[发明专利]一种非爆炸性的金属管环形切割装置

说明书

技术领域

本发明属于燃烧技术应用领域，涉及一种切割器，特别是一种非爆炸性 的金属管环形切割装置，用于切割油气井施工过程中遇卡的金属管柱。

背景技术

灼热剂燃烧技术应用广泛，如用于过期军用器械的销毁、铁轨快速焊接 修复、以及各种切割应用。灼热剂燃烧时的温度超过了2200℃，该温度足 以融化大部分金属。通过注入氧气提高灼热剂反应速度，燃温可以达到 5500℃～8800℃。如此大幅度的温度提高，大大减少了切割目标物的作用时 间。通过喷孔将燃烧产生的熔渣和气体导向到一个方向，最终形成一个高速 运动、带有压力的喷射流，该流体促使熔化的金属吹开并最终在目标物上形 成切割。

基于灼热剂技术的切割装置可以实现与采用炸药聚能装药技术的切割 装置同样的切割速度，但无需考虑炸药爆炸带来的安全稳患。另外，该技术 形成的高温喷射流持续性、稳定性好，克服了炸药聚能装药射流在穿透不同 材料界面时容易中断的不足。在油气井金属管柱切割施工过程中，采用炸药 聚能装药切割技术时，炸药聚能装药射流必须首先切割透本装置的自身壳 体，然后穿过井液，最后再对目标金属管壁进行切割，由于炸药聚能装药射 流需穿透金属、油水混合液、金属三种材料才能完成切割，射流在经过不同 材料界面时的损耗较大，因此基于炸药聚能装药技术的切割装置能量利用率 较低，在切割壁厚较大，内径较小的金属管(如钻杆、钻铤)时，切割效果 较差，更多的是依靠炸药爆炸时产生的高压将金属管撕断，从而造成切口的 不齐整，形成喇叭口状的形状，同时会对油气井井壁造成一定的损伤。同时 炸药聚能装药切割装置爆炸后弹壳的碎片散落入油气井中，这些碎片的尺寸 从技术上不容易实现很小，综合上述因素，从而给后续的施工处理带来了困 难。

灼热剂切割技术已应用于在钢架桥梁拆除施工过程中。用线性炸药聚能 装药切割技术切割钢板时，必须做大量的预处理工作：用持续切割工具(如 乙炔割枪)去除加强区域的重叠板状结构，这需要耗费大量时间，并且昂贵、 危险性高。相反地，如果采用灼热剂切割技术，则不需要进行预处理工作， 可直接对多层板进行切割施工，效率大大提高。灼热剂切割技术在切割不同 厚度的板、多层板复合结构，以及中间或后侧存在加强部分的目标板状材料 均有很大的可靠性。尽管灼热剂装药的切割速度比炸药聚能装药切割技术要 慢，但对操作者而言，切割速度还是相当快的，一般在几百毫秒左右即可完 成切割(采用炸药聚能装药切割技术的切割时间一般为几十微秒)。

中国专利ZL 200320108143.1公开了一种热切管器，该专利也是利用灼 热剂燃烧后产生的高温流体对被切金属管进行烧蚀切割作业的。其主要结构 特点是热切管器壳体表面某一位置存在数个喷孔，呈周向等距排列成一圈， 灼热剂产生的高温流体通过这些喷孔直接对被切管柱进行烧蚀切割。该专利 公开的装置在实际作业过程中存在以下问题：高温流体的流向方向转换没有 采用平滑过渡的方式，而是直接通过活塞的阻挡以及喷嘴的打开进行，高温 流体在喷孔处易形成高速的回旋冲刷，非常易造成喷孔扩孔后相互联通，工 具发生损坏，或者高温流体中的固体颗粒发生堆积堵塞喷孔，从而造成切割 作业失败。热切割器作业前喷孔浸泡在井液中，井液中的杂质容易沉积在喷 孔内壁，给正常切割作业带来了不利因素。此外热切割器内表面的隔热材料 必须加工一些小孔与壳体的喷孔一一相对应，这就增加了加工工艺的复杂 性，而且热切管器的壳体使用后即发生损坏，无法重复使用，作业成本较高。

US6186226B1也公布一种金属管切割装置，其机构及工作原理与专利 ZL 200320108143.1类似，其切割过程中同样存在ZL 200320108143.1专利所 存在的缺点。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种非 爆炸性的金属管环形切割装置，该装置利用灼热剂燃烧产生高温作为动力 源，由于在施工作业时没有爆炸现象产生，切割后金属管切口整齐，没有胀 径和翻边，基本没有井下落物，对油气井壁没有任何损伤，可以更高效、更 安全地进行油气井施工管柱遇卡事故处理。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：