CN104487650A - 可安装在钻柱上的井眼清洁装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置具有能固定钻杆接头的改进结构，其中钻杆接头具有第一和第二连接端部以及在连接端部中间的圆柱形部分。带所固定的一个或多个碎屑清洁工具的钻杆接头构成钻柱的一部分。该钻柱包含支承套筒，所述支承套筒安装在连接端部之间的钻杆接头上。支承套筒紧靠圆柱形部分，但不破坏圆柱形部分的完整性。扶正器固定在支承套筒的对端，使每个扶正器与支承套筒的一部分搭接。支承套筒在扶正器之间支承一个或多个碎屑清洁工具，这些工具能从井眼中清除碎屑。紧挨所述扶正器的圆柱形部分至少固定一个锁紧卡箍，锁紧卡箍用于防止支承套筒沿钻柱接头纵向移动。
Description
发明背景
1.技术领域
本发明涉及用安装在钻柱上的特殊结构的工具清洁井眼的方法和装置，尤其涉及一种使碎屑清除工具(如刮刀、刷子或磁性元件/磁铁)能用特殊结构的锁紧卡箍安装在钻柱/钻杆段或接头圆柱形外表面上的工具装置。
2.发明的总体背景
油井的钻井通常需要将钢壁套管安装到井眼内。该套管采用水泥固定到位以在重叠套管钻柱之间以及套管和在其中钻井的地层或岩石之间形成气密密封。通常的注水泥施工需要将水泥地面区域或井口沿内油管柱向下或沿最内层套管柱向下泵送并通过套管柱底部顶替进入套管环空。该程序可能使套管壁或井眼的内部被水泥污染。固井完成后，通常需要钻出水泥和相关的固井设备(通常称作引鞋、浮鞋、连顶接箍和投入式止回阀)。
钻井过程中使用的化学品、固体物质、润滑脂和其他流体会并且确实粘附在了套管壁上。这些化学品通常混合成胶粘的粘稠物质，而这种粘稠物质对于很多化学处理能够迅速恢复原状并且较难去除。由于井眼套管为钢壁，因此会并且容易生锈和剥落。
在钻井和其他井下活动过程中，钻井或井眼设备的工件可能需要铣削。在各种其他过程期间(有目的的或意外的)工件或部件可能会被留在井眼内。上述情况会导致污染物被留在井眼内，本文件中将其称为碎屑。
在井寿命周期的完井阶段，数个金属器具半永久性地安装在井眼中。虽然这些器具在复杂性和成本上有很大不同，但是它们的主要功能是在油藏和采油树/井口(或反之亦然)之间运送生产的碳氢化合物(或从地面贯入其他流体)以及始终保持对井眼的液压控制。完井通常包括运送流体的钢管，至少一个流体静力密封装置(封隔器)和一个安全阀。更复杂的完井可能包括测量井眼中多个地方压力和温度的量具。还可能包括节流装置、筛子、阀门和泵等其他物品。井下电子设备的进步让安置测量和控制设备更容易实现和更平常。
通常，这些构件对碎屑很灵敏。已有大量文件证明，碎屑是完井作业过程中导致失败的最重要的根本原因。因此，自20世界90年代后期，利基行业已经产生并专注于碎屑清除和井眼清洁等问题。石油工业的这一利基市场被称为井眼清洁市场。井眼清洁作业通常在钻井和完井之间进行。
一般而言，井眼清洁施工并不是新近才有的，现有技术的实例可追溯到很多年前，当时就已经开发了井眼清洁工具的一些基本实施例，包括刮刀、刷子、磁铁、打捞爪及其各种变形。这些都是为了适应基本需要而设计的基本工具，其中一些实例今天仍在使用。
随着钻井和完井技术的进步(尤其是20世纪90年代开始涉及井下电子设备、防砂、智能完井和大位移钻井)，井眼清洁工具设计和功能的改进被商业化，安装完井构件前改善油井清洁度的做法也几乎成了标准做法。在井眼清洁作业过程中，工具组合(称作井底钻具组合或BHA)被运载到井眼中对各段套管进行清洁。这些工具用位于工具两端的螺纹接头固定在一起。然后，这些工具或BHA再与由也具有螺纹接头的多段钻杆、钻铤、加重钻杆、冲管或油管组成的钻柱或工作管柱固定在一起。这些螺纹接头通常为ANSI/API规范7-2(如4-1/2”(11.4cm)IF/NC50或3-1/2”(8.9cm)IF/NC38)中规定的、通常称为API接头的行业标准接头。另外可用的是高强度钻杆制造商准许使用的专利接头。NOV-Grant Prideco(极限扭矩、HI扭矩、涡轮扭矩)、Hydrill(楔形螺纹)和其他一些公司供应的专利接头较受欢迎。专利接头通常称为优质钻杆接头，并且通常在需要较高的机械强度时(如扭矩、抗张强度、抗疲劳强度等)或在优选使用较大直径的钻杆关系到钻井水力学的改进时使用。例如，现在常见是9-5/8”(24.4cm)套管内使用外径为5-7/8”(14.9cm)的钻杆，但在过去更常见的是使用5”(12.7cm)的钻杆。
下表中是典型规格套管使用的钻杆和接头组合的例子；但由于有很多可用的制造商和标准，实际上可能有数千种组合。
套管规格典型标称套管
(**所有尺寸均以英寸为单位)
套管规格典型标称套管
(**所有尺寸均以厘米为单位)
注：钻杆外径指钻杆主体的外径，不是该构件的最大外径。工具接头的直径往往大一些。此外，套管规格还用标称内径和每英尺线性重量规定。因为API5-CT考虑到了直径和椭圆度的公差，因此套管ID可能会有显著不同。
井眼清洁工具类型和品牌名称多种多样。但是，大体上可分为以下其中一种：刮刀、刷子、磁铁、打捞篮、碎屑过滤器、循环短节、冲杆或其中两种或多种的组合。这些工具通常应由工具主体和可固定在其上的各种构件组成。工具主体可由一个或多个工件组成，但在所有情况下应具有API或优质螺纹钻杆接头。拼装成钻柱时，工具主体通常是钻柱的整体构件并应能承受钻杆的所有拉伸、扭转、疲劳和压力载荷。工具主体通常用钢制成，并专门定制使得能够固定各种构件以便工具按规定方式起作用。
