CN103184852B - 井下清除装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下清除装置，包括：一加重杆、一叶轮、多个刮除组件、二组找中器及一轴承组件。叶轮包括一叶轮内环、多个主叶片及一叶轮外环。主叶片环绕叶轮内环，叶轮外环连结于主叶片末端。刮除组件设置于叶轮外环的外侧。二组找中器沿加重杆的长轴方向，设置于叶轮的上、下二侧。轴承组件连结于加重杆与叶轮内环之间，其中该叶轮通过该轴承组件绕该加重杆旋转。

Description

井下清除装置

技术领域

本发明是关于一种井下清除装置，特别是一种通过流体流动而驱动的井下清除装置。

背景技术

于水井、油气井或地热井中，流体中的物质或离子经年累月的流动、压降变化或温度影响而逐渐附着于管壁或井壁上。随着时间的增加，结垢物的硬度及厚度也持续增加，造成井管阻塞或管壁腐蚀。举例而言，地热井生产的过程中，碳酸钙于井壁快速生成并随时间的增加而变硬，造成管壁阻塞影响产能。

已知技术中井壁结垢物的清除方法有：机械洗井、酸液处理以及化学抑制剂。上述方法需花费庞大金额及人力，且对环境造成冲击。且在一些老旧井体上，过大的机械力将导致井管受损，对生产产能造成影响。另一方面，进行井壁结垢物的清除工作时需架设井架及钻凿机械，且必须停止生产，如此将导致生产成本增加。

因此，一个可实时清除井壁结垢物，降低结垢物生成的清除装置即被需求。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种可在流体生产作业中同时进行井壁结垢物清除工作的井下清除装置。本发明的另一目的在于提供一种无需外部动力供应，即可进行井壁结垢物清除工作的井下清除装置。

为达上述目的本发明提供一种井下清除装置，包括：一加重杆、一叶轮、多个刮除组件、二组找中器及一轴承组件。叶轮包括一叶轮内环、多个主叶片及一叶轮外环。主叶片环绕叶轮内环，叶轮外环连结于主叶片末端。刮除组件设置于叶轮外环的外侧。二组找中器沿加重杆的长轴方向，设置于叶轮的上、下二侧。轴承组件连结于加重杆与叶轮内环之间，其中该叶轮通过该轴承组件绕该加重杆旋转。

在上述较佳实施例中，刮除组件分别包括一钢片，以可分离的方式设置于叶轮外环的外侧，以及多个具有第一长度的刷毛以及多个具有第二长度的刷毛，刷毛设置于钢片上并向外延伸且沿一既定方向排列于钢片上。一夹角定义于既定方向与一平行于加重杆的长轴方向之间，其中夹角大于0度。较佳的，夹角介于30-45度之间。上述第二长度大于第一长度，且具有第二长度的刷毛设置于具有第一长度的刷毛之间。

在上述较佳实施例中，井下清除装置还包括一调整机构以及多个传动杆。调整机构包括一凸轮、一连杆及多个弹性组件。传动杆抵靠于凸轮。连杆连结于叶轮下方的找中器与凸轮之间。弹性组件连结于传动杆上。传动杆连结于调整机构与刮除组件之间，其中当找中器受挤压时，调整机构带动传动杆使刮除组件向内位移，以改变刮除组件与套管的内侧表面之间的距离。

在上述较佳实施例中，叶轮还包括多个副叶片，设置于叶轮外环的外侧。

本发明的井下清除装置以“滚石不生苔”原理，利用生产中的流体使刮除组件旋转，以无动力方式持续性的针对井壁上的结垢物进行清除。由于本发明的井下清除装置是通过生产中流体驱动叶轮，因此不需额外提供动力，达到既经济又环保的目地。另外，本发明的井下清除装置在实时清除井壁上的结垢物时，可同时进行流体的生产。因此，因修井而造成流体停产的损失将可避免。

