CN207988980U - 一种深水涡轮水力式内切割工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种深水涡轮水力式内切割工具，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。它由涡轮转矩装置、扭矩传递装置、增压装置和套管切割装置构成，涡轮转矩装置的一端安装有扭矩传递装置；扭矩传递装置上通过增压装置安装有套管切割装置。本实用新型可有效以减小现有工具在深水作业时产生的较大惯性矩；解决了传统方式在深水套管切割过程中产生较大的惯性矩从而导致能量大量损失的问题。本实用新型通过壳体与卡瓦的配合提高了切割的稳定性，延长了刀具的工作寿命。在套管切割过程中随着推杆与限位阀杆形成的阀口过流面积变小，阀口处压降增大，可根据地面观测钻井液压力变化来判断切割是否完成，准确直观、方便可靠，并可避免发生误判。

Description

一种深水涡轮水力式内切割工具

技术领域

本实用新型涉及一种深水涡轮水力式内切割工具，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术

在石油、天然气的探开发过程中，其中部分钻井平台已达到使用寿命周期。按照我国海洋石油开发的相关条例，需要进行弃井作业。对于永久弃井作业，切割套管是最为关键的环节。水下切割不同于陆地切割，水下特殊的作业环境决定了水下工程的复杂性和困难性，因此需要独特的理论基础和实施方法。目前，应用于深水套管切割的技术主要有爆破切割、化学切割、磨料射流切割、金刚石切割绳技术、机械割刀切割等。机械水力切割因其经济、快速和安全等优点而被普遍采纳。但是目前常用的机械水力切割装置中，还存在以下问题：首先采用井口转盘带动管柱转动，管柱带动水力切割装置切割套管，该方式在深水套管切割过程中产生较大的惯性矩；其次刀片的寿命较短；割刀切割后无法自动收回本体；而且无明确判断套管是否完全割断的方法。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种可有效以减小现有工具在深水作业时产生的较大惯性矩；且能对工具扶正，以提高工作时的稳定性和工作寿命；同时方便判断套管是否完全割断的深水涡轮水力式内切割工具。

本实用新型的技术方案是：

一种深水涡轮水力式内切割工具，它由涡轮转矩装置、扭矩传递装置、增压装置和套管切割装置构成，其特征在于：涡轮转矩装置的一端安装有扭矩传递装置；扭矩传递装置上通过增压装置安装有套管切割装置；所述的涡轮转矩装置由上接头、分流器、主轴、上扶正轴承、涡轮转子、涡轮定子、外壳体、导流环、下扶正轴承、橡胶密封环、连接器和端盖构成；外壳体的一端螺纹安装有上接头；外壳体内通过上扶正轴承和下扶正轴承安装有主轴，上扶正轴承和下扶正轴承之间的主轴上装有导流环，导流环与上扶正轴承之间的主轴上设置有涡轮转子和涡轮定子；主轴的一端螺纹安装有分流器，主轴的另一端螺纹安装有连接器，连接器的一端延伸至外壳体外端；与连接器对应的外壳体端头螺纹安装有端盖；端盖与连接器滑动密封连接，端盖一侧的主轴上设置有橡胶密封环。

所述的导流环上设置有液流孔，主轴的的一端设置有中心孔，中心孔底端的主轴上径向设置连通孔，中心孔通过连通孔与液流孔连通。

所述的扭矩传递装置由套管锚上接头、卡瓦、中心管和外管构成，中心管为变径体，中心管的一端螺纹安装有套管锚上接头；管锚上接头一侧的中心管上通过挡环和旋转轴承活动安装有锥形体的外管，外管一端活动安装有卡瓦；与卡瓦对应的中心管圆周上均布有加压孔，加压孔与卡瓦和中心管之间的密封腔连通。扭矩传递装置通过套管锚上接头与涡轮转矩装置的连接器螺纹连接。