由于钻杆接头有很多变形，套管规格多种多样，而且需要很多类型的井眼清洁工具，因此从商业上讲，供应井眼清洁工具的公司为每个客户贮备他们所需要的每种组合并不现实。因此，将井眼清洁工具设计成包含一系列套管规格和多种功能的做法已经成为常见的做法，其中工具主体可与可互换外部构件配用，以包含二者的尺寸范围并在一些情况下，以改变工具的功能(如从刮刀变为刷子)。这就使得工具主体能够标准化，但是由于钻杆接头是应切在工具主体上，因此工具主体接头也需要一定程度的标准化。通常这是该套管规格共用的API钻杆接头(NC50为9-5/8"(24.4cm)的套管，NC38为7”(17.78cm)的套管)。在一些情况下，井眼清洁工具制造商可能会供应带优质钻杆接头的工具，但是出于商业原因，这常常仅限于特定的项目或市场，原因是这些项目或市场使用对应的钻杆。
常见的是，井眼清洁工具供应商一般供应单个的工具或工具组合，但其中单个工具的钻杆接头类型与钻柱中所用的钻杆接头类型不同。因此，在这种情况下，工具通常与配合接头一起供应。配合接头通常为各端带不同接头的短“节”(油管的接头)。例如，XT-57母螺纹可在顶部，API NC50公螺纹在底部。这就使带不可互换的螺纹端部接头的钻柱构件能拼装在一起成为一个整体钻柱。此外，常常还提供长度通常约为十(10’)英尺(3米)、其异型外径与钻杆匹配且刚好装入钻井吊卡和钻杆卡瓦中以便及时将钻柱安装在井眼中/从井眼中取出的短钻杆。另外还有组合了短钻杆和配合接头及二者功能的短钻杆-配合接头。
井眼清洁工具和钻柱的螺纹接头常常不匹配，且井眼清洁工具的额定强度通常较低。清洁工具强度较低实际上会降低钻柱的整体强度，而整体强度通常按最薄弱环节的强度评定。这种评定方式已经成为可被接受的做法，但前提是钻井参数不超过最薄弱处的极限。清洁作业过程中，可能会出现这种情况，即在钻柱转动期间观察到较高扭矩并且该较高扭矩使悬挂的钻柱发生转动。钻柱转动在从井眼中清除碎屑时是井眼清洁的一个关键作用，缺少它会显著影响井眼清洁的效率和效果。
需要将配合接头和短钻杆纳入钻柱中会增加钻柱中螺纹接头的数量，这反过来又会提高利用钻柱的时间和成本、检查成本和失败的可能性。
另外，还需要对配合接头和短钻杆和阀门的存货进行管理，包括贮存、搬运、检查和维护。由于钻杆接头类型繁多、规格多样并且需要为很多搭接作业保持足够多的存货，因此这些存货的贮备和管理就是一项费用高到令人望而却步的努力。
发明内容
本发明的装置以一种简单易懂的方式解决了现有技术中遇到的问题。
本发明提供了一种改进的井眼清洁方法和装置，其中井眼清洁工具同时起到了刮刀、刷子、磁铁和井眼过滤器的作用。本发明的工具装置能从外部安装在钻杆“公”和“母”端部之间的钻杆圆柱形部分上，并用特殊方法和结构进行安全可靠的固定，可防止工具在井眼清洁作业过程中意外脱落。
钻杆接头设有直径一致的坚固的管状主体和直径大一些、具有螺纹接头的外部“工具接头”(如公和母)。由于工具从外部安装在钻杆上，无工具主体，因此钻杆强度不会有因为要引入工具主体、配合接头、短钻杆和钻杆接头而降低。这种设置不需要保持配合接头的存货或者贮备带多个螺纹接头的工具主体。
本发明的井眼清洁工具利用以下原理设计，即若一个构件失效，不会导致设备从钻杆上松掉而被留在井眼中。
在一个实施例中，工具内部构件纵向分开并套在钻杆上用螺栓接一起。设有采用整体结构并带坚固内螺纹的坚固外环与分开式内部构件配合。该外环套住上述螺栓以防其松动。外环通过两种方法防止松动：第一，将螺纹定向成以常规方式(顺时针)转动钻杆会使螺纹因工具与套管的摩擦而变紧。第二，将无头螺丝顶入内部孔中并用弹簧固定，以防止外环固定后发生移动。这种布置对钻柱转动过程中传递的合成离心力很有效。
本发明的工具采用模块化设计，能够按用户或客户的需要单个或以任一组合使用。工具只能径向安装在钻杆主体上并能沿钻杆纵向自由转动或移动。由于接头外径大一些，工具不能越过工具接头(公端或母端)。本发明还能包含由一系列有齿卡爪、外螺纹环和内部分开式卡箍组成的锁紧装置。充分拼装后，牙齿紧咬钻杆，防止出现任何纵向移动。这种设置的目的是使锁紧装置能安装在钻杆的任一位置。所述固定位置可在可安装井眼清洁工具的上方或下方，并设计成能在钻柱在井眼中移动时限制所述工具的纵向移动。
现有技术的井眼清洁工具通常在两端具有钻杆接头，并具有使工具能完成其设计动作的特定构件，如刮刀、刷子、磁铁、打捞杯、碎屑过滤器或其组合。在现有技术中，常见的做法有，使用数个用螺丝端对端固定在一起的所述工具以及由于井眼清洁工具接头和钻杆接头之间经常不相配而使用配合接头。为了减少在升起和下放所述设备时钻台上的搬运时间，安装短钻杆和/或搬运小型物也是较常见的做法。
上述现有技术系统的主要劣势如下：
钻柱完整性—钻柱可比作为类似于一条链子，强度只与其最薄弱环节的强度一样：
-引入与钻柱不同的接头损害了钻柱的机械完整性。大多数井眼清洁工具采用API接头设计，其机械强度通常低于优质钻杆接头的机械强度。因而向钻杆引入所需的配合接头会降低钻杆的整体强度。
-很多此类工具包含内部接头，这对钻杆整体完整性又引入了另一危险因素。这些内部接头通常不标准(不符合API要求)。
-钻杆接头通常用高强度钢制成，其强度通常高于井眼清洁工具。
