CN115263219A - 井下电动切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下电动切割装置，包括控制部、与控制部通过牵引线缆相连的操作部，控制部用于控制操作部的工作；控制部包括线缆架、控制终端、牵引线缆、计量组件，线缆架用于绕卷存放牵引线缆；与控制终端相连的计量组件安装在线缆架上，通过其上设置的滚轮监测和计算线缆放出的长度，并将上述长度信息发送至控制终端中；控制终端通过牵引线缆与操作部相连。本发明通过牵引线缆直接下放操作部，无需连接钻杆，所以操作过程极为简单，且下放的速度快，切割效率高，可以大大提高套管维修的成本和周期。

Description

井下电动切割装置

技术领域

本发明涉及一种井下维修工具，具体的说是一种不需要钻杆且操作更为方便的井下电动切割装置。

背景技术

井下套管在使用一段时间后，由于各种原因，会出现套管破损、变形等问题需要进行井下修井，在现有井下修井中，套管切割采用钻杆输送方式，将切割刀具连接到钻杆底部，通过水力压力产生推力，与套管内壁接触，转动钻具带动割刀旋转，完成切割，在实际应用中也取得了不少成绩，但由于钻杆的操作前置工作量大，操作复杂，使该技术存在各项成本高，成功率低的问题。具体的说，钻杆式配合液压操作时，需要连接钻杆，并配合相应的设备将钻杆送至合适的位置，到达位置后，再启动液压实现定位切割，在实际应用过程中，切割的位置往往在上百米下甚至两千米下，所以需要连接许多钻杆，整体过程操作步骤多，涉及的设备及人员量大，需要人员很好的配合才能实现相应的切割，效率低，难度大，所以提供一种免钻杆的进下电动切割装置对本领域来说是有重要意义的。

发明内容

（一）技术目的

本发明的目的在于克服现有钻杆液压式修井技术所存在的不足，提供一种通过线缆下放并具备有自扶正、自定位、自动切割的井下电动切割装置。

（二）技术方案

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

一种井下电动切割装置，包括控制部、与控制部通过牵引线缆相连的操作部，控制部用于控制操作部的工作；

控制部包括线缆架、控制终端、牵引线缆、计量组件，线缆架用于绕卷存放牵引线缆；与控制终端相连的计量组件安装在线缆架上，通过其上设置的滚轮监测和计算线缆放出的长度，并将上述长度信息发送至控制终端中；控制终端通过牵引线缆与操作部相连；

操作部是由多段组成的一字形杆状组合体，其从左至右分别是监测控制段、电动扶正段、液压平衡段、液压驱动段、 锚定段、电动切割段，各段依序相接；监测控制段与牵引线缆相连，对各段的供电、控制以及与控制终端实现数据交换传送；电动扶正段用于将操作部在套管内扶正，使操作部与套管同轴同心；液压平衡段通过伸缩调整实现对电动切割段的位置微调；液压驱动段用于向锚定段提供驱动压液；锚定段用于将操作部整体锚固在套管内，实现在电动切割段工作时的对其位置进行固定，保证电动切割的顺利完成；电动切割段用于实现对套管的电动切割；

监测控制段包括结构管、安装在结构管内的主电源模块、安装在结构管内的与主电源模块相连的主控电路板；

电动扶正段由两个四臂的电动扶正器串接而成，两电动扶正器均与主控制电路板相连，受主控制电路板供电及控制；

液压平衡段包括与电动扶正段相连的固定部、与液压驱动段相连的活动部，固定部内安装有与控制电路相连的电动液压泵，电动液压泵的活动端与活动部相连，电动液压泵受主控制电路板供电及控制，通过电动液压泵的伸缩可以实现活动部相较于固定部沿轴向小距离伸缩；

液压驱动段包括外管、置于外管内的电机以及置于外管内与电机相连的柱塞泵，电机与与主控制板相连，受主控制板供电及控制；

锚定段包括有外壳、安装在外壳内的前锚定单元和后锚定单元，前锚定单元及后锚定单元通过一高压管与柱塞泵相连，经柱塞泵向前锚定单元及后锚定单元提供工作液压，前锚定单元及后锚定单元均为液压驱动的三爪锚定机构；

电动切割段包括驱动部、切割部，驱动部内安装有主电机、与主电机相连的减速机，减速机与切割部相连；减速机用于将电机的输出进行减速增扭后驱动切割部旋转；切割部包括刀盘、与刀盘相连的控刀机构，圆形的刀盘上环布有三个刀槽，各刀槽内对应安装有刀具，刀具与控刀机构相连，控刀机构可控制刀具在刀槽内运动，实现刀具的步进切割。

进一步的说，牵引线缆包括内部外套、设在外套内的钢索以及设置在外套内的导电线、通讯线，通过钢索承担操作部下行的拉力。

进一步的说，监测控制段还包括呈环状排布嵌设在结构管上的多个红外测距单元，各红外测距单元与主控制电路板相连，红外测距单元用于操作部下井时经过两套管的结合位时进行计算，由于套管的长度是已知的，且套管的长度稳定性高，所以套管长度及数量作为位置监测校正。

