CN114248203A - 旋流切割工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋流切割工具。旋流切割工具包括：筒体，筒体包括上接头和下接头，上接头具有流体通道，下接头具有中空腔，流体通道与中空腔连通；带丝导向叶轮，带丝导向叶轮设置在中空腔内并与上接头连接，流体通过带丝导向叶轮的螺旋流道形成旋流；上锥套，上锥套设置在中空腔远离带丝导向叶轮的一端并与带丝导向叶轮抵接，上锥套具有第一中心孔；下锥套，下锥套的一端插入第一中心孔中并伸入下接头内支撑带丝导向叶轮，下锥套与上锥套密封下接头，且下锥套与上锥套之间预留有流道，以使旋流通过流道流出；支撑杆，下锥套具有第二中心孔，支撑杆穿过第二中心孔与带丝导向叶轮连接。本发明解决了现有技术中井下管柱切割成功率低的问题。

Description

旋流切割工具

技术领域

本发明涉及油气井井下作业技术领域，具体而言，涉及一种旋流切割工具。

背景技术

在油气井井下作业工程中，切割工具大量应用于大修作业中，对井下作业管柱包括油管、钻杆等在作业中被卡，其他方式很难处理。常采用切割的方式，实现对管状落物的高效切割，同时又不伤害套管。

目前，主要的管柱切割方法主要有4类：机械切割、化学切割、聚能切割及水射流切割。但是，上述几种切割方法均存在不同缺点。机械切割不适用于非常规管柱和厚壁管柱，且成功率较低；化学喷射切割成本太高，工具器材复杂，且装置对密封性要求高，限制了它的使用；聚能切割使用炸药，成本高，切割点不规则，存在安全隐患，对于质量不好的管柱不能采用，容易伤害套管；水射流切割具有冷切割、对环境不产生污染、切口比较光滑等特点，但是水射流切割的磨料容易造成旋转件卡阻，关键部件损坏，导致切割工具失效，造成切割工艺失败。

由上可知，现有技术中存在井下管柱切割成功率低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种旋流切割工具，以解决现有技术中井下管柱切割成功率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种旋流切割工具，包括：筒体，筒体包括顺次连接的上接头和下接头，上接头具有流体通道，下接头具有中空腔，流体通道与中空腔连通；带丝导向叶轮，带丝导向叶轮设置在中空腔内并与上接头连接，流体通过带丝导向叶轮的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流；上锥套，上锥套设置在中空腔远离带丝导向叶轮的一端，并与带丝导向叶轮抵接，上锥套具有第一中心孔；下锥套，下锥套的一端插入第一中心孔中并伸入下接头内以支撑带丝导向叶轮，下锥套与上锥套将下接头密封，且下锥套与上锥套之间预留有流道，以使旋流通过流道流出；支撑杆，下锥套具有第二中心孔，支撑杆穿过第二中心孔并与带丝导向叶轮连接。

进一步地，流道包括顺次连通的加速流道和转向流道，加速流道的内径沿旋流的流动方向逐渐减小，转向流道与加速流道呈角度地设置且转向流道朝向筒体的外侧。

进一步地，转向流道与加速流道之间的夹角大于90度且小于180度。

进一步地，下接头远离上接头的一端具有缩径段，上锥套的外锥面与缩径段的内锥面贴合，下锥套包括凸台，凸台插入第一中心孔内并与带丝导向叶轮抵接，凸台的外表面与上锥套的内锥面之间形成加速流道，下锥套的上端面与上锥套的下端面之间形成转向流道。

