利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀制造技术

本发明专利技术涉及一种用于弃井作业的利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，其技术方案为：上接头和壳体通过螺纹相连；喷嘴位于心轴内，并通过螺纹与心轴连接；活塞通过螺纹连接安装在心轴上端，然后将活塞、心轴与弹簧装入壳体内部；心轴上开有螺旋槽，心轴与壳体相配合构成多头螺旋副；蜗杆位于心轴下部，通过花键与心轴配合；割刀周向均匀布置并通过铰链销与壳体相连，割刀体上部蜗轮与蜗杆啮合，实现蜗杆与蜗轮的传动。本发明专利技术通过心轴将直线运动转换为旋转运动传递给蜗杆，带动蜗轮转动，从而控制割刀张开角度，可实现对不同管径套管的连续切割，减少起下钻次数，大大提高了弃井作业过程中的套管切割效率及作业可靠性。

【技术实现步骤摘要】
利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀
本专利技术涉及一种利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，可用于油气勘探开采过程中的不同规格套管切割以及后期的弃井作业。
技术介绍
随着海洋及陆上石油事业的不断发展，越来越多的老龄油气井以及接近设计使用年限的安全隐患井失去了继续生产的价值，为防止油气泄露造成环境污染，同时为了更加合理全面的利用油气资源，经过勘探及油气资源评估后，会将这些无经济价值油气井及达到服役年限需要废弃的安全隐患井进行废弃处置，然后逐步完成永久性弃井作业，而弃井作业中的关键技术便涉及到套管切割。在弃井作业中进行套管切割时，一般使用对应套管尺寸的水力割刀，采用逐级逐段进行切割，该类割刀为单层套管割刀，采用钻井液加压使刀体张开，旋转钻柱对套管进行切割，切割过程中不能准确可靠的控制刀体张开的最大尺寸，容易发生切割不完全或者切割过深割伤外层的完好套管；同时需要频繁起下钻，更换不同规格刀片后，方能再次进行不同管径套管的切割作业。现有水力割刀不仅操作过程复杂，割刀易磨损，故障率高，而且更换后的刀片难以准确进入上次作业的位置及状态，耗时较长，造成时效浪费，切割效率偏低，经济性有待提高，难以满足不同规格套管的连续切割作业。弃井作业中减少切割套管的起下钻次数，对于减少非生产时间，避免过多不必要的开支非常重要。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中所述的弃井作业过程中存在的套管切割效率低，无法对割刀张开角度准确控制，割刀易磨损，故障率高等问题，实现不同规格套管的连续切割作业，减少切割套管的起下钻次数，提高弃井作业效率，降低成本与风险，本专利技术提供了一种利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：所述利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，由上接头、喷嘴、密封圈、活塞、心轴、蜗杆、弹簧、铰链销、割刀、硬质合金齿、壳体组成，其特征在于：所述上接头与水力割刀壳体通过螺纹连接；所述喷嘴通过螺纹连接安装在心轴内部，活塞与心轴之间通过螺纹连接，活塞与壳体之间通过密封圈实现密封，心轴内部开设有轴向通孔，心轴外表面开设有螺旋槽，心轴与壳体相互配合构成多头螺旋机构，心轴下部外表面开设有外花键槽；依次将蜗杆、弹簧、心轴和活塞装入壳体内部，并通过内孔台阶进行轴向定位；所述蜗杆位于心轴下部，蜗杆圆柱外表面上具有完整的螺旋齿，蜗杆内部开有内花键槽，通过花键与心轴配合；所述割刀位于壳体上均匀布置的纵向开槽内，并通过铰链销与壳体相连接，刀体的锋刃上镶嵌有双排硬质合金齿，在双排齿之间开有凹形排屑槽，割刀上部蜗轮结构与蜗杆相互啮合，通过蜗杆与割刀上部蜗轮的传动，准确控制割刀的张开角度，实现连续切割不同直径套管。本专利技术的有益效果是：（1）利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，把传统单趟固定直径套管切割变为一趟连续切割不同管径套管作业，操作方便，大大减少了起下钻次数，节约了更换刀片所需时间，从根本上缩短了施工周期，提高切割效率，达到降本增效的目的；（2）采用独特的多头螺旋机构，通过喷嘴的节流作用推动活塞作直线运动，该螺旋机构的导程角大于当量摩擦角，将心轴的直线运动转换为旋转运动，从而通过花键配合带动蜗杆旋转；（3）通过蜗杆与割刀上部蜗轮结构相互啮合，实现蜗杆带动蜗轮的转动，传动准确平稳，啮合冲击小，进而准确控制割刀的张开角度，实现刀片变径，达到连续切割不同直径套管的目的；（4）割刀体上镶嵌有双排硬质合金齿，有效提高刀体的耐磨性，在双排齿之间开有凹形排屑槽，增强切削性能，利于切屑的顺利排出，防止切屑缠绕刀片，以便刀体的及时收回，延长了刀体的使用寿命。附图说明图1为本专利技术所述的利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀闭合状态下的结构示意图。图中：1-上接头，2-喷嘴，3-密封圈，4-活塞，5-心轴，6-蜗杆，7-弹簧，8-铰链销，9-割刀，10-硬质合金齿，11-壳体。图2为本专利技术所述的利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀工作状态下的结构示意图。图3为本专利技术图1中A-A面的截面图。图4为本专利技术图1中B-B面的截面图。图5为心轴的结构示意图。图6为心轴的三维结构示意图。图7为蜗杆的三维结构示意图。图8割刀的结构示意图。具体实施方式下面结合图对本专利技术作进一步说明：根据附图所示，利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，由上接头1、喷嘴2、密封圈3、活塞4、心轴5、蜗杆6、弹簧7、铰链销8、割刀9、硬质合金齿10、壳体11组成，其特征在于：所述上接头1与水力割刀壳体11之间通过螺纹连接；所述喷嘴2通过螺纹连接安装在心轴5内部，活塞4与心轴5之间通过螺纹连接，活塞4与壳体11之间通过密封圈3实现密封；心轴5内部开有轴向通孔，心轴5外表面开设有螺旋槽，壳体11与心轴5配合部分内表面开有内螺旋槽，心轴5与壳体11相互配合构成多头螺旋机构，该螺旋机构的导程角大于当量摩擦角，可以将心轴5的直线运动转换为旋转运动，心轴5下部外表面开设有外花键槽；依次将蜗杆6、弹簧7、心轴5和活塞4装入壳体11内部，并通过内孔台阶进行轴向定位；所述蜗杆6位于心轴5下部，蜗杆6圆柱外表面上具有完整的螺旋齿，蜗杆6内部开有内花键槽，通过花键与心轴5配合；所述割刀9位于壳体11上均匀布置的纵向开槽内，并通过铰链销8与壳体11相连接，割刀9上部为蜗轮结构，刀体的锋刃上镶嵌有双排硬质合金齿10，在双排齿之间开有凹形排屑槽，割刀9上部蜗轮结构与蜗杆6相互啮合，通过蜗杆6与割刀9上部蜗轮的传动，准确控制割刀9的张开角度，实现连续切割不同直径套管。工作时，泥浆泵将高压钻井液泵入水力割刀体内，高压液体通过心轴5内的喷嘴2产生压力降，推动活塞4压缩弹簧7使心轴5下行，通过心轴5与壳体11相互配合构成的多头螺旋机构，将心轴5的直线运动转换为旋转运动，通过心轴5与蜗杆6之间的花键配合带动蜗杆旋转，蜗杆6与割刀9上部蜗轮结构相互啮合，带动蜗轮转动，进而控制割刀9的张开角度，实现连续切割不同直径套管；完成套管切割后停泵，心轴5、活塞3在弹簧7作用下上行，螺旋机构通过花键带动蜗杆反向转动，进而带动蜗轮反向旋转，使割刀及时收回到壳体11内部，完成套管切割作业。本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，由上接头（1）、喷嘴（2）、密封圈（3）、活塞（4）、心轴（5）、蜗杆（6）、弹簧（7）、铰链销（8）、割刀（9）、硬质合金齿（10）、壳体（11）组成，其特征在于：所述上接头（1）与水力割刀壳体（11）通过螺纹连接；所述喷嘴（2）通过螺纹连接安装在心轴（5）内部，活塞（4）与心轴（5）之间通过螺纹连接，活塞（4）与壳体（11）之间通过密封圈（3）实现密封；所述心轴（5）内部开设有轴向通孔，心轴（5）下部外表面开设有外花键槽；依次将蜗杆（6）、弹簧（7）、心轴（5）和活塞（4）装入壳体（11）内部，并通过内孔台阶进行轴向定位；所述蜗杆（6）位于心轴（5）下部，蜗杆（6）圆柱外表面上具有完整的螺旋齿，蜗杆（6）内部开有内花键槽，通过花键与心轴（5）配合；所述割刀（9）位于壳体（11）上均匀布置的纵向开槽内，并通过铰链销（8）与壳体（11）相连接，割刀（9）上部蜗轮结构与蜗杆（6）相互啮合，通过蜗杆（6）与割刀（9）上部蜗轮的传动，准确控制割刀（9）的张开角度，实现连续切割不同直径套管。

