本發(fā)明涉及一種齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀，可用于油氣勘探開采過程中的不同規(guī)格套管切割以及后期的棄井作業(yè)。

背景技術(shù)：

在海洋及陸上油氣田勘探開發(fā)過程中，會陸續(xù)出現(xiàn)一些老齡油氣井以及接近設(shè)計使用年限的安全隱患井，為防止油氣泄露對自然環(huán)境造成威脅，同時為了更加合理全面的利用油氣資源，經(jīng)過勘探及油氣資源評估后，會將這些無經(jīng)濟(jì)價值油氣井及達(dá)到服役年限需要廢棄的安全隱患井實施封井，然后逐步完成永久性棄井作業(yè)，而棄井作業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)便涉及到套管切割。

在棄井作業(yè)中進(jìn)行套管切割時，一般使用對應(yīng)套管尺寸的水力割刀，采用逐級逐段進(jìn)行切割，該類割刀為單層套管割刀，采用鉆井液加壓使刀體張開，旋轉(zhuǎn)鉆桿柱對套管進(jìn)行切割，切割過程中無法準(zhǔn)確可靠的控制刀體張開的最大尺寸，容易發(fā)生切割不完全或者切割過深割傷外層的完好套管；同時需要頻繁起下鉆，更換不同規(guī)格刀片后，方能再次進(jìn)行不同管徑套管的切割作業(yè)。現(xiàn)有水力割刀不僅操作過程復(fù)雜，割刀易磨損，故障率高，而且更換后的刀片難以準(zhǔn)確進(jìn)入上次作業(yè)的位置及狀態(tài)，耗時較長，造成時效浪費(fèi)，切割效率偏低，經(jīng)濟(jì)性有待提高，難以滿足不同規(guī)格套管的連續(xù)切割作業(yè)。棄井作業(yè)中減少切割套管的起下鉆次數(shù)，對于提高作業(yè)效率，減少非生產(chǎn)時間，避免過多不必要的開支具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)中所述的棄井作業(yè)過程中存在的套管切割效率低，無法對刀體張開角度準(zhǔn)確控制，割刀易磨損，故障率高等問題，實現(xiàn)不同規(guī)格套管的連續(xù)切割作業(yè)，減少套管切割過程中的起下鉆次數(shù)，提高棄井作業(yè)效率，降低成本與風(fēng)險，本發(fā)明提供了一種齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：所述齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀，由上接頭、噴嘴、活塞、密封圈、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、活塞推桿、銷釘、上彈簧、圓柱齒條、鉸鏈銷、割刀、硬質(zhì)合金齒、下彈簧和殼體組成，其特征在于：所述上接頭與水力割刀殼體通過螺紋連接；所述噴嘴通過螺紋連接安裝在活塞推桿上部，活塞與活塞推桿之間通過螺紋連接，活塞推桿內(nèi)開設(shè)有軸向通孔，活塞與殼體之間通過密封圈實現(xiàn)密封；依次將上彈簧、轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)和活塞推桿裝入殼體內(nèi)部，并通過內(nèi)孔臺階進(jìn)行軸向定位；所述圓柱齒條位于活塞推桿下部，圓柱齒條中心開有軸向通孔，下彈簧位于殼體內(nèi)的支撐面上，圓柱齒條放入下彈簧中裝入殼體內(nèi)部；所述割刀位于殼體上均勻布置的縱向開槽內(nèi)，并通過鉸鏈銷與殼體相連接，割刀上部加工為齒輪結(jié)構(gòu)，齒輪結(jié)構(gòu)與圓柱齒條相互嚙合，通過圓柱齒條與割刀上部齒輪傳動，準(zhǔn)確控制割刀的張開角度，實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管。

本發(fā)明的有益效果是：（1）齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀整體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，把傳統(tǒng)單趟單層切割變?yōu)橐惶诉B續(xù)切割不同管徑套管作業(yè)，大大減少了起下鉆次數(shù)，節(jié)約了更換刀片所需時間，從根本上縮短了施工周期，提高切割效率，達(dá)到降本增效的目的；（2）采用獨(dú)特的帶有軌道凹槽的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，通過噴嘴的節(jié)流作用推動活塞實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)與殼體之間的相對轉(zhuǎn)動，使得銷釘在長凹槽與短凹槽之間切換，可以限制活塞行程，以到達(dá)準(zhǔn)確控制割體張開角度，實現(xiàn)刀片變徑的目的；（3）通過圓柱齒條與割刀上部齒輪結(jié)構(gòu)相互嚙合，實現(xiàn)齒輪齒條的傳動，傳動準(zhǔn)確平穩(wěn)，可準(zhǔn)確控制割刀的張開角度，實現(xiàn)刀片變徑，達(dá)到連續(xù)切割不同直徑套管的目的；（4）割刀體上鑲嵌有雙排硬質(zhì)合金齒，有效提高刀體的耐磨性，在雙排齒之間開有凹形排屑槽，增強(qiáng)切削性能，利于切屑的順利排出，防止切屑纏繞刀片，以便刀體的及時收回，延長了刀體的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀閉合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-上接頭，2-噴嘴，3-活塞，4-密封圈，5-轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，6-活塞推桿，7-銷釘，8-上彈簧，9-圓柱齒條，10-鉸鏈銷，11-割刀，12-硬質(zhì)合金齒，13-下彈簧，14-殼體。

