一种井下管柱穿孔及径向切割工具

本发明涉及井下管柱穿孔及切割工具领域，具体为一种井下管柱穿孔及径向切割工具。

背景技术：

1、油田井下管柱需要打孔作业的情况较多，如井下管柱节流嘴堵塞，或井筒原因无法正常打捞的堵塞器，油套无法建立循环通道，压裂管柱遇卡无法建立冲砂循环通道，井下卡钻后无法建立钻井液循环通道等均需要在管柱上穿孔；同时近几年卡钻事故日益突出，对于小井眼或壁厚过大的钻杆，传统的机械切割无法完成快速切割作业，而爆炸切割会造成井筒的破坏以及鱼顶的不规整。为顺利解决此类工程问题，本发明了一种井下管柱穿孔及径向切割工具，其是利用铝热反应产生的高温熔融金属流体射流，实现对井下管柱的定向穿孔或及环向切割作业。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一套能实现井下管柱穿孔及遇卡管柱径向切割解卡的新型工具，特别适用于井下管柱的快速穿孔及其传统机械切割无法完成的厚壁管柱的切割作业。

2、本发明所使用的一种井下管柱穿孔及径向切割工具，由电源1、电源壳体2、锚定连接短节3、电机a4、丝杆5、锚定壳体6、端盖7、圆柱推程体8、锁紧块9、推进机构连接短节10、推进机构外壳11、液流滑套13、圆柱销14、喷射机构连接短节15、顶盖16、电机b17、转轴18、转动块19、键a20、键b21、石墨塞22、金属套筒23、喷射机构外壳24、石墨隔热层25、锥形导向体26、导流体27、金属骨架28、喷孔29、换向器30、金属垫片31、密封滑套32、连接杆33、心轴34、扶正片35、螺钉36、导向锥头37、滑杆38、滚动轴承39、分布式导流体271、分布式喷孔291、分布式换向器301组成。

3、在一些实施例中，所述锚定壳体6的上端螺纹与锚定连接短节3配合，底部螺纹与推进机构连接短节10配合，侧面均匀开设4个矩形通孔6a与锁紧块端面9c配合，圆柱推程体8由锚定壳体上端放入使其圆周上的斜t型槽8b与锁紧块9斜t型卡块9a配合，端盖7卡在锚定壳体台阶上以顶住圆柱推程体8，锚定壳体下端面中心开设光滑圆形通孔6b，以容纳丝杆剩余的轴距，丝杆5下端通过螺纹与圆柱推程体的内螺纹8a配合，锁紧块9外部开设齿牙9b，这些零件共同组成了锚定机构，可通过锁紧块径向移动卡紧管柱完成工具锚定作业；所述推进机构外壳11上下端螺纹分别与推进机构连接短节10、喷射机构连接短节15螺纹配合，下端侧面均匀的开设8个进水孔11a，上端有销孔11b，内部开设圆柱通孔11c以容纳液流滑套13，液流滑套13下端内部开设液流道通孔13a，侧面均匀开设8个进水孔13b，通过圆柱销实现与推进机构外壳定位，在液流滑套顶端与推进机构外壳之间的型腔中装填铝热剂，铝热剂与电源引线相连，通电激发引燃铝热剂，铝热剂反应产生的高温高压气体形成推力，剪断圆柱销，使液流滑套向下滑移至二者进水孔同轴心配合，此时工具内外互通，外部钻井液流体进入工具，经特别设计的液流道推进石墨塞22向下滑移，进而推动残余的高温熔融金属射流从喷射机构喷出，完成液压推进作业；所述喷射机构连接短节15上下端螺纹分别与推进机构外壳、金属套筒23连接，内部螺纹15a与顶盖16螺纹连接，上部通孔15b存放电机b17，下部通孔15c安装转轴，通孔15d为液流道，转动块19通过键b21与转轴18相连，且通过键a20与喷射机构外壳24相连，开启电机b(17)使喷射机构旋转，从而使射流沿旋转的流道喷射到管柱上，完成遇卡管柱的径向切割作业；所述喷射机构外壳24上下端套在滚动轴承39上，两端的滚动轴承分别被喷射机构连接短节及金属套筒顶住，喷射机构外壳内部套设石墨塞22、石墨隔热层25、锥形导向体26，下端与金属骨架28螺纹配合，所述导流体27上端设置锥形台27a，内部均匀分布4个增速流道通孔27b，下端设置骨架卡槽27c，金属骨架28上下端螺纹分别与喷射机构外壳24和连接杆33螺纹连接，内部开设导流体套筒28a，喷孔29中心开设圆形通孔29a，内部也开设导流体套筒29b，侧面均匀分布4个圆形喷口29c，换向器30中心内部开设有圆形通孔30a，侧面均匀开设4个弧形引流槽30b，下端面设置台阶30c以顶住喷孔29，金属垫片31与金属骨架底部螺纹配合，密封滑套32下井途中通过密封圈定位在连接杆33上，这些零件共同组成了喷射机构，在石墨隔热层反应腔中装填铝热剂，铝热剂与电源引线相连，通电激发引燃铝热剂，铝热剂反应产生的高温高压气体形成推力，推开密封滑套，使反应产物高温熔融金属流体经过喷射机构流道喷射到管柱上，完成管柱的穿孔或径向切割作业；所述的导流体27、喷孔29、换向器30可根据实际工况更改，实现不同穿孔数，不同穿孔直径，不同的穿孔方式，如分布式导流体271、分布式喷孔291、分布式换向器301能实现分布式的螺旋穿孔作业，所述心轴34从滑杆38上端下入并卡在其内部，下端与导向锥头37螺纹连接，在其中部位置用螺钉36连接扶正片35。

