CN103174390B - 一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，以有效地连续实现对井下作业装置的锚定、点火和解卡。其包括一级主装药、延期药和二级主装药、泄压活塞阻挡的泄压孔、滑块、活塞杆和套在活塞杆外的支撑筒以及连接在支撑筒下端的撞击发火装置；一级主装药燃烧产生的气体推动支撑筒向上运动，接着支撑筒推动滑块向上运动卡在施工管壁上，实现装置的锚定，同时，支撑筒带动撞击发火装置向上运动被活塞杆撞击后发火，此时，延期药开始燃烧，装置内压力不变，撞击发火装置完成对火焰切割装置的点火，之后，二级主装药开始燃烧，装置内压力上升，被泄压活塞阻挡的泄压孔外漏，气体从泄压孔处外泄，装置内压力下降，滑块回落实现装置解卡。

Description

一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置

技术领域

本发明涉及一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，具体用于油气井施工过程中电缆传输时对施工装置的锚定和自动解卡。

背景技术

油田开采中，经常采用电缆将压裂弹、射孔枪和切割器等石油井下爆破切割装置传输到爆破切割位置，为防止装置在爆破时自由攒动，影响爆破或切割效果，在爆破切割前需对装置进行锚定，并且在工作完后自动解锚定，及时将爆破切割装置提出井外。

例如：国内外在油气井的开发过程中，往往会遇到卡钻问题，一般处理卡钻事故的主要方法是对卡钻钻杆进行切割，通常采用的切割方法主要有聚能切割法和火焰切割法，这两种切割方法都是采用电缆将切割器传输到切割位置然后进行点火切割，在国内使用的火焰切割方法“环形燃烧切割法”对卡钻钻杆进行切割时切割器容易上窜，严重影响切割效果，所以在使用环形燃烧切割器对遇卡钻杆进行切割时，在切割前必须对切割器进行锚定，在切割作业后需要锚定机构自动解卡，电缆上提即可提出切割装置，完成整个切割作业，可以保证切割效果。现有技术中还没有电缆传输的火焰切割装置用锚定解卡装置，工作时，主要靠井液的重量压住切割器防止其攒动，但该方法只能在具有一定深度的井液环境下使用，具有很大的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，采用该装置将施工装置锚定于施工管柱的内壁，防止其在工作时上下窜动，并且在工作完后该锚定解卡装置自动解卡，便于工作人员将电缆传输的火焰切割装置及时提出井外。

本发明解决上述技术问题提供的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置包括沿轴向依次连接的燃烧室、导气泄压接头、滑块接头和活塞杆，所述活塞杆外套装有支撑筒，且该支撑筒与所述活塞杆之间设有径向间隙，所述支撑筒的一端沿轴向与滑块接头相对，另一端连接有撞击发火装置；

所述燃烧室中装有一级主装药和二级主装药，该一级主装药和二级主装药之间装有延期药；

所述导气泄压接头中开设有与燃烧室的内部相通的活塞腔，该活塞腔中装配有泄压活塞，所述活塞腔的侧壁上开设有泄压孔；

所述滑块接头的与活塞杆连接的端部设有滑槽，滑槽中装有滑块，所述滑块与所述支撑筒沿轴向相对；

所述导气泄压接头、滑块接头和活塞杆中均开设有轴向导气孔，所述活塞杆上开设有与轴向导气孔相通的径向导气孔；所述燃烧室的内部依次通过各轴向导气孔和径向导气孔与径向间隙相通；

所述撞击发火装置包括与支撑筒连接的下接头，该下接头中沿轴向开设有与支撑筒内部相通的装药腔，所述装药腔内沿轴向装有击针和发火装置，所述击针与所述活塞杆轴向相对。

本发明的其他技术特征为：

所述燃烧室中装有敞口的注药壳体，且该注药壳体的外壁与燃烧室的内壁之间存有间隙，所述一级主装药和二级主装药装在注药壳体中，所述注药壳体中于一级主装药和二级主装药之间装有延期药壳体，所述延期药装在延期药壳体中；所述延期药壳体的外侧壁上开设有多个凹槽，该凹槽底部开设有与延期药壳体内部相通的通孔A，且所述延期药壳体与注药壳体间密封。

