專利名稱：一種非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種切割器，特別是一種非爆炸性 的金屬管環(huán)形切割裝置，用于切割油氣井施工過(guò)程中遇卡的金屬管柱。
背景技術(shù)：
灼熱劑燃燒技術(shù)應(yīng)用廣泛，如用于過(guò)期軍用器械的銷毀、鐵軌快速焊接
修復(fù)、以及各種切割應(yīng)用。灼熱劑燃燒時(shí)的溫度超過(guò)了 2200°C，該溫度足 以融化大部分金屬。通過(guò)注入氧氣提高灼熱劑反應(yīng)速度，燃溫可以達(dá)到 5500°C 8800°C。如此大幅度的溫度提高，大大減少了切割目標(biāo)物的作用時(shí) 間。通過(guò)噴孔將燃燒產(chǎn)生的熔渣和氣體導(dǎo)向到一個(gè)方向，最終形成一個(gè)高速 運(yùn)動(dòng)、帶有壓力的噴射流，該流體促使熔化的金屬吹開(kāi)并最終在目標(biāo)物上形 成切割。
基于灼熱劑技術(shù)的切割裝置可以實(shí)現(xiàn)與采用炸藥聚能裝藥技術(shù)的切割 裝置同樣的切割速度，但無(wú)需考慮炸藥爆炸帶來(lái)的安全穩(wěn)患。另夕卜，該技術(shù) 形成的高溫噴射流持續(xù)性、穩(wěn)定性好，克服了炸藥聚能裝藥射流在穿透不同 材料界面時(shí)容易中斷的不足。在油氣井金屬管柱切割施工過(guò)程中，采用炸藥 聚能裝藥切割技術(shù)時(shí)，炸藥聚能裝藥射流必須首先切割透本裝置的自身殼 體，然后穿過(guò)井液，最后再對(duì)目標(biāo)金屬管壁進(jìn)行切割，由于炸藥聚能裝藥射 流需穿透金屬、油水混合液、金屬三種材料才能完成切割，射流在經(jīng)過(guò)不同 材料界面時(shí)的損耗較大，因此基于炸藥聚能裝藥技術(shù)的切割裝置能量利用率 較低，在切割壁厚較大，內(nèi)徑較小的金屬管(如鉆桿、鉆鋌)時(shí)，切割效果 較差，更多的是依靠炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的高壓將金屬管撕斷，從而造成切口的 不齊整，形成喇叭口狀的形狀，同時(shí)會(huì)對(duì)油氣井井壁造成一定的損傷。同時(shí)炸藥聚能裝藥切割裝置爆炸后彈殼的碎片散落入油氣井中，這些碎片的尺寸 從技術(shù)上不容易實(shí)現(xiàn)很小，綜合上述因素，從而給后續(xù)的施工處理帶來(lái)了困 難。
灼熱劑切割技術(shù)已應(yīng)用于在鋼架橋梁拆除施工過(guò)程中。用線性炸藥聚倉(cāng)巨 裝藥切割技術(shù)切割鋼板時(shí)，必須做大量的預(yù)處理工作用持續(xù)切割工具(女口 乙炔割槍)去除加強(qiáng)區(qū)域的重疊板狀結(jié)構(gòu)，這需要耗費(fèi)大量時(shí)間，并且昂貴、 危險(xiǎn)性高。相反地，如果采用灼熱劑切割技術(shù)，則不需要進(jìn)行預(yù)處理工i乍， 可直接對(duì)多層板進(jìn)行切割施工，效率大大提高。灼熱劑切割技術(shù)在切割不同 厚度的板、多層板復(fù)合結(jié)構(gòu)，以及中間或后側(cè)存在加強(qiáng)部分的目標(biāo)板狀木才泮斗 均有很大的可靠性。盡管灼熱劑裝藥的切割速度比炸藥聚能裝藥切割技術(shù)要 慢，但對(duì)操作者而言，切割速度還是相當(dāng)快的， 一般在幾百毫秒左右即可完 成切割(采用炸藥聚能裝藥切割技術(shù)的切割時(shí)間一般為幾十微秒)。
