超高壓磨料射流切割工具的設計

王俊姬 鞠少棟 王新濤 王世強

【摘 要】高壓磨料射流切割技術用于國內海上油氣田生產設施棄置作業優勢明顯。依托公司現有的超高壓磨料射流切割技術，自主研制一種不需采用高壓旋轉動密封的超高壓磨料射流切割工具。工具結構簡單，性能穩定。經現場試驗，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】TE41 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0168-02

1 高壓磨料射流切割工具技術原理

磨料水射流技術是近年來發展很迅速的一種新型技術，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中，利用高速磨料顆粒的硬度和動能沖蝕材料表面，實現對物料的切割，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場工況如圖1所示，工程船上的作業員將切割工具通過船舷外側或月池下放至欲切除的套管中，通過井身結構參數來制定切割深度，通過臍帶纜下放長度來控制切割深度。

2 超高壓磨料射流切割工具的設計

2.1 超高壓磨料射流切割工具的設計

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力室、扶正室、傳動室、 壓力空氣旋轉動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行切割作業。

①切割工具動力室，用于布置馬達，可以控制工具的旋轉速度。由于工具用在9-5/8"套管內部，工作空間受限；需要實現切割工具360°旋轉且轉速可調節范圍為3-10小時/圈，故采用新型低速大扭矩擺線式馬達。其優點有體積小，外形尺寸比同樣扭矩馬達小得多；轉速范圍廣，可無級調速，最低穩定轉速可達15轉/分；在液壓系統中可串聯使用，也可并聯使用；轉動慣性小，在負載下容易起動，正反轉都可使用，換向時不用停機。

②扶正室，用于完成推靠動作。推力油缸伸出活塞，將滑動油缸座向下推，滑動滾輪則在扶正本體的坡面凹槽內滾動，進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壁指定位置處。

③傳動室和旋轉動密封室，可以將馬達輸出的扭矩傳動至切割工作室，驅動該機構旋轉。切割工具需要考慮設計壓縮空氣通道，壓縮空氣的作用是在磨料射流的外圍形成環狀的空氣流，即在噴嘴出口處形成密封的空氣區域，提高磨

料射流切割效率。設計壓縮空氣的旋轉密封時，要求旋轉

密封耐壓不小于2MPa。壓縮空氣的旋轉密封如圖3所示，主要通過3組合式旋轉密封圈實現，其他位置為常規靜密封圈。

④切割工作室，內含高壓耐磨噴嘴，彎頭，可以旋轉。

⑤中心高壓管，位于切割工具本體軸心上，通過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新點

①切割工具依靠高壓軟管自身柔性實現結構整體旋轉。

②切割工具內部承壓介于200-240MPa之間。

③切割工具無需高壓旋轉動密封。

④旋轉機構可實現切割工具360°旋轉。

3 工具現場試驗

切割工具套管內施工的工況，與下圖所示現場試驗工況相似。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，液壓缸驅動鎖緊機構，推靠固定在套管內壁上，液壓回路應具備自鎖功能，保證鎖緊效果。甲板上的高壓泵及混砂泵啟動，開始噴射高壓切割液（磨料射流）。馬達啟動，驅動切割工具旋轉部件（切割噴嘴）旋轉，正式開始切割。切割完成，停高壓泵及混砂泵，液壓缸驅動鎖緊機構回收。臍帶纜提出切割工具。

試驗表明，切割機具可靠地固定在9-5/8"套管內，并能實現正常旋轉且旋轉速度滿足設計要求；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 結論

工程技術公司自主研發的超高壓磨料射流切割工具已在綏中36-1油田E平臺多層套管切割及隔水管重入作業應用1口井。在潿洲11-4c平臺井口棄置多層套管切割作業現場應用4口井。磨料射流切割技術及工具性能滿足現場作業要求，在油氣井棄置中有更廣泛的應用前景。

【參考文獻】

【1】楊永斌.海上平臺棄置技術及市場前景預測[J].中國海洋平臺，2013，28（4）：4.