-防止钻柱疲劳失效的一个重要因素是钻柱和接头的弯曲强度比。将附加井眼清洁工具作为整体构件加入可能导致关键接头的弯曲强度比不能达到最佳，从而降低钻柱的整体完整性。
-钻井时间—运行钻机的日作业成本是钻井作业中最重要的成本影响。节省钻井时间能降低钻井的总成本，而且该行业的人都知道钻井经营者很重视时间管理。
-钻机一般设计成能高效运行钻杆。现有技术中有很多通过调整或改进技术来减少钻机上搬运钻杆的时间的例子，包括使用自动化系统搬运钻杆以及接上和断开接头。
-钻机一般不是很适应于运行单个工具，不论是井眼清洁工具或其他类型的工具，因为它们的长度和形状不标准。借助滑轮、起重机和绞车，这些都用人力搬到钻台上，然后单个地或(简单地说)预制分组合进行拼装。这项操作一般比较耗费时间并且对运行设备的人员的安全也有影响，因为他们暴露在重型设备的人力搬运、压力、坠落物体和钻台通常会有的其他危险物之下。
现有技术井眼清洁工具的现有技术的安装方法通常包括以下步骤：
1.使用吊索、起重机和/或叉车将所需的工具放置或布置在“猫行道”(暂时贮存运入或拉出井眼的钻杆和设备的地点)上。危险包括暴露于坠落物体下和靠近重型移动设备工作被意外挤压。
2.将提升短节或搬运小型物安装到单个工具上和/或将工具组装成较小的分组合，以减少钻机的搬运时间。危险包括人力搬运重型设备伤害到手指和脚趾。
3.用起重机、卷扬机钢丝(绞车)和/或叉车将分组合和/或工具提升到钻台上。危险包括暴露于坠落物体下。
4.在工具已经与正确类型的短钻杆拼成完整组合的情况下，也许可将短钻杆直接安装在钻杆吊卡中并用起重机/卷扬机钢丝和其他装置提升整个组合并拼装成钻柱。
5.更常见的是逐个地提起工具和分组合。通常将钻杆(或钻铤)的一个或多个接头悬挂在吊卡中，使下公接头约在钻台上肩膀高度。或者可在在吊卡中悬挂“提升短节”，“提升短节”具有外加厚和面向下通常与将悬挂在其上的工具相配的公接头。
6.取决于BHA和钻柱的设计，可有钻柱或钻铤用卡瓦悬挂在转盘上。采用任一类型均需要专用的“卡瓦”，而且可能还需要安装“安全卡瓦”(一种设计用于在钻铤卡瓦失效时抓住钻柱的安全装置)。可以没有下钻柱，在这种情况下，井眼清洁BHA的末端将安装钻头或铣刀。
7.使用绞车每次提起一个分组合或工具，然后用手将接头接到钻柱上。该过程比较耗费时间，因为需要人力使用链式/带式绞车、钻杆绞车、钻铤卡瓦、安全卡瓦和锤子。在下放进井眼前，使用半自动钻杆钳或使用自动装置(如“机械式钻工”)“扭紧”每个接头。
8.该过程会给人员带来危险，因为它需要多人靠近重型设备工作。众所周知，钻杆钳和相关设备在使用过程中会给手指造成损伤或者在搬动或自由摆动时会造成挤压损伤。
9.另一危险是拼装过程中钻柱意外掉落。大多数工具通常带有“光滑的”工具接头(无外加厚)，而且常常比能安全安装钻铤式卡瓦和必要安全卡瓦的理想长度要短。钻铤卡瓦依靠摩擦悬挂钻柱，而且通常比将钻柱悬挂在加厚上的钻杆卡瓦的可靠性要低。若钻铤失效且安全卡瓦未抓住，钻柱会被放下并自由落入井眼中，而导致需要进行代价较高的捡回(打捞)作业。
不论在陆地上还是在海上，钻井作业通常在遥远的地方进行。而且，钻井多半发生在具有有限支持基地的国家，设备需要通过空运、陆运和海运远距离运至钻机处或从钻机处运回。为解决这一问题，井下油田设备往往较长且较重，需要用专用的篮子将设备送至井场以及具有较大甲板空间的特种船。这些篮子可能有40英尺(12米)长。此外，由于设备长度较长且重量较重，用飞机运输费用高昂，而且运输此类设备通常需要支付保险费。海上钻探装置存放设备的甲板空间有限，因此尽可能少地使用甲板空间对高效作业很重要。在后勤基地对设备进行检修是一个劳动强度较大的过程，需要专用设备、经过专门训练的操作人员以及利用第三方检验员。
在下列各步概述的方法中应用本发明能如以下所述减轻、消除或改善以上列出的问题。
1.钻柱完整性—所公开的井眼清洁工具从外部安装和固定在钻杆上，而无需使用工具主体。由于没有引入附加整体构件，钻柱完整性保持完好，因此不会降低钻柱的完整性。
2.钻井时间—井眼清洁工具能在井场安装到钻杆的单个接头上。这一动作可在远离主要作业区域的甲板或猫行道上完成。当需要在井眼中运行时，单个接头可使用钻机的自动系统或用与从猫行道或小鼠洞运行单个接头相同的方式将单个接头提升至钻台，该方式可为提升钻杆各个单个接头时使用的同样的方法。还可以将接头作为钻杆立根的一部分放在井架上，方式与其他钻杆立根放在架子上的方式相同。
3.后勤—由于井眼清洁工具没有工具主体，而且装运前不需要拼装分组合，因此可以在较短的容器中装运，而不需要使用装运其他类型工具通常要用的加长的篮子。这就减轻了钻机甲板空间、供应船和卡车的负担。而且，由于装运箱不再需要加长，因此也减少了空运成本。
4.安全性—使用该技术不需要在钻台上进行单根或分组合的提升操作，因而减少了暴露于在钻台上工作常见的危险的情况，例如使用手动和半自动工具和设备过程中造成的手指损伤和挤压损伤。
以下方法说明了在钻机处将本发明的可安装井眼清洁工具固定在钻杆接头上的一个实施例的一般应用。
1.用单个钻杆接头或段开始，该接头或该段与构成在井眼中使用的钻柱的钻杆的接头完全相同。
2.将支承套筒套在钻杆上固定，所述支承套筒由两个或多个配合的且大体上完全相同的工件纵向分开组成。这些工件配合后应构成一个完全同心的部件。支承套筒的内径可比钻杆主体的外径稍大，以便支承套筒能相对钻杆转动。支承套筒的内径可比钻杆工具接头的外径小，使得支承套筒能紧靠工具接头以限制支承套筒相对钻杆纵向移动。
