CN114453715A - 一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头及其使用方法,外电极冷却端盖的尾端外壁与转换接头的内壁螺纹连接,外电极的尾端外壁与转换接头的内壁螺纹连接,在外电极冷却端盖的首端中部开设有外电极孔,外电极的首端设置在外电极孔内,转换接头的外壁与铜壳的首端内壁螺纹连接,铜壳的内壁与绝缘环套的螺纹连接,绝缘环套的内壁与内电极安装座的外壁螺纹连接,内电极的尾端外壁与内电极安装座螺纹连接,内电极的首端伸出内电极安装座外,且内电极的首端与外电极的尾端形成一空隙结构,铜壳的外壁与绝缘安装壳的内壁螺纹连接。该工具头单次入井即可完成套管开窗作业,具有作业风险低,作业效率高,作业成本低。

Description

一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头及其使用方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域,更具体地说涉及一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头及其使用方法。
背景技术
随着海洋石油的持续开发,调整井的数量逐年增多,在对井槽重复利用过程中,需对原井套管进行处理。但受水下复杂工况的影响,传统的机械切割技术在进行海上套铣磨铣过程中仍存在诸多挑战。
中国海洋石油钻探从20世纪九十年代开始涉及百米水深或者更深的水下弃井切割作业,但全是外国公司来完成,关键技术长期都是由外国公司把持。后来,通过与外国公司合作,经过十几年来的努力,国内己有少数几家公司可以完成浅水弃井作业,而且可以自行设计制造弃井切割工具。这套办法从工具到工艺都比较简单,但存在许多缺点,局限性也很大。首先,这种切割条件下旋转头承压环以上的钻柱处于受压状态,在旋转切割过程中,没有隔水导管的约束,钻柱在周围海水中没有限制的运转,以致钻柱同时处于自转与公转的运动状态,容易造成钻柱压弯甩动。其次,割刀对中性不好,容易造成切割面倾斜,形成椭圆切割的偏心情况。第三,由于井口受压,一旦套管被切断,容易造成割刀带着井口系统一起旋转而把导向绳缠绕的事故,甚至造成井口偏斜而最终倾倒的严重事故。
目前的机械切割技术虽然较为成熟、简单,但效率低、工期较长、不可预测情况较多,尤其是对套管的处理仍较为困难,套铣磨铣效率低,开窗侧钻井身结构选择余地小,等离子熔融开窗是利用高温高速的等离子弧对金属材料进行热熔融处理,用于石油套管熔融时,具有作业效率高、作业过程平稳等优点,然而现有的等离子工具头及配套设施普遍存在结构复杂、无法在水下套管内作业、不能实现定向熔融开窗等诸多问题,而用于海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,目前国内外尚未见报道。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足,现有的等离子工具头及配套设施普遍存在结构复杂、无法在水下套管内作业、不能实现定向熔融开窗等诸多问题,提供了一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头及其使用方法,该工具头能够产生高能量密度的等离子弧团,具有能量集中、冲击力大、等离子弧稳定等优点,该工具头利用高温等离子弧团产生的高温作用将套管材料熔化,利用高速等离子弧团将熔化的套管材料及熔渣喷离基体形成窗口,该工具头用于石油套管开窗作业时,可大幅简化传统弃井或井槽重利用作业程序,单次入井即可完成套管开窗作业,具有作业风险低,作业效率高,作业成本低等优点。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,包括外电极冷却端盖、外电极、内电极、转换接头、铜壳、绝缘安装壳、绝缘环套和内电极安装座,所述外电极冷却端盖的尾端外壁与所述转换接头的头部螺纹段内壁螺纹连接,所述外电极的尾端外壁与所述转换接头的内螺纹段内壁螺纹连接,在所述外电极冷却端盖的首端中部开设有外电极孔,所述外电极的首端设置在所述外电极孔内,所述转换接头的外螺纹段外壁与所述铜壳的首端内壁螺纹连接,所述铜壳的短圆柱段内壁与所述绝缘环套的外螺纹段螺纹连接,所述绝缘环套的圆柱段内壁与所述内电极安装座的外螺纹段外壁螺纹连接,在所述内电极安装座的中部开设有贯穿内电极安装座的通孔,在所述通孔内形成有同轴大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔,所述内电极的尾端外壁与所述内电极安装座的中阶梯孔螺纹连接,所述内电极的首端伸出所述内电极安装座外,且所述内电极的首端与所述外电极的尾端形成一空隙结构,所述铜壳的外螺纹段外壁与所述绝缘安装壳的内壁螺纹连接。
在所述外电极冷却端盖的侧壁上对称开设有贯穿外电极冷却端盖侧壁的两个冷却孔,外冷却液通过外冷却管路经由位于冷却孔流入外电极冷却端盖的内壁与外电极的外壁之间的空腔内,外冷却液对外电极进行冷却,外冷却液最终经由另一冷却孔流出至外冷却管路,以实现对外电极的冷却的目的。
在所述外电极上开设有贯穿外电极的中心孔。
在所述绝缘环套的侧壁上均匀开设有三个绝缘环套通孔,所述绝缘环套通孔贯穿所述绝缘环套,相邻的绝缘环套通孔的圆心所夹角的角度为120°。
所述内电极采用一端敞口另一端封口的中空结构。