4、在一些实施例中，当对井下管柱实施穿孔作业时，关闭电机b17，停止喷射机构旋转，铝热药剂反应产生的高温熔融金属流体从固定喷口喷射到管柱上，对管柱进行持续的冲刷烧蚀，最终完成穿孔，其中喷射机构内导流体27、喷孔29、换向器30零件的结构可根据实际工况更改，实现不同的穿孔方式，可实现同一环面径向方向上的穿孔，穿孔数量为1-10个，还可实现多层环面径向螺旋分布式穿孔，穿孔环面层数为1-10层。

5、在一些实施例中，提出了一种能实现径向同一环面穿孔数为4的喷射机构，所述导流体27增速流道出口在同一水平线上，换向器30的4个弧形引流槽上端入口与导流体27增速流道出口平行接触配合，喷孔29上的喷口与换向器30的4个弧形引流槽下端出口同轴心配合，铝热药剂反应产生的高温熔融金属流体通过三者构成的流道流动，最终从喷孔29上的4个喷口喷射到管柱上，完成穿孔。

6、在一些实施例中，提出了一种在径向上能同时实现两个不同环面层分别穿射4孔的喷射机构，所述的分布式导流体271与导流体27区别在于开设了8个增速流道通孔，其出口高度螺旋分布在两个不同水平面上，分布式换向器301开设的8个弧形引流槽径向螺旋分布在两个不同环面层上，且引流槽上端入口与分布式导流体271增速流道出口配合，分布式喷孔291开射的8个喷口也径向螺旋分布在两个不同环面层上且与分布式换向器301的弧形引流槽下端出口配合，铝热药剂反应产生的高温熔融金属流体通过三者构成的流道流动，最终从分布式喷孔291上的喷口喷射到管柱上，完成分布式螺旋穿孔。

7、在一些实施例中，连接杆33上端内螺纹与金属骨架28下端螺纹连接，下端端面外螺纹与第二节喷射机构相连，可根据具体工况，继续往下连接多个喷射机构，连接数量为2-40个，每节喷射机构分别与不同的点火引线相连，并按从下往上的顺序依次点燃喷射机构中的铝热药剂，可实现工具一次下井，多次点火，对管柱穿射多层分布式的螺旋通孔。

8、在一些实施例中，当对遇卡管柱实施径向切割时，连接两节喷射机构，先激发第2节喷射机构内的铝热药剂完成穿孔作业，建立钻井液循环通道，再开启电机b17，使喷射机构旋转，再激发第1节喷射机构内的铝热药剂，使铝热药剂反应产生的高温熔融金属射流从旋转的喷口喷射到管壁上，经持续的冲刷烧蚀完成对管柱径向同一环面的切割作业，实现工具一次下井，同时完成管柱穿孔及切割作业。

9、在一些实施例中，喷射机构中，石墨塞22、石墨隔热层25、锥形导向体26、导流体27、喷孔29、换向器30均为石墨材料制造的零件，能承受3000°以上高温，喷射机构外壳24、金属骨架28、金属垫片31均为高强度金属零件，使喷射机构能承受高温高压。