所述的卡瓦由装配环和卡爪构成，装配环的一端通过销柱活动安装有多个卡爪；装配环的中心孔为阶梯孔。

所述的增压装置由外壳、活塞、弹簧、装配座、安装直杆和底盖构成；外壳内的台阶孔端口处固定安装有筒状的装配座，装配座上螺纹安装底盖，装配座内通过底盖螺纹安装有安装直杆，安装直杆上通过弹簧活动安装有活塞，活塞与台阶孔端口密封接触连接。

所述的装配座与外壳之间设置有环空，装配座上设置有过流口，过流口与装配座和外壳之间的环空连通。

所述的增压装置通过外壳与扭矩传递装置的中心管螺纹连接。

所述的套管切割装置由壳体、下接头、限位阀杆、推杆、压缩弹簧、刀座、弹簧片和割刀构成；壳体的一端通过螺纹安装的下接头固定压装有限位阀杆，限位阀杆一侧的壳体内通过压缩弹簧安装有推杆；推杆对应的壳体圆周上均布有装配槽，装配槽内通过刀座和销钉活动安装有割刀，刀座一侧的壳体上通过安装座装有弹簧片，弹簧片与割刀接触连接。

所述的推杆通过剪切销钉与外壳连接。

所述的壳体为变径体。

所述的割刀端头设置有V型的限位口，与限位口对应的装配槽上固装有挡板，割刀通过限位口与挡板接触连接。

所述的推杆上设置有中心孔，限位阀杆的端部凸缘圆周上设置有液流通孔。

所述的压缩弹簧对应的壳体圆周上均布有旁通孔。

所述的推杆圆周上与割刀对应状设置有多个卡槽，推杆通过卡槽与割刀接触连接。

本实用新型的有益效果在于：

1.与传统采用井口转盘带动管柱转动，管柱带动水力切割装置切割套管方式相比，传统方式在深水套管切割过程中产生较大的惯性矩从而导致能量大量损失。本实用新型通过水力驱动涡轮带动割刀旋转来切割管柱，可在深水作业时减少较大的惯性矩。

2.现有工具切割套管的时候如果套管与工具不对心，将导致工具偏心影响切割。本实用新型通过壳体与卡瓦配合提高了该工具切割的稳定性，因此延长了刀具的工作寿命。

3.本实用新型在套管切割过程中随着推杆与限位阀杆形成的阀口过流面积变小，阀口处压降增大，由此可根据地面观测钻井液压力变化来判断切割是否完成，准确直观、方便可靠，并可避免发生误判。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型的涡轮转矩装置的结构示意图；

图3为本实用新型的扭矩传递装置的结构示意图；

图4为本实用新型的增压装置的结构示意图；

图5为本实用新型的套管切割装置的结构示意图；

图6为本实用新型的卡瓦的结构示意图。

图中：1、涡轮转矩装置，2、扭矩传递装置，3、增压装置，4、套管切割装置，5、上接头，6、分流器，7、主轴，8、上扶正轴承，9、涡轮转子，10、涡轮定子，11、外壳体，12、导流环，13、下扶正轴承，14、橡胶密封环，15、连接器，16、端盖，17、连通孔，18、套管锚上接头，19、卡瓦，20、中心管，21、加压孔，22、外壳，23、活塞，24、弹簧，25、装配座，26、安装直杆，27、底盖，28、过流口，29、壳体，30、下接头，31、限位阀杆，32、推杆，33、压缩弹簧，34、刀座，35、弹簧片，36、割刀，37、液流通孔，38、剪切销钉，39、挡板，40、旁通孔，41、外管，42、挡环，43、旋转轴承，44、装配环，45、卡爪，46、密封腔。

具体实施方式

该深水涡轮水力式内切割工具由涡轮转矩装置1、扭矩传递装置2、增压装置3和套管切割装置4构成，涡轮转矩装置1的一端安装有扭矩传递装置2；扭矩传递装置2上通过增压装置3安装有套管切割装置4。

