海洋废弃井口机械电弧复合切割技术与装备研究

摘要

我国海洋石油钻采的发展起步较晚但发展较为迅速，在随后几年废弃海洋井口的数量将会逐渐增加。依据相关法律要求，必须对海洋废弃井口头在海底泥线以下5m之内进行切割回收，但目前我国废弃海洋平台的拆除技术较为落后，因此研制一种高效可靠的井口头切割回收技术具有重要的理论与工程应用价值。本文针对海洋废弃井口头的切割回收技术进行了较为系统深入的研究工作，并取得了一些创新性研究成果。 提出利用机械电弧复合切割技术对废弃井口进行切割回收的新方法。该复合切割技术结合了机械切割与电弧切割的优点，机械切割主要用于套管表面非导电附着物的切割，电弧主要用于金属套管的切割，二者相互结合较好地解决了传统机械切割的切削力大、振动严重、切割效率低、刀具损耗大、成本高，以及单纯电弧切割遇到套管表面非导电附着物不能进行切割等问题，可以实现高效稳定的切割。 研制了一套针对95/8in套管的机械电弧复合切割装备实验样机，该切割装备机械系统主要由上部扶正部分、旋转机构部分、下部扶正部分、机械电弧复合切割部分、自动换片部分等构成。对该装备内部电机采用润滑脂填充密封方式进行密封，较好地解决了水下电机的密封问题。该切割装备具有自动换片机构可以自动更换磨损的切割刀具，可以降低作业成本并使切割作业更加高效。 开发了海洋废弃井口机械电弧复合切割装备的控制系统，该控制系统主要包括：水下控制箱、水下电源模块、水上上位机等部分。开发了相关的人机交互界面，该控制界面主要由串口配置、人工控制、实时监测、数据管理、系统设置、帮助六大部分构成。通过人机界面可以方便地完成对该切割装备的监测与控制。 研制了套管切割回收模拟实验装置，该实验装置主要由支架、绞车升降机构、套管夹紧机构、套管、切割装备、切割控制系统等部分构成。采用该实验装置进行了机械电弧复合切割工艺实验，揭示了切割片转速、切割片材质、是否引入电弧、电弧电流、高压等参数对切割效果的影响规律，得到了高效稳定的切割参数。

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