CN111425158B - 油井井下管柱切割装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种油井井下管柱切割装置及其使用方法，该装置包括主轴，所述主轴的外壁上能转动地套设有切割部，所述切割部包括能径向摆动伸缩且能周向旋转的刀臂，所述刀臂上设置能自内部旋转切割油井井下管柱的划刀；所述主轴的顶部连接设置能驱动所述主轴旋转的驱动部，所述油井井下管柱切割装置还包括设置于地面上的控制部，所述控制部与所述驱动部电连接。该油井井下管柱切割装置及其使用方法能减少管柱卡井时的修井施工步骤，降低修井时间，降低修井成本，减少员工劳动强度。

Description

油井井下管柱切割装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，尤其涉及一种用于油井井下管柱故障修井所用的油井井下管柱切割装置及其使用方法。

背景技术

随着油田开发的深入，油井生产时间的延长，油井井下故障增多，其中一种故障是下入油井深部的管柱卡在井里，造成油井不能采油生产，常见的卡管柱故障有：一是油井地层出砂卡管柱，出砂严重的油井会将下入井内的管柱由地层砂埋没几百米，造成井下管柱卡井；二是油井深部套管变形卡管柱，套管变形多发生于蒸汽吞吐开发的稠油、特稠油、超稠油、高凝油油田，在向油井地层注入高温高压蒸汽时，对油井套管产生破坏，使油井套管变形造成井下管柱卡井；三是井下工具故障卡管柱，如；和油井管柱一同下入油井深部的封隔器，由于封隔器故障卡死在油井套管上，造成井下管柱卡井。

现有技术中，油井井下管柱卡井后，由于生产管柱上拔的极限吨位所限，普通修井无法将管柱拔出，需要油井大修施工，油井大修施工处理管柱卡井故障的步骤方法是；用抗拉力强大的钻杆带上一种卡管工具，使卡管工具插在卡井管柱上，用动力使钻杆倒扣旋转，卡井管柱会在上部某个接箍开扣后卸掉一节管柱，提出卸掉一节管柱，通过重复N次上述施工后，到达卡点露出的那一根管后，用钻杆带上一种磨钻工具，用动力旋转钻杆，将管柱上的接箍磨掉后，起出钻杆换工具，用钻杆带上一种抗拉力强大的打捞筒工具，下入井内，使打捞筒工具插在卡井管柱上，用大吨位动力将卡井管柱拔出。这种施工工艺存在下列问题：a、倒扣起出卡井管柱反复进行起下管柱次数太多，耗费修井时间太长，增加修井成本，增加员工劳动强度；b、磨钻接箍需要下、起一次钻杆，还需要磨钻时间和成本。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种油井井下管柱切割装置及其使用方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井井下管柱切割装置及其使用方法，克服现有技术中存在的卡井管柱拔出困难、修井过程繁琐时间长等问题，该油井井下管柱切割装置及其使用方法能减少管柱卡井时的修井施工步骤，降低修井时间，降低修井成本，减少员工劳动强度。

本发明的目的是这样实现的，一种油井井下管柱切割装置，包括主轴，所述主轴的外壁上能转动地套设有切割部，所述切割部包括能径向摆动伸缩且能周向旋转的刀臂，所述刀臂上设置能自内部旋转切割油井井下管柱的划刀；所述主轴的顶部连接设置能驱动所述主轴旋转的驱动部，所述油井井下管柱切割装置还包括设置于地面上的控制部，所述控制部与所述驱动部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述主轴的外壁下部设置外螺纹部，所述主轴的下部密封套设有轴向伸缩筒，所述轴向伸缩筒的内壁上设置与所述外螺纹部匹配的内螺纹部，所述轴向伸缩筒能沿所述主轴轴向伸缩移动；所述轴向伸缩筒的底端连接设置能推动所述刀臂的底部径向摆动的滑块，所述滑块的侧壁上设置呈倾斜设置的刀臂滑道槽，所述刀臂的底部位于刀臂滑道槽内，且所述刀臂的底部侧壁与所述刀臂滑道槽的侧壁抵靠接触，所述刀臂的底部能沿所述刀臂滑道槽滑动且径向外摆。

在本发明的一较佳实施方式中，所述主轴的底端呈球面设置构成主轴球底，所述滑块上自顶部向下设置滑块槽孔，所述滑块槽孔内设置能自底部密封所述轴向伸缩筒的封头结构，所述封头结构的顶端呈球面设置构成封头球顶，所述封头球顶能随所述轴向伸缩筒上移轴向顶抵于所述主轴球底上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述封头结构包括密封连接于所述轴向伸缩筒底部的封头，所述封头上设置上下贯通的封头通孔，所述封头通孔内密封穿设调距螺栓，所述调距螺栓的顶部构成所述封头球顶，所述调距螺栓上位于所述封头的下方套设锁紧螺母。