中國(guó)專利ZL 200320108143.1公開(kāi)了一種熱切管器，該專利也是利用灼 熱劑燃燒后產(chǎn)生的高溫流體對(duì)被切金屬管進(jìn)行燒蝕切割作業(yè)的。其主要結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)是熱切管器殼體表面某一位置存在數(shù)個(gè)噴孔，呈周向等距排列成一 圈， 灼熱劑產(chǎn)生的高溫流體通過(guò)這些噴孔直接對(duì)被切管柱進(jìn)行燒蝕切割。該專禾U 公開(kāi)的裝置在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中存在以下問(wèn)題高溫流體的流向方向轉(zhuǎn)換沒(méi)有 采用平滑過(guò)渡的方式，而是直接通過(guò)活塞的阻擋以及噴嘴的打開(kāi)進(jìn)行，高溫 流體在噴孔處易形成高速的回旋沖刷，非常易造成噴孔擴(kuò)孔后相互聯(lián)通，工 具發(fā)生損壞，或者高溫流體中的固體顆粒發(fā)生堆積堵塞噴孔，從而造成i刀害!l 作業(yè)失敗。熱切割器作業(yè)前噴孔浸泡在井液中，井液中的雜質(zhì)容易沉禾只在噴 孔內(nèi)壁，給正常切割作業(yè)帶來(lái)了不利因素。此外熱切割器內(nèi)表面的隔熱禾才茅斗 必須加工一些小孔與殼體的噴孔一一相對(duì)應(yīng)，這就增加了加工工藝的復(fù)雜 性，而且熱切管器的殼體使用后即發(fā)生損壞，無(wú)法重復(fù)使用，作業(yè)成本較高。
US6186226B1也公布一種金屬管切割裝置，其機(jī)構(gòu)及工作原理與專禾lJ ZL 200320108143.1類似，其切割過(guò)程中同樣存在ZL 200320108143.1專利所存在的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種一一 爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，該裝置利用灼熱劑燃燒產(chǎn)生高溫作為動(dòng)力 源，由于在施工作業(yè)時(shí)沒(méi)有爆炸現(xiàn)象產(chǎn)生，切割后金屬管切口整齊，沒(méi)有脹 徑和翻邊，基本沒(méi)有井下落物，對(duì)油氣井壁沒(méi)有任何損傷，可以更高效、更 安全地進(jìn)行油氣井施工管柱遇卡事故處理。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于，包括一個(gè)圓筒形的 裝藥室，裝藥室的上端聯(lián)接一個(gè)用來(lái)密封以及安裝點(diǎn)火裝置的上接頭，裝藥 室的下端聯(lián)接有密封滑套；在裝藥室內(nèi)壁的表面上附著有一層耐熱材料，裝 藥室內(nèi)裝填有裝藥單元，裝藥室的另一端聯(lián)接流體分配導(dǎo)流器，導(dǎo)流器通過(guò)
螺桿依次聯(lián)接有一個(gè)錐形圓臺(tái)狀的轉(zhuǎn)向器和尾架，尾架上連接有擋板；在轉(zhuǎn) 向器和尾架的外側(cè)，設(shè)有與裝藥室相連接的密封滑套，其中，擋板與密圭寸滑 套末端的距離L大于轉(zhuǎn)向器錐形圓臺(tái)上邊與密封滑套頂端的距離h。
進(jìn)行環(huán)形切割作業(yè)時(shí)，由點(diǎn)火裝置將裝藥室內(nèi)的裝藥單元中的點(diǎn)火劑引 燃，再由點(diǎn)火劑引燃灼熱劑，灼熱劑引燃后，產(chǎn)生的高溫流體沿裝置軸向方 向向流體分配導(dǎo)流器方向流動(dòng)，高溫流體通過(guò)流體分配導(dǎo)流器后，經(jīng)圓弧錐 形轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向，其運(yùn)動(dòng)方向平滑轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇谘b置軸向的徑向方向，形成環(huán) 狀的高溫高速流體刀。同時(shí)在壓力作用下，密封滑套向裝置尾部滑動(dòng)，打開(kāi) 切割通道。高溫高速流體刀作用到被切金屬管的同一內(nèi)環(huán)形表面上，從而實(shí) 施切割作業(yè)。
本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，所帶來(lái)的技 術(shù)特點(diǎn)在于