进一步的说，控刀机构包括一机械联动组件以及与该机构联动组件相连的控刀电机，控刀电机驱动该机构联动组件运动进而带动刀具沿刀槽伸出。

（三）本发明通过牵引线缆直接下放操作部，无需连接钻杆，所以操作过程极为简单，且下放的速度快，切割效率高，可以大大提高套管维修的成本和周期。

附图说明

附图被结合在说明书中并构成说明书的一部，附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1是实施例中装置的整体结构示意图。

图2是实施例中装置下井时的工作状态示意图。

图3是实施例中操作部的整体结构示意图。

图4是实施例中操作部的立体视角下的结构示意图。

图5是实施例中操作部中部分剖开后的结构示意图。

图6是实施例中牵引线缆的截面结构示意图。

图7是A处局部放大图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本说明书的各种示例性实施例。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本说明书及其应用或使用的任何限制。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

图1-7给出了与实施例相适配的示例性结构，如图1所示，整体结构由两部分组成，分别是用于进行井下套管19切割的操作部1以及与操作部1相连用于操作部1的下放、回收及控制的控制部2；控制部2包括线缆架3、控制终端4、牵引线缆5、计量组件6，其中的线缆架3包括支架7、电缆盘8、电动收放线模块9，电缆盘8通过转轴安装在支架7上；电动收放线模块9安装在支架7并与电缆盘8连接配合，用于驱动电缆盘8绕轴正、反旋转，进而实现放线及收线；电动收放线模块9由一个电机以及与该电机相连的减速机组成，电机驱动减速机工作，减速机带动电缆盘8旋转。

计量组件6为滚轮式计米器，其安装在支架7下并与电缆盘8对位配合，计量组件6用于电缆盘8的引出导向及长度计量，计量组件6通过一数据线缆与控制终端4相连，用于向控制终端4发送线长数据。

控制终端4包括一机箱安装在机箱内的控制电路、散热风扇以及嵌设在机箱外的显示屏以及控制按键，显示屏用于显示各项信息，控制按键用于输入控制指令；

由于牵引线缆5不单单是起电源供给及数据传输，还需要承担对操作部1的牵引，所以需要有较高的抗拉伸性，其在结构上如图6所示，牵引线缆5包括内部外套、设在外套内的钢索10以及设置在外套内的导电线11、通讯线12，通过钢索10承担操作部1上下行走时的质量拉力。

从图3-5及7给出了操作部的示例性结构图，如图2-5所示，操作部1是由多段组成的一字形杆状组合体，其从左至右分别是监测控制段13、电动扶正段14、液压平衡段15、液压驱动段16、 锚定段17、电动切割段18；监测控制段13与牵引线缆5相连，监测控制段13包括结构管、安装在结构管内的主电源模块、安装在结构管内的与主电源模块相连的主控电路板；监测控制段13还包括呈环状排布嵌设在结构管上的多个红外测距单元41，各红外测距单元41与主控制电路板相连，红外测距单元41用于操作部1下入套管19时经过两套管19的结合位20时进行计算，由于套管19的长度是已知的，且套管19的长度稳定性高，所以经过套管19的数量可以作为操作1在井下位置的监测校正。

电动扶正段14由两个四臂的电动扶正器21串接而成，两电动扶正器21均与主控制电路板相连，受主控制电路板供电及控制，电动扶正段14用于将操作部1在套管19内扶正，使操作部1与套管19同轴同心；电动扶正器21包括了电动伸缩杆，带复位功能的四个联动扶正臂，每个扶正臂两个相铰接的扶正杆组成，两扶正杆的相接位置上设置有扶正的导轮。

液压平衡段15通过伸缩调整实现对电动切割段18的位置微调，液压平衡段18包括与电动扶正段14相连的固定部22、与液压驱动段16相连的活动部23，固定部22内安装有与控制电路相连的电动液压泵，电动液压泵的活动端与活动部23相连，电动液压泵受主控制电路板供电及控制，通过电动液压泵的伸缩可以实现活动部23相较于固定部22沿轴向小距离伸缩。

液压驱动段16用于向锚定段17提供驱动压液，液压驱动段16包括外管24、置于外管24内的电机25以及置于外管24内与电25机相连的柱塞泵26，电机与主控制板相连，受主控制板供电及控制。

锚定段17用于将操作部1整体锚固在套管19内，实现在电动切割段18工作时的对其位置进行固定，保证电动切割的顺利完成；电动切割段用于实现对套管的电动切割；锚定段17包括有外壳27、安装在外壳27内的前锚定单元28和后锚定单元29，前锚定单元28及后锚定单元29通过一高压管与柱塞泵26相连，经柱塞泵26向前锚定单元28及后锚定单元29提供工作液压，前锚定单元28及后锚定单元29均为液压驱动的三爪锚定机构；三爪锚定机包括本体30、通过多根联动杆31安装在本体30上的锚定块32、与锚定块32相连并带有弹簧复位功能的液压杆33。外壳27上开设有与锚定块32对位配合的开口。