所述支撑筒的内壁上沿周向设置有上凸块，所述活塞杆上沿周向设置有下凸块，且所述下凸块位于所述上凸块的轴下方，所述上凸块与下凸块之间设有径向间隙。

所述滑块接头与活塞杆连接的端部为倒锥形，所述滑块接头的倒锥形部位至少开设有两个滑槽，每个滑槽中至少装有一个滑块。

所述发火装置包括一中空的发火管接头，在该发火管接头中装有一中空的发火管座，在该发火管座中装有发火药，所述发火管接头和发火管座的顶部均开设有相应的点火通孔。

所述泄压活塞通过泄压销钉固定在活塞腔中。

所述滑块接头上套有剪切环，且该剪切环与滑块相贴。

所述支撑筒通过剪切销钉固定在活塞杆上。

所述击针通过限位销钉固定在装药腔中，所述限位销钉包括径向开设于击针上的通孔B和开设于装药腔内壁上的两个弧形凹槽，该两个弧形凹槽分别位于通孔B两端，所述通孔B中装有两个固定块和一弹簧，且弹簧位于两个固定块之间，每个固定块的与弧形凹槽相对的端部为圆弧形并装配于相应的弧形凹槽中。

所述击针与发火装置之间设有安全装置，该安全装置包括沿径向开设于下接头中的活塞孔，该活塞孔的一端为密封端，另一端为与外界相通的敞口端，在活塞孔中自密封端至敞口端依次装配有弹簧和活塞，活塞上开设有轴向通孔，该轴向通孔在径向上偏离击针。

装置在工作时，一级主装药、延期药和二级主装药依次被引燃燃烧，其中：一级主装药燃烧产生的气体经各轴向导气孔和径向导气孔进如活塞杆与支撑筒之间的径向间隙，在径向间隙中形成压力，该压力推动支撑筒向上运动，同时，支撑筒推动滑块向上滑动，使得滑块卡固在施工管柱的内壁上，实现对电缆传输的火焰切割装置的锚定；同时，在实现锚定的过程中支撑筒带动下接头和下接头中的击针及撞击发火装置向上运动，至击针被活塞杆撞击后，接着击针向下运动撞击装置中的发火药使其发火，此时一级主装药燃烧完结并引燃延期药；延期药燃烧时，装置内压力基本不变，发火药完成对电缆传输的火焰切割装置 的点火；之后，二级主装药被引燃，燃烧产生气体，使得活塞腔中的压力增大，泄压活塞开始向下运动，当泄压孔外漏时，装置内气体从泄压孔处外泄，装置内压力下降，支撑筒失去向上推动的压力后在重力作用下落回原位，滑块随之也向下滑动解锚卡，进而实现电缆传输的火焰切割装置的解卡。本发明的锚定解卡装置不但实现了对电缆传输的火焰切割装置的的全自动化锚定和解卡，而且具有以下特点：

（1）封装有延期药的延期药壳体与其外部的注药壳体间密封，且延期药壳体的外侧壁上开设有若干凹槽，各凹槽的底面开设有通孔，采用该结构后，延期药在燃烧时产生的少量气体经各通孔进入相应的凹槽并被密封于凹槽中，不进入装置的其他部位，进而充分保证了延期药燃烧时装置的内的压力不变。

（2）采用设置上、下凸块的方式在支撑筒与活塞杆之间设置径向间隙，使得沿轴向进入的气体在径向间隙处形成压力，进而推动可做轴向运动的支撑筒向上运动。

（3）泄压活塞与活塞腔侧壁之间插设有剪切销钉，有效保证装置在实现锚定功能的过程中泄压活塞不会向下运动，很好的实现装置在前期工作过程中的密封。

（4）在滑块接头上于滑块的上部紧贴着滑块套有剪切环或在活塞杆与支撑筒之间插设剪切销钉，可有效避免装置在未工作时活塞杆与支撑筒的相对运动。

（5）击针上设置限位销钉，可有效防止击针在装药腔中自由滑动。

（6）击针与发火药之间设有避免运输或安装过程中击针误撞发火药安全装置，保证施工过程的安全。

本发明的装置也可用于井下电缆传输射孔、压裂作业时的锚定及自动解卡。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例4的装置的结构示意图；

