阅读说明：本技术 一种石油套管切割等离子喷头 (Plasma nozzle for cutting petroleum casing pipe ) 是由 纪仁杰 崔晓风 刘永红 孙强 刘鹏 王亚婷 董天聪 王保坤 蔡宝平 刘增凯 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于机械制造领域,具体地,涉及一种石油套管切割等离子喷头。该喷头包括：喷嘴、喷嘴冷却罩、连接头、内电极、内电极冷却水管、内电极座、绝缘环套、外壳；其中：喷嘴和喷嘴冷却罩通过螺纹与连接头连接,连接头通过螺纹连接在外壳左端,内电极通过螺纹与内电极座连接,内电极冷却水管通过螺纹连接在内电极座内部,内电极座通过螺纹连接在绝缘环套内,绝缘环套通过螺纹与外壳连接。本发明利用喷嘴和内电极端面间放电产生的高温高速等离子弧进行石油套管切割,具有结构简单、加工成本低、切割效率高等优点。(The invention belongs to the field of mechanical manufacturing, and particularly relates to a plasma nozzle for cutting an oil casing. This shower nozzle includes: the nozzle, the nozzle cooling cover, the connector, the inner electrode cooling water pipe, the inner electrode seat, the insulating ring sleeve and the shell; wherein: the nozzle and the nozzle cooling cover are connected with the connector through threads, the connector is connected to the left end of the shell through threads, the inner electrode is connected with the inner electrode base through threads, the inner electrode cooling water pipe is connected to the inner electrode base through threads, the inner electrode base is connected to the inner insulating ring sleeve through threads, and the insulating ring sleeve is connected with the shell through threads. The invention utilizes the high-temperature and high-speed plasma arc generated by the discharge between the nozzle and the end face of the inner electrode to cut the petroleum casing pipe, and has the advantages of simple structure, low processing cost, high cutting efficiency and the like.)

一种石油套管切割等离子喷头

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体地，涉及一种石油套管切割等离子喷头。

背景技术

在油田的勘探和开采后期，需要对废弃油井内的套管进行切割及回收，由于油田的老化和套管的锈蚀，套管与套管之间无法正常分离，只有切割后才能进行套管回收。目前国内外石油套管切割的方法主要有机械切割、化学切割、聚能爆炸切割等方法。

机械切割是利用机械式割刀或水利式割刀等工具对被切割石油套管进行切割，套管机械割刀一般使用碳化钨割刀。采用机械切割的方式进行套管切割时，不需要对套管进行加热，切割后套管的材质性能变化较小，机械切割易于实现自动化，切割过程相对于其他切割方式环保，但机械切割存在刀具磨损、切割效率低等问题。

化学切割技术利用填充在套管内的物质发生化学变化，生成高温高压的化学腐蚀割断套管。采用化学切割方法形成的套管断面比较光滑，管口外径相对原外径稍大，切割时不受套管材料和尺寸的限制，切割效果较好。但化学切割也存在许多缺点，在进行水下切割时，内部的化学物质易受潮，这会导致化学物质失效，无法完成套管的切割。

聚能爆炸切割是利用炸药爆破产生的能量将套管切断，切割时将聚能切割工具下放到套管待切割处，炸药被引爆后，在高温高压的作用下，套管被高压高速气流切断。切割时将聚能切割刀下放到套管待切割处，炸药爆炸后产生的高压气流将套管切断，断口形貌极不规则。炸药的用量不容易控制，用量较少，套管不能完全被切断；用量太多会释放出巨大的能量冲击，对油井周围的生态环境造成严重破坏。

目前国内外常用的石油套管切割方法普遍存在切割效率低、切割工艺复杂、费用高昂等问题。等离子切割是利用高温高速的等离子弧对金属材料进行切割，用于石油套管切割时，具有切割效率高、切割过程平稳等优点。然而，现有的等离子切割喷头及配套设施普遍存在结构复杂、外型尺寸较大等问题，无法下放到石油套管内部进行切割，目前主要用于切割板材，而用于石油套管切割的等离子喷头，目前国内外尚未见报道。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种石油套管切割等离子喷头。该喷头可产生高能量密度的等离子弧，具有能量集中、冲击力大、等离子弧稳定的优点，该喷头利用高温等离子弧产生的高温作用将套管材料熔化，利用高速等离子弧将熔化的套管材料及熔渣吹离基体形成切口完成切割，该喷头用于石油套管切割时，具有切割效率高、切割过程平稳、切割成本低等优点。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

