CN110552648B - 一种投入式钻杆通径规及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投入式钻杆通径规及其使用方法，属于石油勘探领域。该装置包括中心轴，以及套在中心轴上的密封套筒；所述密封套筒的内壁与中心轴的外壁之间形成密封空间，在该密封空间内充满液体；当向所述密封套筒施加沿中心轴的轴向方向的力时，所述密封套筒上的一部分外径能够扩大。该装置能够很好地解决现有通径规无法检测钻杆内腔扩径段壁面粘附一定厚度泥饼及其他类似的粘附物的缺陷，最大限度保证钻杆内腔干净、畅通，减少入井遇堵风险；该装置采用模块化设计和组装，各部件尺寸灵活设计，灵活组合，能最大限度满足现场不同规格钻杆尺寸需要，实现通径目的；该装置使用方法简单，可靠性高；该装置易于加工，成本低廉。

Description

一种投入式钻杆通径规及其使用方法

技术领域

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种投入式钻杆通径规及其使用方法。

背景技术

现有的钻杆通径规不能很好的适应常规变径钻杆的内径，现有通径规首先要保证其最大外径必须要小于单根变径钻杆两端丝扣处的水眼内径，然后进入具有更大内径的钻杆内腔，由于该内腔内径比现有常规通径规外径大很多，钻杆内腔壁面若有不同程度的泥饼残留，只要现有的通径规能够顺利通过，则无法有效检测出该残留泥饼，而存在残留泥饼的钻杆入井后将会存在潜在的泥饼脱落，堵塞钻杆水眼的风险，同时也极大增加了阻挡投球、胶塞的可能。

现有技术中，专利CN201420022889.9涉及到的通径规是在起钻时候投入井下的钻杆内，完成对钻杆的通径作业，该结构类似于胶塞。专利CN201610193876.1涉及到的通径规是属于井内应用，整体结构是螺旋棱结构，利用地面泵加压解卡。专利CN201520471876.4涉及到的通径规涉及到的变径部分为扇环形变径块，当遇阻时需要上提中心杆使扇环形变径块向内缩回。专利US 20090173495 A1涉及到的通径规属于油管通径规，主要是检测井下管柱是连接还是分离开，并通过投入下落部分与井下管柱本体回合并拉出井筒的作用。这些专利都无法很好的适应常规变径钻杆的内径，也无法检测单根变径钻杆内腔较大内径段的壁面泥饼的残留情况。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种投入式钻杆通径规及其使用方法，不仅具有现有常规的投入式钻杆通径规的作用，还能够检测单根变径钻杆内腔扩径段壁面泥饼的残留情况，且使用方便、结构简单、成本低廉。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种投入式钻杆通径规，包括中心轴，以及套在中心轴上的密封套筒；

所述密封套筒的内壁与中心轴的外壁之间形成密封空间，在该密封空间内充满液体；

当向所述密封套筒施加沿中心轴的轴向方向的力时，所述密封套筒上的一部分外径能够扩大。

所述密封套筒包括从上至下依次套在中心轴上的上密封滑套、油囊和下密封滑套；

所述油囊具有弹性，在上密封滑套受到沿中心轴的轴向方向的力向下移动，靠近下密封滑套时，所述油囊的外径能够膨胀扩大；

所述上密封滑套的下端与油囊的上端密封连接；

所述油囊的下端与下密封滑套的上端密封连接；

所述上密封滑套的内壁与中心轴的外壁之间的环空腔、油囊的内腔、下密封滑套的内壁与中心轴的外壁之间的环空腔是连通的，形成所述密封空间。

在所述上密封滑套的上端固定连接有上密封活塞；在所述下密封滑套的下端固定连接有下密封活塞；

所述上密封活塞、下密封活塞均为圆环形状，其上均开有与其同轴线的中心通孔以及与中心通孔垂直且连通的限位孔；

所述中心轴从上密封活塞、下密封活塞的中心通孔穿过；

在所述上密封活塞、下密封活塞的中心通孔内均设有密封圈，这样能保证上、下密封活塞沿轴向运动而不漏油。

在所述上密封活塞的限位孔、下密封活塞的限位孔内分别安装有上销钉、下销钉；

所述上销钉、下销钉上均安装有密封圈，所述密封圈设置在靠近上销钉、下销钉的销钉帽侧；

所述上密封活塞的限位孔、下密封活塞的限位孔的内壁上均设有螺纹；

所述上销钉、下销钉的下部均设有螺纹，通过螺纹拧入到限位孔内，且上销钉、下销钉均能够顶住所述中心轴，上、下销钉配合各自的密封圈在限位孔内起到限位和密封作用，防止油泄露出来。

