CN101088689A - 复合缝腔割缝筛管的加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油防砂复合缝腔割缝筛管的加工设备，属于机械加工领域。该设备主要由可控等离子电源、电磁激振头、可控电磁振荡电源、超声波振动换能器、振幅扩大棒、超声波振动电源、数字控制系统、工作液循环过滤系统、主轴系统、床身、数控移动工作台和数控回转工作台等组成。加工时，工具电极和割缝筛管分别与可控等离子电源的正、负极相连，利用工具电极与割缝筛管间放电产生的微细等离子体的高温蚀除作用进行加工。通过控制不同切割深度上的等离子体能量及外加振荡电磁场的强度和频率，来实现对筛管复合缝的加工。本发明的设备可以方便地加工出外窄内宽的复合缝，具有加工精度高、割缝的表面质量好等优点。

Description

复合缝腔割缝筛管的加工设备

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种石油防砂复合缝腔(指从管外至管内缝宽按多级线性或非线性关系增大的缝)割缝筛管的加工设备。

背景技术

油气井出砂是困扰疏松砂岩油藏开采的一个主要问题，它不仅易造成油井的减产、停产，加剧地面和井下设备的磨损，而且严重时还会造成套管的损坏和油井报废。因此，要确保油田稳产、高产，就必须采取一些有效的措施来解决油井的防砂问题。割缝筛管是目前国内外油田使用最为广泛的一种防砂工具，它具有结构简单、成本低廉、流阻小、强度高等优点，可用于石油工业的直井、斜井、分支井、水平井、侧钻井等油井的防砂。

目前国内外常用的筛管加工方法有机械切割和激光切割法两种。机械切割法主要用旋转的圆盘陶瓷刀片或砂轮片产生的机械去除作用进行加工的，主要用于切割缝宽大于0.4mm以上的矩形缝(指从管外至管内缝宽一致的缝)，且缝的表面加工质量和精度都较差。机械切割设备主要由切割刀具及其主轴系统、可实现筛管径向切割运动的驱动系统、可实现筛管轴向切割运动的驱动系统、分度头、工作液循环系统、床身及一些辅助工装夹具等组成，目前，该种加工技术及其设备的应用范围在逐渐减小。激光切割是目前国内外最为常用的一种割缝筛管加工方法，主要切割矩形缝割缝筛管，激光切割设备主要由激光器、激光器电源(包括电压控制、储能电容组、时间控制和触发器等)、光学系统(包括显微镜瞄准、激光束聚焦及加工位置在投影仪上的显示等)、机械系统(包括激光切割头、床身、能在三坐标范围内移动的工作台和机电控制系统等)等组成。筛管由于相对体积较小，散热面积小，激光切割时温升很快，热场复杂、冷却困难、很容易粘渣；由于切入和切出时的速度与切割速度不同，很容易在缝两端切割出比缝宽较大的孔，即产生“火柴头”，影响防砂效果；激光切割后的缝表面存在热影响层，表面较粗糙；此外激光切割技术还存在设备和加工费用昂贵等缺陷。

目前，国内外尚未见复合缝腔割缝筛管加工设备的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合缝腔割缝筛管的加工设备。

本发明的原理是：复合缝腔割缝筛管的加工设备主要由可控等离子电源、电磁激振头、可控电磁振荡电源、超声波振动换能器、振幅扩大棒、超声波电源、数字控制系统、工作液循环过滤系统、主轴系统、床身、数控移动工作台、数控回转工作台和辅助工装夹具等组成。加工时，片状工具电极和割缝筛管分别与等离子电源的正、负极相连，片状工具电极安装在主轴夹头上，在主轴伺服驱动系统和超声振动系统的双重作用下向割缝筛管作超声振动伺服进给，利用工具电极与割缝筛管间在工作液中放电产生的微细等离子体的高温热蚀除作用进行加工。通过控制不同切割深度上的等离子体能量及外加振荡电磁场的强度和频率，使等离子体的能量按预先设定的规律关系变化，等离子体柱向缝的两边产生有规律的往复偏摆运动，从而实现筛管复合缝的加工。每加工完一条缝后，数控回转工作台带动割缝筛管转一个规定的角度，加工完一圈后，割缝筛管在数控移动工作台的带动下向前移动一个规定的距离，再按加工要求加工下一圈，如此下去，便可以加工出复合缝腔割缝筛管。

