CN114482895B - 海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统及方法，其技术方案是：低压供水系统将过滤后的海水泵入超高压柱塞泵中，增压后输送至超高压磨料射流调制系统，将磨料颗粒与超高压水混合后形成超高压磨料浆体，由超高压管线输送至绞车；高压供气系统的输气管线、液压控制系统的多根液压管线由绞车集成捆扎后形成脐带缆，然后与井下超高压切割执行系统连接；有益效果是：将液压旋转驱动、液压锚定、磨料切割三路流道相互独立，且转速、锚定力与射流压力均连续可调，同时，超高压小排量磨料射流切割系统引入了对高速射流进行气体保护的功能，大幅提高切割效率，且能够切割不同尺寸的单层及多层偏心井筒，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及海上油气田开发领域，特别涉及一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统及方法。
背景技术
海上油气田弃置是任何油气田拥有者的必选动作。海上油气生产设施废弃过程涉及到大量的切割作业，如导管架切割、平台桩腿切割、废弃井筒切割、弃井井口切割等，目前海上油气生产设施废弃过程中采用过的切割技术主要包括定向爆破切割、机械割刀切割、钻石线切割等。
（1）机械割刀在切割导管架、钢桩等单层管柱时效果较好，对多层管柱，尤其是用固井水泥胶结偏心的多层套管（如弃井井筒）的切割则无能为力；
（2）钻石线切割方式常用于在水面以上从结构物外部进行切割，若切割海床以下的结构物时（如弃井井筒、平台桩腿等），需要挖泥造坑，而海底淤泥的回填则会导致施工困难与较大的风险；
（3）定向爆破在所有的切割方式中效率最高且费用最省，但存在较大的危险性，重要的是会对海洋生态环境造成严重破坏，目前已逐步禁止使用。
另外，在切割作业中，不仅要考虑可供使用的技术、弃置成本等，更需要首先考虑施工安全及环境保护问题，不能因为经济原因而造成海洋环境的破坏。因此，高效、优质、安全、环保型的切割技术是海上油气生产设施安全拆除的前提和保障。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统及方法，利用高速射流中固体颗粒撞击靶物时的强大冲击力对靶物进行切割，仅需对执行部件进行简单变通，就能令切割对象涵盖不同尺寸的单层及多层井筒，作业场所涵盖了水面以上、水下及海床下，适用范围广。
本发明提到的一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其技术方案是：包括低压供水系统（1）、超高压柱塞泵（2）、超高压磨料射流调制系统（3）、液压控制系统（4）、高压供气系统（5）、电控系统（6）、绞车（7）、脐带缆（8）、井下超高压切割执行系统（9），
所述的低压供水系统（1）将过滤后的海水泵入超高压柱塞泵（2）中，由超高压柱塞泵（2）增压后输送至超高压磨料射流调制系统（3），超高压磨料射流调制系统（3）将磨料颗粒与超高压水混合后形成超高压磨料浆体，由超高压管线输送至绞车（7）；所述高压供气系统（5）的输气管线、液压控制系统（4）的多根液压管线均连接至绞车（7），由绞车（7）将输气管线、液压管线与钢丝绳集成捆扎后形成脐带缆（8），然后将脐带缆（8）与井下超高压切割执行系统（9）连接；
所述的井下超高压切割执行系统（9）包括吊装模块（9-1）、超高压液压驱动与减速模块（9-2）、超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）和超高压切割头模块（9-4），吊装模块（9-1）的上部与脐带缆（8）连接，下部连接超高压液压驱动与减速模块（9-2），所述超高压液压驱动与减速模块（9-2）的下端连接超高压旋转与液压锚定器模块（9-3），超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）的下端连接超高压切割头模块（9-4）。
