CN102644449A

CN102644449A - 一种电缆式井下除垢装置

Info

Publication number: CN102644449A
Application number: CN2012101318120A
Authority: CN
Inventors: 祝效华; 李海; 胡志强
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-08-22

Abstract

一种电缆式井下除垢装置，包括依次连接的钢刷头、传动装置、锚定器、电动马达、压力补偿器、控制器和电缆接头。其特征是：电缆接头通过电缆与地面控制系统相连，控制器用于控制除垢装置的工作过程，压力补偿器用于保持除垢装置内外压力平衡，电动马达用于提供除垢装置的工作动力。工作时，在电动马达的驱动下，锚定器的支撑臂伸展开，锚定板与套管内壁接触，将除垢装置牢牢的锚定在套管内壁上，继而电动马达驱动往复式螺杆和钢刷头同时进行周向旋转和轴向往复运动，通过钢刷盘片的磨铣达到清除井下垢物的目的。本发明结构简单，操作方便，工作可靠性高，可有效完成对套管、安全阀、滑套阀等井下器具的除垢作业。

Description

一种电缆式井下除垢装置

技术领域

本发明涉及用于石油、天然气和地质钻完井及修井的特殊井下工具，是一种用于钻完井及修井工作的电缆式井下除垢装置。

背景技术

油气井结垢问题日益严重，随着结垢量的增加，套管内径变小，影响油气井的正常生产和井下作业，甚至会引起油气井停产和报废，造成巨大的经济损失，因此必须对井下垢物进行清除处理。目前除垢作业主要分为化学除垢和机械除垢：化学除垢主要是通过化学试剂将井下垢物溶解，从而达到除垢的目的，但此方法费用高、污染严重、且易腐蚀井下器具；传统的机械除垢方法采用容积式电动机、铣刀、带铣刀的冲击锤或纯液体的射流技术，由于铣刀和类似的切削工具在作业过程中不可避免的会损坏套管和井下器具，而且常规切削工具的尺寸受井径的限制，没有考虑到管道内廓和直径的变化，难以适应井下作业的要求，同时这类工具须借助泵车或大修设备，费用高、占井时间长、所占空间大，易损坏工具，工作效率低。为此，目前迫切需要研制和使用一种不需要借助钻井机、修井机或连续油管作业机，且所占空间小、操作简单的井下除垢装置。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足并结合井下除垢作业的相关要求，提供一种经济性好，除垢效率高，井下适应性强，工作可靠性高，且不会损坏套管和井下器具的电缆式井下除垢装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电缆式井下除垢装置，包括依次连接的钢刷头、传动装置、锚定器、电动马达、压力补偿器、控制器和电缆接头，其特征是：各部件之间均为螺纹连接，钢刷头包括钢刷盘片、间隔衬套、内六角圆柱头螺钉、圆柱销、花键轴、轴套、左锁紧接头和右锁紧接头；中心为花键孔的星状形钢刷盘片具有良好的弹性性能，其厚度在0.4～1.0mm之间，安装在花键轴上，两个钢刷盘片之间安装有间隔衬套；钢刷盘片上有两个与间隔衬套的圆形凸台配合安装的圆孔；左锁紧接头和右锁紧接头均为锥体形状，且有用于安装圆柱销的径向通孔；右锁紧接头内有与往复式螺杆的花键端配合的花键孔，可防止在工作工程中往复式螺杆与右锁紧接头之间发生相对周向滑动；左锁紧接头和右锁紧接头分别通过内六角圆柱头螺钉连接在花键轴两端；轴套安装在左锁紧接头与间隔衬套之间，起到锁紧间隔衬套和钢刷盘片的作用；左锁紧接头的径向通孔内安装有圆柱销，圆柱销紧靠内六角圆柱头螺钉；往复式螺杆花键端与右锁紧接头的花键孔连接，其紧靠内六角圆柱头螺钉，并用圆柱销周向固定，可防止间隔衬套和钢刷盘片发生松动而造成钢刷头工作失效；传动装置由往复式螺杆和传动支座组成，往复式螺杆安装在传动支座内，并可以在周向旋转的同时做轴向往复运动。

锚定器由滑动轴、支撑臂、锚定板、左支撑接头、右支撑接头、滑套、端盖和锁定套筒组成，左支撑接头和右支撑接头周向均匀分布三个用于连接支撑臂的锁定支座；端盖通过螺纹连接在滑套右端，左支撑接头通过螺钉固定在端盖上；滑套安装在滑动轴上，并可以沿轴滑动，弹簧位于滑套的左台肩与传动支座的右台肩之间；传动支座内壁与滑动轴外表面构成环形腔体，环形腔体内填充有液压油，连接有活塞杆的活塞安装在环形腔体内；滑套与传动支座、滑动轴之间均安装有密封圈；支撑臂为螺旋形状，其旋转台阶与锁定支座、支撑臂虎口与锚定板通过柱铰连接；锚定板外表面为具有滚花的弧面，可防止在除垢作业过程中锚定板与套管内壁发生打滑；锁定套筒一端与右支撑接头相连接，另一端固定在电动马达Ⅳ上。