在本发明的一较佳实施方式中，所述主轴的上部转动套设有动轴套，所述动轴套的外侧壁底部设置刀臂槽，所述刀臂的顶端铰接于所述刀臂槽内；

所述主轴的外壁位于动轴套的上方套设能静止于井内的定轴套，所述主轴转动穿过所述定轴套，所述定轴套的上方固定连接所述驱动部，所述驱动部的输出轴向下延伸设置且能与所述主轴的顶端固定连接，所述驱动部的顶部与连续钢管固定连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述定轴套的外壁上沿周向间隔设置能与井壁摩擦抵靠的扶正器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述定轴套的顶部向下设置第一沉槽，所述驱动部的输出轴与所述主轴的顶端通过对轮和平键固定连接，所述对轮和所述平键位于所述第一沉槽内；所述主轴的外壁上能拆卸地连接锁死螺帽和悬挂螺帽，所述悬挂螺帽的底面与所述第一沉槽的槽底转动顶抵。

在本发明的一较佳实施方式中，所述动轴套的顶部向下设置第二沉槽，所述第二沉槽内设置无油轴承，无油轴承内环套设于所述主轴上，无油轴承外环套设于所述第二沉槽内，所述无油轴承外环包括分体设置的上半圈和下半圈，所述动轴套的顶端设置能自顶部固定所述上半圈的无油轴承固定环。

在本发明的一较佳实施方式中，所述刀臂的顶部设置贯通的刀臂铰接孔，所述刀臂通过能穿过所述刀臂铰接孔的刀臂铰接轴铰接于刀臂槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述刀臂的顶部位于所述刀臂铰接孔的上方设置摆动复位部，所述刀臂槽内水平设置复位弹簧，所述复位弹簧的一端与所述摆动复位部顶抵设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动部为深潜电机，所述深潜电机的顶部固定连接密封端盖，所述密封端盖的顶部设置套设于连续钢管底部的加固管，所述深潜电机的电缆穿过连续钢管与所述控制部电连接。

本发明的目的还可以这样实现，如前述的油井井下管柱切割装置的使用方法，包括以下步骤，

步骤a、油井井下管柱切割装置组装；

步骤b、油井井下管柱切割装置施工前准备；

步骤c、油井井下管柱切割装置下井施工；

步骤d、油井井下管柱切割装置切割施工；

步骤e、卡入井内的油井井下管柱断管施工；

步骤f、卡入井内的油井井下管柱起出施工。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤b包括以下步骤，

b1、查清卡入井内的油井井下管柱相关数据，确定油井井下管柱内径、壁厚、切割点、切割深度；

b2、将油井井下管柱内灌入一定量的清水；

b3、用接箍与油井井下管柱丝扣连接，使其高于井口，用吊卡卡住接箍，悬挂于吊环上，用修井作业机对油井井下管柱形成上提拉力。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤c中，将油井井下管柱切割装置由接箍的内腔插入，由于扶正器与油井井下管柱的内壁有磨擦阻力，需要采用助力器卡住连续钢管向下加力，使油井井下管柱切割装置达到预定深度。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤d中，

操作控制盘启动深潜电机正转，由输出轴将动力传递给主轴，由于扶正器与油井井下管柱的内壁有磨擦阻力，定轴套处于静止状态；主轴通过悬挂螺帽在推力轴承上旋转；

主轴带动轴向伸缩筒和刀臂旋转，主轴相对于轴向伸缩筒是上扣状态，轴向伸缩筒及其底部的滑块相对主轴上移，封头球顶与主轴球底距离缩短，刀臂滑道槽的槽底推动刀臂的底部径向外摆，划刀外摆向油井井下管柱内壁靠近，划刀接触到油井井下管柱内壁后阻力进一步加大，使轴向伸缩筒与主轴处于紧固状态，主轴、轴向伸缩筒、刀臂和划刀构成相对固定的整体，主轴带动划刀同步旋转刮削油井井下管柱，此时深潜电机负荷增大，在控制盘上仪表反映出刮削开始状态；

随着划刀刮削深度的增加，主轴的转动速度快于轴向伸缩筒和刀臂的转动速度，主轴相对于轴向伸缩筒是上扣状态，轴向伸缩筒及其底部的滑块继续相对主轴上移，封头球顶上移顶抵于主轴球底上时，划刀停止对油井井下管柱内壁的刮削，形成刀口，此时深潜电机负荷减小，在控制盘上仪表反映出刮削完成状态，控制盘控制深潜电机停止正向旋转；

操作控制盘启动深潜电机反转，由于井内液体对刀臂产生阻力作用，主轴的转动速度快于轴向伸缩筒和刀臂的转动速度，主轴相对于轴向伸缩筒是退扣状态，封头球顶与主轴球底距离增大，在复位弹簧的作用下，刀臂的底部在刀臂滑道槽内回缩滑行，刀臂复位后，深潜电机的负荷恢复初始状态，操作控制盘停止深潜电机运行。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤e中，将液压钳卡住油井井下管柱短接，操作液压钳作低速上扣旋转几下，使刀口最薄处管壁产生裂痕，移开液压钳，启动修井作业机逐步加力上拔油井井下管柱，使油井井下管柱在刀口处断开。