3.支承套筒的工件使用螺栓、销子、铰链或类似的螺旋式紧固件接合。取决于工具的配置，刮刀、刷子或磁性元件可固定在支承套筒上。
4.通常，固定支承套筒的紧固件的强度可能不足以防止支承套筒意外脱落掉入井下，而造成灾难性的影响。因此，有必要在支承套筒上安装多个扶正圈以支承套筒，这些扶正圈应插(滑动)到钻杆工具接头的末端上。出于强度考虑，这些扶正圈可作成整体结构。扶正圈的内径可比钻杆工具接头的外径稍大。扶正圈可在内部刻螺纹以与支承套筒的外螺纹配合。或者，可使用螺栓、销子、螺丝或这些紧固件/方法的组合固定在支承套管上。一旦安装后，扶正圈应完全或部分套住用于配合支承套筒工件(如半部分)的紧固件，以防止它们意外脱离。
5.为防止支承套筒和装配的构件相对钻杆纵向移动，有必要安装锁紧卡箍组合件。一旦安装后，支承套筒和装配的构件应在一端紧靠锁紧卡箍并能在另一端紧靠钻杆工具接头，从而防止相对钻杆纵向移动。或者，可使用两个锁紧卡箍固定支承套筒和装配的构件。
6.将锁紧卡箍安装到钻杆上时，分开式卡瓦圈套在钻杆主体上安装。分开式卡瓦圈由多个几乎完全相同的工件组成，这些工件配合在一起后形成一个同心构件。分开式卡瓦圈的内径比钻杆主体稍大，以便安装和滑动到位。分开式卡瓦圈的工件使用螺栓、销子、铰链或类似螺旋式紧固件配合。
7.分开式卡瓦圈中或邻近处安装多个卡瓦牙板。卡瓦牙板的内部轮廓与钻杆主体的外径匹配并具有能与钻杆主体接合的齿形或锯形表面，以防止在施加足够的破坏力时纵向移动和转动。卡瓦牙板的外部轮廓为圆锥形，使得在配合外部构件施加纵向力时，该锥体部分利用圆锥形的力学优势将该力转换成破坏力。
8.多个对开式锥体圈安装在卡瓦牙板上，其内部锥形配合齿廓咬合卡瓦牙板。
9.将张紧套筒滑到钻杆工具接头上并通过螺纹与分开式卡瓦圈紧密接合，可完成锁紧卡箍的安装。张紧套筒可作成整体结构。上紧张紧套筒时，它纵向推动对开式锥体圈，对开式锥体圈反过来咬合卡瓦牙板，卡瓦牙板反过来咬合钻杆主体。张紧套筒内径比钻杆工具接头稍大，以便从一端安装。
10.钻杆单个接头安装上可安装井眼清洁工具后即完整，然后便可用该特定钻探装置上采用的任何方法提升至钻台。这可包括将单个接头放在猫行道上，然后放入小鼠洞，再拼装成立根，或放入井架中。
11.井眼清洁作业完成后，将安装过程颠倒过来。构件可放回贮藏箱中供以后作业使用或退回给供应基地。
附图说明
以下参考详细说明和附图，以便能进一步理解本发明的性质、目的和优势，其中同一参考数字表示同一个元件：
图1为正常钻井作业的正视图，其中显示了钻杆的搬运。
图2-图4为说明本发明的方法和将本发明的可安装井眼清洁工具装置作为钻井作业一部分显示的正视图；
图5为本发明的装置的优选实施例的立体图；
图6为本发明的装置的优选实施例的分解立体图；
图7为本发明的装置的优选实施例的部分剖面正视图；
图8为沿图7中E-E线所取的剖视图；
图9为沿图7中F-F线所取的剖视图；
图10为图7中沿G-G线所取的剖视图；
图11为本发明的优选实施例的部分立体图，其中显示了扶正圈。
图12为本发明的装置的优选实施例的部分分解立体图，其中显示了锁紧卡箍；
图13为图12中锁紧卡箍的立体图；
图14为本发明的装置的优选实施例的锁紧卡箍部分的剖视图；
图15为沿图13中A-A线所取的剖视图；
图16为本发明的装置的优选实施例的分解立体图，其中显示了可安装的刮刀形式的碎屑清除工具；
图17为本发明的装置的优选实施例的分解立体图，其中说明了可安装的刮刀工具；
图18为图15和图16中可安装的刮刀工具的立体图；
图19为图16至图18中可安装的刮刀工具的剖视图；
图20为沿图19中A-A线所取的剖视图；
图21为图19中沿B-B线所取的剖视图；
图22为优选的刮刀拉刀的立体图；
图23为各种拉刀设置；
图24为刷子式拉刀的立体图；
图25为拉刀同心标识结构的剖视图；
图26为拉刀偏心结构的剖视图；
图27为本发明的装置的优选实施例的分解立体图，其中显示了可安装的刷子工具；
图28为本发明的装置的优选实施例的立体图，其中显示了可安装的刷子工具；
图29为图27和图28中可安装的刷子工具的剖视图；
图30为图29中沿C-C线所取的剖视图；
图31为图29中沿D-D线所取的剖视图；
图32为替代实施例的剖视图，其中扶正器为分开式壳体的整体构件；
图33为带自由转动扶正器和不同锁紧方法的另一替代实施例。
图34为用无头螺丝固定的替代扶正器的剖视图；
图35为用花键固定的扶正器的剖视图；
图36A-36C为不同的第二种固定方法的剖视图；
图37A-37C为各种刷子插入固定方法的剖视图；
图38为具有分开式壳体的一般式可安装井眼刷子清洁工具的剖视图；
图39为具有铰接壳体的清洁工具的剖视图；
图40为具有铰接壳体的清洁工具的端视图；及
图41为具有定制工具芯轴的井眼清洁工具的剖视图。
具体实施方式
图1-图10为用数字20从总体上标示的本发明的装置的优选实施例(例如见图2和图6)。图1-图4说明了本发明的方法。在图1-图4中，井架1显示为具有游车2和吊卡3，井架1可设置卷扬机钢丝4。在图1-图3中，显示一个用数字5标示的转盘。可使用指梁6和小鼠洞7来存放单个的钻杆接头或段12。可使用小鼠洞7来存放钻杆接头12，以便然后如图1中所示用卷扬机钢丝4提升。钻杆的单个接头12存放在猫行道9上。这些接头12可如箭头13、14所示移动到井架大门8，然后移动到井架台17上。在图1-图4中，显示了井眼10。钻柱11显示为正被下放到井眼10内。钻柱11由钻杆接头12首尾连接构成。在图1中，钻柱11用带卡瓦5的转盘支撑。
