CN105401900A - 电缆式电液控制割管工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的电缆式电液控制割管工具，包括锚固模块和切割模块，所述锚固模块设置在后部，切割模块设置在前部，所述锚固模块由电液油源装置、环境压力平衡装置、电液驱动控制装置和锚固执行装置构成；通过本技术方案，采用模块化设计，利用电液系统功率重量比大、卸荷方便的特点，利用新的刀片进给机制，以实现锚固输出力大且可控、故障回收方便的特点，具备锚固状态预紧功能，以防止外界振动使得锚固失效进而提高切割作业稳定性之特性，具备切割范围裕度大的特点，避免井下套管变形而导致切割工作藕断丝连情况。所述刀片切割径向最大直径与刀头直径比为1.97:1，通过采用模块化设计，具有较高的互换性和维修方便的特点。

Description

电缆式电液控制割管工具

技术领域

本发明涉及一种石油井下电缆式割管工具，特别是涉及一种电缆式电液控制割管工具。

背景技术

井下割管工具产品的主要设计来源，是用于油气田径向水平井、侧钻水平井、修复套损井、石油钻井废弃平台，以及煤层气、地热、天然气、页岩气、蒸汽井及盐井等的需求，具有广阔的市场前景。

当前，国内外可用于上述场合的切割技术主要有聚能切割、化学切割、金刚石切割绳技术、磨料水射流技术及机械切割等，其中机械切割是一种比较传统的套管切割方法，结构简单、易加工制造且成本低，但是现有的技术手段和十几年前差别不大，而且存在许多不足之处，现有的机械割刀在切割过程中由于振动比较大、刀具容易偏心及缺乏可靠的故障回收模式，使得切割效率比较低，主要原因是锚固稳定性差、故障回收模式灵活性低造成的，以英国SUNDEX公司研制的电动切割套管工具（EP1241321B1，US6868901B2）为代表，该工具具有安全、清洁、可控及精度高等优点，但是该系统存在锚固力小调节困难，且故障回收成功率低等缺点，此外还存在切割范围裕度小易造成切割藕断丝连情形，难以使得切割作业顺利进行。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电缆式电液控制割管工具，通过本技术方案采用电液控制方式产生锚固力，该锚固力大而可控、故障回收方便，同时具备切割范围裕度大的特点，从而有效的弥补了现有技术中存在的不足。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种电缆式电液控制割管工具,包括锚固模块和切割模块，所述锚固模块设置在后部，切割模块设置在前部，所述锚固模块由电液油源装置、环境压力平衡装置、电液驱动控制装置和锚固执行装置构成，所述电液油源装置由锚固电机、锚固电机减速器和液压泵构成，所述锚固电机通过锚固电机减速器与液压泵相连接，所述环境压力平衡装置由环境平衡活塞接头、锚固滤网组件、锚固环境压力平衡弹簧、油箱和锚固活塞组件构成，所述锚固滤网组件安装在环境压力平衡活塞接头上，锚固活塞组件与环境压力平衡活塞接头之间设置有锚固环境压力平衡弹簧，锚固活塞组件之后的锚固电机泵腔为油箱，所述电液驱动控制装置由单向阀、溢流阀、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀和液压双向锁构成，所述单向阀进口连接在液压泵出口上，单向阀出口旁路连接溢流阀，单向阀出口主油路并联连接两个二位三通电磁阀的A口，每个二位三通阀P口均连接一个液控单向阀及二位三通阀T口与油箱连通，两个液控单向阀构成液压双向锁结构，两个液控单向阀出口与液压缸进出口相连接，所述液压缸的无杆腔与二位二通电磁阀相连通，液压缸与锚固执行装置相连。

