一种井下切割仪的制作方法

本发明涉及石油井下切割作业仪器原理，具体涉及一种动力部分采用电缆传输在井下将管柱(油管、套管、钻杆等)切割作业的一种井下切割仪。

背景技术：

传统的切割大多采用爆炸、化学将管柱从内部切割这种切割存在很大安全隐患、环境污染、同时容易造成二次安全事故的风险。本发明采用测井电缆远距离有线传输动力同时辅助于信号监测可以达到安全可靠、环保、高效作业，避免产生二次事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于实现一种井下切割仪。该井下切割仪采用了机械液压原理实现仪器的井下作业，从而实现井下切割作业。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现。

一种井下切割仪，包括依次机械连接液压平衡单元、液压动力单元、液压控制单元、锚定单元和切割单元；

所述液压平衡单元与液压动力单元液压管路连接提供液压油，液压动力单元与锚定单元和切割单元液压管路连接提供液压动力；锚定单元具有多个锚定臂，切割单元具有切割臂，切割臂上镶嵌有切割刀头；

所述液压控制单元将液压动力单元提供的液压能分配到锚定单元和切割单元分别使锚定臂和切割臂张开或者回收。

作为本发明的进一步改进，所述液压平衡单元端部连接有用于连接其他仪器的上接头，上接头内具有承压连接器，承压连接器连接有贯穿液压平衡单元和液压动力单元内部的过线管。

作为本发明的进一步改进，所述液压平衡单元为储存油箱，储存油箱上设置有与外界压力连通的外压力通道；

液压平衡单元内部具有密封储存油箱的平衡活塞，平衡活塞通过拉簧与拉簧座连接，外压力通道与平衡活塞所在平衡腔连通；

平衡活塞所在平衡腔内部设置有连通孔，平衡腔通过连通孔与过线管连通。

作为本发明的进一步改进，所述液压动力单元包括电机和液压泵；液压泵出口设置有单向阀；

电机带动液压泵旋转，将液压平衡单元的液压油通过单向阀输送到液压控制单元中。

作为本发明的进一步改进，所述液压控制单元包括用于油路控制的电磁阀、用于系统压力保护的安全阀、用于压力监测的压力计；电磁阀为多个两位三通电常开或者常开磁阀用于分别连接多个油路；每一个油路设定不同压力值的安全阀。

作为本发明的进一步改进，所述锚定单元包括锚定活塞、推靠腔；锚定活塞设置在推靠腔内；第一液压管线将高压油送到锚定活塞的推靠腔内，锚定活塞连接锚定臂；

锚定臂包括通过第二轴销连接上锚定臂和下锚定臂，上锚定臂通过第一轴销铰接锚定单元的外壳上，下锚定臂通过第三轴销与锚定活塞连接；当锚定活塞带动下锚定臂运动时，锚定臂张开或者回收。

作为本发明的进一步改进，所述锚定单元内部设有第一安全回收单元，第一安全回收单元包括第一复位弹簧、第二液压管线和第三液压管线，第二液压管线、第三液压管线与液压控制单元中的液压阀连接形成蓄能系统，第一复位弹簧与锚定活塞端部连接；锚定活塞进行锚定动作时，锚定活塞带动第一复位弹簧蓄能，第一复位弹簧回弹牵引锚定活塞带动上锚定臂和下锚定臂回收至壳体内。

作为本发明的进一步改进，所述切割单元包括切割电机外壳、刀头固定筒体、切割电机和减速器、推靠活塞；切割电机外壳与刀头固定筒体连接；推靠活塞设置在刀头固定筒体内，第四液压管线与推靠活塞的第一油腔连接，切割臂通过第四轴销与刀头固定筒体连接，推靠活塞端部与切割臂连接；

所述刀头固定筒体在切割电机和减速器带动下相对切割电机外壳旋转；推靠活塞向外推出使切割臂张开并伸出切割电机外壳外部。

作为本发明的进一步改进，所述切割单元内还设置有第二安全回收单元，第二安全回收单元包括第二复位弹簧、第五液压管线，

第五液压管线与推靠活塞前端的第二油腔连接，第二复位弹簧设置在推靠活塞的活塞杆上；推靠活塞切割动作是时挤压第二复位弹簧；液压控制单元使第二油腔变为高压腔，第一油腔变为低压腔，活塞带动切割臂回收。

作为本发明的进一步改进，所述刀头固定筒体通过连接螺母和角触轴承与切割电机外壳连接；

所述液压控制单元、锚定单元、切割单元之间的油路连接通过液压连接接头连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过液压平衡单元、液压动力单元、液压控制单元、锚定单元、切割单元，电机带动微型液压柱塞泵实现电能转换成液压能，经过液压控制使液压能传递到个执行单元；采用液压方式实现仪器的井下的各动作的推靠和回收动作；通过电机加减速器直接带动切割臂的刀头旋转实现井下切割作业；实现了井下管柱的内部切割，使得切割作业更加安全可靠，节能环保，同时可以避免爆炸时产生的二次工程事故。因为电缆驱动井下切割仪，作业相对简单，并且全程可控，没有危化物品的介入，也不需要切割作业时的特殊资质以及审批手续。在减少作业风险的同时节约了成本和人员的投入。