所述油囊呈圆柱形，材质为耐磨橡胶，且能够被轴向压缩产生径向对称膨胀形变；

在所述油囊的两端分别固定连接有刚性胶结环，通过两端的刚性胶结环分别与上密封滑套、下密封滑套密封固定连接。

所述中心轴为实心结构；

在所述中心轴的最下端连接有引导头；

所述引导头的上端通过螺纹与中心轴的下端固定连接；

所述引导头为锥形的实心结构，其直径从上至下依次减小；

在油囊处于不扩径状态，即复位状态时，油囊的外径不大于引导头的最大外径；引导头的最大外径的尺寸与常规钻杆通径规的规格相同；

在所述引导头的下部连接有缓冲弹簧；

在所述中心轴的最上端连接有手柄；

所述手柄通过螺纹与中心轴的上端固定连接。

所述投入式钻杆通径规的使用方法包括：

(1)松开上销钉、下销钉，然后同时移动上密封滑套、下密封滑套，使油囊位于中心轴的中部位置；

(2)保持油囊处于复位状态，将上销钉、下销钉同时拧紧，使上密封滑套、下密封滑套均不能上下滑动；

(3)把待测钻杆竖直或与水平面呈较大角度倾斜放置，保证所述投入式钻杆通径规在待测钻杆内部能够自由下落；

(4)把投入式钻杆通径规塞入待测钻杆高端的水眼，使得整个油囊位于待测钻杆内腔的扩径段内，同时保证上销钉位于待测钻杆之外且上密封滑套位于待测钻杆之外的长度不小于一个位移长度H；

(5)拧松上销钉，并推动上密封滑套向下移动一个位移长度H，油囊被轴向压缩并径向膨胀，当油囊扩径后的外径满足要求后，拧紧上销钉锁死上密封滑套；

(6)无初速度丢手所述投入式钻杆通径规，使其自由下落；

(7)如果所述投入式钻杆通径规下落到待测钻杆低端的水眼处，则判定待测钻杆达到入井要求，取出所述投入式钻杆通径规，然后判断所述投入式钻杆通径规是否还能进行再次测量，如果是，则返回步骤(3)，如果否，则返回步骤(1)；

如果所述投入式钻杆通径规没有下落到待测钻杆低端的水眼处，则判定待测钻杆没有达到入井要求，将该根待测钻杆移开，将其内壁面清除干净后方可入井。

所述步骤(5)中的油囊扩径后的外径满足要求是指油囊的外径达到待测钻杆内腔扩径段内径的70％-99％。

所述步骤(7)中的取出所述投入式钻杆通径规的操作包括：

当所述投入式钻杆通径规在待测钻杆内畅通下落至待测钻杆低端的水眼处时，引导头和缓冲弹簧钻出低端水眼，缓冲弹簧先触地，然后下销钉钻出低端水眼；

拧松下销钉，将下密封滑套向下拉出一个位移长度H，使油囊恢复到复位状态后，再把下销钉拧紧，然后将所述投入式钻杆通径规从待测钻杆低端的水眼取出。

所述步骤(7)中的判断所述投入式钻杆通径规是否还能进行再次测量的操作包括：

判断所述下密封活塞的下端面与引导头的上端面之间的距离是否小于一个位移长度H，如果是，则判定所述投入式钻杆通径规不能进行再次测量，如果否，则判定所述投入式钻杆通径规能够进行再次测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)该装置能够很好地解决现有通径规无法检测钻杆内腔扩径段壁面粘附一定厚度泥饼及其他类似的粘附物的缺陷，最大限度保证钻杆内腔干净、畅通，减少入井遇堵风险；

(2)该装置采用模块化设计和组装，各部件尺寸灵活设计，灵活组合，能最大限度满足现场不同规格钻杆尺寸需要，实现通径目的；

(3)该装置使用方法简单，可靠性高；

(4)该装置易于加工，成本低廉。

附图说明

图1为本发明装置的复位示意图

图2为本发明装置扩径后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明涉及一种使用方便、结构简单、成本低廉的新型投入式钻杆通径规，该通径规不仅具有现有常规的投入式钻杆通径规的作用，还能够检测单根的变径钻杆内腔较大内径段壁面泥饼的残留情况。

如图1所示，本发明装置整体上可以分为两部分，不动部分和可动部分。

不动部分主要包括后端的手柄1、实心中心轴2以及前端的实心引导头15。手柄1通过螺纹口与实心中心轴2的一端拧紧连接，实心中心轴2的另一端通过螺纹拧入引导头15后部的螺纹孔，与引导头15牢固连接。引导头15是锥形的，直径从上至下依次减小，前端直径小，后端直径大。