进一步地，带丝导向叶轮远离上接头的一端具有中心安装孔，支撑杆伸入中心安装孔与带丝导向叶轮连接。

进一步地，支撑杆具有外螺纹，中心安装孔内具有与外螺纹相适配的内螺纹，以使支撑杆与带丝导向叶轮之间螺纹连接。

进一步地，中心安装孔的孔径与第二中心孔的孔径相同。

进一步地，上锥套和下锥套由金刚石材料制成。

进一步地，上接头与下接头之间为螺纹连接。

进一步地，旋流切割工具还包括密封件，密封件设置在上接头的连接螺纹靠近下接头的一端，以使上接头和下接头之间密封。

应用本发明的技术方案，旋流切割工具包括顺次连接的上接头和下接头、带丝导向叶轮、上锥套、下锥套和支撑杆，上接头具有流体通道，下接头具有中空腔，流体通道与中空腔连通，带丝导向叶轮设置在中空腔内并与上接头连接，上锥套具有第一中心孔，下锥套的一端插入第一中心孔中并伸入下接头内以支撑带丝导向叶轮，下锥套具有第二中心孔，支撑杆穿过第二中心孔并与带丝导向叶轮连接，下锥套与上锥套将下接头密封，流体通过上接头的流体流道进入带丝导向叶轮的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流，且下锥套与上锥套之间预留有流道，以使旋流通过流道流出，从而形成水刀对井下管柱进行切割，结构简单，且无旋转部件，故障率低，避免了磨料造成旋转部件的卡阻，解决了现有技术中井下管柱切割成功率低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个具体实施例中的旋流切割工具的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、上接头；20、下接头；30、带丝导向叶轮；40、上锥套；50、下锥套；51、凸台；60、支撑杆；70、流道；71、加速流道；72、转向流道；80、密封件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中井下管柱切割成功率低的问题，本发明提供了一种旋流切割工具。

如图1所示，旋流切割工具包括筒体、带丝导向叶轮30、上锥套40、下锥套50和支撑杆60。筒体包括顺次连接的上接头10和下接头20，上接头10具有流体通道，下接头20具有中空腔，流体通道与中空腔连通。带丝导向叶轮30设置在中空腔内并与上接头10连接，流体通过带丝导向叶轮30的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流。上锥套40设置在中空腔远离带丝导向叶轮30的一端，并与带丝导向叶轮30抵接，上锥套40具有第一中心孔。下锥套50的一端插入第一中心孔中并伸入下接头20内以支撑带丝导向叶轮30，下锥套50与上锥套40将下接头20密封，且下锥套50与上锥套40之间预留有流道70，以使旋流通过流道70流出。下锥套50具有第二中心孔，支撑杆60穿过第二中心孔并与带丝导向叶轮30连接。

通过旋流切割工具包括顺次连接的上接头10和下接头20、带丝导向叶轮30、上锥套40、下锥套50和支撑杆60，上接头10具有流体通道，下接头20具有中空腔，流体通道与中空腔连通，带丝导向叶轮30设置在中空腔内并与上接头10连接，上锥套40具有第一中心孔，下锥套50的一端插入第一中心孔中并伸入下接头20内以支撑带丝导向叶轮30，下锥套50具有第二中心孔，支撑杆60穿过第二中心孔并与带丝导向叶轮30连接，下锥套50与上锥套40将下接头20密封，流体通过上接头10的流体流道进入带丝导向叶轮30的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流，且下锥套50与上锥套40之间预留有流道，以使旋流通过流道流出，从而形成水刀对井下管柱进行切割，结构简单，且无旋转部件，故障率低，避免了磨料造成旋转部件的卡阻。

在本实施例中，上接头10和下接头20的外径相同，且上接头10和下接头20的外表均没有突起或者凹陷。这样使得旋流切割工具在井中起下的过程中便于通过，不易于其他装置发生碰撞。

需要说明的是，本实施例中的带丝导向叶轮30不是旋转部件，而是固定在下接头20的中空腔内并由下锥套50的一端插入第一中心孔中并伸入下接头20内来支撑的。流体通过带丝导向叶轮30的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流。旋流绕带丝导向叶轮30的中心轴线旋转，增大了环向切割面积，保证均匀切割，避免只切割部分管柱，切割不完全。

如图1所示，流道70包括顺次连通的加速流道71和转向流道72，加速流道71的内径沿旋流的流动方向逐渐减小，转向流道72与加速流道71呈角度地设置且转向流道72朝向筒体的外侧。加速流道71的内径沿旋流的流动方向逐渐减小，使得流体在经过加速流道71时的流速逐渐增大，从而获得能够切割井下管柱的能量。通过转向流道72，使得流体能够由沿筒体的轴向方向流动向筒体的周向方向流动转变，从而以合适的角度对井下管柱进行切割，保证切割的效果。