工具装置20设有可按以下详细说明安装在市场上可买到的标准钻杆接头或段12上的工具组件15。在图1中，箭头13、14指示了钻杆接头或段12从猫行道9移动到平台17上。图2、3和4说明了装有工具组件15的钻杆接头12从猫行道9(图2)移动到平台17(图3)再到井眼10内(图4)的移动路径。在图4中，装在钻柱接头或段12上的工具组件15显示为钻柱11的一部分。图3说明了工具装置20(包含工具组件15和钻杆接头12)可放置在小鼠洞7或指梁6中、或被游车2和吊卡3抓住、或再下放到井眼10内前放置在小鼠洞7中。
图5-图10更详细地显示了工具组件15和工具装置20。工具装置20在图5-图10中显示为工具组件15已安装在钻杆接头或段12上，更具体地讲，已安装在具有圆柱形外表面24的圆柱形部分23上。每个钻柱接头或段12可设有连接端部分21、22(如公端部分21和母端部分22)。在公端部分21和母端部分22是具有圆柱形外表面24的圆柱形部分23，工具组件15固定在圆柱形外表面24上。
在一个实施例中，工具组件15可安装在连接端部分21、22之间的圆柱形部分23和锁紧卡箍28上(见图5)。但应理解的是，工具组件15可以安装在均与任一连接端部分21或22间隔开的一对锁紧卡箍28之间。
工具组件15设有支承套筒25，支承套筒25具有两半26、27(见图7-图11)。扶正圈29设在支承套筒25各端部并用螺纹接头31固定在其上。套筒的半个部分26、27可用螺栓或栓锁接头30连接在一起。在图7中，对开式滑动轴承32固定在支承套筒25的各端部。压缩弹簧33设在工具组件15各端部的支承套筒25和扶正圈29之间。
每个扶正圈29和支承套筒25之间设有一个或多个凹槽或插口34。这些凹槽后插口34能够容纳锥形弹簧36和无头螺丝35。可上紧无头螺丝35以占据套筒25的凹槽或插口34。
一旦扶正圈29拧到支承套筒25的外螺纹37上，螺纹接头31在扶正圈29和支承套筒25之间就完全了。无头螺丝35用锥形弹簧36顶住。螺纹接头31完全后，无头螺丝35能被稍稍顶出以与扶正圈29上的相应形状的凹槽或插口43接合(见图7、图11)。如此，螺纹接头31经套筒25的外螺纹37与扶正圈29的内螺纹38啮合后即完全。
多个磁铁40安装在磁铁隔离块41和磁铁内部支承套筒39上。支承套筒25的最小厚度段42覆盖磁铁40，如图9所示。
图13-图18更详细地显示了锁紧卡箍28。锁紧卡箍28具有多个卡瓦牙板45，所述卡瓦牙板45围绕钻杆接头12的圆柱形部分23沿圆周间隔开。对开式锥体圈46设有围绕所述多个卡瓦牙板45并与其接合的两个部分，如图13、15和17所示。对开式卡瓦圈47可为两个部分构成的圈，它在与每个卡瓦牙板45的联锁接头56处形成接头。如此，每个卡瓦牙板45如图所示安装在对开式卡瓦圈47的配合槽中。栓锁接头或螺栓48将对开式卡瓦圈47的各块53、54连接起来。每块53、54具有容纳螺栓或栓锁接头48的孔55和如图13-14、16和18所示接合螺栓48的螺纹端部的内螺纹孔60。
在对开式卡瓦圈47和张紧套筒50中间设置卡环49。对开式卡瓦圈47的外表面和张紧套筒50的内表面上可设有环形槽。在图13中，数字63标示的是对开式卡瓦圈47各块53、54外表面上的环形槽。在图12中，数字64标示的是张紧套筒50内表面上的环形槽64。
每个卡瓦或卡瓦牙板45具有内部齿形部分51，所述齿形部分51咬住钻杆接头12圆柱形部分23的圆柱形外表面24。每个卡瓦牙板45之间设有缝隙52(见图12)。对开式卡瓦圈47的外螺纹58和张紧套筒50的内螺纹59之间形成螺纹接头57。卡瓦锥体圈46和张紧套筒50上设有形状和尺寸对应的圆形肩部。在图14中，卡瓦锥体圈46具有环形肩部61，张紧套筒50具有环形肩部62。
图16-图22显示了用数字65从总体上标示的刮刀或拉刀工具。图22为刮刀拉刀70的立体图。与优选实施例一样，刮刀65设有支承套筒66，所述支承套筒66可为具有套筒的半个部分67、68的对开式支承套筒。外部对开式滑动轴承69固定在支承套筒66上，如图22和25所示。与优选实施例一样，扶正圈29通过螺纹接头连接支承套筒66。因此，支承套筒66设有外螺纹71(见图17)，扶正圈29设有内螺纹38(见图11)。刮刀或拉刀70为固定在支承套筒66外表面上的清洁元件，扶正圈29将二者固定到位并如图22和图25所示与刮刀或拉刀70搭接。如图所示，支承套筒66和扶正器29之间设有C形环72。扶正圈29和支承套筒66之间还设有弹簧支承圈78和压缩弹簧75。与优选实施例一样，无头螺丝35和锥形弹簧36可用于使扶正圈29和支承套筒66之间的接头完全。外部对开式滑动轴承69在联锁接头76处与支承套筒66形成联锁连接。外部对开式滑动轴承69和扶正器29之间可设置卡环77。
销子74如图19至图22所示连接套筒66和拉刀或刮刀70。销子74固定在刮刀拉刀70上的相应孔93中。销子74通过焊接固定在支承套筒66上，成为支承套筒66的组成部分。