可动部分主要包括上密封滑套6、下密封滑套11、橡胶油囊8、连接橡胶油囊和上、下密封滑套的刚性胶结环7、10、上、下密封滑套内部两端的上密封活塞5、下密封活塞14以及套在引导头15前端的缓冲弹簧16。上、下密封滑套之间设置套有一段橡胶油囊8，橡胶油囊8呈圆柱形，材质为耐磨橡胶，且能够被轴向压缩有一定弹性和形变(或与之类似的其他材质)，橡胶油囊8通过两端的刚性胶结环7、10与上、下密封滑套密封牢固连接，上密封滑套6、下密封滑套11和橡胶油囊8组成一个整体的密封套筒9，在中心轴2和该密封套筒9之间的环空腔连通且充满油(可以是液压油等黏性稍大的无明显压缩性的液体油类)，上、下密封滑套内两端固定有上、下密封活塞，上密封活塞5、下密封活塞14的结构相同，都是圆环形状，活塞中心孔径保证中心轴2能够穿过，且该中心孔内部设置有多个密封圈17，能够保证上、下密封滑套带动上、下密封活塞沿着中心轴2上下滑动或静止时不漏油，同时在上、下密封活塞的侧面分别开有上限位孔3、下限位孔12，限位孔与活塞的中心孔连通。上销钉4、下销钉13上部靠近销钉帽侧安装有合适的密封圈17，销钉下部为螺纹构造能够向带螺纹的限位孔3、12配合拧入，当在限位孔内拧入到底销钉顶死中心轴后，不但能够锁死滑套和中心轴的相对位置，还能够保证此孔位置密封不漏油，同时还要做到当上、下销钉拧松而不拧出限位孔时，也要能保证此孔位置密封不漏油(由销钉帽下方的密封圈实现的)。

图2为该装置扩径后的示意图。下销钉13锁死下密封滑套11的位置后，松动上销钉4，推动上密封滑套6向下一个位移长度，这个位移一方面通过上密封滑套压迫橡胶油囊8产生轴向压缩变形，另一方面通过上密封活塞5推动内部环空腔的油充入变形的橡胶油囊8内，使其轴向压缩并径向膨胀，达到扩径的目的，当橡胶油囊8扩径后的外径稍小于钻杆内腔的扩径段内径(达到钻杆内腔扩径段内径的70％-99％，具体扩径尺寸根据现场钻杆状况灵活调整)后，拧紧上销钉4锁死上密封滑套6，此状态为充油扩径状态，膨胀后的外径为L2。

本装置的使用方法如下：

使用前，将中心轴通过上、下密封活塞插入密封滑套，使橡胶油囊位于中心轴的中部，先拧紧锁死下销钉，固定下密封活塞与中心轴的相对位置，使下密封滑套不能上下滑动，将橡胶油囊保持在不扩径状态，使得橡胶油囊外径不大于实心引导头后端最大外径，同时向滑套内部的环空腔充满油(把上销钉或者下销钉拧下来作为注油孔)，并通过上销钉拧紧并锁死上密封滑套与中心轴的相对位置，此时为本装置的复位状态，复位时油囊的外径为L1。该状态下整个装置的最大外径即为实心引导头后端最大外径，且该外径尺寸规格与现有常规钻杆通径规的规格一致。

使用时，必须要先把钻杆竖直或呈较大角度倾斜放置，能够保证本装置在钻杆内部能够自由下落。使用者站在钻杆高端侧，把复位状态的本装置塞入相应尺寸的要检测的钻杆水眼，要保证橡胶油囊部位正好在钻杆内腔的扩径段开始处(即整个橡胶油囊部分要位于扩径段内)，同时要保证上销钉和一定长度上密封滑套位于钻杆之外，握住后端手柄，拧松上销钉，并推动上密封滑套向下一个位移长度H，这个位移一方面通过上密封滑套压迫橡胶油囊轴向压缩变形，另一方面通过上密封活塞推动内部环空腔的油充入变形的橡胶油囊内，使其轴向压缩并径向膨胀，达到扩径的目的，当橡胶油囊扩径后的外径稍小于钻杆内腔的扩径段内径(达到钻杆内腔扩径段内径的70％-99％，具体扩径尺寸根据现场钻杆状况灵活调整)后，拧紧上销钉锁死上密封滑套，然后无初速度丢下本装置，使其自由下落。现场根据不同规格的钻杆扩径段内径，可以灵活调整上密封滑套锁死在不同的位置，从而达到不同的通过内管径能力。实际操作时，在移动上密封滑套之前，钻杆外部上密封滑套的长度要至少不小于上述位移长度H，这样使得能够方便地手动调节上销钉。

若是钻杆内管径壁面存在一定硬度一定厚度的泥饼及其他类似的粘附物，本通径规将在此位置遇阻不能下落到钻杆下部出口处，从而证明此根钻杆未达到通径要求，不能入井，便需要将该根钻杆移开做后续处理，将内壁面清除干净后方可入井。