在位于所述内电极安装座的中阶梯孔的侧壁上开设有L型冷却通道,内冷却液通过内冷却管路经由L型冷却通道流入内电极安装座内,流经内电极的中空腔体后,自内电极安装座上的大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔流出,以实现对内电极的冷却的目的。
一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头的使用方法,按照下述步骤进行:
步骤1,在进行海洋石油套管开窗作业时,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头通过绝缘安装壳的外壁螺纹水平安装在执行机构的输出端,并在执行机构的带动下,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头做旋转运动和上下移动;
步骤2,电源的正极线通过铜鼻子和正极螺钉固定在铜壳上,电源的负极线通过螺纹接头与内电极安装座底部的小阶梯孔螺纹连接,电源接通后,实现外电极和内电极端面间的高频引弧,三条气体管路通过PC螺纹直通接头与绝缘环套上的三个绝缘环套通孔相连,压缩气体通过绝缘环套通孔进入到绝缘环套的首端、转换接头的尾端内壁、外电极的尾端内壁和内电极的外壁之间的空腔,通过外电极的中心孔喷出,压缩气体能够将外电极和内电极端面间放电产生的等离子弧团喷射到石油套管内壁上,以实现石油套管的熔融和熔渣的去除,进而达到石油套管开窗的目的。
本发明的有益效果为:采用高温等离子弧团热熔融的方法进行海洋石油套管开窗,克服了传统的套铣磨铣开窗方法存在的作业效率低、作业成本高等问题,提高了作业效率、降低了作业成本;
采用模块化、可拆卸更换的方式来设计等离子熔融开窗工具头,便于各个零件的加工组装,有效降低了海洋石油套管等离子熔融开窗工具头的加工和维修成本;
通过调整等离子熔融参数进行石油套管开窗时,可实现不同内径及壁厚石油套管的开窗作业,适用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的左视结构示意图;
图3是本发明的右视结构示意图;
图中:1为外电极冷却端盖,2为外电极,3为内电极,4为转换接头,5为铜壳,6为绝缘安装壳,7为绝缘环套,8为内电极安装座。
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,包括外电极冷却端盖1、外电极2、内电极3、转换接头4、铜壳5、绝缘安装壳6、绝缘环套7和内电极安装座8,外电极冷却端盖1的尾端外壁与转换接头4的头部螺纹段内壁螺纹连接,外电极2的尾端外壁与转换接头4的内螺纹段内壁螺纹连接,在外电极冷却端盖1的首端中部开设有外电极孔,外电极2的首端设置在外电极孔内,转换接头4的外螺纹段外壁与铜壳5的首端内壁螺纹连接,铜壳5的短圆柱段内壁与绝缘环套7的外螺纹段螺纹连接,绝缘环套7的圆柱段内壁与内电极安装座8的外螺纹段外壁螺纹连接,在内电极安装座8的中部开设有贯穿内电极安装座8的通孔,在通孔内形成有同轴大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔,内电极3的尾端外壁与内电极安装座8的中阶梯孔螺纹连接,内电极3的首端伸出内电极安装座8外,且内电极3的首端与外电极2的尾端形成一空隙结构,铜壳5的外螺纹段外壁与绝缘安装壳6的内壁螺纹连接。
实施例二
在实施例一的基础上,在外电极冷却端盖1的侧壁上对称开设有贯穿外电极冷却端盖1侧壁的两个冷却孔,外冷却液通过外冷却管路经由位于冷却孔流入外电极冷却端盖1的内壁与外电极2的外壁之间的空腔内,外冷却液对外电极2进行冷却,外冷却液最终经由另一冷却孔流出至外冷却管路,以实现对外电极2的冷却的目的。
在外电极2上开设有贯穿外电极2的中心孔。
实施例三
在实施例二的基础上,在绝缘环套7的侧壁上均匀开设有三个绝缘环套通孔,绝缘环套通孔贯穿绝缘环套7,相邻的绝缘环套通孔的圆心所夹角的角度为120°。
内电极3采用一端敞口另一端封口的中空结构。
在位于内电极安装座8的中阶梯孔的侧壁上开设有L型冷却通道,内冷却液通过内冷却管路经由L型冷却通道流入内电极安装座8内,流经内电极3的中空腔体后,自内电极安装座8上的大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔流出,以实现对内电极3的冷却的目的。
实施例四
一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头的使用方法,按照下述步骤进行:
步骤1,在进行海洋石油套管开窗作业时,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头通过绝缘安装壳6的外壁螺纹水平安装在执行机构的输出端,并在执行机构的带动下,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头做旋转运动和上下移动;
步骤2,电源的正极线通过铜鼻子和正极螺钉固定在铜壳5上,电源的负极线通过螺纹接头与内电极安装座8底部的小阶梯孔螺纹连接,电源接通后,实现外电极2和内电极3端面间的高频引弧,三条气体管路通过PC螺纹直通接头与绝缘环套7上的三个绝缘环套通孔相连,压缩气体通过绝缘环套7通孔进入到绝缘环套7的首端、转换接头4的尾端内壁、外电极2的尾端内壁和内电极3的外壁之间的空腔,通过外电极2的中心孔喷出,压缩气体能够将外电极2和内电极3端面间放电产生的等离子弧团喷射到石油套管内壁上,以实现石油套管的熔融和熔渣的去除,进而达到石油套管开窗的目的。