附图说明

图1显示本发明的第一实施例的井下清除装置的侧视图；

图2显示本发明的第一实施例的井下清除装置的组件爆炸图；

图3显示本发明的第一实施例的井下清除装置的部分组件的示意图；

图4显示本发明的第一实施例的井下清除装置的部分组件的上视图；

图5显示本发明的第一实施例的井下清除装置的刮除组件的示意图；

图6显示本发明的第一实施例的井下清除装置位于一套管内的剖面图；

图7显示本发明的第一实施例的井下清除装置于刮除一垢物的示意图；

图8显示本发明的第二实施例的井下清除装置位于一套管内的剖面图；以及

图9显示本发明的第二实施例的井下清除装置的部分组件的上视图。

【主要组件符号说明】

1、3～套管

2～内侧表面

4～渐变段

100～井下清除装置

110～加重杆

111～第一部分

112～本体

113～连结部

114～滑槽

115～第二部分

116～本体

117～滑槽

120～找中器

121～弹性钢片

130～轴承组件

131～轴承

140～叶轮

141～叶轮内环

143～主叶片

145～叶轮外环

146～凹槽

150～刮除组件

151～钢片

153～刷毛

155～刷毛

200～井下清除装置

210～加重杆

211～第一部分

212～本体

214～滑槽

215～第二部分

216～本体

219～槽孔

220～第一找中器

222～第二找中器

230～轴承组件

231～轴承

240～叶轮

241～叶轮内环

243～主叶片

245～叶轮外环

250～刮除组件

260～传动杆

270～调整机构

271～凸轮

273～弹性组件

275～连杆

280～副叶片

a～夹角

D～结垢物

L1～第一长度

L2～第二长度

V～垂直方向

P～既定方向

具体实施方式

兹配合附图说明较佳实施例。

请参照图1、图2。本发明的第一实施例的井下清除装置100包括一加重杆110、二个找中器120、一轴承组件130、一叶轮140以及多个刮除组件150。

加重杆110是由不锈钢(Stainless Steel 316L)所组成，或耐腐蚀性规格高于前者的材料所组成，其外径约为5cm，长度约2米。加重杆110包括一第一部分111及一第二部分115。第一部分111包括一本体112及一连结部113。本体112通过一钢缆连结于位于地面的卷扬机(未图示)，并通过卷扬机控制井下清除装置100的位置。本体112包括多个滑槽114，彼此间隔固定于本体112的表面。第一部分111通过连结部113连结于第二部分115。在此时实施例中，连结部113包括一螺牙，连结于第二部分115内侧管壁的螺纹，但并不限至于此。连接部113亦可位于第二部分115上，并连接于第一部分111内侧管壁的螺纹。第二部分115包括一本体116，本体116包括多个滑槽117，彼此间隔固定于本体116的表面。

沿着加重杆110的长轴方向，二个找中器120分别设置于叶轮140的上、下二侧。在此实施例中，每一找中器120分别包括四个弹性钢片121，但其数量不应受限于此。每一弹性钢片121远离叶轮140的一端是设置于滑槽114、117内，并可通过滑槽114、117改变弹性钢片的尺寸。轴承组件130包括二个轴承131，分别套设于连结部113接近本体112与本体116的两侧。

请参照图3、图4。为简化附图，图3省略绘制找中器120，在此先予指明。叶轮140包括一叶轮内环141、多个主叶片143、一叶轮外环145。如图6所示般，叶轮内环141连结于二个轴承131的外侧，其中二个轴承131的外侧可相对于二个轴承131的内侧转动，故叶轮140可通过轴承131相对于加重杆110旋转。多个主叶片143环绕叶轮内环141，且叶轮外环145连结于每一主叶片143的末端。叶轮外环145的外侧包括多个凹槽146，凹槽146的形状对应于刮除组件150的形状，使刮除组件150设置于其中。