圖2為本發(fā)明所述的齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明圖1中a-a面的截面圖。

圖4為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上部分軌道槽展開圖。

圖6為本發(fā)明圖1中的i部分局部放大圖。

圖7為圓柱齒條的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為割刀的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

根據(jù)附圖所示，所述的齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀，由上接頭1、噴嘴2、活塞3、密封圈4、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5、活塞推桿6、銷釘7、上彈簧8、圓柱齒條9、鉸鏈銷10、割刀11、硬質(zhì)合金齒12、下彈簧13和殼體14組成，其特征在于：所述上接頭1與水力割刀殼體14之間通過螺紋連接；所述噴嘴2通過螺紋連接安裝在活塞推桿6上部，活塞3與活塞推桿6之間通過螺紋連接，活塞推桿6內(nèi)部開設(shè)有軸向通孔，活塞3與殼體14之間通過密封圈4實現(xiàn)密封；依次將上彈簧8、轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)5和活塞推桿6裝入殼體14內(nèi)部，并通過內(nèi)孔臺階進(jìn)行軸向定位；所述圓柱齒條9位于活塞推桿6下部，圓柱齒條9中心開有軸向通孔，下彈簧13位于殼體14內(nèi)的支撐面上，圓柱齒條9放入下彈簧13中裝入殼體14內(nèi)部；所述割刀11位于殼體14上均勻布置的縱向開槽內(nèi)，并通過鉸鏈銷10與殼體14相連接，割刀11上部加工為齒輪結(jié)構(gòu)，刀體的鋒刃上鑲有雙排硬質(zhì)合金齒12，在雙排齒之間開有凹形排屑槽，割刀11上部齒輪結(jié)構(gòu)與圓柱齒條9相互嚙合，通過圓柱齒條9與割刀11上部齒輪傳動，準(zhǔn)確控制割刀11的張開角度，實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管。

工作時，泥漿泵將高壓鉆井液泵入水力割刀體內(nèi)，高壓液體通過活塞推桿6內(nèi)的噴嘴2產(chǎn)生壓力降，推動活塞3壓縮上彈簧8使活塞推桿6下行，活塞推桿6下端推動圓柱齒條9壓縮下彈簧13，帶動割刀11張開，此時銷釘7在轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5的軌道槽內(nèi)由初始位置a1移動到b1，刀片張開角度較小，切割較小直徑套管，張開的刀片與套管內(nèi)壁接觸，隨同切割工具順時針旋轉(zhuǎn)，四個割刀片周向同時切割套管，直到將套管割斷；完成小直徑套管切割作業(yè)后停泵，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5、活塞3在上彈簧8作用下帶動活塞推桿6上行到初始位置，同時圓柱齒條9在下彈簧13作用下帶動割刀11閉合，使割刀11及時收回到殼體14內(nèi)部，此時銷釘7在軌道槽內(nèi)由b1移動a2位置；再次開啟泥漿泵，鉆井液推動活塞3壓縮上彈簧8帶動活塞推桿6、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5向下推動圓柱齒條9，此時銷釘7在軌道槽內(nèi)由a2移動b2位置，同時圓柱齒條9壓縮下彈簧13帶動割刀11張開，刀片張開角度較大，張開的刀片隨工具轉(zhuǎn)動同時切割大直徑套管；完成切割后停泵，在上彈簧8與下彈簧13的共同作用下，活塞推桿6向上運(yùn)動到初始位置，割刀11收回，此時銷釘由b2移動到a3位置，完成一個周期內(nèi)連續(xù)切割不同管徑的套管。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于棄井作業(yè)過程中的齒輪齒條傳動實現(xiàn)連續(xù)切割不同直徑套管的可變徑水力割刀，其技術(shù)方案為：上接頭和殼體通過螺紋相連；噴嘴位于活塞推桿內(nèi)，并通過螺紋與推桿連接；上彈簧、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和活塞依次安裝在活塞推桿上，并置于殼體內(nèi)部；割刀周向均勻布置并通過鉸鏈銷與殼體相連，割刀體上部齒輪結(jié)構(gòu)與圓柱齒條互相嚙合，實現(xiàn)齒條與齒輪的傳動，精確控制割刀張開角度同時限制割刀的過大位移。本發(fā)明通過節(jié)流作用推動活塞與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，配合齒輪齒條傳動可實現(xiàn)對不同管徑套管的連續(xù)切割，減少起下鉆次數(shù)，節(jié)約棄井作業(yè)時間，大大提高了棄井作業(yè)過程中的套管切割效率及作業(yè)可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：田家林;李居瑞;楊琳;朱志;張?zhí)眉?楊毅;林曉月;周思奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.02
技術(shù)公布日：2017.09.29