图22-图26为各种刮刀和刷子式拉刀。图24中显示了拉刀89三种不同形状的纵向切口，可包括螺旋形纵向切口90、直线纵向切口91和弯曲纵向切口92。图24所示为刷子式拉刀89。图25所示为拉刀89的同心标识，图26为拉刀89的偏心标识。在图22中，拉刀89显示为具有供插销子74的配合孔93、刮齿94和螺旋形旁通凹槽95。纵向切口90如图22中所示。但应理解的是，图22的形状可为图23中的直线纵向切口91或弯曲纵向切口92。
图27-图31为可用于刷井眼的刷子工具80。刷子工具80设有具有如图27所示的螺旋形裂口87的支承套筒81。支承套筒81在其端部设有对开式滑动轴承82(见图29)。与优选实施例一样，支承套筒81的各端部具有与扶正圈29形成接头的外螺纹段86(见图27)。无头螺丝35和锥形弹簧36可用于如图23和图25形成支承套筒81和扶正圈29之间的接头。联锁接头88处扶正圈29和套筒81之间设置压缩弹簧83，联锁接头可为设在套筒81和扶正圈29上的相应形状的环形肩部。压缩弹簧83如图29所示设在联锁接头88处的环形肩部之间。
多个刷段84安装在支承套筒81上设置的配合槽85中(见图28和图29)。
图32为具有不旋转一体式扶正器的井眼清洁工具的剖视图。图32中的井眼清洁工具96显示为安装在钻杆段12。井眼清洁工具96设有具有一体式扶正器98的分开式壳体或分开式套筒97。刷子、刮刀和/或磁铁等清洁元件99安装在分开式壳体或分开式套筒97上。另外设有外环100。分开式壳体或分开式套筒97设钻杆12上锁紧卡箍28之间。
图33为本发明的装置的另一实施例，该实施例中设有自由转动的扶正器或扶正圈103。清洁工具101具有清洁元件104固定在其上的分开式壳体102。与优选和其他实施例一样，栓锁接头30可用于将分开式壳体的两半锁紧在一起。扶正圈103与分开式壳体102的外表面接合并用锁紧环105或106固定到位。锁紧环105为螺纹形式，与分开式壳体102上设有的螺纹啮合。锁紧环106为锁线形式。刷子、刮刀和/或磁铁等清洁元件99安装在分开式壳体或支承套筒97上。
图34为用数字110从总体上标示的井眼清洁工具。井眼清洁工具110设有用无头螺丝35固定的扶正器。在图34中，分开式壳体111支承清洁元件112。外环113用无头螺丝35和锥形弹簧36固定在分开式壳体111上。分开式壳体111可设有凹槽或插口部分114，所述凹槽或插口部分114与外环113上凹进或插口部分115在总体上直线对齐。对齐的凹槽或插口114、115可用无头螺丝35和锥形弹簧36占据。
图35为井眼清洁工具116，其中扶正器用花键固定。图35中的井眼清洁工具116具有支承多个清洁元件118的分开式壳体117。外部扶正圈119用花键120固定在分开式壳体117上。锁紧卡箍28设在分开式壳体117的两侧以保持分开式壳体117在钻杆接头12上的位置。
图36A-图36C为采用不同的第二种方法的井眼清洁工具121。图36A为用无头螺丝将外环固定在分开式壳体上的第二种方法。图36B为用卡环将外环固定在分开式壳体上的第二种方法。图36C为用锁紧环和锁线将外环固定到分开式壳体上的第二种方法。在图36A、36B和36C中，可看到分开式壳体123、外环122、清洁元件124和锁紧卡箍28。还显示了栓锁接头30用于将锁紧卡箍28固定在钻杆12上以及将分开式壳体123固定在钻杆12上。
在图36A中，第二种固定方法采用无头螺丝35的形式。无头螺丝35可与锥形弹簧36一起设置。图36B为使用卡环125将外环122固定在分开式壳体123上的第二种方法。
图36C为使用锁紧环和锁线126将外环固定在分开式壳体上的第二种方法。
图37A-图37C为清洁工具130上不同的刷子插入和固定方法。在图37A中，鸽尾槽和压曲式刷子插入部分用131标示。在图37B中，压曲子弹式刷子插入部分用数字132标示。在图37C中，填塞式刷子插入部分用数字133标示。在图37A和图37B每个图中，还能看到锁紧卡箍28、分开式壳体134和外部扶正圈135。应理解的是，图37A、图37B和图37C中任一刷子插入部分均可在刷子工具的任一实施例中使用。
图38为用数字140标示的一般式可安装井眼清洁工具。该井眼清洁工具140设有分开式壳体141、一个或多个清洁元件142、外环143、锁紧卡箍28和螺栓或栓锁接头30。
图39和图40为设有铰接壳体的井眼清洁工具。该井眼清洁工具145利用含一对半个部分147、148的分开式壳体146福鼎在钻杆段12上。分开式壳体的半个部分147、148用铰链149绕枢轴锁紧并可用栓锁接头30连接起来。与其他实施例一样，井眼清洁工具145设有清洁元件150、外环151和栓锁接头30和锁紧卡箍28。
图41为固定到定制的工具芯轴156上的井眼清洁工具155。如图50所示，设置的工具芯轴156固定住分开式壳体157。分开式壳体157上显示有清洁元件158和外圈159。
以下为本发明中所用参考数字的列表：
参考数字列表：
参考数字 说明
1 井架
2 游车
3 吊卡
4 卷扬机钢丝
5 带卡瓦的转盘
6 指梁
7 小鼠洞
8 井架大门
9 猫行道
10 井眼
11 钻柱
12 钻杆接头/段
13 箭头
14 箭头
15 工具组件
16 箭头
17 平台
18 箭头
19 箭头
20 工具装置
21 公端部分/连接端部分
22 母端部分/连接端部分
23 圆柱形部分/连接端部分
24 圆柱形外表面
25 支承套筒
26 套筒的半个部分
27 套筒的半个部分
28 锁紧卡箍
29 扶正圈