所述锚固模块的锚固执行装置由从动杆、大弹簧挡块、大弹簧、小弹簧挡块、小弹簧、外推筒、下曲柄连杆机构和上曲柄连杆机构构成，所述从动杆的前端与液压缸活塞杆末端相连，从动杆上由前向后设置有大圆柱段和小圆柱段，所述大弹簧挡块、大弹簧和小弹簧挡块、小弹簧分别套装在从动杆所对应的大圆柱段和小圆柱段上，所述大弹簧和小弹簧的前端分别抵压在从动杆上，大弹簧和小弹簧的后端分别抵压在所对应的大弹簧挡块和小弹簧挡块上，所述大弹簧挡块分别通过外推筒与下曲柄连杆机构连接，所述小弹簧挡块与上曲柄连杆机构相连。

所述大弹簧的刚度大于小弹簧的弹簧刚度。

所述切割模块由切割驱动装置、浸油电机环境压力平衡装置和切割执行装置构成，所述切割驱动装置包括有切割电机、切割减速器和主旋转轴，所述切割电机通过切割减速器与主旋转轴相连，所述切割执行装置包括刀头主轴、扭矩限制器轮、相对固定齿轮、行星齿轮、锥齿轮啮合副、旋转丝杆、丝母、刀片架和刀片，所述刀头主轴与切割驱动装置中的主旋转轴相连接，扭矩限制器轮同轴设置在切割驱动装置中的主旋转轴的外侧，扭矩限制器轮的端部固定设置有相对固定齿轮，相对固定齿轮通过行星齿轮和锥齿轮啮合副与旋转丝杆相连，丝母固定在刀片架上，旋转丝杆旋装在丝母上，刀片固定在刀片架上。

所述切割模块的切割执行装置中，还包括扭矩设定组件，所述扭矩设定组件作用在扭矩限制器轮的外表面上。

所述切割模块中的浸油电机环境压力平衡装置由切割滤网组件、切割密封圈、切割平衡活塞接头和切割弹簧构成，所述切割滤网组件安装在切割平衡活塞接头上，切割平衡活塞接头与切割活塞组件之间设置有切割弹簧。

所述刀片切割径向最大直径与刀头直径比为1.97:1。

采用上述技术方案后的有益效果是：一种井下电缆式电液控制割管工具，通过本技术方案，采用模块化设计，利用电液系统功率重量比大、卸荷方便的特点，利用新的刀片进给机制，以实现锚固输出力大且可控、故障回收方便的特点，具备锚固状态预紧功能，以防止外界振动使得锚固失效进而提高切割作业稳定性之特性，具备切割范围裕度大的特点，避免井下套管变形而导致切割工作藕断丝连情况。所述刀片切割径向最大直径与刀头直径比为1.97:1，通过采用模块化设计，具有较高的互换性和维修方便的特点。

附图说明

图1为本发明的前端结构示意图。

图2为本发明的前段A-A向剖视结构示意图。

图3为本发明的前段B-B向剖视结构示意图。

图4为本发明的中段A-A向剖视结构示意图。

图5为本发明的中段B-B向剖视结构示意图。

图6为本发明的后段A-A向剖视结构示意图。

图7为本发明的后段B-B向剖视结构示意图。

图中，1锚固电机、2锚固电机减速器、3液压泵、4环境压力平衡活塞接头、5锚固滤网组件、6锚固环境压力平衡弹簧、7油箱、8锚固活塞组件、9平衡弹簧腔10单向阀、11溢流阀、12二位二通电磁阀、13二位三通电磁阀、14液控单向阀、15液压缸、16从动杆、17大弹簧挡块、18大弹簧、19小弹簧挡块、20小弹簧、21外推筒、22下曲柄连杆机构、23上曲柄连杆机构（大曲柄在下）、24切割电机、25切割减速器、26主旋转轴，27刀头主轴、28扭矩限制器轮、29相对固定齿轮、30行星齿轮、31锥齿轮啮合副、32旋转丝杆、33丝母、34刀片架、35刀片，36扭矩设定组件、37切割滤网组件、38切割活塞组件、39切割平衡活塞接头、40切割弹簧。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中具体实施例作进一步详细说明。