图2为图1中延期药壳体的结构示意图；

图3为图1中活塞杆与支撑筒之间的安装结构示意图；

图4为图1中下接头内部的结构示意图；

图中的各标号表示：1-燃烧室、11-一级主装药、12-延期药、13-二级主装药、14-注药壳体、15-延期药壳体、151-凹槽、152-通孔A、2-导气泄压接头、21-活塞腔、22-泄压活塞、23-泄压孔、24-轴向导气孔、25-泄压销钉、3-滑块接头、31-滑块、32-剪切环、33-轴向导气孔、4-活塞杆、41-轴向导气孔、42-径向导气孔、43-下凸块、5-支撑筒、51-径向间隙、52-上凸块、6-下接头、61-装药腔、62-击针、621-限位销钉、63-发火管接头、64-发火管座、65-发火药、66-安全装置、661-活塞、662-轴向通孔、663-弹簧、67-点火通孔、71-密封装置、72-点火元件。

具体实施方法 

实施例1：

参考图1至图4，该实施例提供的电缆传输的火焰切割装置的自动锚定解卡装置是将火焰切割装置：“环形燃烧切割器”在切割过程时锚定在目标管柱内壁，当切割作业完成后装置自动解卡，在电缆的上提力作业下将切割器提出切割管柱。

装置具体包括一个圆筒形的装药燃烧室1，该燃烧室1上端连接一个点火装置，该燃烧室1中装有一级主装药11和二级主装药13及延期药12，且延期药12装在一级主装药11和二级主装药13之间，一级主装药11、延期药12和二级主装药13装入敞口的注药壳体14中后装入燃烧室1中，且延期药12封装在上下端均为敞口的延期药壳体15中后装入注药壳体14中，同时，注药壳体14与燃烧室1的内壁之间存有间隙，延期药壳体15与注药壳体14之间密封，为保证延期药12燃烧时产生的气体不进入装置的其他部位，所用的延期药壳体15外壁上设有若干凹槽151，在各凹槽151的底部开有与延期药壳体15内部相 通的通孔A152，延期药壳体15与注药壳体14之间密封后，各凹槽151成为储存延期药12燃烧过程中所产生的气体的空间；

燃烧室1下端密封连接有导气泄压接头2，该导气泄压接头2中开设有同时与燃烧室1内相通的活塞腔21和一偏心轴向导气孔24，活塞腔21中装有一个泄压活塞22，且在活塞腔21侧壁上开设有一个泄压孔23，该泄压孔23偏近燃烧室1的端部，在装置未工作时以及在装置完成锚定和打火的过程中，泄压活塞22由插设在活塞腔21侧壁和泄压活塞22上的泄压销钉25临时固定，将泄压孔23封住；

在导气泄压接头2下端密封连接有滑块接头3，该滑块接头3中开设有一轴向导气孔33，且滑块接头2的下端部为倒锥形，该倒锥形的端部沿周向分布三个燕尾槽，在每个各燕尾槽中装有一个滑块31，同时在滑块接头3上紧贴着滑块31套有一剪切环32，以防止支撑筒5在井液压力的作用下向上运动；

在滑块接头2的下端通过活塞杆4连接一个支撑筒5，即活塞杆4密封连接在滑块接头2下端，支撑筒5套装在活塞杆4上，且支撑筒5的内侧壁与活塞杆4的内侧壁之间密封，同时，在支撑筒5的内壁上沿周向设有上凸块52，在活塞杆4上于上凸块52的下方设有下凸块43，且上凸块52与下凸块43之间存有径向间隙51；在活塞杆4中开设一轴向导气孔41和与轴向导气孔41相通的径向导气孔42；燃烧室1的内部依次通过各轴向导气孔（24、33、41）和径向导气孔42与径向间隙51相通；

支撑筒5的上端与滑块31相对，另一端连接一个下接头6，下接头6中开设有与支撑筒5的内部相通的装药腔61，且活塞杆4伸入装药腔61中，在装药腔61中装有一个击针62和发火装置，且活塞杆4与击针62上下相对，所述发火装置包括一中空的发火管接头63，在该发火管接头63中装有一中空的发火管座64，在该发火管座64中装有发火药65，且在发火管接头63和发火管座64顶部均开有与击针62相对的点火通孔67，其中的发火药65选用发火管，也可 选用起爆管。 