l、由于采用灼熱劑燃燒產(chǎn)生的高溫高壓金屬流體切割，而沒(méi)有采用'J:乍藥聚能爆炸結(jié)構(gòu)，與炸藥聚能切割裝置相比，切割后金屬管的切口幾何形形 狀與尺寸無(wú)任何變化，井下無(wú)碎片等大尺寸落物，同時(shí)對(duì)油氣井井壁無(wú)損傷。 而且切割范圍更寬，尤其解決了炸藥聚能切割裝置無(wú)法可靠切割厚壁金屬管 (如鉆桿)的現(xiàn)狀。
2、 與現(xiàn)有熱切管器相比，采用"流體分配導(dǎo)流器"、"轉(zhuǎn)向器"、"密封 滑套及尾架"等組合結(jié)構(gòu)取代熱切管器中的"活塞"與周向"噴孔"結(jié)構(gòu)組 合，解決了熱切管器裝置的噴孔易堵塞、裝置易損壞的難題，切割裝置的可 靠性得到了加強(qiáng)，提高了切割成功率。
3、 與現(xiàn)有熱切管器相比，制造加工工藝性更好，成本更低。


圖1是本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置剖視圖； 圖2是非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置的流體分配導(dǎo)流器的A-A處橫向
剖視圖3是本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置實(shí)施切割作業(yè)瞬間的 示意圖4是本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置流體分配導(dǎo)流器與轉(zhuǎn) 向器聯(lián)接的防竄火結(jié)構(gòu)示意以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置l，主要包括一 個(gè)圓筒形的裝藥室3，該裝藥室3上端聯(lián)接一個(gè)用來(lái)密封以及安裝點(diǎn)火裝置 的上接頭2，裝藥室3的下端聯(lián)接有密封滑套10;在裝藥室3的內(nèi)表面附著 一層耐熱材料4，裝藥室3內(nèi)裝填有至少一個(gè)裝藥單元5，裝藥室3的另一 端聯(lián)接流體分配導(dǎo)流器6，導(dǎo)流器6通過(guò)螺桿9依次聯(lián)接有一個(gè)錐形圓臺(tái)狀 的轉(zhuǎn)向器7和尾架8，尾架8上連接有擋板12;在轉(zhuǎn)向器7和尾架8的外側(cè)， 設(shè)有與裝藥室3相連接的密封滑套10，用來(lái)防止油氣井井液進(jìn)入裝置內(nèi)部。其中，擋板12與密封滑套10末端的距離L大于轉(zhuǎn)向器7錐形圓臺(tái)上邊與密 封滑套10頂端的距離h，以確保切割通道的徹底打開(kāi)。 作業(yè)前，密封滑套將切割通道與井液隔離開(kāi)。
上述裝藥單元5，由灼熱劑和點(diǎn)火劑組成，灼熱劑由以下原料按重量百 分比組成高能燃燒劑70% 90%，產(chǎn)氣劑5% 25%，微量添加劑1% 10%,上述原料的百分比之和為100%;點(diǎn)火劑由鋁鎂合金粉和氧化銅按
(2 4): (4 6)的重量比組配。
高能燃燒劑選用三氧化二鐵、鋁粉、氧化銅、氧化亞銅、鎳粉組成，其 重量配比為三氧化二鐵鋁粉氧化銅氧化亞銅鎳粉=4: (1 2): (3 4): C0 1): (1 2)。
裝藥單元5的制備方法是:將高能燃燒劑的原料放入V型混料機(jī)中混合 2小時(shí)，保證混合的均勻性，加入產(chǎn)氣劑和添加劑，然后將適量的聚乙二醇 溶液倒入高能燃燒劑、產(chǎn)氣劑和添加劑的混合物中，再在V型混料機(jī)中混合 一小時(shí)，把上述混合物裝入模具，壓制成中心帶孔的柱狀體，柱狀體密度保
持在3.8g/cm3 4. 5g/cm3。
點(diǎn)火劑的生產(chǎn)工藝為，將鋁鎂合金粉和氧化銅混合倒入V型混料豐幾中， 混合2小時(shí)。
最后將點(diǎn)火劑散裝倒入灼熱劑藥柱的中心孔內(nèi)，兩端用密封膠紙密封即 可制成裝藥單元5。