由上所述，本发明提供的油井井下管柱切割装置及其使用方法具有如下有益效果：

本发明提供的油井井下管柱切割装置及其使用方法中，通过刀臂底部的划刀旋转切割油井井下管柱，减少了现有技术中“倒扣起卡井管柱”和“磨钻接箍”施工工序，避免多次反复起下管柱，减少管柱卡井时的修井施工步骤，降低修井时间，降低修井成本，减少员工劳动强度；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，刀臂的底部能沿刀臂滑道槽滑动且径向外摆，划刀在刮削卡在井里的油井井下管柱时，刀臂滑道槽的槽底承受划刀的径向作用力，避免划刀径向内缩，划刀在刮削时所受周向作用力的受力点位于刀臂滑道槽的侧壁上，保证刮削过程的稳定性；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，轴向伸缩筒与主轴之间通过球面结构实现轴向限位，球面结构的顶抵限位减少了顶抵限位的摩擦阻力，能够保证主轴和封头结构的自由分离；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，通过调整调距螺栓的位置，调整轴向伸缩筒和主轴的轴向顶抵距离，从而实现划刀、刀臂在设定数据内的开度调整，使得控制部能实现刀口数据的控制，方便适用于多种工况，同时避免了直接切断时，油井井下管柱在断开时产生的弹性变形损坏装置；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，动轴套能在刀臂的带动下，相对主轴进行旋转，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴异动；轴向伸缩筒相对主轴锁紧时，刀臂、轴向伸缩筒能够随主轴同步转动，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴同动，本发明的油井井下管柱切割装置，根据划刀和刀臂所受的作用力，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴异动和同轴同动的自动转换。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的油井井下管柱切割装置的剖视图。

图2：为本发明的滑块的俯视图。

图3：为本发明的动轴套于弹簧孔处的剖视图。

图4：为本发明的动轴套于刀臂铰接孔处的剖视图。

图5：为本发明的动轴套的仰视图。

图6：为本发明的动轴套的俯视图。

图7：为本发明的对轮的俯视图。

图8：为本发明的对轮的仰视图。

图9：为本发明的定轴套的仰视图。

图10：为本发明的定轴套的俯视图。

图11：为本发明的扶正器的侧视图。

图12：为本发明的扶正器的俯视图。

图13：为本发明的油井井下管柱切割装置下入井内切割前的状态示意图。

图14：为本发明的油井井下管柱切割装置下入井内切割时的状态示意图。

图15：为图14中Ⅰ处放大图。

图中：

100、油井井下管柱切割装置；1、滑块；2、刀臂滑道槽；3、划刀；4、刀臂；5、轴向伸缩筒；6、主轴；7、密封圈；8、刀臂铰接轴；9、弹簧孔；10、复位弹簧；11、内丝孔；12、内六角螺栓；13、扶正器固定孔；14、扶正器；15、定轴套；16、密封垫；17、深潜电机；18、密封端盖；19、加固管；20、连续钢管；21、电缆；22、电机连接螺母；23、电机连接螺栓；24、输出轴；25、平键；26、方形缓冲块；27、对轮；28、锁死螺帽；29、悬挂螺帽；30、推力轴承；31、封环；32、密封填料单元；33、定位轴套；34、上半圈；35、下半圈；36、无油轴承内环；37、动轴套；38、无油轴承腔室；39、刀臂槽；40、封头；41、调距螺栓；42、锁紧螺母；43、滑块槽孔；44、刀臂铰接孔；45、封头球顶；46、主轴球底；47、无油轴承固定环；48、接箍；49、卷筒；50、控制盘；51、工程车；52、油井井下管柱；53、油井套管；54、修井作业机；55、吊环；56、地层砂；57、吊卡；58、刀口。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1至图15所示，本发明提供一种油井井下管柱切割装置100，包括主轴6，主轴6的外壁上能转动地套设有切割部，切割部包括能径向摆动伸缩且能周向旋转的刀臂4，刀臂4上设置能自内部(油井井下管柱52的内部)旋转切割油井井下管柱52的划刀3(划刀3刮削的油井井下管柱52为卡入井内的部位)，在本实施方式中，划刀3焊接于刀臂4上；主轴6的顶部连接设置能驱动主轴6旋转的驱动部，油井井下管柱切割装置100还包括设置于地面上的控制部，控制部与驱动部电连接。在本发明的一具体实施例中，切割部包括沿周向均匀间隔设置的3个刀臂4，各刀臂4的底部分别沿径向向外延伸设置一前述的划刀3；控制部由地面上工程车51上的控制盘50构成。

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，通过刀臂底部的划刀旋转切割油井井下管柱，减少了现有技术中“倒扣起卡井管柱”和“磨钻接箍”施工工序，避免多次反复起下管柱，减少管柱卡井时的修井施工步骤，降低修井时间，降低修井成本，减少员工劳动强度。