电动切割段18包括驱动部34、切割部35，驱动部34内安装有主电机36、与主电机36相连的减速机37，减速机37与切割部35相连；减速机37用于将主电机36的输出进行减速增扭后驱动切割部35旋转；切割部35包括刀盘38、与刀盘38相连的控刀机构，圆形的刀盘38上环布有三个刀槽，各刀槽内对应安装有刀具40，刀具40与控刀机构相连，控刀机构可控制刀具40在刀槽内运动，实现刀具40的步进切割。控刀机构包括一机械联动组件39以及与该机构联动组件39相连的控刀电机41，控刀电机41驱动该机构联动组件39运动进而带动刀具40沿刀槽伸出。

上述结构层面已经描述完毕，为方便理解，再从工作原理及工作动作上作进一步的说明，操作部1被***套管19中，控制部2进入放线使操作1在井内下行，在下行过程中，操作部1还监测套管19结合位20，进而对下行距离及位置进行一个校正，在达到指定位置后，电动扶正段14的两个电动扶正器21中的扶正臂受电动伸缩杆驱动横向伸出，四扶正臂是联动的，可以将操作部1与套管19扶正为同心同轴状态，在此状态下，液压平衡段15进行一个微调，使电动切割段18到达合适的切割位置，而后液压驱动段16开始工作，向锚定段17提供高压的液压流体，使得锚定段17中的锚定块32横向伸出，内套管18内壁紧压实现锚定，锚定完成后，电动切割段18开始工作，在切割过程中，由控刀机构控制刀具40的切割给进量，保证安全快速的完成切割，切割完成后，刀具40回缩，锚定松开，电动扶正器21回退，控制部2通过回收牵引线缆进而将操作部1拉回。

以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人物来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人物能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.井下电动切割装置，其特征在于：包括控制部、与控制部通过牵引线缆相连的操作部，控制部用于控制操作部的工作；控制部包括线缆架、控制终端、牵引线缆、计量组件，线缆架用于绕卷存放牵引线缆；与控制终端相连的计量组件安装在线缆架上，通过其上设置的滚轮监测和计算线缆放出的长度，并将上述长度信息发送至控制终端中；控制终端通过牵引线缆与操作部相连；操作部是由多段组成的一字形杆状组合体，其从左至右分别是监测控制段、电动扶正段、液压平衡段、液压驱动段、锚定段、电动切割段，各段依序相接；监测控制段与牵引线缆相连，对各段的供电、控制以及与控制终端实现数据交换传送；电动扶正段用于将操作部在套管内扶正，使操作部与套管同轴同心；液压平衡段通过伸缩调整实现对电动切割段的位置微调；液压驱动段用于向锚定段提供驱动压液；锚定段用于将操作部整体锚固在套管内，实现在电动切割段工作时的对其位置进行固定，保证电动切割的顺利完成；电动切割段用于实现对套管的电动切割。

2.如权利要求1中所述的井下电动切割装置，其特征在于：监测控制段包括结构管、安装在结构管内的主电源模块、安装在结构管内的与主电源模块相连的主控电路板：电动扶正段由两个四臂的电动扶正器串接而成，两电动扶正器均与主控制电路板相连，受主控制电路板供电及控制；液压平衡段包括与电动扶正段相连的固定部、与液压驱动段相连的活动部，固定部内安装有与控制电路相连的电动液压泵，电动液压泵的活动端与活动部相连，电动液压泵受主控制电路板供电及控制，通过电动液压泵的伸缩可以实现活动部相较于固定部沿轴向小距离伸缩；液压驱动段包括外管、置于外管内的电机以及置于外管内与电机相连的柱塞泵，电机与与主控制板相连，受主控制板供电及控制；锚定段包括有外壳、安装在外壳内的前锚定单元和后锚定单元，前锚定单元及后锚定单元通过一高压管与柱塞泵相连，经柱塞泵向前锚定单元及后锚定单元提供工作液压，前锚定单元及后锚定单元均为液压驱动的三爪锚定机构；电动切割段包括驱动部、切割部，驱动部内安装有主电机、与主电机相连的减速机，减速机与切割部相连；减速机用于将电机的输出进行减速增扭后驱动切割部旋转；切割部包括刀盘、与刀盘相连的控刀机构，圆形的刀盘上环布有三个刀槽，各刀槽内对应安装有刀具，刀具与控刀机构相连，控刀机构可控制刀具在刀槽内运动，实现刀具的步进切割。

3.如权利要求1中所述的井下电动切割装置，其特征在于：牵引线缆包括内部外套、设在外套内的钢索以及设置在外套内的导电线、通讯线，通过钢索承担操作部下行的拉力。

4.如权利要求1或2中所述的井下电动切割装置，其特征在于：监测控制段还包括呈环状排布嵌设在结构管上的多个红外测距单元，各红外测距单元与主控制电路板相连，红外测距单元用于操作部下井时经过两套管的结合位时进行计算，由于套管的长度是已知的，且套管的长度稳定性高，所以套管长度及数量作为位置监测校正。

5.如权利要求2中所述的井下电动切割装置，其特征在于：控刀机构包括一机械联动组件以及与该机构联动组件相连的控刀电机，控刀电机驱动该机构联动组件运动进而带动刀具沿刀槽伸出。

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