CN105507838B - 一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，包括上接头和弹尾，上接头和弹尾之间从上接头到弹尾依次同轴设置有环形切割单元、穿孔单元、能量单元、穿孔单元和环形切割单元。本发明将环形切割单元、穿孔单元和能量单元组装在同一个聚能切割装置中，使得穿孔单元的高强穿透力和环形切割单元的大面积制造弱点的优势协同作用，并且配以能量单元提供适当的能量，对切割厚壁金属管柱具有良好的切割效果。穿孔单元靠近能量单元使得能量单元的能量能够很好地传递至穿孔单元在厚壁金属管柱上的穿孔平面上，起到良好的切割效果。
Description
技术领域
本发明属于爆破切割工程领域，涉及爆炸切割器，具体涉及一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，用于油气井施工过程中厚壁金属管柱遇卡的解卡施工处理中。
背景技术
油田开采中，经常会遇到5寸、5-1/2寸的钻杆、钻铤、加厚钻杆等厚壁金属管柱的遇卡事故，厚壁金属管柱遇卡后一般采用聚能切割的方法将金属管柱从卡点以上完全切割断，之后将金属管柱提出井口之后再对切割点以下的管柱进行处理。
例如：国内外在油气井的开发过程中，往往会遇到卡钻问题，通常对于厚壁金属管柱采用的解卡方式为爆炸松扣及炸药直接爆破方法，这两种方法一般对于井压小于40MPa的5寸5-1/2寸的钻杆的松扣及切割效果比较明显，但对于井压大于40MPa及厚壁的钻铤、加厚钻杆的解卡效果比较差，且在实际施工作业时通常会碰到由于管柱通径过小无法将相应规格的松扣装置及爆破装置下放到指定位置，而使用小规格的松扣及爆破装置进行解卡处理的情况，一般这种情况下解卡成功率非常低。所以对解卡位置同时进行穿孔、切割、爆破作业，可以实现对井下大于40MPa的5寸、5-1/2寸的钻杆、钻铤、加厚钻杆的解卡处理。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，使用该装置可以实现厚壁金属管柱切割作业，例如可实现对井压大于40MPa的油田钻井过程中的5寸、5-1/2寸钻杆、钻铤、加厚钻杆的切割作业。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，包括上接头和弹尾，上接头和弹尾之间从上接头到弹尾依次同轴设置有穿孔单元和能量单元。
优选的，上接头和弹尾之间从上接头到弹尾依次同轴设置有环形切割单元、穿孔单元和能量单元。
最优选的，上接头和弹尾之间从上接头到弹尾依次同轴设置有环形切割单元、穿孔单元、能量单元、穿孔单元和环形切割单元。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的用于厚壁金属管柱的聚能切割装置在轴向上以能量单元为对称中心，能量单元两端的环形切割单元和穿孔单元相对于能量单元对称设置。
所述的上接头、环形切割单元的金属壳体、穿孔单元的金属壳体、能量单元的金属壳体、穿孔单元的金属壳体、环形切割单元的金属壳体和弹尾之间依次为可拆卸安装。
所述的环形切割单元根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的环形切割单元的组合；所述的穿孔单元根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的穿孔单元的组合；所述的能量单元根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的能量单元的组合。
所述的环形切割单元包括金属壳体，金属壳体内中间位置安装有通过药型罩塑形的切割药，切割药的两端分别设置有通过防爆隔板隔开的药柱。
所述的穿孔单元包括包括金属壳体，金属壳体内靠近环形切割单元的端部设置有防爆隔离台，防爆隔离台中心安装有骨架，骨架上沿着轴向安装有多层穿孔弹，每层为对称设置的多个穿孔弹。
所述的穿孔弹包括穿孔弹壳体和穿孔弹药型罩组成的药型腔，药型腔内装有穿孔药，穿孔弹壳体上还设置有用于安装在骨架上的螺纹头。
所述的多层穿孔弹中，相邻两层的穿孔弹之间错位设置，错位角为5°～35°，优选15°～25°，最优选20°；中间层穿孔弹垂直于骨架的轴向设置，中间层两侧的各层穿孔弹的安装角度向中间层聚拢，使得各层穿孔弹在被切割金属管柱上的穿孔平面在同一个平面内。
优选的，所述的骨架上沿着轴向安装有一层以上穿孔弹，每层为对称设置的两个以上穿孔弹，优选的，所述的骨架上沿着轴向安装有三层以上穿孔弹，每层为对称设置的五个以上穿孔弹。
所述的能量单元包括包括金属壳体，金属壳体内安装有多个药柱。
上接头、环形切割单元、穿孔单元、能量单元的、穿孔单元和环形切割单元的中心均开设有用于安装导爆索的导爆孔。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明将环形切割单元、穿孔单元和能量单元组装在同一个聚能切割装置中，使得穿孔单元的高强穿透力和环形切割单元的大面积制造弱点的优势协同作用，并且配以能量单元提供适当的能量，对切割厚壁金属管柱具有良好的切割效果。穿孔单元靠近能量单元使得能量单元的能量能够很好地传递至穿孔单元在厚壁金属管柱上的穿孔平面上，起到良好的切割效果。