实施切割作业时，燃烧室1上端与密封装置71相联，密封装置71内装有点火元件72，锚定装置下接头6上设有连接螺纹，其直接可以和切割装置上端的燃烧室转换接头上的螺纹连接，连接后，发火管65端部正好和切割装置的燃烧室转换接头的中心孔对齐，切割装置的燃烧室转换接头的中心孔中装有火药，发火管65发火后可以点燃切割装置燃烧室转换接头中的火药，达到点火的目的。

点火原件发火后引燃一级主装药11，一级主装药11燃烧产生气体，气体沿着燃烧室1与注药壳体14之间的缝隙流向导气泄压接头2中的轴向导气孔24，再依次经滑块接头3的轴向导气孔33、活塞杆4中的轴向导气孔41、活塞杆4中的径向导气孔42进入径向间隙51中，并在此处停留，随着一级主装药11的不断燃烧释放气体，径向间隙51中的压力不断上升，同时支撑筒5给滑块31一向上的推力，当径向间隙51中的压力上升到一定程度时，剪切环32被剪断，滑块31沿着燕尾槽向上移动，滑块31向上移动至紧贴在金属管内壁，此时整个工作装置被紧紧锚定在管壁内；同时，下接头6在支撑筒5的带动向上运动，下接头6中的击针62也随之向上运动撞击到活塞杆4上，被活塞杆4撞击的击针62向下移动，击针62向下移动到一定距离后通过点火通孔67撞击到发火管65使发火管65发火燃烧；发火管65开始燃烧时一级主装药11燃烧完毕并引燃延期药12，延期药12燃烧过程装置内部的压力保持平衡；发火管65燃烧点燃井下作业装置；此时二级主装药13开始燃烧，燃烧后装置内压力开始继续上升，当压力上升到泄压销钉25的剪断力时，泄压销钉25被剪断，泄压活塞22向下移动，露出泄压孔23，装置中的压力从泄压孔23处释放，当装置内外压力平衡后，支撑筒5在重力的作用下落回初始状态，此时滑块31沿着各自的燕尾槽回落到初始状态，从而完成解锚作用，之后可将整个装置提出井口。

此装置在整个切割过程中不会发生损坏，每次施工作业后对装置进行清理，更换其中的剪切环32、泄压销钉25、泄压活塞22，重新装填一级主装药11、 延期药12和二级主装药13后，整个装置就可以重新再使用，从而降低了成本。

实施例2：

该实施例与实施例1不同之处在于，滑块接头3上未套剪切环32，而是在活塞杆4与支撑筒5之间沿周向插设有三个销钉，销钉的安装个数可根据井下压力确定，一般为2～6个。

实施例3：

参考图1至图4，该实施例是在实施例1的基础上在击针62与发火装置之间设有安全装置66，安全装置66包括沿径向开设于下接头6中的活塞孔，该活塞孔的一端为密封端，另一端为与外界相通的敞口端，在活塞孔中自密封端至敞口端依次装配有弹簧663和活塞661，活塞661上开设有轴向通孔662，该轴向通孔662在径向上偏离击针62的端部，这样可避免在运输和安装时击针62误撞发火药65，装置在井下作业时，活塞661在井中液体的压力作用下朝活塞孔的密封端运动，进而使得轴向通孔662与击针62上下相对，顺利实现作业时击针62对发火药的撞击。

实施例4：

如图1至图4所示，该实施例是在实施例4的基础上通过限位销钉621将击针62在击针62开始工作前将击针62临时固定在装药腔61中，所述限位销钉621包括径向开设于击针62上的通孔和开设于装药腔61内壁上的两个弧形凹槽，该两个弧形凹槽分别位于通孔两端，所述通孔中装有两个固定块和一弹簧，且弹簧位于两个固定块之间，每个固定块的与弧形凹槽相对的端部为圆弧形并装配于相应的弧形凹槽中。在击针61与活塞杆4相撞之前，两个固定块在弹簧弹力的作用下分别被紧卡在相应的弧形凹槽中，当击针与活塞杆相撞后，击针61受到向下的推力，两个固定块滑出弧形凹槽，击针61开始向下运动。

本发明中的一级主装药11和二级主装药13为产气的复合火药。

Claims (6)