进一步，如图1所示，主轴6的外壁下部设置外螺纹部，主轴6的下部密封套设有轴向伸缩筒5，在本实施方式中，轴向伸缩筒5的内壁上部与主轴6的外壁之间设置密封圈7，密封圈7为橡胶制品；轴向伸缩筒5的内壁上设置与外螺纹部匹配的内螺纹部，轴向伸缩筒5能沿主轴6轴向伸缩移动；轴向伸缩筒5的底端连接设置能推动刀臂4的底部径向摆动的滑块1，滑块1的侧壁上设置呈倾斜设置的刀臂滑道槽2，各刀臂4的底部分别位于一刀臂滑道槽2内，且刀臂4的底部侧壁与刀臂滑道槽2的侧壁抵靠接触，刀臂4的底部能沿刀臂滑道槽2滑动且径向外摆。划刀3在刮削卡在井里的油井井下管柱时，刀臂滑道槽2的槽底承受划刀3的径向作用力，避免划刀3径向内缩，划刀3在刮削时所受周向作用力的受力点位于刀臂滑道槽2的侧壁上，保证刮削过程的稳定性。

进一步，如图1、图2所示，主轴6的底端呈球面设置构成主轴球底46，滑块1上自顶部向下设置滑块槽孔43，滑块槽孔43内设置能自底部密封轴向伸缩筒5的封头结构，封头结构的顶端呈球面设置构成封头球顶45，封头球顶45能随轴向伸缩筒5上移轴向顶抵于主轴球底46上。封头球顶45上移顶抵于主轴球底46上时，轴向伸缩筒5停止上移，球面结构的顶抵限位减少了顶抵限位的摩擦阻力，能够保证主轴6和封头结构的自由分离。

如图1所示，在本实施方式中，封头结构包括密封连接于轴向伸缩筒5底部的封头40，封头40上设置上下贯通的封头通孔，封头通孔内密封穿设调距螺栓41，调距螺栓41的顶部构成前述的封头球顶45，调距螺栓41的上部与封头40之间设置封头密封圈，调距螺栓41上位于封头40的下方套设锁紧螺母42。通过调整调距螺栓41的位置，能调整轴向伸缩筒5和主轴6的轴向顶抵距离，从而实现划刀3、刀臂4在设定数据内的开度调整，使得控制部能实现刀口数据的控制，方便适用于多种工况，同时避免了直接切断时，油井井下管柱在断开时产生的弹性变形损坏装置。

驱动部驱动主轴6正向旋转(可根据实际情况设置为顺时针或逆时针方向)时，主轴6带动轴向伸缩筒5和刀臂4旋转，由于井内液体(现有技术，可以是水，维修施工准备时注入油井井下管柱内)对刀臂4产生阻力作用，主轴6的转动速度快于轴向伸缩筒5和刀臂4的转动速度，主轴6相对于轴向伸缩筒5是上扣状态，轴向伸缩筒5及其底部的滑块1相对主轴6上移，此时刀臂滑道槽2的槽底推动刀臂的底部径向外摆，划刀3外摆向油井井下管柱52内壁靠近，当划刀3接触到油井井下管柱内壁后阻力进一步加大，使轴向伸缩筒5与主轴6处于紧固状态(轴向伸缩筒5暂时停止上移)，主轴6、轴向伸缩筒5、刀臂4和划刀3构成相对固定的整体，主轴6带动划刀3同步旋转刮削油井井下管柱。随着划刀3刮削深度的增加，主轴6的转动速度快于轴向伸缩筒5和刀臂4的转动速度，主轴6相对于轴向伸缩筒5是上扣状态，轴向伸缩筒5及其底部的滑块1继续相对主轴6上移，封头球顶45上移顶抵于主轴球底46上时(即二者距离为0时)，划刀3停止对油井井下管柱内壁的刮削，形成刀口58，此时驱动部负荷减小，在控制部反映出刮削完成状态，控制部控制驱动部停止正向旋转。

进一步，如图1、图3、图4、图5和图6所示，主轴6的上部转动套设有动轴套37，动轴套37的外侧壁底部设置刀臂槽39，刀臂4的顶端铰接于刀臂槽39内；

主轴6的外壁位于动轴套37的上方套设能静止于井内的定轴套15，在本实施方式中，如图9、图10、图11、图12所示，定轴套15的外壁上沿周向间隔设置能与井壁摩擦抵靠的扶正器14，扶正器14上设置水平设置的扶正器固定孔13，扶正器固定孔13内穿设连接螺栓将扶正器14固定连接于定轴套15的外壁上。扶正器14为橡胶制品，扶正器14与油井井下管柱内壁之间存在磨擦阻力，使定轴套15处于静止状态。主轴6转动穿过定轴套15，定轴套15的上方固定连接驱动部，驱动部的输出轴24向下延伸设置且能与主轴6的顶端固定连接，驱动部的顶部与连续钢管20固定连接。