涡轮转矩装置1由上接头5、分流器6、主轴7、上扶正轴承8、涡轮转子9、涡轮定子10、外壳体11、导流环12、下扶正轴承13、橡胶密封环14、连接器15和端盖16构成；外壳体11的一端螺纹安装有上接头5；外壳体11内通过上扶正轴承8和下扶正轴承13安装有主轴7，上扶正轴承8和下扶正轴承13之间的主轴7上装有导流环12，导流环12上设置有液流孔，主轴7的一端设置有中心孔，中心孔底端的主轴7上径向设置连通孔17，中心孔通过连通孔17与导流环12的液流孔连通。

导流环12与上扶正轴承8之间的主轴7上设置有涡轮转子9和涡轮定子10；主轴7的一端螺纹安装有分流器6，主轴7的另一端螺纹安装有连接器15，连接器15的一端延伸至外壳体11外端；与连接器15对应的外壳体11端头螺纹安装有端盖16；端盖16与连接器15滑动密封连接；端盖16一侧的主轴7上设置有橡胶密封环14。

扭矩传递装置2由套管锚上接头18、卡瓦19、中心管20和外管41构成，中心管20为变径体，中心管20的一端螺纹安装有套管锚上接头18；管锚上接头18一侧的中心管20上通过挡环42和旋转轴承43活动安装有锥形体的外管41，外管41一端活动安装有卡瓦19；卡瓦19由装配环44和卡爪45构成，装配环44的一端通过销柱活动安装有多个卡爪45；装配环44的中心孔为阶梯孔，装配环44通过阶梯装的中心孔与中心管20的台肩配合形成一个密封腔46。

与卡瓦19对应的中心管20圆周上均布有加压孔21，加压孔21与卡瓦19和中心管20之间的密封腔连通。扭矩传递装置2通过套管锚上接头18与涡轮转矩装置1的连接器15螺纹连接。

增压装置3由外壳22、活塞23、弹簧24、装配座25、安装直杆26和底盖27构成；外壳22内的台阶孔端口处固定安装有筒状的装配座25，装配座25上螺纹安装底盖27，装配座25内通过底盖27螺纹安装有安装直杆26，安装直杆26上通过弹簧24活动安装有活塞23，活塞23与台阶孔端口密封接触连接；装配座25与外壳22之间设置有环空，装配座25上设置有过流口28，过流口28与装配座25和外壳22之间的环空连通；增压装置通3过外壳22与扭矩传递装置2的中心管20螺纹连接。

套管切割装置4由壳体29、下接头30、限位阀杆31、推杆32、压缩弹簧33、刀座34、弹簧片35和割刀36构成；壳体29为变径体，壳体29的一端通过螺纹安装的下接头30固定压装有限位阀杆31，限位阀杆31的端部凸缘圆周上设置有液流通孔37。限位阀杆31一侧的壳体29内通过压缩弹簧33安装有推杆32；推杆32通过剪切销钉38与壳体29连接。

推杆32上设置有中心孔，推杆2对应的壳体29圆周上均布有装配槽，装配槽内通过刀座34和销钉活动安装有割刀36，刀座34一侧的壳体29上通过安装座装有弹簧片35，弹簧片35与割刀36接触连接。

割刀36端头设置有V型的限位口，与限位口对应的装配槽上固装有挡板39，割刀36通过限位口与挡板39接触连接。推杆32圆周上与割刀36对应状设置有多个卡槽，推杆32通过卡槽与割刀36接触连接，以保证推杆32与割刀36的接触并确保推杆32不会发生周向运动仅做轴向运动；压缩弹簧33对应的壳体29圆周上均布有旁通孔40。

工作时，该深水涡轮水力式内切割工具下到指定位置后，开泵，泵入的高压液体经上接头5进入涡轮转矩装置1内。进入涡轮转矩装置1内的高压液体经分流器6分流后冲击涡轮转子9从而带动主轴7转动；由此主轴7通过连接器15带动扭矩传递装置2、增压装置3和套管切割装置4转动。