1.一种电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，装置包括沿轴向依次连接的燃烧室(1)、导气泄压接头(2)、滑块接头(3)和活塞杆(4)，所述活塞杆(4)外套装有支撑筒(5)，且该支撑筒(5)与所述活塞杆(4)之间设有径向间隙(51)，所述支撑筒(5)设有两个相对的端部，其一端沿轴向与滑块接头(3)相对，另一端连接有撞击发火装置；

所述燃烧室(1)中装有一级主装药(11)和二级主装药(13)，该一级主装药(11)和二级主装药(13)之间装有延期药(12)；

所述导气泄压接头(2)中开设有与燃烧室(1)内部相通的活塞腔(21)，该活塞腔(21)中装配有泄压活塞(22)，所述活塞腔(21)的侧壁上开设有泄压孔(23)；

所述滑块接头(3)的与活塞杆(4)连接的端部设有滑槽，滑槽中装有滑块(31)，所述滑块(31)与所述支撑筒(5)沿轴向相对；

所述滑块接头(3)与活塞杆(4)连接的端部为倒锥形，所述滑块接头(3)的倒锥形部位至少开设有两个滑槽，每个滑槽中至少装有一个滑块(31)，所述滑块(31)与所述支撑筒(5)沿轴向相对；

所述导气泄压接头(2)、滑块接头(3)和活塞杆(4)中均开设有轴向导气孔(24、33、41)，所述活塞杆(4)上开设有与轴向导气孔(41)相通的径向导气孔(42)；所述燃烧室(1)的内部依次通过各轴向导气孔(24、33、41)和径向导气孔(42)与径向间隙(51)相通；

所述撞击发火装置包括与支撑筒(5)连接的下接头(6)，该下接头(6)中沿轴向开设有与支撑筒(5)内部相通的装药腔(61)，所述装药腔(61)内沿轴向装有击针(62)和发火装置，所述击针(62)与所述活塞杆(4)轴向相对；所述燃烧室(1)中装有敞口的注药壳体(14)，且该注药壳体(14)的外壁与燃烧室(1)的内壁之间存有间隙，所述一级主装药(11)和二级主装药(13)装在注药壳体(14)中，所述注药壳体(14)中于一级主装药(11)和二级主装药(13)之间装有延期药壳体(15)，所述延期药(12)装在延期药壳体(15)中；所述延期药壳体(15)的外侧壁上开设有多个凹槽(151)，该凹槽(151)底部开设有与延期药壳体(15)内部相通的通孔A(152)，且所述延期药壳体(15)与注药壳体(14)间密封；

所述支撑筒(5)的内壁上沿周向设置有上凸块(52)，所述活塞杆(4)上沿周向设置有下凸块(43)，且所述下凸块(43)位于所述上凸块(52)的轴下方，所述上凸块(52)与下凸块(43)之间设有径向间隙(51)；

所述泄压活塞(22)通过泄压销钉(25)固定在活塞腔(21)中。

2.如权利要求1所述的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，所述发火装置包括一中空的发火管接头(63)，在该发火管接头(63)中装有一中空的发火管座(64)，在该发火管座(64)中装有发火药(65)，所述发火管接头(63)和发火管座(64)的顶部均开设有相应的点火通孔(67)。

3.如权利要求1所述的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，所述滑块接头(3)上套有剪切环(32)，且该剪切环(32)与滑块(31)相贴。

4.如权利要求1所述的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，所述支撑筒(5)通过剪切销钉固定在活塞杆(4)上。

5.如权利要求1所述的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，所述击针(62)通过限位销钉(621)固定在装药腔(61)中，所述限位销钉(621)包括径向开设于击针(62)上的通孔B和开设于装药腔(61)内壁上的两个弧形凹槽，该两个弧形凹槽分别位于通孔B两端，所述通孔B中装有两个固定块和一弹簧，且弹簧位于两个固定块之间，每个固定块的与弧形凹槽相对的端部为圆弧形并装配于相应的弧形凹槽中。

6.如权利要求1所述的电缆传输的火焰切割装置用自动锚定解卡装置，其特征在于，所述击针(62)与发火装置之间设有安全装置(66)，该安全装置(66)包括沿径向开设于下接头(6)中的活塞孔，该活塞孔的一端为密封端，另一端为与外界相通的敞口端，在活塞孔中自密封端至敞口端依次装配有弹簧(663)和活塞(661)，活塞(661)上开设有轴向通孔(662)，该轴向通孔(662)在径向上偏离击针(62)。