使用时,外冷却液通过外冷却管路经由位于冷却孔流入外电极冷却端盖1的内壁与外电极2的外壁之间的空腔内,外冷却液对外电极2进行冷却,外冷却液最终经由另一冷却孔流出至外冷却管路,以实现对外电极2的冷却的目的;内冷却液通过内冷却管路经由L型冷却通道流入内电极安装座8内,流经内电极3的中空腔体后,自内电极安装座8上的大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔流出,以实现对内电极3的冷却的目的;对外电极2和内电极3同时进行冷却,有效延长等离子熔融开窗工具头的使用寿命,降低维修成本。
为了易于说明,实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语,用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是,除了图中示出的方位之外,空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果图中的装置被倒置,被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此,示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位),这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来,而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:包括外电极冷却端盖、外电极、内电极、转换接头、铜壳、绝缘安装壳、绝缘环套和内电极安装座,所述外电极冷却端盖的尾端外壁与所述转换接头的头部螺纹段内壁螺纹连接,所述外电极的尾端外壁与所述转换接头的内螺纹段内壁螺纹连接,在所述外电极冷却端盖的首端中部开设有外电极孔,所述外电极的首端设置在所述外电极孔内,所述转换接头的外螺纹段外壁与所述铜壳的首端内壁螺纹连接,所述铜壳的短圆柱段内壁与所述绝缘环套的外螺纹段螺纹连接,所述绝缘环套的圆柱段内壁与所述内电极安装座的外螺纹段外壁螺纹连接,在所述内电极安装座的中部开设有贯穿内电极安装座的通孔,在所述通孔内形成有同轴大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔,所述内电极的尾端外壁与所述内电极安装座的中阶梯孔螺纹连接,所述内电极的首端伸出所述内电极安装座外,且所述内电极的首端与所述外电极的尾端形成一空隙结构,所述铜壳的外螺纹段外壁与所述绝缘安装壳的内壁螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:在所述外电极冷却端盖的侧壁上对称开设有贯穿外电极冷却端盖侧壁的两个冷却孔,外冷却液通过外冷却管路经由位于冷却孔流入外电极冷却端盖的内壁与外电极的外壁之间的空腔内,外冷却液对外电极进行冷却,外冷却液最终经由另一冷却孔流出至外冷却管路,以实现对外电极的冷却的目的。
3.根据权利要求1所述的一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:在所述外电极上开设有贯穿外电极的中心孔。
4.根据权利要求1所述的一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:在所述绝缘环套的侧壁上均匀开设有三个绝缘环套通孔,所述绝缘环套通孔贯穿所述绝缘环套,相邻的绝缘环套通孔的圆心所夹角的角度为120°。
5.根据权利要求1所述的一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:所述内电极采用一端敞口另一端封口的中空结构。
6.根据权利要求5所述的一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头,其特征在于:在位于所述内电极安装座的中阶梯孔的侧壁上开设有L型冷却通道,内冷却液通过内冷却管路经由L型冷却通道流入内电极安装座内,流经内电极的中空腔体后,自内电极安装座上的大阶梯孔、中阶梯孔和小阶梯孔流出,以实现对内电极的冷却的目的。
7.一种海洋石油套管等离子熔融开窗工具头的使用方法,其特征在于:按照下述步骤进行:
步骤1,在进行海洋石油套管开窗作业时,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头通过绝缘安装壳的外壁螺纹水平安装在执行机构的输出端,并在执行机构的带动下,海洋石油套管等离子熔融开窗工具头做旋转运动和上下移动;
步骤2,电源的正极线通过铜鼻子和正极螺钉固定在铜壳上,电源的负极线通过螺纹接头与内电极安装座底部的小阶梯孔螺纹连接,电源接通后,实现外电极和内电极端面间的高频引弧,三条气体管路通过PC螺纹直通接头与绝缘环套上的三个绝缘环套通孔相连,压缩气体通过绝缘环套通孔进入到绝缘环套的首端、转换接头的尾端内壁、外电极的尾端内壁和内电极的外壁之间的空腔,通过外电极的中心孔喷出,压缩气体能够将外电极和内电极端面间放电产生的等离子弧团喷射到石油套管内壁上,以实现石油套管的熔融和熔渣的去除,进而达到石油套管开窗的目的。
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