优选的，上述的吊装模块（9-1）由钢丝绳（9-1-1）、供气管线（9-1-4）、超高压磨料浆体输送管线（9-1-5）、液压马达进油管线（9-1-6）、液压马达回油管线（9-1-7）、液压锚定器锚爪撑开管线（9-1-8）、液压锚定器锚爪回收管线（9-1-9）组成，钢丝绳（9-1-1）的下端连接吊装盖（9-1-3）上侧的吊环（9-1-2），所述的供气管线（9-1-4）、超高压磨料浆体输送管线（9-1-5）、液压马达进油管线（9-1-6）、液压马达回油管线（9-1-7）、液压锚定器锚爪撑开管线（9-1-8）、液压锚定器锚爪回收管线（9-1-9）沿着井筒（13）穿过吊装盖（9-1-3），进入井下超高压切割执行系统（9）内腔。
优选的，上述超高压液压驱动与减速模块（9-2）包括液压马达（9-2-1）、一级减速器（9-2-2）、二级减速器（9-2-3）、平键（9-2-4）、第一螺母（9-2-5）、拉杆（9-2-6）、第二螺母（9-2-7）、第三螺母（9-2-8）、二级减速器转轴（9-2-9），所述的液压马达（9-2-1）、一级减速器（9-2-2）与二级减速器（9-2-3）依次串接，四根拉杆（9-2-6）为阶梯轴结构，下大上小，依次穿过三块平台，并分别通过第一螺母（9-2-5）、第二螺母（9-2-7）与第三螺母（9-2-8）固定，形成一个完成结构体；二级减速器（9-2-3）的下端设有二级减速器转轴（9-2-9），并通过平键（9-2-4）连接。
优选的，上述超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）包括外筒（9-3-1）、轴承压盖（9-3-2）、轴承（9-3-3）、中心筒（9-3-4）、中心轴（9-3-5）、活塞（9-3-6）、锚定器上端盖（9-3-7）、锚定器本体（9-3-8）、螺钉（9-3-9）、上部压片（9-3-10）、挡板（9-3-11）、锚爪（9-3-12）、中部压片（9-3-13）、下部压片（9-3-14）、薄壳圆筒（9-3-15）、密封件（9-3-16）、超高压防砂旋转密封件（9-3-17）；
所述轴承压盖（9-3-2）上加工有第一空气流道（9-3-A）、第一超高压磨料浆体流道（9-3-B）、锚定器进油流道（9-3-C）与锚定器回油流道（9-3-D），所述中心轴（9-3-5）为阶梯轴，将两个轴承（9-3-3）安装于阶梯段后，将其置于中心筒（9-3-4）中，然后分别将轴承压盖（9-3-2）与锚定器上端盖（9-3-7）通过螺纹璇合的方式连接在中心筒（9-3-4）上下两端；将活塞（9-3-6）置于锚定器上端盖（9-3-7）中，然后锚定器本体（9-3-8）与锚定器上端盖（9-3-7）活动连接，锚定器本体（9-3-8）上加工有多个长槽，分别用于安装多个锚爪（9-3-12），锚爪中间加工有凹槽，将挡板（9-3-11）置于凹槽内，然后通过螺钉（9-3-9）分别将上部压片（9-3-10）、中部压片（9-3-13）与下部压片（9-3-14）安装在锚定器本体（9-3-8）上；安装完成后的模块放置于外筒（9-3-1）封装。
优选的，上述锚爪（9-3-12）的外部的上下两端均加工有30°导向角（9-3-12-1），且外部侧壁上加工有多个90°牙齿（9-3-12-2），内部加工有可容纳挡板（9-3-11）的凹槽（9-3-12-3），内侧与活塞（9-3-6）接触部分为弧形结构（9-3-12-4）。
优选的，上述中心轴（9-3-5）的外侧设有薄壳圆筒（9-3-15），形成环形空间，高压供气系统（5）将压缩空气通过第一空气流道（9-3-A）进入薄壳圆筒（9-3-15）与中心轴（9-3-5）构成的环形空间，向下送入到超高压切割头模块（9-4）。
优选的，上述超高压切割头模块（9-4）包括超高压切割头本体（9-4-1）、超高压喷嘴套（9-4-2）、空气帽（9-4-3）、超高压切割喷嘴（9-4-4）、第一密封圈（9-4-5）、第一超高压防砂密封（9-4-6）、第二超高压防砂密封（9-4-7）、第二密封圈（9-4-8）、第三密封圈（9-4-9）；超高压切割头本体（9-4-1）上加工有第二空气流道（9-4-A），可将高压空气导入空气帽（9-4-3）中；中心轴（9-3-5）加工有第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）；中心轴（9