在这个除垢装置中，电缆接头通过电缆与地面控制系统相连，控制器用于控制除垢装置的工作过程，压力补偿器用于保持除垢装置内外压力平衡，电动马达用于提供除垢装置的工作动力。本发明的有益效果是：使用寿命长、结构简单，便于拆装及维护、安全性能高、体积小，便于移动和运输、能够以较高效率完成井下除垢作业；在除垢作业过程中可避免对套管和井下器具造成损坏；可节约钻井或修井机的租赁成本及海上钻井平台的有限空间，具有较好的经济效益；通常与电缆式爬行器连接使用，直井段靠自身重力往下运动，通过斜井段和水平段时靠爬行器提供推动力送至预定位置，此过程使用电缆将除垢装置传送下井而不需要借助连续油管，工作效率高，有益于安全及环境保护。

附图说明

图1是一种电缆式井下除垢装置的示意图；

图2是一种电缆式井下除垢装置的钢刷头Ⅰ的结构示意图；

图3是一种电缆式井下除垢装置的钢刷头Ⅰ的钢刷盘片8的示意图；

图4是一种电缆式井下除垢装置的钢刷头Ⅰ的间隔衬套7的示意图；

图5是一种电缆式井下除垢装置的往复式螺杆12的示意图；

图6是一种电缆式井下除垢装置的锚定器Ⅲ的示意图；

图7是一种电缆式井下除垢装置的锚定器Ⅲ的支撑臂19的示意图；

图8是一种电缆式井下除垢装置的锚定器Ⅲ的支撑接头的示意图；

图9是一种电缆式井下除垢装置的锚定器Ⅲ的滑套17及其装配的示意图。

图中，1圆柱销，2左锁紧接头，3内六角圆柱头螺钉，4轴套，5右锁紧接头，6花键轴，7间隔衬套，8钢刷盘片，9花键孔，10圆孔，11圆形凸台，12往复式螺杆，13滑动轴，14左支撑接头，15锚定板，16锁定套筒，17滑套，18端盖，19支撑臂，20右支撑接头，21旋转台阶，22支撑臂虎口，23锁定支座，24活塞杆，25活塞，26环形腔体，27弹簧，28传动支座，29左台肩，30右台肩，Ⅰ钢刷头，Ⅱ传动装置，Ⅲ锚定器，Ⅳ电动马达，Ⅴ压力补偿器，Ⅵ控制器，Ⅶ电缆接头。

具体实施方式

由图1、图2、图3、图4和图5所示，一种电缆式井下除垢装置，包括依次连接的钢刷头Ⅰ、传动装置Ⅱ、锚定器Ⅲ、电动马达Ⅳ、压力补偿器Ⅴ、控制器Ⅵ和电缆接头Ⅶ，其特征是：各部件之间均为螺纹连接，钢刷头Ⅰ由钢刷盘片8、间隔衬套7、内六角圆柱头螺钉3、圆柱销1、花键轴6、轴套4、左锁紧接头2和右锁紧接头5组成；中心为花键孔的星状形钢刷盘片8具有良好的弹性性能，其厚度在0.4～1.0mm之间，安装在花键轴6上，两个钢刷盘片8之间安装有间隔衬套7；钢刷盘片8上有与间隔衬套的圆形凸台11配合安装的圆孔10；左锁紧接头2和右锁紧接头5均为锥体形状，且有用于安装圆柱销1的径向通孔；右锁紧接头5有与往复式螺杆12的花键端配合的花键孔9；左锁紧接头2和右锁紧接头5分别通过内六角圆柱头螺钉3连接在花键轴6两端，轴套4安装在左锁紧接头2与间隔衬套7之间，起到锁紧间隔衬套7及钢刷盘片8的作用；圆柱销1安装在左锁紧接头2的径向通孔内，并紧靠内六角圆柱头螺钉3，往复式螺杆12花键端紧靠内六角圆柱头螺钉3，并用圆柱销周向固定，以防止间隔衬套7和钢刷盘片8发生松动引起钢刷头工作失效；右锁紧接头5连接传动装置Ⅱ，传动装置Ⅱ由往复式螺杆12和传动支座28组成，往复式螺杆12安装在传动支座内，其在电动马达Ⅳ的驱动下同时进行做周向旋转和轴向往复运动。

由图6、图7、图8和图9所示，锚定器Ⅲ由滑动轴13、支撑臂19、锚定板15、左支撑接头14、右支撑接头20、滑套17、端盖18和锁定套筒16组成，左支撑接头14和右支撑接头20周向均匀分布三个用于连接支撑臂19的锁定支座23；端盖18通过螺纹连接在滑套17右端，左支撑接头14通过螺钉固定在端盖18上；滑套17安装在滑动轴13上，并可以沿轴滑动，弹簧27位于滑套17的左台肩29与传动支座28的右台肩30之间；传动支座28内壁与滑动轴13外表面构成环形腔体26，环形腔体26内填充有液压油，连接有活塞杆24的活塞25安装在环形腔体26内；滑套17与传动支座28、滑动轴13之间均安装有密封圈；腔体腔体支撑臂19为螺旋形状，其旋转台阶21与锁定支座23、支撑臂虎口22与锚定板15通过柱铰连接；锚定板15外表面为具有滚花的弧面，可防止在除垢作业过程中锚定板15与套管内壁发生打滑；锁定套筒16一端与右支撑接头20相连接，另一端固定在电动马达Ⅳ上。