石油套管切割等离子喷头，包括：喷嘴、喷嘴冷却罩、连接头、内电极、内电极冷却水管、内电极座、绝缘环套、外壳；其中：喷嘴和喷嘴冷却罩通过螺纹与连接头连接，连接头通过螺纹连接在外壳左端，内电极通过螺纹与内电极座连接，内电极冷却水管通过螺纹连接在内电极座内部，内电极座通过螺纹连接在绝缘环套内，绝缘环套通过螺纹与外壳连接，由喷嘴和内电极端面间放电产生的高温高速等离子弧来实现石油套管切割。

相对于现有的技术，本发明具有如下有益效果：

1、采用等离子切割的方法进行石油套管切割，克服了传统的切割方法存在的切割效率低、切割过程不稳定、刀具磨损严重等问题，提高了切割效率。

2、采用可拆卸更换的方式来设计等离子喷头，便于加工组装，有效降低了石油套管切割等离子喷头的加工和维修成本。

3、通过调整等离子切割参数进行石油套管切割时，可实现不同内径及壁厚石油套管的切割，工作高效可靠。

附图说明

图1是石油套管切割等离子喷头结构示意图；

图2是石油套管切割等离子喷头左视图；

图3是石油套管切割等离子喷头右视图；

图中：1、喷嘴冷却罩，2、喷嘴，3、连接头，4、内电极，5、外壳，6、内电极冷却水管，7、内电极座，8、绝缘环套。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，石油套管切割等离子喷头，包括：喷嘴冷却罩1、喷嘴2、连接头3、内电极4、外壳5、内电极冷却水管6、内电极座7、绝缘环套8；其中：喷嘴冷却罩1和喷嘴2通过螺纹与连接头3连接，喷嘴冷却罩1上设有圆孔和螺纹孔，喷嘴2头部位于圆孔的中心位置；连接头3的结构由圆柱段、头部螺纹段、内螺纹段和外螺纹段构成，喷嘴冷却罩1通过尾部螺纹与连接头3的头部螺纹段连接，喷嘴2通过尾部螺纹与连接头3的内螺纹段连接，连接头3通过外螺纹连接在外壳5上；内电极座7的结构由外螺纹段、圆柱段和同轴的大、中、小三个阶梯孔构成，中阶梯孔和小阶梯孔上设有螺纹，内电极4通过尾部螺纹与中阶梯孔连接，内电极4凸台处设有橡胶圈，用于冷却液和压缩气体的密封，内电极冷却水管6通过尾部螺纹与小阶梯孔连接，内电极座7通过外螺纹连接在绝缘环套8内部；绝缘环套8由圆柱段、外螺纹段、长阶梯孔、短阶梯孔和通孔构成，绝缘环套8通过外螺纹连接在外壳5内部，短阶梯孔上设有螺纹，用于连接内电极座7。

进行石油套管切割时，石油套管切割等离子喷头水平安装在驱动机构的输出端，并在驱动系统的带动下做旋转运动和上下移动。电源正极线通过夹具固定在外壳5上，电源负极线通过螺纹接头与内电极座7底部的螺纹孔连接，电源接通后，实现喷嘴2和内电极4端面间的高频引弧；气体管路通过PC螺纹直通接头与绝缘环套8上的通孔连接，压缩气体通过通孔进入到绝缘环套8、连接头3、喷嘴2和内电极4之间的环形空腔，通过喷嘴2头部的中心孔喷出，压缩气体能够将喷嘴2和内电极4端面间放电产生的离子弧喷射到石油套管内壁上，实现石油套管的熔融及熔渣去除，达到石油套管切割的目的，有效提高了切割效率和切割的稳定性。

外冷却管路通过螺纹接头与喷嘴冷却罩1上方的螺纹孔连接，外冷却液通过外冷却管路流入，通过喷嘴冷却罩1和喷嘴2头部之间的环形空隙流出，有效实现了喷嘴2的冷却；内冷却管路与电源负极线集成于一体，通过螺纹接头与内电极座7底部的螺纹孔连接，内冷却液通过内冷却管路流入，流经内电极冷却水管6和内电极4内腔后通过内电极座7上的圆孔流出，有效实现了内电极4的冷却。对喷嘴2和内电极4同时进行内外冷却，有效延长了等离子喷头的使用寿命，降低了维修成本。