-3-5）与超高压切割头本体（9-4-1）活动连接，且其底部与超高压切割头本体（9-4-1）接触处为一个锥形结构，通过第二密封圈（9-4-8）隔绝第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）；超高压喷嘴套（9-4-2）与空气帽（9-4-3）均与超高压切割头本体（9-4-1）活动连接，超高压喷嘴套（9-4-2）通过第二超高压防砂密封（9-4-7）隔绝超高压磨料浆体；超高压切割喷嘴（9-4-4）安装于超高压喷嘴套（9-4-2）中，通过第一超高压防砂密封（9-4-6）隔绝超高压磨料浆体；空气帽（9-4-3）内部与超高压喷嘴套外部形成一个锥形间隙，用于流通高压空气。
优选的，上述的超高压切割喷嘴（9-4-4）包括内流道入口段（9-4-4-1）、圆柱段（9-4-4-2）、锥形段（9-4-4-3）、圆柱结构（9-4-4-4），所述内流道入口段（9-4-4-1）为13°锥形结构，然后连接一段圆柱结构（9-4-4-4）；圆柱段（9-4-4-2）与锥形段（9-4-4-3）形成外部结构，其中，圆柱段（9-4-4-2）与第一超高压防砂密封（9-4-6）接触实现密封，锥形段（9-4-4-3）与超高压喷嘴套（9-4-2）内部锥形段接触，防止超高压磨料浆体将喷嘴顶出。
本发明提到的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割工艺方法，其技术方案是包括以下过程：
首先，通过电控系统（6）开启绞车（7），并通过脐带缆（8）将井下超高压切割执行系统（9）放置于水面（16）以下的海床（17）内的待切割的井筒（13）中，然后开启水面（16）以上的超高压柱塞泵（2）、超高压磨料射流调制系统（3）、液压控制系统（4）与高压供气系统（5）；
然后，液压控制系统（4）输送的液压油通过锚定器进油流道（9-3-C）到达活塞（9-3-6）的上部空间，推动活塞（9-3-6）下行，进而将锚爪（9-3-12）推出，压紧井筒（13）内表面，实现锚定；活塞（9-3-6）与锚定器本体（9-3-8）形成的空腔中的液压油通过锚定器回油流道（9-3-D）回到液压控制系统（4）中；超高压磨料浆体通过第一超高压磨料浆体流道（9-3-B）进入中心轴（9-3-5）内腔，并进入超高压切割头模块（9-4）中的第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）中，通过超高压切割喷嘴（9-4-4）调制后形成高速磨料射流喷出，冲击井筒（13）；与此同时，液压控制系统（4）输送的液压油进入液压马达（9-2-1），由液压马达（9-2-1）驱动中心轴（9-3-5）旋转，旋转速度由液压控制系统（4）调节，从而带动超高压切割喷嘴（9-4-4）调制形成的高速磨料射流对井筒（13）进行环切；开启高压供气系统（5）后，压缩空气通过第一空气流道（9-3-A）进入薄壳圆筒（9-3-15）与中心轴（9-3-5）构成的环形空间，最终进入超高压切割头模块（9-4）中第二空气流道（9-4-A），经过超高压喷嘴套（9-4-2）与空气帽（9-4-3）之间的锥形环空形成高速气流，包裹住高速磨料射流，将淹没射流转换为非淹没射流，提高切割效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
一、本发明将液压旋转驱动、液压锚定、磨料切割三路流道相互独立，且转速、锚定力与射流压力均连续可调，同时，本发明的超高压和小排量的方案中，引入了对高速射流进行“气体保护”的功能，大幅提高切割效率；
二、安全性高：本发明涉及的磨料射流切割技术属于冷切割技术，无火花、无高温，对于油气生产设施的切割而言，其安全性能够得到保证；
三、符合日益严格的环保要求：本发明所使用的切割介质是水与磨料（通常为石英砂、石榴石等惰性物质），对海洋环境无任何污染；
四、适用范围广：本发明能够切割不同尺寸的单层及多层井筒，且不受井筒倾斜的影响，作业场所涵盖了水面以上、水下及海床下，适用范围广；
五、切割效率高：本发明在切割多层管柱，尤其是针对固井水泥胶结的偏心井筒的切割而言，在目前现有的切割方式中，其效率最高。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图；
