一种钢管及套管水泥环切割的施工方法及装置

技术领域

本发明涉及钢管及套管水泥环切割技术领域，具体为一种钢管及套管水泥环切割的施工方法及装置。

背景技术

石油天然气生产井、地下生产设施、管线等废弃之后，根据最新的环境保护推荐做法，需要把地表以下2米左右范围内的套管、管线管等切除并且从土壤中移除，从而保证地表水流、植物根系等自然界运动不受干涉。

油气井在钻进过程中为了保护井筒需要进行固井，即在不同井段下入不同尺寸的导管和/或套管，并且用固井水泥在导管与表层土壤、套管与岩石之间，以及套管与套管之间进行粘结固定，形成固井水泥环与金属钢管间隔相套的夹心结构。

为了把临近地表2米范围内的钢管及水泥环（导管、套管、管线管等等）从土壤里面移除，通常的施工方法需要从地面井口处进行开挖，坑深大于3米，坑底尺寸比管子直径大4-5米以保证足够的切割作业空间。开挖之后施工人员需要在坑底采用气割作业切开金属钢管，再用砂轮割刀等其他工具切开水泥环，逐层切割直到将地下管段（含水泥环）完全割断后，用吊机将所割下的管段吊出地面，最后再对所挖大坑进行回填。

传统施工方法存在以下缺点和不足：

1、需要动用挖掘机等工程机械进行土工作业；

2、需要动用火焰气割、电动砂轮切割机等设备，在油气井井场作业有非常大的安全隐患；

3、切割后需要对施工坑进行回填作业；

4、施工坑开挖会破坏局部植物根系、动物巢穴等，对自然环境产生干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管及套管水泥环切割的施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢管及套管水泥环切割的施工方法，包括以下步骤：

S1、从地面管口置入磨砂射流水力内切割装置进行管内切割作业，高压泵的输出端与高压水管的一端连接，高压水管的另一端与刀头内的空腔连通；

S2、通过液压马达带动刀头的转动，实现了对管道内的环形切割，一次性切断多层套管及水泥环，或者从内部切断地埋管线或者设备；

S3、吊出或者拔出切下的上部2米管段。

一种钢管及套管水泥环切割的施工装置，包括供砂系统、高压水系统、切割工装和供电系统，所述供砂系统和高压水系统分别为切割工装提供磨砂和高压水流，所述供电系统分别与供砂系统、高压水系统和切割工装电性连接。

优选的，包括固定圆盘、穿插在固定圆盘上的金属管、固定在金属管底端的刀头和用于带动金属管转动的旋转装置，所述供电系统与旋转装置电性连接，所述刀头内设用空腔，所述所述供砂系统和高压水系统分别向刀头的孔腔内输入磨砂和高压水流，所述刀头上设有用于喷射磨砂射流的喷头。

优选的，所述旋转装置包括安装座、第一齿轮、第二齿轮、齿轮链、减速机和液压马达，所述金属管穿插在安装座内，所述安装座通过轴承与固定圆盘转动连接，所述第一齿轮固定套设在安装座的外侧，且第一齿轮通过齿轮链与第二齿轮传动连接，所述第二齿轮通过减速机与液压马达的输出轴连接，所述液压马达固定在固定圆盘上，所述供电系统与液压马达电性连接。优选的，所述高压水系统包括高压泵和高压水管，所述高压泵的输入端与水源连接，所述高压泵的输出端与高压水管的一端连接，所述高压水管的另一端与刀头内的空腔连通。

优选的，所述供砂系统包括磨砂容器和供砂管，所述供砂管的一端与磨砂容器连通，另一端与刀头内的空腔连通。

优选的，所述安装座上设有用于调节刀头上下位置的调节装置，所述调节装置包括齿条、第三齿轮、支撑板和调节电机，所述安装座上设有条形缺口，所述齿条贯穿条形缺口，且齿条固定在金属管上，所述第三齿轮与齿条啮合连接，且第三齿轮通过转轴与支撑板转动连接，所述支撑板与安装座固定，所述调节电机的输出轴与第三齿轮一侧的转轴固定，所述调节电机固定在安装座上，所述供电系统与调节电机电性连接。

优选的，所述供电系统包括三相发电机，所述三相发电机分别与液压马达、高压泵和调节电机电性连接。

优选的，所述固定圆盘上固定有吊环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明工工艺流程简化，生产效率提高：采用本发明施工时无须开挖作业坑，进而省去回填工序，生产效率数倍提高。

