井下工具切割类工具

第四节切割类工具•对于被卡的管类落物或需要修理的套管,用其他方法无法处理时,常采用切割的方法处理。本节只介绍四种典型的切割工具及技术。•一、机械式内割刀•二、机械式外割刀•三、水力式外割刀•四、聚能（爆炸）切割工具一、机械式内割刀1.用途机械式内割刀是一种从井下管柱内部切割管子的专用工具。除接箍外可在任意部位切割。若在其上部配有可退式打捞锚,就可以将卡点以上的管柱一次性切割和提出.2.结构•如图5-35所示,主要由芯轴、切割机构、限位机构、锚定机构等部件组成。3．作用原理•当工具下放到预定深度时，正转钻杆柱,由于摩擦块紧贴套管壁产生一定的摩擦力,迫使滑牙板与滑牙套相对转动,推动卡瓦上行,沿锥面张开,并与套管壁接触,完成锚定动作。继续转动并下放钻柱,则进行切割。切割完毕后,上提钻柱,芯轴上行,滑牙套上的单向锯齿螺纹压缩滑牙板板簧,使之收缩,由此滑牙板与滑牙套即可跳跃复位,卡瓦脱开,解除锚定.各元件复位.4.技术规范•机械式内割刀技术规范见表2-3-1所示.例如规格型号为JNGD89机械式内割刀，其•外形尺寸φ83×600mm，•接头螺纹代号1.900TBG平式油管扣，•使用及性能参数是：•切割范围70～78mm，坐卡范围81～67mm，切割转速30～20r/min，进给量1.5～3mm，钻压4kN，更换件后扩大的切割范围101mm。5.操作方法•(1)通井,保证下井工具畅通无阻;•(2)根据被切管子尺寸,选好机械内切刀;•(3)将工具接在钻柱下端,下至预定深度;•(4)循环洗井;•(5)正转钻柱,逐渐下放,直至坐卡,此时悬重应保持原钻柱重量;•(6)继续以每分钟12～24的转速(参照表2-1)正转,从开始切割(扭矩增加)为起点,每次下放量为1～2mm(或参照表2-1).•(7)若扭矩显著减小,说明管柱被切掉;•(8)上提管柱即可恢复常态.8.注意事项•(1)下工具过程中,应防止正转钻柱,以免中途坐卡;若中途坐卡,可上提钻柱即可复位,然后继续下放•(2)切割时应按规定控制下放量和转速,以防刀片损坏.7.优、缺点•优点：•(1)结构紧凑,性能可靠,切割成功率高.•(2)切割深度准确,切口平整.•(3)更换少量零件即可扩大切割范围.•(4)有水眼,可进行循环.•缺点：操作较难掌握.二、机械式外割刀•1.用途•从套管、油管或钻杆外部切断管柱。更换成卡瓦式卡爪装置后，可在除接箍外任何部位切割。切割后，可直接提出断口以上的管柱。•2．结构•如图2—2所示。主要由上接头1、卡爪装置2，3，4、止推环5、承载环6、隔套7、筒体8、主弹簧9、进给套10、剪销11、刀片12、轴销14、丝堵15、引鞋13等组成。•卡爪装置有三种形式：弹簧爪式、棘爪式和卡瓦式。•引鞋有两种：一种是筒形，下端有一大的内锥面；另一种下部有螺旋形缺口及内锥面。3．作用原理•(1)接在套铣管柱最下端的外割刀下入井后，引鞋将被卡管柱引入外割刀内腔，卡爪装置中的卡爪紧紧贴在被切管柱本体外壁下行。当遇到接箍或者加厚部位时，卡爪被推开或者被胀大，在弹性力的作用下，卡爪滑过接箍后，又重新贴在管柱本体下行。•(2)工具下至切割位置后，上提工作管柱，卡爪便卡在被切段上部的第一个接箍台肩处。随着上提力的增加，卡紧力也增大；达到一定值后，进给套上的剪销被剪断。进给套在弹簧力的作用下，推动刀片内伸。转动工作管柱，刀片便进入了切割状态。•(3)随着切削深度的增加，进给套将不断地使刀片产生进给运动。可见在切割过程中，卡爪装置卡在被切管柱上，是不动的。机械式外割刀的其余部分随工作管柱一起转动，止推环和承载环是一对滑动摩擦副。卡爪装置的三种形式•卡爪装置有三种形式：弹簧爪式、棘爪式和卡瓦式。弹簧爪式如前述。•棘爪式卡爪装置如图2-2(b)所示,可卡在整体管柱的加厚部位，不受接箍的限制。由座体6、间隔套9、棘爪3、扭力弹簧4、销轴5等组成。