图2为本发明的全域结构示意图；
图3为吊装模块结构示意图；
图4为超高压液压驱动与减速模块结构示意图；
图5为超高压旋转与液压锚定器模块结构示意图；
图6为超高压旋转与液压锚定器模块的K-K剖面结构示意图；
图7为超高压旋转与液压锚定器模块中的锚爪结构示意图；
图8为超高压旋转与液压锚定器模块中的锚爪的另一角度的结构示意图；
图9为超高压切割头模块的结构示意图；
图10为本发明超高压切割喷嘴的结构示意图；
图11为本发明超高压切割喷嘴的另一种结构的示意图；
上图中：低压供水系统1、超高压柱塞泵2、超高压磨料射流调制系统3、液压控制系统4、高压供气系统5、电控系统6、绞车7、脐带缆8、井下超高压切割执行系统9、井筒13、水面16、海床17；
吊装模块9-1、超高压液压驱动与减速模块9-2、超高压旋转与液压锚定器模块9-3、超高压切割头模块9-4；
钢丝绳9-1-1、吊环9-1-2、吊装盖9-1-3、供气管线9-1-4、超高压磨料浆体输送管线9-1-5、液压马达进油管线9-1-6、液压马达回油管线9-1-7、液压锚定器锚爪撑开管线9-1-8、液压锚定器锚爪回收管线9-1-9，液压马达9-2-1、一级减速器9-2-2、二级减速器9-2-3、平键9-2-4、第一螺母9-2-5、拉杆9-2-6、第二螺母9-2-7、第三螺母9-2-8、二级减速器转轴9-2-9，
外筒9-3-1、轴承压盖9-3-2、轴承9-3-3、中心筒9-3-4、中心轴9-3-5、活塞9-3-6、锚定器上端盖9-3-7、锚定器本体9-3-8、螺钉9-3-9、上部压片9-3-10、挡板9-3-11、锚爪9-3-12、中部压片9-3-13、下部压片9-3-14、薄壳圆筒9-3-15、密封件9-3-16、超高压防砂旋转密封件9-3-17、第一空气流道9-3-A、第一超高压磨料浆体流道9-3-B、锚定器进油流道9-3-C、锚定器回油流道9-3-D、超高压切割头本体9-4-1、超高压喷嘴套9-4-2、空气帽9-4-3；
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实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照图1-2，本发明提到的一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，包括低压供水系统1、超高压柱塞泵2、超高压磨料射流调制系统3、液压控制系统4、高压供气系统5、电控系统6、绞车7、脐带缆8、井下超高压切割执行系统9，
所述的低压供水系统1将过滤后的海水泵入超高压柱塞泵2中，由超高压柱塞泵2增压后输送至超高压磨料射流调制系统3，超高压磨料射流调制系统3将磨料颗粒与超高压水混合后形成超高压磨料浆体，由超高压管线输送至绞车7；所述高压供气系统5的输气管线、液压控制系统4的多根液压管线均连接至绞车7，由绞车7将输气管线、液压管线与钢丝绳集成捆扎后形成脐带缆8，然后将脐带缆8与井下超高压切割执行系统9连接；
所述的井下超高压切割执行系统9包括吊装模块9-1、超高压液压驱动与减速模块9-2、超高压旋转与液压锚定器模块9-3和超高压切割头模块9-4，吊装模块9-1的上部与脐带缆8连接，下部连接超高压液压驱动与减速模块9-2，所述超高压液压驱动与减速模块9-2的下端连接超高压旋转与液压锚定器模块9-3，超高压旋转与液压锚定器模块9-3的下端连接超高压切割头模块9-4。
参照图3，本发明提到的吊装模块9-1由钢丝绳9-1-1、供气管线9-1-4、超高压磨料浆体输送管线9-1-5、液压马达进油管线9-1-6、液压马达回油管线9-1-7、液压锚定器锚爪撑开管线9-1-8、液压锚定器锚爪回收管线9-1-9组成，钢丝绳9-1-1的下端连接吊装盖9-1-3上侧的吊环9-1-2，所述的供气管线9-1-4、超高压磨料浆体输送管线9-1-5、液压马达进油管线9-1-6、液压马达回油管线9-1-7、液压锚定器锚爪撑开管线9-1-8、液压锚定器锚爪回收管线9-1-9沿着井筒13穿过吊装盖9-1-3，进入井下超高压切割执行系统9内腔。