(Ⅱ)本发明的聚能切割装置实现了对油气井开采过程中钻杆、钻铤、加厚钻杆等厚壁金属管柱实现切割解卡。各个单元之间可拆卸安装，可以根据金属管柱的壁厚调整每个单元的数量，随着壁厚的增加而增加每个单元的数量。可以根据井压的大小调整每个单元的数量，随着井压的增加而增加每个单元的数量。同时此装置可以拆分成单个单元使用，也可以用于薄壁金属管柱的切割。
(Ⅲ)所述的穿孔单元中相邻两层的穿孔弹之间错位设置，可以开设多个不重叠的孔，使得穿孔单元的功效最大程度发挥，中间层两侧的隔层穿孔弹的安装角度向中间层聚拢，使得各层穿孔弹在被切割金属管柱上的穿孔平面在同一个平面内，即在同一个平面内形成密集的不重叠的孔，实现更好的切割。
附图说明
图1是本发明的切割装置的全剖结构示意图。
图2是本发明的环形切割单元的全剖结构示意图。
图3是本发明的穿孔单元的全剖结构示意图。
图4是本发明的能量单元的全剖结构示意图。
图5是骨架和穿孔弹的整体结构示意图。
图6是骨架和穿孔弹的整体正视全剖结构示意图。
图7是骨架和穿孔弹的整体俯视结构示意图。
图8是穿孔弹的结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-上接头，2-弹尾，3-环形切割单元，4-穿孔单元，5-能量单元，6-穿孔单元，7-环形切割单元，8-导爆索，9-导爆孔；
(3-1)-金属壳体，(3-2)-药型罩，(3-3)-切割药，(3-4)-防爆隔板，(3-5)-药柱；
(4-1)-金属壳体，(4-2)-防爆隔离台，(4-3)-骨架，(4-4)-穿孔弹；(4-4-1)-穿孔弹壳体，(4-4-2)-穿孔弹药型罩，(4-4-3)-穿孔药，(4-4-4)-螺纹头；
(5-1)-金属壳体，(5-2)-药柱。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图1至图8所示，本实施例给出了一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，包括上接头1和弹尾2，上接头1和弹尾2之间从上接头1到弹尾2依次同轴设置有环形切割单元3、穿孔单元4、能量单元5、穿孔单元6和环形切割单元7。
用于厚壁金属管柱的聚能切割装置在轴向上以能量单元5为对称中心，能量单元5两端的环形切割单元3、7和穿孔单元4、6相对于能量单元5对称设置。
上接头1、环形切割单元3的金属壳体3-1、穿孔单元4的金属壳体4-1、能量单元5的金属壳体5-1、穿孔单元6的金属壳体4-1、环形切割单元7的金属壳体3-1和弹尾2之间依次为可拆卸安装。
环形切割单元3、7根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的环形切割单元3、7的组合；所述的穿孔单元4、6根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的穿孔单元4、6的组合；所述的能量单元5根据被切割金属管柱的壁厚设置为一个以上的能量单元5的组合。
环形切割单元3、7包括金属壳体3-1，金属壳体3-1内中间位置安装有通过药型罩3-2塑形的切割药3-3，切割药3-3的两端分别设置有通过防爆隔板3-4隔开的药柱3-5。
穿孔单元4、6包括包括金属壳体4-1，金属壳体4-1内靠近环形切割单元3、7的端部设置有防爆隔离台4-2，防爆隔离台4-2中心安装有骨架4-3，骨架4-3上沿着轴向安装有多层穿孔弹4-4，每层为对称设置的多个穿孔弹4-4。
穿孔弹4-4包括穿孔弹壳体4-4-1和穿孔弹药型罩4-4-2组成的药型腔，药型腔内装有穿孔药4-4-3，穿孔弹壳体4-4-1上还设置有用于安装在骨架4-3上的螺纹头4-4-4。
多层穿孔弹4-4中，相邻两层的穿孔弹4-4之间错位设置，错位角为5°～35°，优选15°～25°，最优选20°；中间层穿孔弹4-4垂直于骨架4-3的轴向设置，中间层两侧的各层穿孔弹的安装角度向中间层聚拢，使得各层穿孔弹4-4在被切割金属管柱上的穿孔平面在同一个平面内。
骨架4-3上沿着轴向安装有三层以上穿孔弹4-4，每层为对称设置的五个以上穿孔弹4-4。
能量单元5包括金属壳体5-1，金属壳体5-1内安装有多个药柱5-2。
上接头1、环形切割单元3、穿孔单元4、能量单元5的、穿孔单元6和环形切割单元7的中心均开设有用于安装导爆索8的导爆孔9。
本发明的工作过程如下所述：
在实施切割作业时，上接头1上端有螺纹，可以连接专用的点火总成，连接后点火总成中的雷管与上接头1上的导爆孔9对齐，整个导爆孔9中装有传爆物质，例如导爆索8，切割作业时点火总成被起爆后可以起爆导爆索8，
导爆索8可以顺利将环形切割单元3、穿孔单元4、能量单元5、穿孔单元6和环形切割单元7起爆，从而达到切割的目的。
