔，使压降降低，用来判断套管切割完成；所述限位杆小直径段截面为椭圆形，限位杆与活塞滑动接触部分设置有密封圈Ⅱ。
进一步，所述活塞径向旁通孔外端设有密封丝堵，密封丝堵不能伸入活塞轴向旁通盲孔内。
进一步，割刀本体的台肩径向有凸结构，活塞上有与割刀本体凸状结构相配合的凹槽，活塞能沿着割刀本体台肩上下移动。
与现有技术方案相比，本发明的有益效果是：1)本水下割刀装置采用限位杆泄压孔与活塞径向旁通孔之间的相互连通实现钻井泵的压力降低，地面装置可以通过明显的压降判断套管是否切割完成；2)在割刀本体内增加割刀回收装置，当割刀切割完成时，可以顺利将割刀收回，防止割刀刮伤套管；3)增加割刀的支撑结构，确保旋转切割时各割刀的刀尖在同一水平线上，减少椭圆切割的发生，提高切割稳定性，减少振动发生，有利于安全高速切割。4)可以更换不同高度的限位套，从而调节限位杆和活塞的泄压孔的相对距离，适用于不同尺寸的多层套管切割作业，提高了作业效率，节约成本。
附图说明
图1本发明一种水力割刀张开图
图2本发明图1中A方向断面图
图3本发明图1中B方向断面图
图4本发明图1中C方向剖视图
图5本发明限位杆平面视图
图6本发明割刀缩回视图
图中，1.连接杆，2.喷嘴，3.限位杆，3a.限位杆轴向通孔，3b.限位杆周向通孔，3c.限位杆偏心通孔，4.限位套，5.活塞，5a.活塞轴向通孔，5b.活塞轴向旁通盲孔，5c.活塞径向旁通孔，6.密封丝堵，7.弹簧Ⅰ，8.销钉，9.割刀，10.限位挡板，11.弹簧Ⅱ，12.回收挡板，13.密封圈Ⅰ，14.割刀本体，15.螺钉，16.密封圈Ⅱ
具体实施方法
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1对本发明作一下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
如图1、图3和图4所示，一种用于切割多层套管的水力割刀装置，包括连接杆1、喷嘴2、限位杆3、限位套4、活塞5、密封丝堵6、弹簧Ⅰ7、弹簧Ⅱ11、割刀9、销钉8、限位挡板10、回收挡板12和割刀本体14，其特征在于：所述连接杆1与割刀本体14螺纹连接，割刀本体14周向均布有刀槽，刀槽内通过销钉8固定有割刀9，割刀9能够以销钉8为轴心旋转，并利用螺钉15对销钉8进行限位；所述割刀本体14内部依次有限位杆3、限位套4和活塞5；所述限位杆3一端与割刀本体14螺纹连接，另一端伸缩于活塞轴向通孔5a内，限位杆3端部在靠近连接杆1方向螺纹连接有喷嘴2；所述限位套4螺纹连接割刀本体14，限位套4端部与限位杆3端部接触；所述活塞5与割刀本体14之间设置有环空并安装有弹簧Ⅰ7，弹簧Ⅰ7的上端和下端分别由活塞5的台肩和割刀本体14的台肩限位，活塞5在远离限位杆3的一端依次有回收挡板12和限位挡板10，回收挡板12嵌套于活塞5外表面并可以沿活塞5上下移动，限位挡板10与活塞5螺纹连接，回收挡板12与限位挡板10之间设置有弹簧Ⅱ11，回收挡板12在弹簧力作用下始终与割刀9端部接触。
如图1、图2和图3所示，活塞5端部有轴向通孔5a和轴向旁通盲孔5b，周向有径向旁通孔5c，径向旁通孔5c与轴向旁通盲孔5b和活塞轴向通孔5a连通，活塞5与割刀本体14接触部分设置有密封圈Ⅰ13。
如图1、图2、图3和图5所示，所述限位杆3为T型形状，限位杆3大直径端中心设置有轴向通孔3a和四周均布有偏心通孔3c，限位杆3小直径端与活塞5轴向通孔5a滑动配合连接且周向均布有通孔3b，限位杆周向通孔3b可与活塞径向旁通孔5c连通，限位杆3与活塞5滑动接触部分设置有密封圈Ⅱ16。
如图1和图2所示，所述活塞径向旁通孔5c外端设有密封丝堵6，密封丝堵6不能伸入活塞5轴向旁通盲孔5b内。
如图1和图3所示，割刀本体14的台肩径向有凸结构，活塞5上有与割刀本体14凸状结构相配合的凹槽，活塞5能沿着割刀本体14台肩上下移动。在台肩径向安装销钉8，销钉8与割刀本体14凹槽配合，并限制割刀本体14周向旋转，只可沿活塞5轴向移动。
如图6所示，下面将对一种用于切割多层套管的水力割刀装置做进一步详细说明。