请参照图4、图5，每一刮除组件150包括一钢片151、多个具有第一长度L1的刷毛153以及多个具有第二长度L2的刷毛155。钢片151以可分离的方式设置于凹槽146内。刷毛155设置于钢片151上并沿一既定方向P排列，并向外延伸。如图5所示般，一夹角a定义于既定方向P与一垂直方向V之间，其中垂直方向V平行于加重杆110(图3)的长轴方向。夹角a大于0度，以减少刷毛153、155与结垢物之间的摩擦力。在一具体实施例中，夹角a为30-45度，但并不限至于此。另一方面，具有第二长度L2的刷毛155是设置于具有第一长度L1的刷毛153之间，其中第一长度L1为2厘米，第二长度L2为2.5厘米，第二长度L2大于第一长度L1。在此实施例中，刷毛153、155系由耐温及防腐蚀材料所组成，例如不锈钢或尼龙。

请参照图6。图6显示本发明的第一实施例的井下清除装置100设置于一套管1内的剖面图。通过找中器120的设置，加重杆110可维持于套管1的实质中心位置，使刮除组件150位于套管1的中央处并避免刮除组件150晃动以利刮除组件150可与套管1的内侧表面2维持适当距离。在一具体实施例中，刮除组件150与套管1的内侧表面2保持3-5公厘，其确切接触距离可根据刷毛153、155的性质进行变动。来自套管1底部的流体流经井下清除装置100时，流体通过叶轮140的主叶片143。此时，叶轮140受流体动能影响，通过轴承组件130绕加重杆110旋转，以带动刮除组件150旋转。如此一来，如图7所示般，刮除组件150的刷毛153、155即可在无外部动力施加的情况下刮除形成于套管1的内侧表面2的结垢物D。自套管1的内侧表面2刮除下的结垢物D也将透过流体带至地表。

值得注意的是，为了减少叶轮140转动时的阻力，叶轮140是通过轴承组件130连结于加重杆110，如图2所示般。另外，通过将具有第二长度L2的刷毛155设置于具有第一长度L1的刷毛153之间的结构特征，刷毛153、155清除结垢物的摩擦力得以降低。详而言之，如图7所示般，在清除结垢物的过程中，刷毛153先将较厚的结垢物D先行清除，再通过刷毛155将剩余的结垢物D清除。如此一来，可避免刷毛153、155卡固于结垢物D上。

由于套管的尺寸并不一致，通常越接近井的底部，套管的尺寸将逐渐缩小，此时刮除组件将无法进入进行清除结垢物的工作。为解决此问题，本发明更提供一可适应套管的尺寸变化的井下清除装置。

请参照图8、图9。图8显示本发明的第二实施例的井下清除装置200的剖面图，其中井下清除装置200自套管1进入套管3，图9显示本发明的第二实施例的井下清除装置200的部分组件的上视图，为简化图式，图9省略绘制第一找中器220与第二找中器222，在此先予指明。在此实施例中，相似或相对应的组件将施予相似的标号，且已说明的特征将在以下说明中被省略。

在此实施例中，轴承组件230连结于加重杆210与叶轮240之间，其中二个轴承231的内侧分别套设于第一部分211及第二部分215的一端。第一部分211较靠近钢缆，亦即靠近加重杆210的顶端；第二部分215较远离钢缆，亦即靠近加重杆210的末端。叶轮内环241连结于轴承231的外侧。多个主叶片243环绕叶轮内环241，且叶轮外环245连结于每一主叶片243的末端。如图9所示般，多个副叶片280设置于叶轮外环245，其中每一副叶片280分别对应于每一主叶片243的末端向外延伸，且其厚度、设置角度较佳地相同于其所对应的主叶片243。由于二个轴承231的外侧可相对于二个轴承231的内侧转动，故叶轮240可通过轴承231相对于加重杆210旋转。