参照图4，本发明提到的超高压液压驱动与减速模块9-2包括液压马达9-2-1、一级减速器9-2-2、二级减速器9-2-3、平键9-2-4、第一螺母9-2-5、拉杆9-2-6、第二螺母9-2-7、第三螺母9-2-8、二级减速器转轴9-2-9，所述的液压马达9-2-1、一级减速器9-2-2与二级减速器9-2-3依次串接，四根拉杆9-2-6为阶梯轴结构，下大上小，依次穿过三块平台，并分别通过第一螺母9-2-5、第二螺母9-2-7与第三螺母9-2-8固定，形成一个完成结构体；二级减速器9-2-3的下端设有二级减速器转轴9-2-9，并通过平键9-2-4连接。
参照图5-图6，本发明提到的超高压旋转与液压锚定器模块9-3包括外筒9-3-1、轴承压盖9-3-2、轴承9-3-3、中心筒9-3-4、中心轴9-3-5、活塞9-3-6、锚定器上端盖9-3-7、锚定器本体9-3-8、螺钉9-3-9、上部压片9-3-10、挡板9-3-11、锚爪9-3-12、中部压片9-3-13、下部压片9-3-14、薄壳圆筒9-3-15、密封件9-3-16、超高压防砂旋转密封件9-3-17；
所述轴承压盖9-3-2上加工有第一空气流道9-3-A、第一超高压磨料浆体流道9-3-B、锚定器进油流道9-3-C与锚定器回油流道9-3-D，所述中心轴9-3-5为阶梯轴，将两个轴承9-3-3安装于阶梯段后，将其置于中心筒9-3-4中，然后分别将轴承压盖9-3-2与锚定器上端盖9-3-7通过螺纹璇合的方式连接在中心筒9-3-4上下两端；将活塞9-3-6置于锚定器上端盖9-3-7中，然后锚定器本体9-3-8与锚定器上端盖9-3-7活动连接，锚定器本体9-3-8上加工有多个长槽，分别用于安装多个锚爪9-3-12，锚爪中间加工有凹槽，将挡板9-3-11置于凹槽内，然后通过螺钉9-3-9分别将上部压片9-3-10、中部压片9-3-13与下部压片9-3-14安装在锚定器本体9-3-8上；安装完成后的模块放置于外筒9-3-1封装。
参照图7-图8，本发明提到的锚爪9-3-12的外部的上下两端均加工有30°导向角9-3-12-1，且外部侧壁上加工有多个90°牙齿9-3-12-2，内部加工有可容纳挡板9-3-11的凹槽9-3-12-3，内侧与活塞9-3-6接触部分为弧形结构9-3-12-4。
优选的，上述中心轴9-3-5的外侧设有薄壳圆筒9-3-15，形成环形空间，高压供气系统5将压缩空气通过第一空气流道9-3-A进入薄壳圆筒9-3-15与中心轴9-3-5构成的环形空间，向下送入到超高压切割头模块9-4。
参照图9，本发明提到的超高压切割头模块9-4包括超高压切割头本体9-4-1、超高压喷嘴套9-4-2、空气帽9-4-3、超高压切割喷嘴9-4-4、第一密封圈9-4-5、第一超高压防砂密封9-4-6、第二超高压防砂密封9-4-7、第二密封圈9-4-8、第三密封圈9-4-9；超高压切割头本体9-4-1上加工有第二空气流道9-4-A，可将高压空气导入空气帽9-4-3中；中心轴9-3-5加工有第二超高压磨料浆体流道9-4-B；中心轴9-3-5与超高压切割头本体9-4-1活动连接，且其底部与超高压切割头本体9-4-1接触处为一个锥形结构，通过第二密封圈9-4-8隔绝第二超高压磨料浆体流道9-4-B；超高压喷嘴套9-4-2与空气帽9-4-3均与超高压切割头本体9-4-1活动连接，超高压喷嘴套9-4-2通过第二超高压防砂密封9-4-7隔绝超高压磨料浆体；超高压切割喷嘴9-4-4安装于超高压喷嘴套9-4-2中，通过第一超高压防砂密封9-4-6隔绝超高压磨料浆体；空气帽9-4-3内部与超高压喷嘴套外部形成一个锥形间隙，用于流通高压空气。
参照图10，本发明提到的超高压切割喷嘴9-4-4包括内流道入口段9-4-4-1、圆柱段9-4-4-2、锥形段9-4-4-3、圆柱结构9-4-4-4，所述内流道入口段9-4-4-1为13°锥形结构，然后连接一段圆柱结构9-4-4-4；圆柱段9-4-4-2与锥形段9-4-4-3形成外部结构，其中，圆柱段9-4-4-2与第一超高压防砂密封9-4-6接触实现密封，锥形段9-4-4-3与超高压喷嘴套9-4-2内部锥形段接触，防止超高压磨料浆体将喷嘴顶出。