工作前的准备：根据切割套管的最大管径选择合适的限位套4。组装完成后，在地面上进行试验，验证割刀9能正常工作。
工作过程中：当水下割刀到达指定位置后，通入钻井液。刚开始时，钻井液从连接杆1流经喷嘴2、限位杆3和活塞5的流道向下流动，另一部分钻井液流经4个限位杆偏心通孔3c，再经限位套4流向4个活塞轴向旁通盲孔5b。由于开始时刻，限位杆周向通孔3b位于活塞径向旁通孔5c下端，活塞径向旁通孔5c和限位杆周向通孔3b未连通，钻井液不能流动。由于喷嘴2的节流作用，钻井液在喷嘴2产生压耗，且阀杆较长，钻井液流经限位杆3时产生沿程阻力损失，这两部分压耗产生的液体压力推动活塞5下行，活塞5推动割刀9上端部下行，由于割刀9与割刀本体14之间通过销钉8连接，则割刀9绕销钉8旋转伸展张开，并在钻杆带动下周向切割套管。割刀9端部与回收挡板12始终接触，割刀9端部推动回收挡板12下行，由于弹簧Ⅱ11压缩产生的弹性回复力对割刀9产生支撑力，确保水力割刀9旋转切割时各割刀9的刀尖在同一水平线上，减少椭圆切割的发生，提高切割稳定性与安全性。
判断切割完成：切割完成时，活塞5下行力与弹簧Ⅰ7产生的回复力相等，此时限位杆周向通孔3b与活塞径向旁通孔5c连通，其中另一部分钻井液经限位杆偏心通孔3c、活塞轴向旁通盲孔5b、活塞径向旁通孔5c、限位杆周向通孔3b，进入限位杆轴向通孔3a，此时产生的压降明显低于割刀正常作业中的压降，故在平台上通过压降的显著变化可以判断切割是否完成。
割刀缩回过程：当观察到压降发生了明显变化后，意味着套管切割完成，此时停止通入钻井液，割刀9在弹簧Ⅰ7回复力作用下上行推动割刀9收回，并推动活塞5上行，使割刀9完全收回。
待割刀9完全收回后，上提钻柱，若悬重增加，又可以提动，就可以把水下井口***通过外悬挂工具上提到平台上，完成整个套管的切割回收作业。
Claims (4)
1.一种用于切割套管的水力割刀装置，包括连接杆、喷嘴、限位杆、限位套、活塞、密封丝堵、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ、割刀、销钉、限位挡板、回收挡板和割刀本体，其特征在于：所述连接杆与割刀本体螺纹连接，割刀本体周向均布有刀槽，刀槽内通过销钉固定有割刀，割刀能够以销钉为轴心旋转；所述割刀本体内部依次有限位杆、限位套和活塞；所述活塞的一端有轴向通孔和轴向旁通盲孔，周向有径向旁通孔，径向旁通孔与轴向旁通盲孔和活塞轴向通孔连通；所述限位杆一端与割刀本体螺纹连接，另一端伸缩于活塞轴向通孔内，限位杆端部在靠近连接杆方向螺纹连接有喷嘴，限位杆大直径端中心设置有轴向通孔和四周均布有偏心通孔，限位杆小直径端与活塞轴向通孔相对滑动且周向均布有周向通孔；所述限位杆周向通孔与活塞径向旁通孔连通时，流体经限位杆偏心通孔、活塞轴向旁通盲孔、活塞径向旁通孔、限位杆周向通孔，进入限位杆轴向通孔，使压降降低，用来判断套管切割完成；所述限位套螺纹连接割刀本体，限位套端部与限位杆端部接触；所述活塞与割刀本体之间设置有环空并安装有弹簧Ⅰ，弹簧Ⅰ的上端和下端分别由活塞的台肩和割刀本体的台肩限位；活塞在远离限位杆的一端依次有回收挡板和限位挡板，回收挡板嵌套于活塞外表面并与活塞可相对滑动，限位挡板与活塞螺纹连接，回收挡板与限位挡板之间设置有弹簧Ⅱ，回收挡板在弹簧力作用下始终与割刀端部接触。
2.根据权利要求1所述一种用于切割套管的水力割刀装置，其特征在于：所述活塞与割刀本体的接触部分设置有密封圈Ⅰ；所述限位杆为T型形状，限位杆与活塞滑动接触部分设置有密封圈Ⅱ。
3.根据权利要求1所述一种用于切割套管的水力割刀装置，其特征在于：所述活塞径向旁通孔外端设有密封丝堵，密封丝堵不能伸入活塞轴向旁通盲孔内。
4.根据权利要求1所述一种用于切割套管的水力割刀装置，其特征在于：割刀本体的台肩径向有凸结构，活塞上有与割刀本体凸状结构相配合的凹槽，活塞能沿着割刀本体台肩上下移动。
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