在扭矩传递装置2、增压装置3和套管切割装置4转动的同时，完成冲击涡轮转子9的高压液体经导流环12上的液流孔、连通孔17、主轴7上的中心孔进入扭矩传递装置2内。

进入扭矩传递装置2内的高压液体在中心管20内汇集，并同时经加压孔21进入卡瓦19和中心管20之间的密封腔46内，随着高压液体不断进入至密封腔46内，在压力的作用下，高压液体推动卡瓦19向外管41端移动，由于外管41为锥形体，卡瓦19向外管41端移动的过程中卡瓦19的卡爪45逐步被撑开，直至与管柱内壁接触并锚定在管壁上；从而对该工具进行整体固定；由于扭矩传递装置2的中心管20与套管锚上接头18螺纹连接；外管41通过挡环42和旋转轴承43活动安装在中心管20上，卡瓦19与外管41之间为滑动连接，外管41与套管锚上接头18为滑动接触连接，工作工程中，外管41和卡瓦19可不随中心管20转动。

当中心管20内汇集的高压液体达到一定压力后推动活塞23沿安装直杆26移动，由此使活塞23与台阶孔端口密封接触的状态解除，从而进入至增压装置3内。增压装置3的目的是迫使高压液体在扭矩传递装置2内形成憋压，以使进入增压装置3内的高压液体必须达到足够压力。当扭矩传递装置2内的高压液体压力不足以压缩弹簧24的弹力时，在弹簧24的作用下活塞23复位，活塞23与台阶孔端口处再次形成密封状态。

进入增压装置3内的高压液体经过流口28、装配座25和外壳22之间的环空进入套管切割装置4内。

进入套管切割装置4内的高压液体一部分经推杆32上的中心孔、液流通孔37和下接头30排出，另一部分高压液体作用至推杆32的端面上并推杆32轴向移动。

这一过程中，推杆32首先剪断剪切销钉38；在移动的过程中并对压缩弹簧33进行压缩，同时推动割刀36逐步张开，从而与套管接触实现切割。割刀36逐步张开的过程中同时挤压弹簧片35使其蓄能。

随着推杆32的移动，割刀36的切割深度不断增大，当割刀36将套管完全割断时；推杆32的中心孔端口与限位阀杆21端头正好处于完全嵌合状态，且挡板39与割刀36形成接触状态。

套管切割装置4的推杆32的移动过程中，推杆32与限位阀杆21的间距逐步变小，即，推杆32的中心孔端口与限位阀杆21端头处形成的阀口过流面积逐步变小，阀口处压降逐步增大。当割刀36将套管完全割断，推杆32的中心孔端口与限位阀杆21端头处于完全嵌合状态时，高压液体的流道同时被截断，由于推杆32的移动，旁通孔40与壳体29的中心孔连通，当高压液体的流道被截断时，高压液体经旁通孔40进入壳体29与套管的环空，此时，泵入的高压液体压力势必产生变化，地面依据该压力变化，即可准确判断套管是否被完全割断；准确直观、方便可靠，并可避免发生误判。

切割工作完成后，停止打压，在弹簧片35和压缩弹簧33的作用下，推杆32和割刀36相继复位，上提管柱，由于管柱壁对卡瓦19有一个摩擦阻力，上提管柱时，外管41与卡瓦19之间为滑动摩擦，从而使外管41与卡瓦19之间产生相对位移，由此使卡瓦19复位。

该深水涡轮水力式内切割工具的壳体29为变径体，通过壳体19与卡瓦19的配合可起一个扶正作用，由此可提高该工具切割的稳定性，从而延长了刀具的工作寿命。

Claims (10)