在本实施例中，形成加速流道71和转向流道72的上锥套40和下锥套50的部位的表面均进行了耐磨处理。在进行井下切割时，流入旋流切割工具中的流体一般会携带一定的砂量，通过对上述的部位的表面进行耐磨处理，从而使得加速流道71和转向流道72不易损坏，保证了本实施例中的旋流切割工具的使用寿命。

具体的，转向流道72与加速流道71之间的夹角大于90度且小于180度。

在本实施例中，可以根据转向流道72的宽度来判断本实施例中的旋流切割工具的磨损程度，而不需要每次将旋流切割工具拆卸后对旋流切割工具的内部进行检查。这样大大节省了维修成本。当转向流道72的宽度增加到预定值时，判定本实施例中的旋流切割工具磨损较严重，需要进行更换。

如图1所示，下接头20远离上接头10的一端具有缩径段，上锥套40的外锥面与缩径段的内锥面贴合。下锥套50包括凸台51，凸台51插入第一中心孔内并与带丝导向叶轮30抵接。凸台51的外表面与上锥套40的内锥面之间形成加速流道71，下锥套50的上端面与上锥套40的下端面之间形成转向流道72。具体的，凸台51的外表面、上锥套40的内锥面、下锥套50的上端面以及上锥套40的下端面均进行了耐磨处理。

在本实施例中，带丝导向叶轮30远离上接头10的一端具有中心安装孔，支撑杆60伸入中心安装孔与带丝导向叶轮30连接。通过中心安装孔，使得支撑杆60与带丝导向叶轮30实现牢固连接，从而将凸台51牢固地抵接在带丝导向叶轮30上，避免流体在进入加速流道71的过程中流入中心安装孔和第二中心孔，影响支撑杆60的使用寿命。

具体的，支撑杆60具有外螺纹，中心安装孔内具有与外螺纹相适配的内螺纹，以使支撑杆60与带丝导向叶轮30之间螺纹连接。螺纹连接的方式既能保证连接的稳定性，又方便拆卸，便于将支撑杆60拆卸后对旋流切割工具内的部件进行维修或者更换。

在本实施例中，中心安装孔的孔径与第二中心孔的孔径相同。进一步地，支撑杆60的内径与中心安装孔的孔径和第二中心孔的孔径相适配。这样使得支撑杆60与下锥套50和带丝导向叶轮30均无间隙地贴合，防止流体或杂质进入中心安装孔和第二中心孔，影响支撑杆60的使用寿命。同时，也使得下锥套50的凸台51与带丝导向叶轮30之间的连接更加牢固。

在本实施例中，上锥套40和下锥套50由金刚石材料制成。在进行井下切割时，流入旋流切割工具中的流体一般会携带一定的砂量，而金刚石材料具有良好的耐磨性，从而使得加速流道71和转向流道72不易损坏，保证了本实施例中的旋流切割工具的使用寿命。

在本实施例中，上接头10与下接头20之间为螺纹连接。螺纹连接的方式既能保证连接的稳定性，又方便拆卸，便于将上接头10与下接头20拆卸后更换或者维修内部的部件。

如图1所示，旋流切割工具还包括密封件80，密封件80设置在上接头10的连接螺纹靠近下接头20的一端，以使上接头10和下接头20之间密封。将密封件80设置在上接头10的连接螺纹靠近下接头20的一端，避免携砂流体进入上接头10的连接螺纹，从而保证上接头10的连接螺纹的干净，拆卸省力且不会破坏螺纹。

在本实施例中，密封件80为耐高温密封圈。这样使得旋流切割工具能够在较高的温度环境下工作，提高了旋流切割工具的环境适应性。

在本实施例中，旋流切割工具一般通过井下工具组合送入井下进行切割。井下工具组合包括顺次连接的连接器、机械丢手、水力锚定器和旋流切割工具。井下工具组合连接在连续管的末端，通过连续管作业机下入到需要切割的管柱内部的指定位置。