环形切割单元3被起爆后可以形成一个环形的金属射流，其金属射流垂直作用于被切割金属管柱的内壁实现对其进行环形切割；穿孔单元4被起爆后其中的穿孔但可以形成一锥形射流，垂直作用于被切割金属管柱上，在同一圆周平面上对被切割金属管柱进行穿孔作业，而能量单元5被起爆后形成的冲击波作用于穿孔及切割之后的被切割金属管柱上，在能量单元5形成的冲击波作用下被切割金属管柱从切割及射孔位置断开，从而最终达到切割的目的。
实施例2：
本实施例给出了一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，具体单元的结构和工作过程与实施例1相同，区别仅仅在于：本实施例中：上接头1和弹尾2之间从上接头1到弹尾2依次同轴设置有环形切割单元3、穿孔单元4和能量单元5。
实施例3：
本实施例给出了一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，具体单元的结构和工作过程与实施例1相同，区别仅仅在于：本实施例中：上接头1和弹尾2之间从上接头1到弹尾2依次同轴设置有环形切割单元3、穿孔单元4和能量单元5。
Claims (5)
1.一种用于厚壁金属管柱的聚能切割装置，包括上接头(1)和弹尾(2)，其特征在于：上接头(1)和弹尾(2)之间从上接头(1)到弹尾(2)依次同轴设置有第一环形切割单元(3)、第一穿孔单元(4)、能量单元(5)、第二穿孔单元(6)和第二环形切割单元(7)；
所述的上接头(1)、第一环形切割单元(3)的金属壳体(3-1)、第一穿孔单元(4)的金属壳体(4-1)、能量单元(5)的金属壳体(5-1)、第二穿孔单元(6)的金属壳体(4-1)、第二环形切割单元(7)的金属壳体(3-1)和弹尾(2)之间依次为可拆卸安装；
所述的第一穿孔单元(4)和第二穿孔单元(6)包括金属壳体(4-1)，金属壳体(4-1)内靠近第一环形切割单元(3)和第二环形切割单元(7)的端部设置有防爆隔离台(4-2)，防爆隔离台(4-2)中心安装有骨架(4-3)，骨架(4-3)上沿着轴向安装有多层穿孔弹(4-4)，每层为对称设置的多个穿孔弹(4-4)；
所述的多层穿孔弹(4-4)中，相邻两层的穿孔弹(4-4)之间错位设置，错位角为5°～35°；中间层穿孔弹(4-4)垂直于骨架(4-3)的轴向设置，中间层两侧的各层穿孔弹的安装角度向中间层聚拢，使得各层穿孔弹(4-4)在被切割金属管柱上的穿孔平面在同一个平面内。
2.如权利要求1所述的聚能切割装置，其特征在于：所述的用于厚壁金属管柱的聚能切割装置在轴向上以能量单元(5)为对称中心，第一环形切割单元(3)和第二环形切割单元(7)相对于能量单元(5)对称设置，第一穿孔单元(4)和第二穿孔单元(6)相对于能量单元(5)对称设置。
3.如权利要求1所述的聚能切割装置，其特征在于：所述的第一环形切割单元(3)和第二环形切割单元(7)设置为一个以上的第一环形切割单元(3)和第二环形切割单元(7)的组合；所述的第一穿孔单元(4)和第二穿孔单元(6)设置为一个以上的第一穿孔单元(4)和第二穿孔单元(6)的组合；所述的能量单元(5)设置为一个以上的能量单元(5)的组合。
4.如权利要求1所述的聚能切割装置，其特征在于：所述的骨架(4-3)上沿着轴向安装有三层以上穿孔弹(4-4)，每层为对称设置的五个以上穿孔弹(4-4)。
5.如权利要求1所述的聚能切割装置，其特征在于：所述的上接头(1)、第一环形切割单元(3)、第一穿孔单元(4)、能量单元(5)的、第二穿孔单元(6)和第二环形切割单元(7)的中心均开设有用于安装导爆索(8)的导爆孔(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of shaped energy cutting device for thick wall metal pipe string Effective date of registration: 20210701 Granted publication date: 20180213 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: North Schlumberger Oilfield Technologies (Xi'an) Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000172 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231211 Granted publication date: 20180213 Pledgee: Xi'an investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: North Schlumberger Oilfield Technologies (Xi'an) Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000172 |