一种电缆式井下除垢装置中，电缆接头Ⅶ通过电缆与地面控制系统相连接，控制器Ⅵ用于控制除垢装置的工作过程，压力补偿器Ⅴ用于保持除垢装置内外压力平衡，电动马达Ⅳ用于提供除垢装置的工作动力。

一种电缆式井下除垢装置的工作原理是：工作时，地面控制系统通过电缆和控制器Ⅵ使电动马达Ⅳ启动，在电动马达的驱动作用下，活塞杆24推动活塞25向右滑动挤压油液，受油液压力的作用，弹簧27被压缩，锚定器Ⅲ的滑套17带动与之固定连接的端盖18和左支撑接头14向右支撑接头20方向移动，在推力的作用下，支撑臂19也随之发生运动并伸展开，通过锚定板15将井下除垢装置牢牢的锚定在套管内壁。继而，地面控制系统通过控制器Ⅵ控制电动马达Ⅳ驱动传动装置Ⅱ中的往复式螺杆12，使往复式螺杆12带动钢刷头Ⅰ在套管和井下器具内壁上同时进行周向旋转和轴向往复运动，通过钢刷盘片8的磨铣达到清除井下垢物的目的。在完成除垢作业后，电动马达Ⅳ驱动使活塞杆24带动活塞25向左滑动，停止挤压油液，在弹簧27回复力作用下，滑套17及与之固定连接的端盖18和左支撑接头14向远离右支撑接头20方向滑动，这时支撑臂19收拢，随之锚定板15与套管内壁脱离接触，从而取消对除垢装置的锚定。

在工作的过程中，压力补偿器Ⅴ可保持井下除垢装置内外的压力平衡，起到保护整个除垢装置的作用。

Claims

1.一种电缆式井下除垢装置，包括依次连接的钢刷头Ⅰ、传动装置Ⅱ、锚定器Ⅲ、电动马达Ⅳ、压力补偿器Ⅴ、控制器Ⅵ和电缆接头Ⅶ，其特征是：各部件之间均为螺纹连接，钢刷头Ⅰ由钢刷盘片（8）、间隔衬套（7）、内六角圆柱头螺钉（3）、圆柱销（1）、花键轴（6）、轴套（4）、左锁紧接头（2）和右锁紧接头（5）组成；中心为花键孔的星状形钢刷盘片（8）厚度在0.4～1.0mm之间，其安装在花键轴（6）上，两个钢刷盘片（8）之间安装有间隔衬套（7）；钢刷盘片（8）上有两个与间隔衬套（7）的圆形凸台（11）配合安装的圆孔（10）；左锁紧接头（2）和右锁紧接头（5）均为锥体形状，且有用于安装圆柱销（1）的径向通孔；右锁紧接头（5）内有与往复式螺杆（12）的花键端配合的花键孔（9）；左锁紧接头（2）和右锁紧接头（5）分别通过内六角圆柱头螺钉（3）连接在花键轴（6）两端，轴套（4）安装在左锁紧接头（2）与间隔衬套（7）之间；左锁紧接头（2）的径向通孔内安装有圆柱销（1），圆柱销（1）紧靠内六角圆柱头螺钉（3）；传动装置Ⅱ由往复式螺杆（12）和传动支座（28）组成，往复式螺杆（12）的花键端紧靠内六角圆柱头螺钉（3），并用圆柱销周向固定；右锁紧接头（5）与连接传动装置Ⅱ相连。

2.根据权利要求1所述的一种电缆式井下除垢装置，其特征是：锚定器Ⅲ由滑动轴（13）、支撑臂（19）、锚定板（15）、左支撑接头（14）、右支撑接头（20）、滑套（17）、端盖（18）和锁定套筒（16）组成，左支撑接头（14）和右支撑接头（20）周向均匀分布三个用于连接支撑臂（19）的锁定支座（23）；端盖（18）通过螺纹连接在滑套（17）右端，左支撑接头（14）通过螺钉固定在端盖（18）上；滑套（17）安装在滑动轴（13）上，并可以沿轴滑动，弹簧（27）位于滑套（17）的左台肩（29）与传动支座（28）的右台肩（30）之间；传动支座（28）内壁与滑动轴（13）外表面构成环形腔体（26），连接有活塞杆（24）的活塞（25）安装在环形腔体（26）内；滑套（17）与传动支座（28）、滑动轴（13）之间均安装有密封圈；支撑臂（19）为螺旋形状，其旋转台阶（21）与锁定支座（23）、支撑臂虎口（22）与锚定板（15）通过柱铰连接，锚定板（15）外表面为具有滚花的弧面；锁定套筒（16）一端与右支撑接头（20）相连接，另一端固定在电动马达Ⅳ上。