进一步，如图1、图7和图8所示，定轴套15的顶部向下设置第一沉槽，驱动部的输出轴24与主轴6的顶端通过对轮27和平键25固定连接，对轮27和平键25位于第一沉槽内；在本实施方式中，驱动部的输出轴24和主轴6的顶端之间设置方形缓冲块26，对轮27通过对轮27稳定扣压于驱动部的输出轴24和主轴6的顶端之间，方形缓冲块26为尼龙制品。主轴6的外壁上能拆卸地连接锁死螺帽28和悬挂螺帽29(锁死螺帽28和悬挂螺帽29通过螺纹连接于主轴6的外壁上)，悬挂螺帽29的底面与第一沉槽的槽底转动顶抵。

进一步，如图1所示，动轴套37的顶部向下设置第二沉槽，第二沉槽内设置无油轴承，第二沉槽构成无油轴承腔室38，无油轴承内环36套设于主轴上，无油轴承外环套设于第二沉槽内，无油轴承外环包括分体设置的上半圈34和下半圈35，动轴套37的顶端设置能自顶部固定上半圈的无油轴承固定环47。无油轴承内环36、无油轴承外环的上半圈34和下半圈35均为合成铜制品。

如图1所示，在本实施方式中，第一沉槽的槽底设置下沉的轴承容置槽，所述轴承容置槽内设置推力轴承30，推力轴承30的底圈顶抵于轴承容置槽的槽底，推力轴承30的顶圈顶抵于悬挂螺帽29的底面，主轴6上套设封环31，封环31通过内六角螺栓12固定于轴承容置槽内(轴承容置槽的槽底设置内丝孔11，内六角螺栓12能固定连接于内丝孔11内)，推力轴承30的径向内侧通过封环31顶抵定位，推力轴承30的外壁与轴承容置槽的侧壁抵靠。

主轴6上位于悬挂螺帽29和无油轴承内环36之间的位置套设定位轴套33，封环31的内壁与定位轴套33的外壁之间密封顶抵，定位轴套33通过定位键连接于主轴6上，定位轴套33的外壁和定轴套15的内壁之间填充设置密封填料单元32，密封填料单元32为尼龙制品，定位轴套33的内壁和主轴6之间设置轴套密封圈。

在无油轴承的作用下，动轴套37能在刀臂4的带动下，相对主轴6进行旋转，实现刀臂4、轴向伸缩筒5相对主轴6的同轴异动；轴向伸缩筒5相对主轴6锁紧时，刀臂4、轴向伸缩筒5能够随主轴6同步转动，实现刀臂4、轴向伸缩筒5相对主轴6的同轴同动，本发明的油井井下管柱切割装置100，根据划刀3和刀臂4所受的作用力，实现刀臂4、轴向伸缩筒5相对主轴6的同轴异动和同轴同动的自动转换。

进一步，如图1、图4所示，刀臂4的顶部设置贯通的刀臂铰接孔44，刀臂4通过能穿过刀臂铰接孔44的刀臂铰接轴8铰接于刀臂槽39内。

如图1、图3所示，在本实施方式中，刀臂4的顶部位于刀臂铰接孔44的上方设置摆动复位部，刀臂槽39内水平设置复位弹簧10，复位弹簧10的一端与摆动复位部顶抵设置。在本实施方式中，刀臂槽39的内壁上设置呈水平的弹簧孔9，复位弹簧10的另一端位于弹簧孔9内，复位弹簧10的一端凸出于弹簧孔9顶抵于摆动复位部。在复位弹簧10的作用下，刀臂4的底部能在刀臂滑道槽2内回缩滑行。

进一步，如图1所示，驱动部为深潜电机17，深潜电机17的顶部固定连接密封端盖18，在本实施方式中，深潜电机17的顶面和密封端盖18的底面之间压设密封垫16，密封垫16为尼龙制品；在本实施方式中，深潜电机17的顶部设置电机连接法兰，密封端盖18的底部设置端盖连接法兰，电机连接法兰和端盖连接法兰通过电机连接螺栓23和电机连接螺母22连接，从而实现深潜电机17和密封端盖18的连接。密封端盖18的顶部设置套设于连续钢管20底部的加固管19，加固管19和连续钢管20焊接连接，加固管19和密封端盖18的顶部焊接连接。深潜电机17的电缆21穿过连续钢管20与控制部电连接，电缆21为铜铝塑料制品。在本实施方式中，深潜电机17的底部设置密封垫凹槽，密封垫凹槽内设置密封垫16，用以密封深潜电机17和定轴套15之间的连接部；深潜电机17的底部设置电机连接法兰，定轴套15的顶部设置轴套连接法兰，电机连接法兰和轴套连接法兰通过电机连接螺栓23和电机连接螺母22连接，从而实现深潜电机17和定轴套15的连接。