30 螺栓/栓锁接头
31 螺纹接头
32 分开式滑动轴承
33 压缩弹簧
34 凹槽/插口
35 无头螺丝
36 锥形弹簧
37 外螺纹
38 内螺纹
39 磁铁内部支承套筒
40 磁铁
41 磁铁隔离块
42 最小厚度段
43 插口/凹槽/螺栓孔
44 旁通槽
45 卡瓦牙板
46 对开式锥体圈
47 对开式卡瓦圈
48 螺栓/栓锁接头
49 卡环
50 张紧套筒
51 齿形部分
52 缝隙
53 牙板
54 牙板
55 孔
56 联锁接头
57 螺纹接头
58 外螺纹
59 内螺纹
60 内螺纹孔
61 环形肩部
62 环形肩部
63 环形槽
64 环形槽
65 刮刀工具
66 支承套筒
67 套筒的半个部分
68 套筒的半个部分
69 外部对开式滑动轴承
70 刮刀/拉刀
71 外螺纹
72 C形环
73 对开式滑动轴承
74 销子
75 压缩弹簧
76 联锁接头
77 卡环
78 弹簧支承圈
79 环形端部
80 刷子工具
81 支承套筒
82 对开式滑动轴承
83 压缩弹簧
84 刷段
85 配合槽
86 外螺纹
87 螺旋裂口
88 联锁接头
89 拉刀
90 螺旋形纵向切口
91 直线纵向切口
92 弯曲纵向切口
93 孔
94 刮齿
95 螺旋形旁通槽
96 井眼清洁工具
97 分开式壳体/支承套筒
98 一体式扶正器
99 清洁元件
100 外环
101 井眼清洁元件
102 分开式壳体
103 扶正圈
104 清洁元件
105 锁紧环、螺纹式
106 锁紧环、锁线式
110 井眼清洁工具
111 分开式壳体
112 清洁元件
113 外环
114 凹槽/插口
115 凹槽/插口
116 井眼清洁工具
117 分开式壳体
118 清洁元件
119 外部扶正圈
120 花键
121 井眼清洁工具
122 外环
123 分开式壳体
124 清洁元件
125 卡环
126 锁紧环/锁线
130 井眼清洁工具
131 鸽尾式和压曲式刷子插入部分
132 子弹式刷子插入部分
133 填充式刷子插入部分
134 分开式壳体
135 外部扶正圈
140 井眼清洁工具
141 分开式壳体
142 清洁元件
143 外环
145 井眼清洁工具
146 分开式壳体
147 半个部分
148 半个部分
149 铰链
150 清洁元件
151 外环
155 井眼清洁工具
156 工具芯轴
157 分开式壳体
158 清洁元件
159 外环
前述实施例仅作为实例提出，本发明的范围应仅受以下权利要求书的限制。
Claims (32)
1.一种可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，包括：
a)钻杆接头，其中所述钻杆接头具有第一和第二连接端部以及在连接端部中间的圆柱形部分，所述接头为钻杆的一部分；
b)支承套筒，所述支承套筒在连接端部之间安装在钻杆接头上；
c)其中支承套筒紧靠圆柱形部分但不破坏圆柱形部分的完整性；
d)扶正器，所述扶正器固定在支承套筒对端，每个扶正器与支承套筒的一部分搭接；
e)套筒在扶正器之间支承一个或多个碎屑清洁工具，使得能从井眼除去碎屑；
f)至少一个锁紧卡箍，所述锁紧卡箍固定在紧挨所述扶正器的圆柱形部分；及
g)其中锁紧卡箍防止支承套筒沿钻杆接头纵向移动。
2.根据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中有一对所述的锁紧卡箍固定在所述支承套筒对侧上的所述圆柱形部分。
3.根据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中碎屑清洁工具为刮刀。
4.根据权利要求3所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中刮刀包括碎屑清洁元件拉刀。
5.根据权利要求4所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中所述的拉刀具有沿拉刀长度方向的纵向切口。
6.根据权利要求5所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中所述拉刀为整体接头，总体上为圆柱形并具有多个外部刮齿。
7.根据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中碎屑清洁工具为磁铁。
8.根据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中碎屑清洁工具为刷子。
9.据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中所述套筒包括固定在一起的一对支承套筒的半个部分。
10.据权利要求9所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中支承套筒的半个部分用螺栓接在一起。
11.据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中所述卡箍包含沿圆周间隔开的卡瓦牙板，所述卡瓦牙板与钻杆接头圆柱段接合。
12.据权利要求11所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中锁紧卡箍围绕卡瓦牙板的对开式锥体圈。