切割所需的携砂流体从地面通过连续管泵入。携砂流体通过上接头10的流体流道进入带丝导向叶轮30的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流，当旋流达到加速流道71时，地面泵压开始升高，本实施例中的水力锚定器开始工作，锚定在需要切割的管柱的内部。旋流在加速流道71获得能够切割井下管柱的能量，同时产生高压差使得水力锚定器锚定需要切割的管柱，使得切割位置固定。旋流继续通过转向流道72向外射出，从而在指定的位置开始切割管柱。地面泵入达到一定砂量后继续泵入清水，保证泵入的砂量能够切断管柱而不伤害管柱之外的物体。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：流体通过上接头10的流体流道进入带丝导向叶轮30的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流，旋流依次经过加速流道71和转向流道72，使得流体获得能够切割管柱的能量并以合适的角度对管柱进行切割，结构简单，且无旋转部件，故障率低，避免了磨料造成旋转部件的卡阻，上锥套40和下锥套50均采用耐磨材料，且形成加速流道71和转向流道72的上锥套40和下锥套50的部位的表面均进行了耐磨处理，从而使得加速流道71和转向流道72不易损坏，保证了旋流切割工具的使用寿命。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋流切割工具，其特征在于，包括：

筒体，所述筒体包括顺次连接的上接头(10)和下接头(20)，所述上接头(10)具有流体通道，所述下接头(20)具有中空腔，所述流体通道与所述中空腔连通；

带丝导向叶轮(30)，所述带丝导向叶轮(30)设置在所述中空腔内并与所述上接头(10)连接，流体通过所述带丝导向叶轮(30)的螺旋叶片间的螺旋流道以形成旋流；

上锥套(40)，所述上锥套(40)设置在所述中空腔远离所述带丝导向叶轮(30)的一端，并与所述带丝导向叶轮(30)抵接，所述上锥套(40)具有第一中心孔；

下锥套(50)，所述下锥套(50)的一端插入所述第一中心孔中并伸入所述下接头(20)内以支撑所述带丝导向叶轮(30)，所述下锥套(50)与所述上锥套(40)将所述下接头(20)密封，且所述下锥套(50)与所述上锥套(40)之间预留有流道(70)，以使所述旋流通过所述流道(70)流出；

支撑杆(60)，所述下锥套(50)具有第二中心孔，所述支撑杆(60)穿过所述第二中心孔并与所述带丝导向叶轮(30)连接。

2.根据权利要求1所述的旋流切割工具，其特征在于，所述流道(70)包括顺次连通的加速流道(71)和转向流道(72)，所述加速流道(71)的内径沿所述旋流的流动方向逐渐减小，所述转向流道(72)与所述加速流道(71)呈角度地设置且所述转向流道(72)朝向所述筒体的外侧。

3.根据权利要求2所述的旋流切割工具，其特征在于，所述转向流道(72)与所述加速流道(71)之间的夹角大于90度且小于180度。

4.根据权利要求2所述的旋流切割工具，其特征在于，所述下接头(20)远离所述上接头(10)的一端具有缩径段，所述上锥套(40)的外锥面与所述缩径段的内锥面贴合，所述下锥套(50)包括凸台(51)，所述凸台(51)插入所述第一中心孔内并与所述带丝导向叶轮(30)抵接，所述凸台(51)的外表面与所述上锥套(40)的内锥面之间形成所述加速流道(71)，所述下锥套(50)的上端面与所述上锥套(40)的下端面之间形成所述转向流道(72)。

5.根据权利要求1所述的旋流切割工具，其特征在于，所述带丝导向叶轮(30)远离所述上接头(10)的一端具有中心安装孔，所述支撑杆(60)伸入所述中心安装孔与所述带丝导向叶轮(30)连接。

6.根据权利要求5所述的旋流切割工具，其特征在于，所述支撑杆(60)具有外螺纹，所述中心安装孔内具有与所述外螺纹相适配的内螺纹，以使所述支撑杆(60)与所述带丝导向叶轮(30)之间螺纹连接。

7.根据权利要求5所述的旋流切割工具，其特征在于，所述中心安装孔的孔径与所述第二中心孔的孔径相同。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋流切割工具，其特征在于，所述上锥套(40)和所述下锥套(50)由金刚石材料制成。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的旋流切割工具，其特征在于，所述上接头(10)与所述下接头(20)之间为螺纹连接。

10.根据权利要求9所述的旋流切割工具，其特征在于，所述旋流切割工具还包括密封件(80)，所述密封件(80)设置在所述上接头(10)的连接螺纹靠近所述下接头(20)的一端，以使所述上接头(10)和所述下接头(20)之间密封。

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