如图1-图7所示，本发明涉及的电缆式电液控制割管工具,包括锚固模块和切割模块，所述锚固模块设置在后部，切割模块设置在前部，所述锚固模块由电液油源装置、环境压力平衡装置、电液驱动控制装置和锚固执行装置构成，所述电液油源装置由锚固电机1、锚固电机减速器2和液压泵3构成，所述锚固电机1通过锚固电机减速器2与液压泵3相连接，所述环境压力平衡装置由环境平衡活塞接头4、锚固滤网组件5、锚固环境压力平衡弹簧6、油箱7和锚固活塞组件8构成，所述锚固滤网组件5安装在环境压力平衡活塞接头4上，锚固活塞组件8与环境压力平衡活塞接头4之间设置有锚固环境压力平衡弹簧6，锚固活塞组件8之后的锚固电机泵腔为油箱7，所述电液驱动控制装置由单向阀10、溢流阀11、二位二通电磁阀12、二位三通电磁阀13和液压双向锁构成，所述单向阀10进口连接在液压泵3出口上，单向阀10出口旁路连接溢流阀11，单向阀11出口主油路并联连接两个二位三通电磁阀13的A口，每个二位三通阀13的P口均连接一个液控单向阀14及二位三通阀13的T口与油箱7连通，两个液控单向阀14构成液压双向锁结构，两个液控单向阀14出口与液压缸15进出口相连接，所述液压缸15的无杆腔与二位二通电磁阀12相连通，液压缸15与锚固执行装置相连。

所述锚固模块的锚固执行装置由从动杆16、大弹簧挡块17、大弹簧18、小弹簧挡块19、小弹簧20、外推筒21、下曲柄连杆机构22和上曲柄连杆机构23构成，所述从动杆16的前端与液压缸15活塞杆末端相连，从动杆16上由前向后设置有大圆柱段和小圆柱段，所述大弹簧挡块17、大弹簧18和小弹簧挡块19、小弹簧20分别套装在从动杆16所对应的大圆柱段和小圆柱段上，所述大弹簧18和小弹簧20的前端分别抵压在从动杆16上，大弹簧18和小弹簧20的后端分别抵压在所对应的大弹簧挡块17和小弹簧挡块19上，所述大弹簧挡块17分别通过外推筒21与下曲柄连杆机构22连接，所述小弹簧挡块19与上曲柄连杆机构23相连。

所述大弹簧18的刚度大于小弹簧20的弹簧刚度。

所述切割模块由切割驱动装置、浸油电机环境压力平衡装置和切割执行装置构成，所述切割驱动装置包括有切割电机24、切割减速器25和主旋转轴26，所述切割电机24通过切割减速器25与主旋转轴26相连，所述切割执行装置包括刀头主轴27、扭矩限制器轮28、相对固定齿轮29、行星齿轮30、锥齿轮啮合副31、旋转丝杆32、丝母33、刀片架34和刀片35，所述刀头主轴27与切割驱动装置中的主旋转轴26相连接，扭矩限制器轮28同轴设置在切割驱动装置中的主旋转轴26的外侧，扭矩限制器轮28的端部固定设置有相对固定齿轮29，相对固定齿轮29通过行星齿轮30和锥齿轮啮合副31与旋转丝杆32相连，丝母33固定在刀片架34上，旋转丝杆32旋装在丝母33上，刀片35固定在刀片架34上。

所述切割模块的切割执行装置中，还包括扭矩设定组件36，所述扭矩设定组件36作用在扭矩限制器轮28的外表面上。

所述切割模块中的浸油电机环境压力平衡装置由切割滤网组件37、切割平衡活塞接头39和切割弹簧40构成，所述切割滤网组件37安装在切割平衡活塞接头39上，切割平衡活塞接头39与切割活塞组件38之间设置有切割弹簧40。