【技术特征摘要】
1.利用多头螺旋传动实现切割不同直径套管的可变径水力割刀，由上接头（1）、喷嘴（2）、密封圈（3）、活塞（4）、心轴（5）、蜗杆（6）、弹簧（7）、铰链销（8）、割刀（9）、硬质合金齿（10）、壳体（11）组成，其特征在于：所述上接头（1）与水力割刀壳体（11）通过螺纹连接；所述喷嘴（2）通过螺纹连接安装在心轴（5）内部，活塞（4）与心轴（5）之间通过螺纹连接，活塞（4）与壳体（11）之间通过密封圈（3）实现密封；所述心轴（5）内部开设有轴向通孔，心轴（5）下部外表面开设有外花键槽；依次将蜗杆（6）、弹簧（7）、心轴（5）和活塞（4）装入壳体（11）内部，并通过内孔台阶进行轴向定位；所述蜗杆（6）位于心轴（5）下部，蜗杆（6）圆柱外表面上具有完整的螺旋齿，蜗杆（6）内部开有内花键槽，通过花键与心轴（5）配合；所述割刀（9）位于壳体（11）上均匀布置的纵向开槽内，并通过铰链销（8）与壳体（11）相连接，割刀（9）上部蜗轮结构与蜗杆（6）相互啮合，通过蜗杆（6）与割刀（9）上部蜗轮的传动，准确控制割刀（9）的张开角度，实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家林，李居瑞，杨琳，朱志，张堂佳，杨毅，林晓月，周思奇，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51