1.一种深水涡轮水力式内切割工具，它由涡轮转矩装置（1）、扭矩传递装置（2）、增压装置（3）和套管切割装置（4）构成，其特征在于：涡轮转矩装置（1）的一端安装有扭矩传递装置（2）；扭矩传递装置（2）上通过增压装置（3）安装有套管切割装置（4）；所述的涡轮转矩装置（1）由上接头（5）、分流器（6）、主轴（7）、上扶正轴承（8）、涡轮转子（9）、涡轮定子（10）、外壳体（11）、导流环（12）、下扶正轴承（13）、橡胶密封环（14）、连接器（15）和端盖（16）构成；外壳体（11）的一端螺纹安装有上接头（5）；外壳体（11）内通过上扶正轴承（8）和下扶正轴承（13）安装有主轴（7），上扶正轴承（8）和下扶正轴承（13）之间的主轴（7）上装有导流环（12），导流环（12）与上扶正轴承（8）之间的主轴（7）上设置有涡轮转子（9）和涡轮定子（10）；主轴（7）的一端螺纹安装有分流器（6），主轴（7）的另一端螺纹安装有连接器（15），连接器（15）的一端延伸至外壳体（11）外端；与连接器（15）对应的外壳体（11）端头螺纹安装有端盖（16）；端盖（16）与连接器（15）滑动密封连接，端盖（16）一侧的主轴（7）上设置有橡胶密封环（14）；所述的导流环（12）上设置有液流孔，主轴（7）的一端设置有中心孔，中心孔底端的主轴上径向设置连通孔（17），中心孔通过连通孔（17）与液流孔连通。

2.根据权利要求1所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的扭矩传递装置（2）由套管锚上接头（18）、卡瓦（19）、中心管（20）和外管（41）构成，中心管（20）为变径体，中心管（20）的一端螺纹安装有套管锚上接头（18）；管锚上接头（18）一侧的中心管（20）上通过挡环（42）和旋转轴承（43）活动安装有锥形体的外管（41），外管（41）一端活动安装有卡瓦（19）；与卡瓦（19）对应的中心管（20）圆周上均布有加压孔（21），加压孔（21）与卡瓦（19）和中心管（20）之间的密封腔（46）连通；扭矩传递装置（2）通过套管锚上接头（18）与涡轮转矩装置（1）的连接器（15）螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的卡瓦（19）由装配环（44）和卡爪（45）构成，装配环（44）的一端通过销柱活动安装有多个卡爪（45）；装配环环（44）的中心孔为阶梯孔。

4.根据权利要求1所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的增压装置（3）由外壳（22）、活塞（23）、弹簧（24）、装配座（25）、安装直杆（26）和底盖（27）构成；外壳（22）内的台阶孔端口处固定安装有筒状的装配座（25），装配座（25）上螺纹安装底盖（27），装配座（25）内通过底盖（27）螺纹安装有安装直杆（26），安装直杆（26）上通过弹簧（24）活动安装有活塞（23），活塞（23）与台阶孔端口密封接触连接；所述的增压装置（3）通过外壳（22）与扭矩传递装置（2）的中心管（20）螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的装配座（25）与外壳（22）之间设置有环空，装配座（25）上设置有过流口（28），过流口（28）与装配座（25）和外壳（22）之间的环空连通。

6.根据权利要求1所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的套管切割装置（4）由壳体（29）、下接头（30）、限位阀杆（31）、推杆（32）、压缩弹簧（33）、刀座（34）、弹簧片（35）和割刀（36）构成；壳体（29）的一端通过螺纹安装的下接头（30）固定压装有限位阀杆（31），限位阀杆（31）一侧的壳体（29）内通过压缩弹簧（33）安装有推杆（32）；推杆（32）对应的壳体（29）圆周上均布有装配槽，装配槽内通过刀座（34）和销钉活动安装有割刀（36），刀座（34）一侧的壳体（29）上通过安装座装有弹簧片（35），弹簧片（35）与割刀（36）接触连接。

7.根据权利要求6所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的推杆（32）通过剪切销钉（38）与外壳（29）连接；所述的壳体（29）为变径体。

8.根据权利要求6所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的割刀（36）端头设置有V型的限位口，与限位口对应的装配槽上固装有挡板（39），割刀（36）通过限位口与挡板（39）接触连接；推杆（32）圆周上与割刀（36）对应状设置有多个卡槽，推杆（32）通过卡槽与割刀（36）接触连接。

9.根据权利要求6所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的推杆（32）上设置有中心孔，限位阀杆（31）的端部凸缘圆周上设置有液流通孔（37）。

10.根据权利要求6所述的一种深水涡轮水力式内切割工具，其特征在于：所述的压缩弹簧（33）对应的壳体（29）圆周上均布有旁通孔（40）。