13.据权利要求12所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中卡瓦牙板和对开式锥体圈具有形状相应的斜面，所述斜面相互接合。
14.据权利要求13所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中锁紧卡箍具有连接对开式锥体圈的张紧套筒，张紧套筒相对对开式套筒转动会迫使斜面接合在一起。
15.据权利要求1所述的可安装在钻杆上的井眼清洁工具装置，其中锁紧卡箍不与支承套筒联锁。
16.一种清洁井眼的方法，包括以下步骤：
a)提供具有第一和第二连接端部以及在连接端部之间的圆柱形部分的钻杆接头；
b)将支承套筒安装在连接端部之间的钻杆接头上，其中支承套筒紧靠圆柱形部分，但不破坏圆柱形部分的完整性；
c)将扶正器固定在支承套筒的对端，每个扶正器与支承套筒的一部分搭接；
d)将一个或多个碎屑清洁工具装在扶正器之间的套筒上，每个工具能清除井眼中的碎屑；
e)将一个或多个卡箍锁定在紧挨所述扶正器的圆柱形部分，其中锁紧卡箍能防止支承套筒沿钻杆接头纵向移动；
f)将钻杆接头加到钻柱上；及
g)用步骤“a”至“e”的钻杆接头清洁井眼。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤“e”中，有一对所述的锁紧卡箍固定在所述支承套筒对侧的所述圆柱形部分。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤“d”中，碎屑清洁工具是刮刀。
19.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤“d”中，碎屑清洁工具是磁铁。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤“d”中，碎屑清洁工具是刷子。
21.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤“b”中，支承套筒包括在一起的一对支承套筒的半个部分并进一步包括锁紧这两个半个部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中支承套筒的两个半个部分用螺栓接在一起。
23.根据权利要求16所述的方法，其中锁紧卡箍包含多个沿圆周间隔开的卡瓦牙板，所述卡瓦牙板将钻柱接头圆柱段与所述卡瓦接合。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括用对开式锥体圈包住卡瓦牙板。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述卡瓦牙板和所述对开式锥体圈具有相应形状的斜面，并进一步包括将所述卡瓦牙板和所述圈的所述斜面接合。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述锁紧卡箍具有连接对开式锥体圈的张紧套筒，并进一步包括使张紧套筒相对对开式锥体圈转动以迫使斜面在接合一起。
27.根据权利要求16所述的方法，其中锁紧卡箍不与支承套筒联锁。
28.一种清洁井眼的方法，包括以下步骤：
a)提供具有第一和第二连接端部以及在连接端部之间的圆柱形部分的钻杆接头；
b)将支承套筒安装在连接端部之间的钻杆接头上，其中支承套筒紧靠圆柱形部分，但不破坏圆柱形部分的完整性；
c)将扶正器固定在支承套筒的对端，每个扶正器与支承套筒的一部分搭接；
d)将一个或多个碎屑清洁工具装在扶正器之间的套筒上，每个工具能清除井眼中的碎屑；
e)将卡箍锁定在紧挨所述扶正器的圆柱形部分，其中锁紧卡箍能防止支承套筒沿钻杆接头纵向移动；
f)将接头从水平位置转移到垂直位置，再到紧挨钻柱的地方；
g)将钻杆接头加在钻柱上；及
h)用步骤“a”至步骤“e”的钻杆接头清洁井眼。
29.一种清洁具有钻台、钻头的油井的方法，包括以下步骤：
a)在钻杆存放架上提供钻杆接头，所述接头具有第一和第二连接端部以及在连接端部之间的圆柱形部分；
b)当钻杆接头支承在存放架时，将支承套筒安装在连接端部之间的钻杆接头上，其中支承套筒紧靠圆柱形部分，但不破坏圆柱形部分的完整性；
c)将扶正器固定在支承套筒的对端，每个扶正器与支承套筒的一部分搭接；
d)将一个或多个碎屑清洁工具装在扶正器之间的套筒上，每个工具能清除井眼中的碎屑；
e)将一个或多个卡箍锁定圆柱形部分，其中每个卡规紧挨所述扶正器，所述锁紧卡箍能防止支承套筒沿钻杆接头纵向移动；
f)将接头从存放位置转移到垂直位置，再到紧挨钻柱的地方；
g)步骤“b”至“f”后，将钻杆接头加到钻柱上；及
h)用钻柱和步骤“a”至步骤“e”的钻杆接头的组合清洁井眼。
30.一种由碎屑清洁元件组成的井眼清洁工具，其中清洁元件包含一段采用整体结构的拉刀，所述拉刀总体上为圆柱形并具有多个外部刮齿，所述刮刀包含一个沿拉刀长度方向的纵向切口。
31.一种井眼清洁工具，包括碎屑清洁元件，所述碎屑清洁元件包括一段采用整体结构的拉刀，所述拉刀总体上为圆柱形并具有多个外部刮齿，所述刮刀包含一个沿拉刀长度方向的纵向切口。
32.本发明基本上如以上所公开和描述。
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