所述刀片切割径向最大直径与刀头直径比为1.97:1。

当电缆式电液控制割管工具下入到井下指定位置后，井液通过锚固滤网组件5进入平衡弹簧腔9，油箱7注油时有一定预压，使得锚固环境平衡弹簧6被压缩，通过锚固活塞组件8，使得油箱7在环境压力作用下不影响液压系统输出功率，即使得液压缸15活塞杆输出力不受环境压力影响，同时确保依然有一定的背压利于液压泵3抽吸工作；地面控制装置给出指令信号驱动二位二通电磁阀12，并使之处于持续通电状态，锚固电机1开始运转至设定转速，锚固电机1与锚固电机减速器2连接驱动液压泵3，液压泵3出口压力油通过单向阀10，其中溢流阀11确保液压泵3避免瞬时大载荷影响正常工作，单向阀10出口压力油并联两个二位三通电磁阀13，与两个液控单向阀14组成液压双向锁结构；地面指令信号输出指令使得一个二位三通电磁阀13通电打开阀门，单向阀10出口与一个液控单向阀14连通，使得高压油打开一个液控单向阀14进入液压缸15无杆腔，此时另一个二位三通电磁阀13处于断电阀门关闭状态，另一个液控单向阀14在液控力的作用下反向打开使得液压缸15有杆腔通过另一个二位三通电磁阀13回油，从动杆16在液压缸15活塞杆的驱动下依次通过大弹簧18、大弹簧挡块17外推筒21驱动下曲柄连杆机构22展开，以及通过小弹簧20、小弹簧挡块19、驱动下曲柄连杆机构22展开，接着地面控制指令发出信号使得另一个二位三通电磁阀13断电，液压缸15在两个液控单向阀14组成的双向锁情形下锁定液压缸15活塞杆位置，实现电缆割管工具锚固工作。

此后，地面指令信号发出指令驱动切割电机24工作，切割电机24输出设定转速经切割减速器25减速后将旋转运动传递到主旋转轴26上，主旋转轴26与刀头主轴27固定连接，随着主旋转轴26旋转，同步带动刀片35做旋转切割运动，刀片35的径向进给运动通过扭矩限制器轮28、扭矩设定组件36、相对固定齿轮29、行星齿轮30、锥齿轮啮合副31以及旋转丝杆32、丝母33和刀片架34实现动力的传递及扭矩的自动调节，逐渐展开。当刀片35展开到套管内壁后开始切割套管，直至切割完毕；切割完毕后，地面控制装置发出指令使得驱动切割电机24停止转动，接着驱动切割电机24反转，使得刀片35回缩至初始状态，地面控制装置发出指令停止驱动切割电机24，准备回收工具。

接着地面控制装置发出指令驱动锚固电机1开始运转至设定转速，接着地面控制装置给出指令信号驱动另一个二位三通电磁阀13，并使之处于持续通电状态，单向阀10出口与另一个液控单向阀14连通，使得高压油打开另一个液控单向阀14进入液压缸15有杆腔，此时一个二位三通电磁阀13处于断电阀门关闭状态，一个液控单向阀14在液控力的作用下反向打开使得液压缸15无杆腔通过一个二位三通电磁阀13回油，从动杆16在液压缸15活塞杆的驱动下依次通过大弹簧18、大弹簧挡块17外推筒21驱动下曲柄连杆机构22回缩，以及通过小弹簧20、小弹簧挡块19驱动上曲柄连杆机构23回缩，接着地面控制指令发出信号使得另一个二位三通电磁阀13断电，实现电缆割管工具解除锚固，为电缆割管工具回收做好准备。

所述二位二通电磁阀12起主动卸荷作用，在电缆割管工具切割进程中始终处于通电状态，当电缆割管工具出现意外故障并需从井下提出时，使二位二通电磁阀12断电，就可以使得下曲柄连杆机构22及上曲柄连杆机构23轻松回缩，实现解除锚固动作。

在工作进行切割套管刀片切割力过大时，扭矩设定组件36失去对扭矩限制器轮28的固定控制，造成相对固定齿轮29产生转动，降低了行星齿轮30的转动速度，从而降低了刀片架34的径向进给速度，降低了切割力，有效的起到了保护刀片35和设备的作用。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的范围。

Claims (7)