使用本发明的油井井下管柱切割装置100进行卡井维修施工时，包括以下步骤：

步骤a、油井井下管柱切割装置100组装：

a1、将封头密封圈装入封头40的封头通孔内，轴套密封圈装入定位轴套33内，密封圈7装入轴向伸缩筒5内，将无油轴承内环36套至主轴6上设置位置，将下半圈35装入动轴套37的无油轴承腔室38底部，将主轴6穿入动轴套37，将上半圈34压入无油轴承腔室38内无油轴承内环36上，使无油轴承内环36、下半圈35和上半圈34达到轴承配合，将无油轴承固定环47通过内六角螺栓连接于无油轴承腔室38的顶部压设固定上半圈34；将各刀臂4的顶部铰接于刀臂槽39内；

a2、将封头40密封连接于轴向伸缩筒5的底部，将轴向伸缩筒5套设于主轴6上，根据卡入井内的油井井下管柱52的内径、壁厚、刀口58深度数据(刀口58最深度与油井井下管柱52外径要留1mm左右，如图14、图15所示)，确定划刀3外开距离数据，根据划刀3外开距离数据，调节调距螺栓41固定封头球顶45与主轴球底46之间最大距离，调节好后，用锁紧螺母42将调距螺栓41锁死，将滑块1与轴向伸缩筒5进行丝扣连接，连接过程中把3个刀臂4的底部分别放入对应的刀臂滑道槽2内，锁紧丝扣；

a3、将定位键插入主轴6上相应的键槽内，将定位轴套33套于主轴6上，对准键槽砸到死点，将定轴套15套于定位轴套33上，装好密封填料单元32，固定安装封环31，将推力轴承30装入轴承容置槽内，将悬挂螺帽29与主轴6螺纹连接上紧，用锁死螺帽28与主轴6螺纹连接锁死，将平键25的一端插入主轴6上相应的键槽内，将对轮27的一半对准键槽套于主轴6上，将平键25的另一端插入输出轴24相应的键槽内，将对轮27的另一半对准键槽套于输出轴24上，将方形缓冲块26放入对轮27内，将密封垫16放于内，通过电机连接螺栓23和电机连接螺母22连接电机连接法兰和轴套连接法兰，实现深潜电机17和定轴套15的连接。将密封垫16放于深潜电机17的顶面，将电缆21与深潜电机17按电路接线完成，通过电机连接螺栓23和电机连接螺母22连接电机连接法兰和端盖连接法兰，完成深潜电机17和密封端盖18的连接。

步骤b、油井井下管柱切割装置100施工前准备：

b1、查清卡入井内的油井井下管柱52(一具体工况中，油井井下管柱52卡在油井套管53内，油井井下管柱52和油井套管53之间存有地层砂56)相关数据，确定油井井下管柱52内径、壁厚、切割点、切割深度；

b2、将油井井下管柱52内灌入一定量(根据实际工况确定)的清水；

b3、用接箍48(现有技术)与油井井下管柱52丝扣连接，使其高于井口，用吊卡57(现有技术)卡住接箍48，悬挂于吊环55(现有技术)上，用修井作业机54(现有技术)对油井井下管柱52形成上提拉力(大于油井井下管柱52重量)。

步骤c、油井井下管柱切割装置下井施工：

将工程车51(现有技术)靠近油井井口，升高卷筒49(现有技术)至适当位置，将油井井下管柱切割装置100由接箍48的内腔插入，由于扶正器14与油井井下管柱52的内壁有磨擦阻力，需要采用助力器(现有技术)卡住连续钢管20向下加力，使油井井下管柱切割装置100达到预定深度，其状态如图13所示。

步骤d、油井井下管柱切割装置切割施工：

操作控制盘50启动深潜电机17正转(可根据实际情况设置为顺时针或逆时针方向)，由输出轴24将动力传递给主轴6，由于扶正器14与油井井下管柱52的内壁有磨擦阻力，定轴套15处于静止状态；主轴6通过悬挂螺帽29在推力轴承30上旋转；

主轴6带动轴向伸缩筒5和刀臂4旋转，由于井内液体对刀臂4产生阻力作用，主轴6的转动速度快于轴向伸缩筒5和刀臂4的转动速度，主轴6相对于轴向伸缩筒5是上扣状态，轴向伸缩筒5及其底部的滑块1相对主轴6上移，封头球顶45与主轴球底46距离缩短，此时刀臂滑道槽2的槽底推动刀臂的底部径向外摆，划刀3外摆向油井井下管柱52内壁靠近，划刀3接触到油井井下管柱内壁后阻力进一步加大，使轴向伸缩筒5与主轴6处于紧固状态(轴向伸缩筒5暂时停止上移)，主轴6、轴向伸缩筒5、刀臂4和划刀3构成相对固定的整体，主轴6带动划刀3同步旋转刮削油井井下管柱(同轴同转状态)，此时深潜电机17负荷增大，在控制盘50上仪表反映出刮削开始状态。

随着划刀3刮削深度的增加，主轴6的转动速度快于轴向伸缩筒5和刀臂4的转动速度，主轴6相对于轴向伸缩筒5是上扣状态，轴向伸缩筒5及其底部的滑块1继续相对主轴6上移，封头球顶45上移顶抵于主轴球底46上时(即二者距离为0时)，划刀3停止对油井井下管柱内壁的刮削，形成刀口58，如图14所示，此时深潜电机17负荷减小，在控制盘50上仪表反映出刮削完成状态，控制盘50控制深潜电机17停止正向旋转。

