一种油气井套管水力切割装置及切割方法与流程

本发明涉及管道切割领域，特别地，涉及油气井套管水力切割装置及切割方法。

背景技术：

1、在钻完井后，为实现钻探目的一般会有多层各类型套管下入到井内，当套管下入到井口后，需要对井口处的套管进行切割作业，以获得井口安装需要的套管长度和切口质量标准要求。目前采用井口切割方式一般是乙炔气、等离子等热切割方式。这种热切割方式会在钻探井口带来无法避免的一级动火风险，因此钻探企业会采取多种措施来消减工业动火风险，特别是在油基泥浆体系下的动火作业，有着更为严格的安全控制措施。同时，需要被切割处的井口套管处于套管头与防喷器之间，能操作的空间小于0.45m3，对井口套管的切割作业属于典型的受限空间作业，在石油石化行业与动火作业一样属于高危作业管理，因此会导致井口切割作业效率非常低。

2、公开号为cn113878163a的中国专利公开了一种大直径金属管道切割装置，该发明涉及建筑机械技术领域，尤其涉及一种大直径金属管道切割装置，旨在解决手持小型切割机切割误差较大的问题。该发明包括外筒和与外筒同轴的内筒；外筒上设置有夹持面朝向外筒内部的夹持组件；内筒设置于外筒内部并且与外筒沿外筒的轴线方向滑动连接；内筒内部设置有环形运动的切割机构，切割机构的切割片朝向内筒的中心。大直径金属管道切割装置设置有第一工位和第二工位；第一工位和第二工位之间的距离为目标长度。通过夹持组件定位和两工位设置，保证定长准确，通过切割机构环形运动，保证切割面平整，从而减小手持工具切割带来的误差。

3、公开号为cn213646083u的中国专利公开了一种管道切割装置，该实用新型属于管道切割技术领域，尤其是一种管道切割装置，针对现有的切割装置通常是手持切割机对管道进行切割，切割较慢，且切割线不齐整的问题，现提出如下方案，其包括底板，所述底板的顶部两端均固定连接有外卡槽，外卡槽上固定设置有两个外定位轮，两个外卡槽之间的底板上固定连接有两个内卡槽，两个内卡槽内转动设置有螺杆，螺杆两端的螺纹呈对称设置，螺杆的两端均螺纹连接套设有卡座，卡座上转动套设置有第一滚轴，第一滚轴上固定套设置有内定位轮，第一滚轴的一端固定连接有电机，该实用新型通过内定位环可以转动钢管，钢管在转动时，便可以通过圆形轨道上设置的切割机构对钢管进行切割，切割精准且方便。

4、随着近年来水力切割技术发展的突飞猛进，特别是喷嘴技术得到技术突破后，水力切割设备向小型化发展，制造成本进一步降低，并开始应用到各个行业的各个生产环节。它相比较乙炔气、等离子、激光、线切割等主流切割方式具有加工尺寸范围广，不产生热效应等优点。而水力切割不产生热效应的特点特别适用于防火防爆环境要求下的切割场所，因此在油气井套管切割作业中，有着较高的应用空间和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足的至少一项，本发明的目的是提供一种适用于防火防爆环境要求下的切割装置。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种油气井套管水力切割装置。

3、所述装置可包括：夹紧单元、旋转单元和水力切割单元，其中，夹紧单元能够紧固在套管上；旋转单元与夹紧单元连接，并能够带动水力切割单元沿套管做环向运动；水力切割单元在旋转单元的带动下，能够对套管进行切割和/或进行切割后的端面坡口作业。

4、进一步地，所述旋转单元可包括至少两个依次首尾连接并组成完整环形的环形驱动机构，每个环形驱动机构都包括环形底板、以及安装在环形底板上的驱动组件，驱动组件能够带动水力切割单元做环形运动。

5、进一步地，所述旋转单元可包括环形齿轮，环形齿轮能够在驱动力的作用下做环向运动。

6、进一步地，所述旋转单元还可包括若干个安装在所述环形底板上的导向滚轮，导向滚轮位于所述环形齿轮的内侧，并能够对环形齿轮的环向运动进行导向。

7、进一步地，所述装置还可包括连接单元，连接单元能够将相邻的两个环形驱动机构进行连接。

8、进一步地，所述连接单元可包括与所述环形驱动机构数量相同的连接组件，其中，每个连接组件都可包括配套使用并能够相互连接的第一连接件和第二连接件；第一、第二连接件分别安装在相邻的两个环形驱动机构的相邻两端上。

9、进一步地，所述装置还可包括动力单元，动力单元能够为旋转单元提供旋转的动力。

10、进一步地，所述动力单元可包括能达到防爆标准的伺服直流电机。

11、进一步地，所述夹紧单元可包括至少三个夹紧组件。

12、进一步地，所述夹紧组件可包括：固定座、螺杆和定位夹头，其中，固定座固定在所述旋转单元下端并具有一个贯通的螺纹孔；螺杆穿过该螺纹孔且螺杆的外螺纹与螺纹孔的内螺纹相适配；定位夹头能够夹持管道，并与螺杆朝里的一端连接。

13、进一步地，所述水力切割单元可包括：切割机构，切割机构可包括呈喷嘴设计的第一刀头和/或第二刀头，其中，第一刀头用于切割套管，且其与套管的中心轴线之间呈第一夹角；第二刀头用于加工坡口，且其与套管的中心轴线之间呈第二夹角。

14、进一步地，所述第一夹角可为90度，第二夹角可为10～70度。

15、进一步地，所述水力切割单元还可包括能够为所述切割机构提供压力源的水力切割泵站。

16、进一步地，所述旋转单元加上所述水力切割单元的总高度不大于175mm。

17、进一步地，所述装置还可包括支撑单元，支撑单元位于防喷器组合和套管头组合之间并起到支撑作用。

18、进一步地，所述装置还可包括控制单元，控制单元能够控制水力切割单元的切割作业和旋转单元的旋转运动。

19、另一方面，本发明提供了一种油气井套管切割方法，所述切割方法基于上述油气井套管水力切割装置来实现。

20、进一步地，所述方法可包括步骤：安装所述油气井套管水力切割装置；进行切割作业；在切割作业完成后，提出套管；移走防喷器；然后安装套管头。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

22、(1)消除了原热切割方式带来的工业动火安全风险，提高该环节作业的工作效率。

23、(2)整个切割作业，操作人员远程控制和实时监控，消除了原作业方式在受限空间进行作业的高风险。

24、(3)切割过程所用的原料是清水和石榴砂，不会对环境造成任何不良影响。

25、(4)采用分块式环形驱动机构，方便在狭窄空间的安装。

26、(5)夹紧单元保障了双刀头在环形走刀轨迹上始终保持对套管的切割距离一致；夹紧单元可以调节，适用于不同的管径。

27、(6)动力单元采取了符合爆炸性环境设备要求的防爆伺服直流电机，精确控制旋转驱动单元的输出力矩、线速度等切割参数。

28、(7)动力单元单独安装，获得了较大传动比，且安装方便。

29、(8)双刀头能同时满足水平切割套管和呈预定角度(例如30°)方向完成套管端面加工成坡口的功能，使双刀头围绕套管旋转一周，就能同时完成切割和在切口端面加工坡口的作业，极大地提高了作业效率。