座套上半部六个豁口，安装六个棘爪。棘爪长而扁，被销轴和扭力弹簧固定并压向水平位置。卡瓦式卡爪装置•卡瓦式卡爪装置如图2-2(c)所示.可卡在管子本体的任意部位上.由卡瓦5、中间接头2、卡瓦锥体4、卡瓦锥体座6、弹簧3等零件组成。中间接头连在上接头与筒体之间，用以补偿原工具尺寸的不足；同时中间接头上部有一台阶，压住弹簧。下端面压住卡瓦锥体座，使其固定不动。卡瓦锥体是圆柱形套，内孔有一锥面。两个剪销把锥体座和锥体连在一起。卡瓦是整体式。圆环体的下部有四个卡瓦片，卡瓦片内表面有坚硬的内齿，外表面是圆锥面。安装这种卡爪装置的外割刀，还可以退出落鱼。4．技术规范•机械式外割刀技术规范见表2-3-2所列。例如：型号JWGD01机械式外割刀，•割刀外径120mm，•割刀内径98.4mm，•允许通过尺寸95.3mm，•切割范围48.3-73mm，•双剪销强度2530N，•滑动卡瓦销剪切负荷1871N，•井眼最小尺寸125.4mm。5.操作方法•(1)套铣在下割刀前要进行套铣,使被割管住与水泥环分开.套铣鞋的尺寸必须符合其外径稍大于所选定的外割刀外径,内径要小于外割刀内径2～4mm的规定.若要割断的管柱是套管内的油管或钻杆则不必套铣.•(2)下井•1)根据被切管柱的尺寸选定外切刀,并用工作井眼的最小尺寸校验工具能否通过.•2)根据被切管柱的连接接箍或台肩选定卡爪装置.•3)拧紧各部分螺纹,下至预切深度.•(3)切割(见下页）(3)切割•1)校准切割深度,开泵循环,正常后,上提工作管柱,卡爪装置卡住接箍,使割刀固定.继续增加上提负荷达到表2-2的规定值,进给套上的销钉被剪断,在主弹簧的作用下,进给套压迫刀片,实施割刀进给.•2)均匀地、慢慢地旋转工作管柱，刀片开始切割。•3）指重表有明显摆动时说明切割完成。提出被割管柱及工具。6．注意事项•（1）在整个切割过程中，要保持剪断剪销的上提负荷。•（2）接上方钻杆后开泵循环，待循环正常后停泵，然后才开始对刀和切割。•（3）切割开始时，要慢转小扭矩，实现轻微切割。如果发现扭矩过大，转速过慢，应轻微下放工作管柱，直至扭矩小，转动自如为止。再上提管柱6mm左右进行切割。•（4）在裸眼中切割，一般情况下，切断长度不要超过140m。7．维护保养•（1）使用后的机械式外割刀应彻底冲洗干净、擦干、涂油后装配好，放阴干处保存。•（2）对刀片、卡爪装置应进行全面检查，及时更换磨损件。•（3）更换的剪销必须有剪切数据，不得用其他材料代替。8．特点•优点：•（1）切割深度准确，切口整齐，有利于下步作业。•（2）切割速度平稳，能够自动进刀。•（3）可进行泥浆循环。•缺点：是一种不可退式工具，操作中要特别细心，保证一次切割成功。三、水力式外割刀•图2-3水力式外割刀•1．用途•同机械式外割刀•2．结构•如图2-3所示，由筒体部分、进给机构、切割机构、限位机构四部分组成。3．作用原理•接在套铣管柱最下端的水力式外割刀下到预定的切割位置后，加大循环液量，活塞在上下压差的推动下，下移。使进刀套剪断销钉后推动刀片绕刀销轴向内转动。此时，转动工作管柱，刀片就切入管壁，实现切割运动。在整个切割过程中，应保持循环泵压稳定，直至切断管柱。•切割完成后，只要上提工作管柱，活塞片就将卡在被切管柱最下一个接箍上，连同被切下的管柱，一起提出井口。4．技术规范•水力式外割刀技术规范见表2-3-3所列。例如：规格型号为SWD95的水力式外割刀，•割刀外径95mm，•割刀内径73mm，•切割外径33.4-52.4mm，•工作压力137-275kPa，•工作流量7.57-12.62L/min。5．操作方法•（1）准备套铣被卡管柱，铣鞋外径稍大于割刀外径，内径稍小于割刀内径。套铣至低于预割位置以下一根管的深度。•(2)下井选用适当规格的外割刀,配上合适的活塞,接到套铣管柱上,下至预割位置.