井下清除装置200还包括多个传动杆260及一调整机构270。传动杆260的一端设置于叶轮内环241所围绕的区域内，另一端连结于刮除组件250。调整机构270包括一凸轮271、多个弹性组件273及一连杆275。调整机构270并连结于第二找中器222，第二找中器222相对于第一找中器220较远离钢缆，亦即设置于靠近加重杆210的末端，在图8中设置于叶轮240的下方。凸轮271设置于叶轮内环241所围绕的区域内。弹性组件273连接于传动杆260上，且受弹性组件273的影响，传动杆260恒常性地抵靠于凸轮271。连杆275连结于找中器220与凸轮271之间。

井下清除装置200的作动方式说明如下：如图8所示般，当井下清除装置200由套管1经由渐变段4进入套管3时，设置于加重杆210第二部分215的第二找中器222因内侧表面2缩小，故受渐变段4的内侧表面2挤压而产生变形，此时第二找中器222靠近叶轮240的一端经由槽孔219进入本体216内，并通过连杆275使凸轮271向上位移。接着，传动杆260受凸轮271移动的影响而向内位移，使刮除组件250向内位移，而改变刮除组件250与内侧表面2之间的距离。在此，传动杆260是连动于刮除组件250。

井下清除装置200可针对套管1或套管3的尺寸变化进行适应性地改变刮除组件250与套管1或套管3的内侧表面2之间的距离，以及依据套管尺寸设计凸轮271曲面，使清除装置可进入不同套管进行刮除。如此一来，套管1及套管3内各个位置的结垢物得以有效清除。

透过流动于井壁内部的流体所提供的动力，井下清除装置可在无动力的情况下进行结垢物清除的工作。另外，受惠于井下清除装置的结构特征，刮除组件可有效率地转动于井壁中，以实时性清除结垢物。如此一来，因结垢物长久累积阻塞井壁而导致产能衰减的情形得以改善。

虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种井下清除装置，设置于一套管内，其特征在于，该井下清除装置包括：

一加重杆；

一叶轮，包括：一叶轮内环；多个主叶片，环绕该加重杆；以及一叶轮外环，连结于所述多个主叶片末端；

多个刮除组件，设置于该叶轮外环的外侧，其中所述多个刮除组件与该套管的内侧表面之间的距离是可变动的；

二组找中器，沿该加重杆的长轴方向，设置于该叶轮的二侧；

一轴承组件，连结于该加重杆与该叶轮内环之间，其中该叶轮通过该轴承组件绕该加重杆旋转；

一调整机构；以及

多个传动杆，连结于该调整机构与所述多个刮除组件之间，其中该调整机构包括：

一凸轮，其中所述多个传动杆抵靠于该凸轮；

一连杆，连结于靠近该加重杆末端的该找中器与该凸轮之间；以及

多个弹性组件，分别连结于所述多个传动杆上，

其中当该找中器受挤压时，该调整机构带动所述多个传动杆使所述多个刮除组件向内位移，而改变所述多个刮除组件与该套管的内侧表面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的井下清除装置，其特征在于，所述多个刮除组件分别包括：

一钢片，以可分离的方式设置于该叶轮外环的外侧；以及

多个刷毛，设置于该钢片上并向外延伸。

3.根据权利要求2所述的井下清除装置，其特征在于，所述多个刷毛沿一既定方向排列于该钢片上，且一夹角定义于该既定方向与一平行于该加重杆的长轴方向之间，其中该夹角大于0度。

4.根据权利要求3所述的井下清除装置，其特征在于，该夹角介于30-45度。

5.根据权利要求2所述的井下清除装置，其特征在于，所述多个刷毛是由不锈钢或尼龙所组成。

6.根据权利要求2所述的井下清除装置，其特征在于，该刮除组件包括多个具有第一长度的刷毛以及多个具有第二长度的刷毛，其中该第二长度大于该第一长度，且所述多个具有第二长度的刷毛设置于所述多个具有第一长度的刷毛之间。

7.根据权利要求1所述的井下清除装置，其特征在于，该叶轮还包括多个副叶片，设置于该叶轮外环的外侧。