本发明提到的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割方法，其技术方案是包括以下过程：
首先，通过电控系统6开启绞车7，并通过脐带缆8将井下超高压切割执行系统9放置于水面16以下的海床17内的待切割的井筒13中，然后开启水面16以上的超高压柱塞泵2、超高压磨料射流调制系统3、液压控制系统4与高压供气系统5；
然后，液压控制系统4输送的液压油通过锚定器进油流道9-3-C到达活塞9-3-6的上部空间，推动活塞9-3-6下行，进而将锚爪9-3-12推出，压紧井筒13内表面，实现锚定；活塞9-3-6与锚定器本体9-3-8形成的空腔中的液压油通过锚定器回油流道9-3-D回到液压控制系统4中；超高压磨料浆体通过第一超高压磨料浆体流道9-3-B进入中心轴9-3-5内腔，并进入超高压切割头模块9-4中的第二超高压磨料浆体流道9-4-B中，通过超高压切割喷嘴9-4-4调制后形成高速磨料射流喷出，冲击井筒13；与此同时，液压控制系统4输送的液压油进入液压马达9-2-1，由液压马达9-2-1驱动中心轴9-3-5旋转，旋转速度由液压控制系统4调节，从而带动超高压切割喷嘴9-4-4调制形成的高速磨料射流对井筒13进行环切；开启高压供气系统5后，压缩空气通过第一空气流道9-3-A进入薄壳圆筒9-3-15与中心轴9-3-5构成的环形空间，最终进入超高压切割头模块9-4中第二空气流道9-4-A，经过超高压喷嘴套9-4-2与空气帽9-4-3之间的锥形环空形成高速气流，包裹住高速磨料射流，将淹没射流转换为非淹没射流，提高切割效率。
实施例2，本发明提到的一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，与实施例1不同之处是：
超高压液压驱动与减速模块可以采用变频伺服电机替代液压马达，来作为驱动的动力，
伺服电机不需要连接液压控制系统4，而直接连接电控系统6，由电控系统6通过控制频率来改变伺服电机转速，进而调节切割头的旋转速度。
实施例3，本发明提到的一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，与实施例1不同之处是：
参照图11，本发明采用的超高压切割喷嘴9-4-4的喷嘴内流道可更改为“圆弧入口+锥形收缩段+直柱段”结构，该型内流道可调制出密集性更佳的射流，但加工制造较为困难，工程应用中成本较高，具体结构图所示：采用了圆弧入口9-4-4-5和锥形收缩段9-4-4-6组成，也可以实现功能。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：包括低压供水系统（1）、超高压柱塞泵（2）、超高压磨料射流调制系统（3）、液压控制系统（4）、高压供气系统（5）、电控系统（6）、绞车（7）、脐带缆（8）、井下超高压切割执行系统（9），
所述的低压供水系统（1）将过滤后的海水泵入超高压柱塞泵（2）中，由超高压柱塞泵（2）增压后输送至超高压磨料射流调制系统（3），超高压磨料射流调制系统（3）将磨料颗粒与超高压水混合后形成超高压磨料浆体，由超高压管线输送至绞车（7）；所述高压供气系统（5）的输气管线、液压控制系统（4）的多根液压管线均连接至绞车（7），由绞车（7）将输气管线、液压管线与钢丝绳集成捆扎后形成脐带缆（8），然后将脐带缆（8）与井下超高压切割执行系统（9）连接；
所述的井下超高压切割执行系统（9）包括吊装模块（9-1）、超高压液压驱动与减速模块（9-2）、超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）和超高压切割头模块（9-4），吊装模块（9-1）的上部与脐带缆（8）连接，下部连接超高压液压驱动与减速模块（9-2），所述超高压液压驱动与减速模块（9-2）的下端连接超高压旋转与液压锚定器模块（9-3），超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）的下端连接超高压切割头模块（9-4）；