•(3)开泵打开放泄阀,启动泥浆泵,再逐步关闭放泄阀,增大排量,使活塞上下产生1～1.2MPa压差,将销钉剪断(排出压力表出现明显波动),然后,打开放泄阀放掉压力.•(4)切割以15～25r/min的转速转动割刀(工作管柱),慢慢关小放泄阀,直至压力达到规定值,流量达于规定值.•(5)起钻切割中,若转速、扭矩和悬重出现明显变化，说明管柱可能已经被切断。先将割刀向上试提25～50cm，旋转钻柱，如不受阻，证明切割成功。即可起钻。6．注意事项•（1）水力式外割刀在使用过程中，必须保证工作压力平稳。若有较大波动，将使工作中的刀片折断。•（2)水力外割刀为不可退式。下井前、切割中，一定按以上操作规定使用。7．维修保养•（1）工具出井后,清洗干净,检查全部零件,损坏的应更换。组装时，剪销要固定装好.•（2）各配合面涂机油,并在各螺纹连接处涂螺纹脂,放阴干处保管.四．聚能切割(爆炸)工具•聚能切割工具，也叫爆炸切割工具，是在聚能射孔弹的机理上发展应用起来的专用切割工具系列。其最大优点是施工较简单、操作容易、施工时间短、施工成本低、可连续作业。•爆炸切割是将聚能切割弹下至卡点以上位置，引爆后将管柱切割断的一种工艺方法。在某些情况下，特别是对腐蚀严重，紧扣时有可能扭断被卡管柱的油水井，应用爆炸切割工具来起出卡点以上管柱，更切实可行。(1)基本结构聚能切割工具是利用炸药面对称聚能效应，设计出合理的装药结构，将线切割转变为环切割。由电缆头2、加重杆3、磁性定位器4、电雷管室及雷管5、炸药柱6、炸药燃烧室7、切割喷射孔8、导向头及脱离头9等组成，如图1—3—20所示。1)磁性定位器•磁性定位器可准确可靠地测出管柱接箍的位置，并以其为参考点记录仪器到达管柱的位置。•2)加重杆加重杆是为了保证工具利用自重顺利下行，其长度根据井内压井液密度而定。•3)点火接头点火接头使上部电流通过绝缘垫片，将接头体和内部绝缘，既是点火电路的一部分，又起到连通作用。•4)爆炸接头爆炸接头内装弹簧雷管和一段导爆索，上连点火接头，下接切割弹，其作用是用点火接头传过来的脉冲电流引爆弹簧雷管和导爆索，继而引爆切割弹。爆炸后，由于爆炸接头的特殊结构设计，其下部炸开，上部完好，可随着电缆一起起出。(2)用途•聚能切割，主要用于井下遇卡管柱(如采油工艺管柱、作业管柱、钻井钻柱等)和取换套管时套铣套管的切割。切割后的断口外端向外凸出，外径稍有增大，断口断面基本平整、光滑，可不必修整。(3)工作原理•：聚能切割弹下至设计深度后，地面接通电源，引爆雷管，雷管引爆炸药。炸药产生的高温高压气体沿下端的喷射孔急速喷出，因喷射孔是沿圆周方向均匀分布，并且是紫铜制成，孔小且数量多，高温气体喷出将被切割管壁熔化，高压气体则进一步将其吹断，之后，高温高压气体在环空与修井液等液体相遇受阻而降温降压，切割即完成。(4)技术参数•：聚能切割弹目前有：•φ62mm(21/2in油管)、φ54mm(27/8in钻杆)、φ76mm(3in油管)和φ124mm~φ127mm(51/2in套管)4种系列。•适应井温3000C；耐压：40MPa。(5)操作方法及要求：•①按所切割管子内径、壁厚、材质选择相应的切割弹。•②连接电缆、加重杆、磁性定位器等工具。•③将工具下入井内。•④电雷管应绝缘，在工具未下到位时地面电源不得接通。•⑤工具在磁性定位器校深无误后，（若切油管，应上提切点以上管柱自重加上50－100kN），接通地面电源。•⑥通电引爆雷管、切割弹，数秒钟后井口、地面可听到爆炸声，5min后断电。•⑦起出电缆及其他工具。•⑧如出现哑炮，应由专人负责处理。•⑨雷管与切割弹必须分开保管、分开运输，现场组装。本节作业•1.修井用切割类工具的作用是什么?•2.机械式内割刀的作用原理是什么?操作方法是什么?•3.机械式外割刀主要由那些主要元件组成?工作原理是什么?•4.说明机械式外割刀的操作方法.•5.水力式外割刀的活塞进给原理是什么?•6.聚能切割工具的用途？