操作控制盘50启动深潜电机17反转，由于井内液体对刀臂4产生阻力作用，主轴6的转动速度快于轴向伸缩筒5和刀臂4的转动速度，主轴6相对于轴向伸缩筒5是退扣状态，封头球顶45与主轴球底46距离增大，在复位弹簧10的作用下，刀臂4的底部在刀臂滑道槽2内回缩滑行，刀臂4复位后，深潜电机17的负荷恢复初始状态，操作控制盘50停止深潜电机17运行。

操作卷筒49上提油井井下管柱切割装置100出油井井下管柱52，移走工程车51。

步骤e、卡入井内的油井井下管柱52断管施工：

将液压钳(现有技术)卡住油井井下管柱52短接(现有技术)，操作液压钳作低速上扣旋转几下，使刀口58最薄处管壁产生裂痕，移开液压钳，启动修井作业机54逐步加力上拔油井井下管柱52，使油井井下管柱52在刀口58处断开。

步骤f、卡入井内的油井井下管柱52起出施工：

通过正常施工迅速将油井井下管柱52全部从井里起出，可进行后续油井修井施工。

由上所述，本发明提供的油井井下管柱切割装置及其使用方法具有如下有益效果：

本发明提供的油井井下管柱切割装置及其使用方法中，通过刀臂底部的划刀旋转切割油井井下管柱，减少了现有技术中“倒扣起卡井管柱”和“磨钻接箍”施工工序，避免多次反复起下管柱，减少管柱卡井时的修井施工步骤，降低修井时间，降低修井成本，减少员工劳动强度；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，刀臂的底部能沿刀臂滑道槽滑动且径向外摆，划刀在刮削卡在井里的油井井下管柱时，刀臂滑道槽的槽底承受划刀的径向作用力，避免划刀径向内缩，划刀在刮削时所受周向作用力的受力点位于刀臂滑道槽的侧壁上，保证刮削过程的稳定性；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，轴向伸缩筒与主轴之间通过球面结构实现轴向限位，球面结构的顶抵限位减少了顶抵限位的摩擦阻力，能够保证主轴和封头结构的自由分离；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，通过调整调距螺栓的位置，调整轴向伸缩筒和主轴的轴向顶抵距离，从而实现划刀、刀臂在设定数据内的开度调整，使得控制部能实现刀口数据的控制，方便适用于多种工况，同时避免了直接切断时，油井井下管柱在断开时产生的弹性变形损坏装置；

本发明提供的油井井下管柱切割装置中，动轴套能在刀臂的带动下，相对主轴进行旋转，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴异动；轴向伸缩筒相对主轴锁紧时，刀臂、轴向伸缩筒能够随主轴同步转动，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴同动，本发明的油井井下管柱切割装置，根据划刀和刀臂所受的作用力，实现刀臂、轴向伸缩筒相对主轴的同轴异动和同轴同动的自动转换。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (14)

1.一种油井井下管柱切割装置，其特征在于，包括主轴，所述主轴的外壁上能转动地套设有切割部，所述切割部包括能径向摆动伸缩且能周向旋转的刀臂，所述刀臂上设置能自内部旋转切割油井井下管柱的划刀；所述主轴的顶部连接设置能驱动所述主轴旋转的驱动部，所述油井井下管柱切割装置还包括设置于地面上的控制部，所述控制部与所述驱动部电连接；

所述主轴的外壁下部设置外螺纹部，所述主轴的下部密封套设有轴向伸缩筒，所述轴向伸缩筒的内壁上设置与所述外螺纹部匹配的内螺纹部，所述轴向伸缩筒能沿所述主轴轴向伸缩移动；所述轴向伸缩筒的底端连接设置能推动所述刀臂的底部径向摆动的滑块，所述滑块的侧壁上设置呈倾斜设置的刀臂滑道槽，所述刀臂的底部位于刀臂滑道槽内，且所述刀臂的底部侧壁与所述刀臂滑道槽的侧壁抵靠接触，所述刀臂的底部能沿所述刀臂滑道槽滑动且径向外摆；

所述主轴的上部转动套设有动轴套，所述动轴套的外侧壁底部设置刀臂槽，所述刀臂的顶端铰接于所述刀臂槽内；

所述主轴的外壁位于动轴套的上方套设能静止于井内的定轴套，所述主轴转动穿过所述定轴套，所述定轴套的上方固定连接所述驱动部，所述驱动部的输出轴向下延伸设置且能与所述主轴的顶端固定连接，所述驱动部的顶部与连续钢管固定连接。

2.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述主轴的底端呈球面设置构成主轴球底，所述滑块上自顶部向下设置滑块槽孔，所述滑块槽孔内设置能自底部密封所述轴向伸缩筒的封头结构，所述封头结构的顶端呈球面设置构成封头球顶，所述封头球顶能随所述轴向伸缩筒上移轴向顶抵于所述主轴球底上。