2、本发明提高施工安全：磨砂射流水力切割为冷切割工艺，规避了传统施工方法中火焰切割、砂轮切割作业时的动火动电，极大地提高了在石油天然气油气井、生产设施等危险区域内施工作业的安全性。

3、降低对自然环境的干扰：采用本发明施工时无须开挖大型作业坑，不会破坏植物根系或动物巢穴，减少了对自然环境的干扰。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明旋转装置结构示意图。

图3为图1中A区域放大图。

图中：1-切割工装；2-固定圆盘；3-金属管；4-刀头；5-旋转装置；6-喷头；7-安装座；8-第一齿轮；9-第二齿轮；10-齿轮链；11-减速机；12-液压马达；13-高压水管；14-供砂管；21-吊环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种钢管及套管水泥环切割的施工方法，包括以下步骤：

S1、从地面管口置入磨砂射流水力内切割装置进行管内切割作业，高压泵的输出端与高压水管的一端连接，高压水管的另一端与刀头内的空腔连通；

S2、通过液压马达带动刀头的转动，实现了对管道内的环形切割，一次性切断多层套管及水泥环，或者从内部切断地埋管线或者设备；

S3、吊出或者拔出切下的上部2米管段。

本发明采用高压磨砂射流水刀冷切割技术，通过专用的管内切割工装1以及配套的特殊水刀喷嘴，利用含磨粒的高压射流从管壁内部将多层钢管连同夹层水泥环一同切断。切断后的管子靠近地表段可以方便地拔出。

采用本发明进行这项作业无须开挖、无须动火动电、无须回填。安全、节省、高效。以13-5/8”英寸套管割除作业为例，传统工艺至少需要两人工做一整天，还需要挖掘机等工程机械；而采用本发明仅仅需要2人工作一小时就可完成全部工作。

一种钢管及套管水泥环切割的施工装置，包括供砂系统、高压水系统、切割工装1和供电系统，所述供砂系统和高压水系统分别为切割工装1提供磨砂和高压水流，所述供电系统分别与供砂系统、高压水系统和切割工装1电性连接。

包括固定圆盘2、穿插在固定圆盘2上的金属管3、固定在金属管3底端的刀头4和用于带动金属管3转动的旋转装置5，所述供电系统与旋转装置5电性连接，所述刀头4内设用空腔，所述所述供砂系统和高压水系统分别向刀头4的孔腔内输入磨砂和高压水流，所述刀头4上设有用于喷射磨砂射流的喷头6。

所述旋转装置5包括安装座7、第一齿轮8、第二齿轮9、齿轮链10、减速机11和液压马达12，所述金属管3穿插在安装座7内，所述安装座7通过轴承与固定圆盘2转动连接，所述第一齿轮8固定套设在安装座7的外侧，且第一齿轮8通过齿轮链10与第二齿轮9传动连接，所述第二齿轮9通过减速机11与液压马达12的输出轴连接，所述液压马达12固定在固定圆盘2上，所述供电系统与液压马达12电性连接，旋转装置5工作时，通过液压马达12带动第二齿轮9的转动，第二齿轮9通过齿轮链10带动第一齿轮8转动，从而可带的金属管3以及刀头4的转动，实现了对管道内的环形切割。

所述高压水系统包括高压泵和高压水管13，所述高压泵的输入端与水源连接，所述高压泵的输出端与高压水管13的一端连接，所述高压水管13的另一端与刀头4内的空腔连通。

所述供砂系统包括磨砂容器和供砂管14，所述供砂管14的一端与磨砂容器连通，另一端与刀头4内的空腔连通。

所述安装座7上设有用于调节刀头4上下位置的调节装置15，所述调节装置15包括齿条16、第三齿轮17、支撑板18和调节电机19，所述安装座7上设有条形缺口20，所述齿条16贯穿条形缺口20，且齿条16固定在金属管3上，所述第三齿轮17与齿条16啮合连接，且第三齿轮17通过转轴与支撑板18转动连接，所述支撑板18与安装座7固定，所述调节电机19的输出轴与第三齿轮17一侧的转轴固定，所述调节电机19固定在安装座7上，所述供电系统与调节电机19电性连接，在对不同高度的管道切割时，通过调节电机19输出轴的转动，可带动第三齿轮17的转动，第三齿轮17的转动带动齿条16上下移动，从而带动了金属管3以及刀头4的上下移动，实现了刀头4对不同高度位置的管道的切割。

所述供电系统包括三相发电机，所述三相发电机分别与液压马达12、高压泵和调节电机19电性连接。

所述固定圆盘2上固定有吊环21，便于对固定圆盘2进行吊装。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。