本发明具有如下优点：

1.通过控制不同加工深度上的等离子体的能量，以及外加电磁场的强度和频率，可以方便地加工出其它加工方法难以加工的外窄内宽的复合缝。

2.整个缝是利用与缝等长度的片状工具电极一次进给加工出的，缝的两端不存在“火柴头”现象，有效地提高了筛管的强度和防砂效果。

3.通过调整工艺参数和工具电极，可以方便地加工出各种不同规格的精密微缝筛管。

4.可在加工过程中对缝的表面进行防腐、淬硬在线处理，加工后缝的表面与管子的基体相比耐磨性提高4倍以上，耐蚀性提高2倍以上。

5.可在10mm厚的套管上加工出0.15mm的复合缝。

附图说明

图1为依据本发明所设计出的复合缝腔割缝筛管的加工设备组成原理示意图。

图2为复合缝腔割缝筛管加工设备的机械部分示意图。

具体实施方式

参见图1。本发明的复合缝腔割缝筛管的加工设备组成原理示意图中，1是床身，主要起支承和导向作用；2是立柱，主要用于支承主轴系统；3是主轴头，主要用于带动工具电极做进给加工运动；4是直流伺服电机，主要用于驱动工具电极做自动伺服进给加工运动；5是直流伺服电机的检测与控制线路，为直流伺服电机与数字控制系统间提供电流通路；6是数字控制系统，主要用于速度、位移和加工参数等的控制；7是连接可控等离子电源的正极与工具电极的电线，提供加工时的电流通路；8是连接可控等离子电源的负极与割缝筛管的电线，提供加工时的电流通路；9是可控等离子电源，主要用于提供可控的等离子加工电能，该电能可以根据加工要求与加工深度的变化自动调节，为了加工出外窄内宽的复合缝，随着加工深度的增加，可控等离子电源输出的电能按预先设定的规律关系增加，使缝宽按要求扩大；10是可控电磁振荡电源，主要用于提供两个电磁振荡头所需要的电能，该电能可以根据加工要求和加工深度的变化自动调节，为了加工出外窄内宽的复合缝，随着加工深度的增加，可控电磁振荡电源输出电能的强度和频率按预先设定的规律关系增加，两个电磁振荡头交替产生强度和频率可变的电磁场，使等离子体有规律的向缝的两边偏摆，按要求扩大缝宽；11是连接可控电磁振荡电源与电磁振荡头的通电线路；12是超声波电源，为超声波振动换能器提供频率16000Hz以上的方波电压，以控制换能器的振动；13是连接超声波振动电源与超声波换能器间的通电线路；14是超声波振动头，主要包括超声波换能器和超声振动扩大棒，用于产生超声振动，并予以放大，带动工具电极做超声振动，提高等离子放电加工的效果；15是冲液导向头，主要用于片状工具电极的导向和提供沿片电极向等离子放电加工间隙冲液的通道；16是片状工具电极，与可控等离子电源的正极相连，在主轴系统的控制下向割缝筛管做超声振动进给运动，以实现对割缝筛管的等离子放电加工；17是电磁振荡头，缝的两边各放置一个，主要用于产生交变的电磁场，使等离子体有规律的向缝的两边偏摆，按要求扩大被加工缝的宽度；18是割缝筛管，与可控等离子电源的负极相连，安装在数控工作台和辅助支撑上，图中的割缝筛管为割缝处的径向剖面图；19是辅助支撑，用于支撑割缝筛管；20是工作液回收槽，主要用于接收加工后的工作液，并对工作液进行初步的过滤；21是工作液回流管，主要用于输送回收槽的工作液给工作液循环过滤系统；22是供液管，主要用于向冲液导向头中提供高压工作液；23是工作液循环过滤系统，主要用于对回收的工作液过滤处理，并向冲液管提供高压液体。

参见图2。本发明的复合缝腔割缝筛管加工设备的机械部分示意图。图中：1是床身；2是立柱；3是主轴头；4是直流伺服电机；14是超声波振动头；15是冲液导向头；16是片状工具电极；18是割缝筛管；19是辅助支撑；24是数控移动工作台，主要用于带动割缝筛管做轴向进给运动，以完成对整根割缝筛管的加工；25是数控回转工作台，主要用于装夹割缝筛管，带动割缝筛管进行旋转分度，以实现对割缝筛管的整个圆周方向的加工，每加工完一圈后，数控移动工作台带动割缝筛管沿轴向移动一个规定的距离，再加工下一圈，如此循环下去，便可以加工出整根割缝筛管；26是已加工出的缝。

Claims (4)

1.一种复合缝腔割缝筛管的加工设备，其特征在于：该设备主要由可控等离子电源、电磁激振头、可控电磁振荡电源、超声波振动换能器、振幅扩大棒、超声波振动电源、数字控制系统、工作液循环过滤系统、主轴系统、床身、数控移动工作台和数控回转工作台等组成。

2.如权利要求1所述的复合缝腔割缝筛管的加工设备，其特征在于：两个电磁振荡头被放置在割缝的两边。

3.如权利要求1所述的复合缝腔割缝筛管的加工设备，其特征在于：可控等离子电源输出的电能可以根据加工要求进行在线自动调整。

4.如权利要求1所述的复合缝腔割缝筛管的加工设备，其特征在于：可控电磁振荡电源输出的电压、电流和频率可以根据加工要求进行在线自动调整。

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