所述超高压旋转与液压锚定器模块（9-3）包括外筒（9-3-1）、轴承压盖（9-3-2）、轴承（9-3-3）、中心筒（9-3-4）、中心轴（9-3-5）、活塞（9-3-6）、锚定器上端盖（9-3-7）、锚定器本体（9-3-8）、螺钉（9-3-9）、上部压片（9-3-10）、挡板（9-3-11）、锚爪（9-3-12）、中部压片（9-3-13）、下部压片（9-3-14）、薄壳圆筒（9-3-15）、密封件（9-3-16）、超高压防砂旋转密封件（9-3-17）；
所述轴承压盖（9-3-2）上加工有第一空气流道（9-3-A）、第一超高压磨料浆体流道（9-3-B）、锚定器进油流道（9-3-C）与锚定器回油流道（9-3-D），所述中心轴（9-3-5）为阶梯轴，将两个轴承（9-3-3）安装于阶梯段后，将其置于中心筒（9-3-4）中，然后分别将轴承压盖（9-3-2）与锚定器上端盖（9-3-7）通过螺纹璇合的方式连接在中心筒（9-3-4）上下两端；将活塞（9-3-6）置于锚定器上端盖（9-3-7）中，然后锚定器本体（9-3-8）与锚定器上端盖（9-3-7）活动连接，锚定器本体（9-3-8）上加工有多个长槽，分别用于安装多个锚爪（9-3-12），锚爪中间加工有凹槽，将挡板（9-3-11）置于凹槽内，然后通过螺钉（9-3-9）分别将上部压片（9-3-10）、中部压片（9-3-13）与下部压片（9-3-14）安装在锚定器本体（9-3-8）上；安装完成后的模块放置于外筒（9-3-1）封装；
所述中心轴（9-3-5）的外侧设有薄壳圆筒（9-3-15），形成环形空间，高压供气系统（5）将压缩空气通过第一空气流道（9-3-A）进入薄壳圆筒（9-3-15）与中心轴（9-3-5）构成的环形空间，向下送入到超高压切割头模块（9-4）。
2.根据权利要求1所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：所述的吊装模块（9-1）由钢丝绳（9-1-1）、供气管线（9-1-4）、超高压磨料浆体输送管线（9-1-5）、液压马达进油管线（9-1-6）、液压马达回油管线（9-1-7）、液压锚定器锚爪撑开管线（9-1-8）、液压锚定器锚爪回收管线（9-1-9）组成，钢丝绳（9-1-1）的下端连接吊装盖（9-1-3）上侧的吊环（9-1-2），所述的供气管线（9-1-4）、超高压磨料浆体输送管线（9-1-5）、液压马达进油管线（9-1-6）、液压马达回油管线（9-1-7）、液压锚定器锚爪撑开管线（9-1-8）、液压锚定器锚爪回收管线（9-1-9）沿着井筒（13）穿过吊装盖（9-1-3），进入井下超高压切割执行系统（9）内腔。
3.根据权利要求1所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：所述超高压液压驱动与减速模块（9-2）包括液压马达（9-2-1）、一级减速器（9-2-2）、二级减速器（9-2-3）、平键（9-2-4）、第一螺母（9-2-5）、拉杆（9-2-6）、第二螺母（9-2-7）、第三螺母（9-2-8）、二级减速器转轴（9-2-9），所述的液压马达（9-2-1）、一级减速器（9-2-2）与二级减速器（9-2-3）依次串接，四根拉杆（9-2-6）为阶梯轴结构，下大上小，依次穿过三块平台，并分别通过第一螺母（9-2-5）、第二螺母（9-2-7）与第三螺母（9-2-8）固定，形成一个完成结构体；二级减速器（9-2-3）的下端设有二级减速器转轴（9-2-9），并通过平键（9-2-4）连接。
4.根据权利要求1所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：所述锚爪（9-3-12）的外部的上下两端均加工有30°导向角（9-3-12-1），且外部侧壁上加工有多个90°牙齿（9-3-12-2），内部加工有可容纳挡板（9-3-11）的凹槽（9-3-12-3），内侧与活塞（9-3-6）接触部分为弧形结构（9-3-12-4）。