實(shí)施作業(yè)時(shí)，如圖3所示，上接頭2與密封裝置14相聯(lián)，密封裝置14 內(nèi)裝有點(diǎn)火元件15，點(diǎn)火元件15發(fā)火后引燃裝藥單元5，裝藥單元5燃燒 產(chǎn)生的高溫高壓金屬流體16沿裝置軸向方向向流體分配導(dǎo)流器6方向流動(dòng)， 高溫流體通過(guò)流體分配導(dǎo)流器6后，經(jīng)轉(zhuǎn)向器7轉(zhuǎn)向，其運(yùn)動(dòng)方向由向下平 滑轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇谘b置軸向的徑向方向，形成環(huán)狀的高溫高速流體刀。同時(shí)在 壓力作用下，密封滑套10向裝置尾部滑動(dòng)，打開(kāi)切割通道。高溫高速流體 刀作用到被切金屬管13的同一內(nèi)環(huán)形表面上，從而實(shí)施切割作業(yè)。如圖3所示，上述轉(zhuǎn)向器7為錐形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其錐形圓臺(tái)上邊的母線為 圓弧曲線，高溫高速流體沿著錐形圓臺(tái)狀的轉(zhuǎn)向器7圓弧狀母線實(shí)現(xiàn)了平滑 流動(dòng)，從而使其運(yùn)動(dòng)方向平滑實(shí)現(xiàn)90度轉(zhuǎn)向，避免了渦流的產(chǎn)生，最大限 度地杜絕了分配導(dǎo)流器6上的分流通孔11不會(huì)發(fā)生堵塞，保護(hù)了裝置不受 損壞，同時(shí)也提高了裝藥單元5中的灼熱劑能量的利用率。
如圖3所示，在切割作業(yè)的瞬間，上述的金屬管環(huán)形切割裝置內(nèi)部要產(chǎn) 生高壓，并直接作用在密封滑套10內(nèi)側(cè)，當(dāng)壓力大于外側(cè)的環(huán)境壓力(一 般為井液壓力)時(shí)，密封滑套10將向擋板12方向移動(dòng)，受擋板12的阻擋， 并最終停留在如圖3所示位置，從而打開(kāi)切割通道。高溫高速金屬流體16 沿此通道作用到被切金屬管13上，從而實(shí)施切割作業(yè)。由于高溫高速金屬 流體通過(guò)該切割通道時(shí)不經(jīng)過(guò)切割裝置的任何結(jié)構(gòu)，因此不會(huì)對(duì)切割裝置1 發(fā)生損壞。每次施工作業(yè)后，經(jīng)清理并重新裝填灼熱劑以后，切割裝置1 可重復(fù)使用。從而降低了成本。
流體分配導(dǎo)流器6和轉(zhuǎn)向器7由于工作在高溫高速金屬流體的沖刷的環(huán) 境下，為不發(fā)生損壞，由耐熱材料制成，耐熱材料優(yōu)選為石墨、耐高溫金屬 或陶瓷材料。
如圖2所示，分配導(dǎo)流器6中間為錐形，周邊數(shù)個(gè)分流通孔11均勻分 布，分流通孔的數(shù)量一般在8 16之間。
如圖4所示，流體分配導(dǎo)流器6與轉(zhuǎn)向器7相互聯(lián)接的接觸平面上，設(shè) 有數(shù)個(gè)凹凸平面相接觸的防竄火結(jié)構(gòu)，即流體分配導(dǎo)流器6下端的al、 a2 兩個(gè)凹凸平面分別與轉(zhuǎn)向器7上端的bl、 b2兩個(gè)凹凸平面對(duì)應(yīng)接觸，以防 止高溫高壓流體從接觸縫隙通過(guò)，將螺桿9燒蝕損壞，從而造成切割作業(yè)失 敗。
實(shí)際測(cè)試表明，采用本發(fā)明的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其切割 作業(yè)將在180ms之內(nèi)完成，作業(yè)時(shí)間比炸藥爆炸聚能切割裝置的幾十微秒更 長(zhǎng)，在電纜傳輸施工時(shí)，電纜受到的沖擊較小，電纜受損的幾率幾乎為零。
權(quán)利要求