3.如权利要求2所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述封头结构包括密封连接于所述轴向伸缩筒底部的封头，所述封头上设置上下贯通的封头通孔，所述封头通孔内密封穿设调距螺栓，所述调距螺栓的顶部构成所述封头球顶，所述调距螺栓上位于所述封头的下方套设锁紧螺母。

4.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述定轴套的外壁上沿周向间隔设置能与井壁摩擦抵靠的扶正器。

5.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述定轴套的顶部向下设置第一沉槽，所述驱动部的输出轴与所述主轴的顶端通过对轮和平键固定连接，所述对轮和所述平键位于所述第一沉槽内；所述主轴的外壁上能拆卸地连接锁死螺帽和悬挂螺帽，所述悬挂螺帽的底面与所述第一沉槽的槽底转动顶抵。

6.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述动轴套的顶部向下设置第二沉槽，所述第二沉槽内设置无油轴承，无油轴承内环套设于所述主轴上，无油轴承外环套设于所述第二沉槽内，所述无油轴承外环包括分体设置的上半圈和下半圈，所述动轴套的顶端设置能自顶部固定所述上半圈的无油轴承固定环。

7.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述刀臂的顶部设置贯通的刀臂铰接孔，所述刀臂通过能穿过所述刀臂铰接孔的刀臂铰接轴铰接于刀臂槽内。

8.如权利要求7所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述刀臂的顶部位于所述刀臂铰接孔的上方设置摆动复位部，所述刀臂槽内水平设置复位弹簧，所述复位弹簧的一端与所述摆动复位部顶抵设置。

9.如权利要求1所述的油井井下管柱切割装置，其特征在于，所述驱动部为深潜电机，所述深潜电机的顶部固定连接密封端盖，所述密封端盖的顶部设置套设于连续钢管底部的加固管，所述深潜电机的电缆穿过连续钢管与所述控制部电连接。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的油井井下管柱切割装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤a、油井井下管柱切割装置组装；

步骤b、油井井下管柱切割装置施工前准备；

步骤c、油井井下管柱切割装置下井施工；

步骤d、油井井下管柱切割装置切割施工；

步骤e、卡入井内的油井井下管柱断管施工；

步骤f、卡入井内的油井井下管柱起出施工。

11.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，步骤b包括以下步骤，

b1、查清卡入井内的油井井下管柱相关数据，确定油井井下管柱内径、壁厚、切割点、切割深度；

b2、将油井井下管柱内灌入一定量的清水；

b3、用接箍与油井井下管柱丝扣连接，使其高于井口，用吊卡卡住接箍，悬挂于吊环上，用修井作业机对油井井下管柱形成上提拉力。

12.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，步骤c中，将油井井下管柱切割装置由接箍的内腔插入，由于扶正器与油井井下管柱的内壁有磨擦阻力，需要采用助力器卡住连续钢管向下加力，使油井井下管柱切割装置达到预定深度。

13.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，步骤d中，

操作控制盘启动深潜电机正转，由输出轴将动力传递给主轴，由于扶正器与油井井下管柱的内壁有磨擦阻力，定轴套处于静止状态；主轴通过悬挂螺帽在推力轴承上旋转；

主轴带动轴向伸缩筒和刀臂旋转，主轴相对于轴向伸缩筒是上扣状态，轴向伸缩筒及其底部的滑块相对主轴上移，封头球顶与主轴球底距离缩短，刀臂滑道槽的槽底推动刀臂的底部径向外摆，划刀外摆向油井井下管柱内壁靠近，划刀接触到油井井下管柱内壁后阻力进一步加大，使轴向伸缩筒与主轴处于紧固状态，主轴、轴向伸缩筒、刀臂和划刀构成相对固定的整体，主轴带动划刀同步旋转刮削油井井下管柱，此时深潜电机负荷增大，在控制盘上仪表反映出刮削开始状态；

随着划刀刮削深度的增加，主轴的转动速度快于轴向伸缩筒和刀臂的转动速度，主轴相对于轴向伸缩筒是上扣状态，轴向伸缩筒及其底部的滑块继续相对主轴上移，封头球顶上移顶抵于主轴球底上时，划刀停止对油井井下管柱内壁的刮削，形成刀口，此时深潜电机负荷减小，在控制盘上仪表反映出刮削完成状态，控制盘控制深潜电机停止正向旋转；

操作控制盘启动深潜电机反转，由于井内液体对刀臂产生阻力作用，主轴的转动速度快于轴向伸缩筒和刀臂的转动速度，主轴相对于轴向伸缩筒是退扣状态，封头球顶与主轴球底距离增大，在复位弹簧的作用下，刀臂的底部在刀臂滑道槽内回缩滑行，刀臂复位后，深潜电机的负荷恢复初始状态，操作控制盘停止深潜电机运行。

14.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，步骤e中，将液压钳卡住油井井下管柱短接，操作液压钳作低速上扣旋转几下，使刀口最薄处管壁产生裂痕，移开液压钳，启动修井作业机逐步加力上拔油井井下管柱，使油井井下管柱在刀口处断开。