5.根据权利要求1所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：所述超高压切割头模块（9-4）包括超高压切割头本体（9-4-1）、超高压喷嘴套（9-4-2）、空气帽（9-4-3）、超高压切割喷嘴（9-4-4）、第一密封圈（9-4-5）、第一超高压防砂密封（9-4-6）、第二超高压防砂密封（9-4-7）、第二密封圈（9-4-8）、第三密封圈（9-4-9）；超高压切割头本体（9-4-1）上加工有第二空气流道（9-4-A），可将高压空气导入空气帽（9-4-3）中；中心轴（9-3-5）加工有第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）；中心轴（9-3-5）与超高压切割头本体（9-4-1）活动连接，且其底部与超高压切割头本体（9-4-1）接触处为一个锥形结构，通过第二密封圈（9-4-8）隔绝第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）；超高压喷嘴套（9-4-2）与空气帽（9-4-3）均与超高压切割头本体（9-4-1）活动连接，超高压喷嘴套（9-4-2）通过第二超高压防砂密封（9-4-7）隔绝超高压磨料浆体；超高压切割喷嘴（9-4-4）安装于超高压喷嘴套（9-4-2）中，通过第一超高压防砂密封（9-4-6）隔绝超高压磨料浆体；空气帽（9-4-3）内部与超高压喷嘴套外部形成一个锥形间隙，用于流通高压空气。
6.根据权利要求5所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统，其特征是：所述的超高压切割喷嘴（9-4-4）包括内流道入口段（9-4-4-1）、圆柱段（9-4-4-2）、锥形段（9-4-4-3）、圆柱结构（9-4-4-4），所述内流道入口段（9-4-4-1）为13°锥形结构，然后连接一段圆柱结构（9-4-4-4）；圆柱段（9-4-4-2）与锥形段（9-4-4-3）形成外部结构，其中，圆柱段（9-4-4-2）与第一超高压防砂密封（9-4-6）接触实现密封，锥形段（9-4-4-3）与超高压喷嘴套（9-4-2）内部锥形段接触，防止超高压磨料浆体将喷嘴顶出。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的海上采油平台废弃井筒超高压磨料射流切割系统的使用方法，其特征是：包括以下过程：
首先，通过电控系统（6）开启绞车（7），并通过脐带缆（8）将井下超高压切割执行系统（9）放置于水面（16）以下的海床（17）内的待切割的井筒（13）中，然后开启水面（16）以上的超高压柱塞泵（2）、超高压磨料射流调制系统（3）、液压控制系统（4）与高压供气系统（5）；
然后，液压控制系统（4）输送的液压油通过锚定器进油流道（9-3-C）到达活塞（9-3-6）的上部空间，推动活塞（9-3-6）下行，进而将锚爪（9-3-12）推出，压紧井筒（13）内表面，实现锚定；活塞（9-3-6）与锚定器本体（9-3-8）形成的空腔中的液压油通过锚定器回油流道（9-3-D）回到液压控制系统（4）中；超高压磨料浆体通过第一超高压磨料浆体流道（9-3-B）进入中心轴（9-3-5）内腔，并进入超高压切割头模块（9-4）中的第二超高压磨料浆体流道（9-4-B）中，通过超高压切割喷嘴（9-4-4）调制后形成高速磨料射流喷出，冲击井筒（13）；与此同时，液压控制系统（4）输送的液压油进入液压马达（9-2-1），由液压马达（9-2-1）驱动中心轴（9-3-5）旋转，旋转速度由液压控制系统（4）调节，从而带动超高压切割喷嘴（9-4-4）调制形成的高速磨料射流对井筒（13）进行环切；开启高压供气系统（5）后，压缩空气通过第一空气流道（9-3-A）进入薄壳圆筒（9-3-15）与中心轴（9-3-5）构成的环形空间，最终进入超高压切割头模块（9-4）中第二空气流道（9-4-A），经过超高压喷嘴套（9-4-2）与空气帽（9-4-3）之间的锥形环空形成高速气流，包裹住高速磨料射流，将淹没射流转换为非淹没射流，提高切割效率。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114482895A (zh) | 2022-05-13 |
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