1、一種非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于，包括一個(gè)圓筒形的裝藥室(3)，裝藥室(3)的上端聯(lián)接一個(gè)用來(lái)密封以及安裝點(diǎn)火裝置的上接頭(2)，裝藥室(3)的下端聯(lián)接有密封滑套(10)；在裝藥室(3)內(nèi)壁的表面上附著有一層耐熱材料(4)，裝藥室(3)內(nèi)裝填有至少一個(gè)裝藥單元(5)，裝藥室(3)的另一端聯(lián)接流體分配導(dǎo)流器(6)，導(dǎo)流器(6)通過(guò)螺桿(9)依次聯(lián)接有一個(gè)錐形圓臺(tái)狀的轉(zhuǎn)向器(7)和尾架(8)，尾架(8)上連接有擋板(12)；在轉(zhuǎn)向器(7)和尾架(8)的外側(cè)，設(shè)有與裝藥室(3)相連接的密封滑套(10)，其中，擋板(12)與密封滑套(10)末端的距離L大于轉(zhuǎn)向器(7)錐形圓臺(tái)上邊與密封滑套(10)頂端的距離h。
2、 如權(quán)利要求l所述的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于， 所述的轉(zhuǎn)向器(7)為錐形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其錐形圓臺(tái)上邊的母線為圓弧曲線。
3、 如權(quán)利要求l所述的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于， 所述流體分配導(dǎo)流器(6)和轉(zhuǎn)向器(7)由耐熱材料制成，所述的耐熱禾才茅斗 為石墨、耐高溫金屬或陶瓷材料。
4、 如權(quán)利要求l所述的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于， 所述分配導(dǎo)流器(6)中間為錐形，分配導(dǎo)流器(6)周邊均勻分布有數(shù)個(gè)分 流通孔，分流通孔的數(shù)量在8 16之間。
5、 如權(quán)利要求l所述的非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，其特征在于， 所述的流體分配導(dǎo)流器(6)與轉(zhuǎn)向器(7)相互聯(lián)接的接觸平面上，設(shè)有數(shù) 個(gè)凹凸平面相接觸的防竄火結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非爆炸性的金屬管環(huán)形切割裝置，該裝置利用灼熱劑燃燒產(chǎn)生高溫為動(dòng)力源，可將金屬管沿周向切割斷。主要由上接頭、裝藥室、流體分配導(dǎo)流器、轉(zhuǎn)向器、密封滑套及尾架等結(jié)構(gòu)組成。裝藥室內(nèi)的灼熱劑引燃后，產(chǎn)生的高溫流體沿裝置軸向方向向流體分配導(dǎo)流器方向流動(dòng)，高溫流體通過(guò)流體分配導(dǎo)流器后，經(jīng)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向，其運(yùn)動(dòng)方向平滑轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇谘b置軸向的徑向方向，同時(shí)在壓力作用下，密封滑套向裝置尾部滑動(dòng)，打開(kāi)切割通道。高溫流體直接作用到被切金屬管的內(nèi)表面上，從而實(shí)現(xiàn)切割作業(yè)?？蓱?yīng)用于油氣井施工管柱遇卡時(shí)井下事故處理。
文檔編號(hào)E21B29/00GK101619649SQ200910023429
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者姚元文, 張俊峰, 李森元, 王寶興, 袁鐵剛, 鄭超民, 郭紅軍, 鈕元元, 峰 閆, 強(qiáng) 高 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所