超高壓磨料射流切割工具的設(shè)計(jì)

王俊姬 鞠少棟 王新濤 王世強(qiáng)

【摘 要】高壓磨料射流切割技術(shù)用于國(guó)內(nèi)海上油氣田生產(chǎn)設(shè)施棄置作業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯。依托公司現(xiàn)有的超高壓磨料射流切割技術(shù)，自主研制一種不需采用高壓旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的超高壓磨料射流切割工具。工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，工具可以順利完成多層套管的切割。

【Abstract】The application of high pressure abrasive jet cutting technology in the disposal of production facilities in offshore oil and gas fields in China has obvious advantages. Based on the existing super high pressure abrasive water jet cutting technology， a super high pressure abrasive jet cutting tool without high pressure rotary seal is developed independent. The tool is simple in structure and stable in performance. Through field test， the tool can finish the cutting of multi-layer casing successfully.

【關(guān)鍵詞】超高壓；磨料射流；切割；棄井

【Keywords】 super high pressure； abrasive water jet； cutting； abandonment well

【中圖分類號(hào)】TE41 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）07-0168-02

1 高壓磨料射流切割工具技術(shù)原理

磨料水射流技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展很迅速的一種新型技術(shù)，其原理是將一定粒度的磨料粒子（石英砂、石榴石和碳化硅等） 混合到高壓水射流當(dāng)中，利用高速磨料顆粒的硬度和動(dòng)能沖蝕材料表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的切割，目前普遍采用的磨料混合方式為前混式[1]。

切割工具的海上工程施工現(xiàn)場(chǎng)工況如圖1所示，工程船上的作業(yè)員將切割工具通過(guò)船舷外側(cè)或月池下放至欲切除的套管中，通過(guò)井身結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)制定切割深度，通過(guò)臍帶纜下放長(zhǎng)度來(lái)控制切割深度。

2 超高壓磨料射流切割工具的設(shè)計(jì)

2.1 超高壓磨料射流切割工具的設(shè)計(jì)

超高壓磨料射流切割工具主要包括由上至下依次連接的動(dòng)力室、扶正室、傳動(dòng)室、 壓力空氣旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封室和切割工作室。該工具可以使用工程船舶連接撓性高壓管線進(jìn)行切割作業(yè)。

①切割工具動(dòng)力室，用于布置馬達(dá)，可以控制工具的旋轉(zhuǎn)速度。由于工具用在9-5/8"套管內(nèi)部，工作空間受限；需要實(shí)現(xiàn)切割工具360°旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)范圍為3-10小時(shí)/圈，故采用新型低速大扭矩?cái)[線式馬達(dá)。其優(yōu)點(diǎn)有體積小，外形尺寸比同樣扭矩馬達(dá)小得多；轉(zhuǎn)速范圍廣，可無(wú)級(jí)調(diào)速，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可達(dá)15轉(zhuǎn)/分；在液壓系統(tǒng)中可串聯(lián)使用，也可并聯(lián)使用；轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，在負(fù)載下容易起動(dòng)，正反轉(zhuǎn)都可使用，換向時(shí)不用停機(jī)。

②扶正室，用于完成推靠動(dòng)作。推力油缸伸出活塞，將滑動(dòng)油缸座向下推，滑動(dòng)滾輪則在扶正本體的坡面凹槽內(nèi)滾動(dòng)，進(jìn)而將扶正本體和耐磨扶正巴掌沿滑軌和滑鞋確定的軌道推出，使工具能夠居中固定在套管內(nèi)壁指定位置處。

③傳動(dòng)室和旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封室，可以將馬達(dá)輸出的扭矩傳動(dòng)至切割工作室，驅(qū)動(dòng)該機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。切割工具需要考慮設(shè)計(jì)壓縮空氣通道，壓縮空氣的作用是在磨料射流的外圍形成環(huán)狀的空氣流，即在噴嘴出口處形成密封的空氣區(qū)域，提高磨

料射流切割效率。設(shè)計(jì)壓縮空氣的旋轉(zhuǎn)密封時(shí)，要求旋轉(zhuǎn)

密封耐壓不小于2MPa。壓縮空氣的旋轉(zhuǎn)密封如圖3所示，主要通過(guò)3組合式旋轉(zhuǎn)密封圈實(shí)現(xiàn)，其他位置為常規(guī)靜密封圈。

④切割工作室，內(nèi)含高壓耐磨噴嘴，彎頭，可以旋轉(zhuǎn)。

⑤中心高壓管，位于切割工具本體軸心上，通過(guò)高壓磨料漿液及傳遞扭矩用。

2.2 高壓磨料射流切割工具創(chuàng)新點(diǎn)

①切割工具依靠高壓軟管自身柔性實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)。

②切割工具內(nèi)部承壓介于200-240MPa之間。

③切割工具無(wú)需高壓旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封。

④旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)切割工具360°旋轉(zhuǎn)。

3 工具現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

切割工具套管內(nèi)施工的工況，與下圖所示現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工況相似。將切割工具放入套管中，切割工具由臍帶纜懸掛，慢慢下入套管底部。甲板上的液壓站工作，液壓缸驅(qū)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)，推靠固定在套管內(nèi)壁上，液壓回路應(yīng)具備自鎖功能，保證鎖緊效果。甲板上的高壓泵及混砂泵啟動(dòng)，開(kāi)始噴射高壓切割液（磨料射流）。馬達(dá)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)切割工具旋轉(zhuǎn)部件（切割噴嘴）旋轉(zhuǎn)，正式開(kāi)始切割。切割完成，停高壓泵及混砂泵，液壓缸驅(qū)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)回收。臍帶纜提出切割工具。

試驗(yàn)表明，切割機(jī)具可靠地固定在9-5/8"套管內(nèi)，并能實(shí)現(xiàn)正常旋轉(zhuǎn)且旋轉(zhuǎn)速度滿足設(shè)計(jì)要求；工具滿足高壓和密封的要求，可以順利完成多層套管的切割。

4 結(jié)論

工程技術(shù)公司自主研發(fā)的超高壓磨料射流切割工具已在綏中36-1油田E平臺(tái)多層套管切割及隔水管重入作業(yè)應(yīng)用1口井。在潿洲11-4c平臺(tái)井口棄置多層套管切割作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用4口井。磨料射流切割技術(shù)及工具性能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，在油氣井棄置中有更廣泛的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊永斌.海上平臺(tái)棄置技術(shù)及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2013，28（4）：4.