1.一种电缆式电液控制割管工具,包括锚固模块和切割模块，所述锚固模块设置在后部，切割模块设置在前部，其特征在于，所述锚固模块由电液油源装置、环境压力平衡装置、电液驱动控制装置和锚固执行装置构成，所述电液油源装置由锚固电机、锚固电机减速器和液压泵构成，所述锚固电机通过锚固电机减速器与液压泵相连接，所述环境压力平衡装置由环境压力平衡活塞接头、锚固滤网组件、锚固环境压力平衡弹簧、油箱和锚固活塞组件构成，所述锚固滤网组件安装在环境压力平衡活塞接头上，锚固活塞组件与环境压力平衡活塞接头之间设置有锚固环境压力平衡弹簧，锚固活塞组件之后的锚固电机泵腔为油箱，所述电液驱动控制装置由单向阀、溢流阀、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀和液压双向锁构成，所述单向阀进口连接在液压泵出口上，单向阀出口旁路连接溢流阀，单向阀出口主油路并联连接两个二位三通电磁阀的A口，每个二位三通阀P口均连接一个液控单向阀及二位三通阀T口与油箱连通，两个液控单向阀构成液压双向锁结构，两个液控单向阀出口与液压缸进出口相连接，所述液压缸的无杆腔与二位二通电磁阀相连通，液压缸与锚固执行装置相连。

2.根据权利要求1所述的电缆式电液控制割管工具,其特征在于，所述锚固模块的锚固执行装置由从动杆、大弹簧挡块、大弹簧、小弹簧挡块、小弹簧、外推筒、下曲柄连杆机构和上曲柄连杆机构构成，所述从动杆的前端与液压缸活塞杆末端相连，从动杆上由前向后设置有大圆柱段和小圆柱段，所述大弹簧挡块、大弹簧和小弹簧挡块、小弹簧分别套装在从动杆所对应的大圆柱段和小圆柱段上，所述大弹簧和小弹簧的前端分别抵压在从动杆上，大弹簧和小弹簧的后端分别抵压在所对应的大弹簧挡块和小弹簧挡块上，所述大弹簧挡块分别通过外推筒与下曲柄连杆机构连接，所述小弹簧挡块与上曲柄连杆机构相连。

3.根据权利要求2所述的电缆式电液控制割管工具,其特征在于，所述大弹簧的刚度大于小弹簧的弹簧刚度。

4.根据权利要求1所述的电缆式电液控制割管工具，其特征在于，所述切割模块由切割驱动装置、浸油电机环境压力平衡装置和切割执行装置构成，所述切割驱动装置包括有切割电机、切割减速器和主旋转轴，所述切割电机通过切割减速器与主旋转轴相连，所述切割执行装置包括刀头主轴、扭矩限制器轮、相对固定齿轮、行星齿轮、锥齿轮啮合副、旋转丝杆、丝母、刀片架和刀片，所述刀头主轴与切割驱动装置中的主旋转轴相连接，扭矩限制器轮同轴设置在切割驱动装置中的主旋转轴的外侧，扭矩限制器轮的端部固定设置有相对固定齿轮，相对固定齿轮通过行星齿轮和锥齿轮啮合副与旋转丝杆相连，丝母固定在刀片架上，旋转丝杆旋装在丝母上，刀片固定在刀片架上。

5.根据权利要求4所述的电缆式电液控制割管工具，其特征在于，所述切割模块的切割执行装置中，还包括扭矩设定组件，所述扭矩设定组件作用在扭矩限制器轮的外表面上。

6.根据权利要求4所述的电缆式电液控制割管工具，其特征在于，所述切割模块中的浸油电机环境压力平衡装置由切割滤网组件、切割平衡活塞接头和切割弹簧构成，所述切割滤网组件安装在切割平衡活塞接头上，切割平衡活塞接头与切割活塞组件之间设置有切割弹簧。

7.根据权利要求4所述的电缆式电液控制割管工具，其特征在于，所述刀片切割径向最大直径与刀头直径比为1.97:1。