附图说明

此处附图为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术方案。以下对实施例中所需要使用的附图简明的介绍，并与说明书一起解释本发明的原理。同时为了更好的展示本发明以及验证本发明的有效性，本发明展示了麦克风阵列前后向抑制比的效果图。

图1切割仪探头外形组成示意图；

图2切割仪的锚定刀头分布示意图；

图3切割探头结构示意图；

图4为切割探头结构细节示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并未用于限定本发明。

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图1和图4所示一种井下切割仪，主要包括：液压平衡单元1、液压动力单元8、液压控制单元11、锚定单元16、切割单元26及安全回收单元。

仪器推靠动作采用液压动力实现，切割刀头旋转动作采用电机加减速器机构直接拖动；

其中液压动力电机和切割电机均采用直流无刷电机，优点是体积小功率大；

推靠动力部分为直流无刷电机带动微型液压柱塞实现；

液压控制部分中含有电磁阀，安全阀、单向阀、压力传感器。

上接头47起到电器与机械连接其他仪器作用同时含有一个承压连接器，隔绝仪器内部液压油。

液压平衡单元1为仪器的油箱，为液压动力单元8提供液压油。同时用于平衡外部环境压力，使仪器内部和外部压力达到平衡。

液压动力单元8可以为锚定单元16和切割单元26的推靠臂提供液压动力使锚定臂19和切割臂38张开或者回收。液压动力单元8内部含有一个电机和液压泵将电能转换成液压能。

液压控制单元11是将液压动力单元8提供的液压能根据控制需要分配到锚定单元16和切割单元26的驱动位置进行不同工作。内部含有相应的压力检测元件监控各管路的实时工作压力，对仪器的工作状态做出判断。

锚定单元16的执行机构锚定臂19在液压力作用下张开，从而与井下管柱内壁接触并牢固固定，可以承受切割单元5旋转切割时产生的反向扭矩。锚定单元16的锚定臂19可以产生扭矩是切割产生扭矩的2倍以上。

切割单元6由电机带动切割臂38旋转，在液压力作用下张开，从而开始由内而外对井下管柱进行切割，切割臂38上镶嵌有切割刀头用于切割井下管柱。

其工作过程为：

电能为地面通过测井电缆传输到井下，经过电子单元控制分配到个器件；

电机带动微型液压柱塞泵实现电能转换成液压能，经过液压控制使液压能传递到个执行单元；

采用液压方式实现仪器的井下的各动作的推靠和回收动作；

通过电机加减速器直接带动切割臂的刀头旋转实现井下切割作业；

安全回收单元为液压能在工作时积蓄起来储存在一个弹性元件中。

图2所示a-a为锚定臂的分布为3个锚定臂在360度圆周上均布，这样的分的特点是3点确定一个圆，有利仪器居中在井下管柱内壁，为仪器的切割提供必要居中条件。

如图3所示，b-b为切割臂的分布，在圆周上3个按照360度均布，在切割时三个切割臂可以相互支撑，并且保证切割刀头居中切割，同时提供居中支撑，使得切割时受力更加均匀，避免切割时产生大的扭矩波动。

图3所示，上接头47用于连接其他仪器，过线管7内部中空可以使下部元器件的导线连接到上接头47位置的承压连接器48位置，同时液压油也会再次隔离。

所述液压平衡单元1端部连接有用于连接其他仪器的上接头47，上接头47内具有承压连接器48，承压连接器48连接有贯穿液压平衡单元1和液压动力单元8内部的过线管7。

液压平衡单元1为储存油箱，储存油箱上设置有与外界压力连通的外压力通道3；液压平衡单元1内部具有密封储存油箱的平衡活塞4，平衡活塞4通过拉簧2与拉簧座5连接，外压力通道3与平衡活塞4所在平衡腔连通；平衡活塞4所在平衡腔内部设置有连通孔49，平衡腔通过连通孔49与过线管7连通。

液压平衡单元1为井下仪器的储存油箱，同时用于平衡外界压力通过外压力通道3来实现。液压平衡单元1内部含有平衡活塞4，平衡活塞4由一个拉簧2与拉簧座5连接，这样设置的目的可以使平衡活塞4在拉簧2作用下紧贴油位，防止液压系统内部存在气体。在液压平衡单元1上留有平衡外界环境的外压力通道3可以允许外部环境的压力导入到平衡活塞4位置，从而起到平衡内部与外界压力作用。平衡活塞4可以根据油量体积变化移动，方便设备维修人员检测油箱内部油量。平衡活塞4上设定有用于密封的密封圈。

液压动力单元8包括电机6和液压泵9；液压泵9出口设置有单向阀50；电机6带动液压泵9旋转，将液压平衡单元1的液压油通过单向阀50输送到液压控制单元11中。

液压动力单元8为仪器的各执行单元提供液压动力，将电能转换成液压能。内部主要组成有电机6和液压泵9，电机6是直流无刷电机，直流无刷电机可以带位置传感器也可以为无位置传感器。电机6带动液压泵9旋转，将液压平衡单元1的液压油输送到液压控制单元11去，然后在控制单元11的各液压阀作用下根据工作指令，将液压能输送到锚定单元16和切割单元26。在液压泵出口位置设定有单向阀50防止系统液力在泵停止时因为压差而回流至液压平衡单元导致系统压力下降，同时可以防止液压泵9的周期性脉动导致压力不稳。

