摘要
随着油田开采的发展，全国各地油田井下油管的变形、错断等现象也逐年增高。为了满足修井的需要，出现了很多不同的新工艺、新工具。其中油管切割是比较有效的方式，最大限度的切断油管，同时为后面的打捞工作做好准备。因此本文针对井下油管切割进行了深入的理论与实验研究，研发出一套井下油管电弧切割装置，并总结出一种适合切割井下油管的工艺方法，取得了一些具有重要理论意义和工程应用价值的成果。 本文围绕国内外井下油管的切割技术和切割工具的发展现状进行了深入系统的研究，提出了基于电弧切割的井下油管切割方法，利用电极与油管之间的电弧放电产生的高温来熔化被切割材料形成切口。与传统的切割技术相比，电弧切割技术无机械切削力、切割效率高、电极损耗低。 研制了一套结构紧凑、可实现井下油管电弧切割的机械系统。主要包括上扶正机构、旋转机构、进给机构和下扶正机构等。对上、下扶正机构的尺寸和电极的有效长度进行了计算，对旋转电机的输出扭矩进行了校核。同时电机采用磁力驱动密封的方式，实现了井下电机的密封和过载保护。 开发了基于STM32单片机电弧切割装置的控制系统，主要包括切割电源、主控制系统和检测系统三部分。实现了切割工具的下放控制、旋转控制、电极自动送进控制、电源引弧控制以及辅助功能控制等；研究提出了基于对切割电压和电流实时检测的电极运动控制策略；同时设计了引弧电路、间隙电压检测电路、电流检测电路和显示电路等。 建立了基于热传导理论的电弧切割油管的温度场模型，利用高斯热源对油管切割过程进行了数值模拟。分析了切割速度、电极直径和切割电流对电弧切割温度场分布的影响规律，确定了最优的切割参数并模拟了最优切割参数下的切割效果；同时分析了割缝内径、外径和径向上各节点的温度时间变化历程。 搭建了油管切割实验装置，探究了电弧切割技术的工艺实验，研究了工作介质、电极材料、电极极性等参数对电极损耗率和电极利用率的影响规律；同时分析了不同切割参数对割缝形貌和电极形貌的影响。然后对3-1/2in的油管进行了切割实验，结果表明，该电弧切割方法切割效率高、切割效果良好。
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