所述液压控制单元11包括用于油路控制的电磁阀10、用于系统压力保护的安全阀12、用于压力监测的压力计13；电磁阀10为多个两位三通电常开或者常开磁阀用于分别连接多个油路；每一个油路设定不同压力值的安全阀12。

液压控制单元11是将液压动力单元8提供的高压液压油分配到各执行单元去，其中设定有用于油路控制的电磁阀10、用于系统压力保护安全阀12、用于系统关键高压油路压力监测压力计13。电磁阀10设定有多个2位三通电常开或者常开磁阀，通过不同的供电组合实现油路的切换。每一个高压油路设定不同压力值的安全阀，用于设定工作时的液压力，相互油路中设定有单向阀用于隔绝相互之间高低压，防止相对低压油路影响高压油路的压力。

液压连接接头14用于液压控制单元11、锚定单元16、切割单元26之间的油路连接可以承受系统最高压力30mpa。因为三个单元之间的时刻拆分的。所以液压油路之间是通过液压连接接头连接的。

锚定单元16包括锚定活塞17、推靠腔41；锚定活塞17设置在推靠腔41内；第一液压管线46将高压油送到锚定活塞17的推靠腔41内，锚定活塞17连接锚定臂。

锚定单元16在第一液压管线46作用将高压油送到锚定活塞17的推靠腔41位置，从而驱使锚定活塞17带动下锚定臂21运动促使锚定部分锚定。锚定臂分为上锚定臂19和下锚定臂21，上锚定臂19通过轴销18固定锚定单元16的外壳上，锚定上臂19可以绕着轴销18旋转，下锚定臂21通过轴销22与锚定活塞17连接，并且可以绕轴销22旋转。

上锚定臂19和下锚定臂21，两者通过轴销20连接，两个锚定臂可以绕着轴销20旋转，当锚定活塞17带动下锚定臂21运动的时候，锚定臂可以张开或者回收，实现锚定或者解除锚定。

所述锚定单元16内部设有第一安全回收单元15，第一安全回收单元15包括第一复位弹簧44、第二液压管线51和第三液压管线。

锚定单元16内部设有安全回收单元15主要组成有通过第一复位弹簧44、第二液压管线51、第三液压管线、以及锚定活塞17等组成，第二液压管线51、第三液压管线与液压控制单元11中的液压阀连接形成一个蓄能系统，在锚定的时候将能量储存在第一复位弹簧44中，等到仪器断电情况第一复位弹簧44作用使锚定活塞17带动上锚定臂19和下锚定臂21复位，收回仪器内部。

锚定单元16内部有一个中空的通道40允许液压油和导线通过到下部的切割单元26。同时切割电机23的导线也可以通过此处连接到承压连接器48位置用于连接到其他控制仪器。

切割单元26包括切割电机外壳31、刀头固定筒体36、切割电机23和减速器24、推靠活塞34；切割电机外壳31与刀头固定筒体36连接；推靠活塞34设置在刀头固定筒体36内，第四液压管线39与推靠活塞34的第一油腔42连接，切割臂38通过第四轴销37与刀头固定筒体36连接，推靠活塞34端部与切割臂38连接。

切割单元26内部的刀头固定筒体36在切割电机23和减速器24带动下会相对与切割电机外壳31做相对旋转运动，从而使切割臂38进行旋转。第四液压管线39作用下带动推靠活塞34向外推出从而使切割臂38张开，从而完井下管柱的由内而外的切割。旋转密封件30在刀头固定筒体36旋转时起密封作用，防止第五液压管线45的液压油外漏，并起到与外部环境动密封作用。

切割臂38通过第四轴销37与刀头固定筒体36连接，可以绕第四轴销37在切割固定筒36上转动。

刀头固定筒体36通过连接螺母29和两个角触轴承33与切割电机外壳31连接，角触轴承33对向设置可以在承受轴向力的时候同时提供径向支撑保证刀头固定筒体36旋转的平稳性。通过连接螺母29和切割电机外壳31将连个角触轴承33轴向位置限制，实现轴向受力。

经过第四液压管线39输送高压油到高压腔体42中，使活塞34运动此时第五液压管线45经过液压控制单元11与油箱连接，活塞34运动使切割臂38张开。正常回收通过液压控制单元11使第二油腔43变为高压腔，第一油腔42变为低压腔，活塞34带动切割臂38回收。

切割单元26内还设置有第二安全回收单元，第二安全回收单元包括第二复位弹簧35、第五液压管线45，

切割单元36的安全回收单元在切割动作时已经将能量储存在第二复位弹簧35中，当以断电时通过液压控制单元11中的液压阀使第一油腔42与油箱连接，第二复位弹簧35推动下活塞34使切割臂38回收。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。