若是钻杆内壁面比较干净未存在泥饼，则通径规会一直畅通地落至钻杆的另一端出口水眼处，此时引导头和缓冲弹簧钻出底部水眼，缓冲弹簧先碰到地面，以减轻对滑套、销钉等的冲击，同时下销钉钻出钻杆水眼，此时拧松下销钉，将下密封滑套相对中心轴向下拉出一段位移，橡胶油囊外形拉长缩径，恢复复位状态后，再把下销钉拧紧锁死，便可将整个装置从钻杆下水眼取出。这也表明该根钻杆内部水眼通畅，内腔壁面无明显泥饼等阻碍物存在，达到入井要求。

当检查完一根钻杆后，就要把本通径规送到下一根钻杆的高端水眼处，重复上述操作，准备检测另一根钻杆内腔的通过能力。事实上每检测一根钻杆，上、下密封滑套和橡胶油囊组成整体的套筒就相对于中心轴下移上述位移长度，检测若干根钻杆后下密封滑套就接近或到达引导头附近，此时没有多余位移可供下密封滑套调整，因此当下密封滑套距引导头距离还剩余一次调整位移的长度时，此时需要停止检测作业，将上下销钉松动，将整体的套筒上移至靠近手柄处，然后复位橡胶油囊，拧紧锁死上、下销钉，才能开始新一轮作业。

本发明的实施例如下：

实例1

将该装置从竖直或呈较大角度倾斜放置的钻杆高端侧水眼无初速度丢入，能够保证本装置在钻杆内部能够自由下落，该装置受重力下落，若是下落过程中遇阻，未能到达钻杆底部出口处，则说明该钻杆不符合入井要求，需要从工作区域移到非工作区域，做后续处理，将内壁面清除干净后方可入井。

实例2

将该装置从竖直或呈较大角度倾斜放置的钻杆高端侧水眼无初速度丢入，能够保证本装置在钻杆内部能够自由下落，该装置受重力下落，若是下落过程中未遇阻，则整个装置顺利下到钻杆底部出口处，此时引导头和缓冲弹簧钻出低端水眼，缓冲弹簧先触地，然后下销钉钻出低端水眼，整个装置能从钻杆下部水眼顺利取出，表明该根钻杆内径通常，符合下井要求，可以入井。

本装置除橡胶油囊外，其余都为金属材质，或者与金属材质具有同等强度的其他材质。本装置对装置各部分的尺寸不作具体要求，仅提供装置的思路，采用模块化设计思路，各关键部件灵活可更换，各部件具体尺寸根据钻柱水眼大小，内腔扩径大小，带锥度段形状灵活设计，随意搭配组装，满足现场钻杆的各类情况，最大限度减小钻杆在井下进行相关作业的遇堵风险。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种投入式钻杆通径规，其特征在于：所述投入式钻杆通径规包括中心轴，以及套在中心轴上的密封套筒；

所述中心轴为实心结构；

所述密封套筒的内壁与中心轴的外壁之间形成密封空间，在该密封空间内充满液体；

当向所述密封套筒施加沿中心轴的轴向方向的力时，所述密封套筒上的一部分外径能够扩大；

所述密封套筒包括从上至下依次套在中心轴上的上密封滑套、油囊和下密封滑套；所述上密封滑套的内壁与中心轴的外壁之间的环空腔、油囊的内腔、下密封滑套的内壁与中心轴的外壁之间的环空腔是连通的，形成所述密封空间；

所述油囊具有弹性，在上密封滑套受到沿中心轴的轴向方向的力向下移动，靠近下密封滑套时，所述油囊的外径能够膨胀扩大；

在所述上密封滑套的上端固定连接有上密封活塞；在所述下密封滑套的下端固定连接有下密封活塞。

2.根据权利要求1所述的投入式钻杆通径规，其特征在于：

所述上密封滑套的下端与油囊的上端密封连接；

所述油囊的下端与下密封滑套的上端密封连接。

3.根据权利要求2所述的投入式钻杆通径规，其特征在于：

所述上密封活塞、下密封活塞均为圆环形状，其上均开有与其同轴线的中心通孔以及与中心通孔垂直且连通的限位孔；

所述中心轴从上密封活塞、下密封活塞的中心通孔穿过；

在所述上密封活塞、下密封活塞的中心通孔内均设有密封圈。

4.根据权利要求3所述的投入式钻杆通径规，其特征在于：在所述上密封活塞的限位孔、下密封活塞的限位孔内分别安装有上销钉、下销钉；

所述上销钉、下销钉上均安装有密封圈，所述密封圈设置在靠近上销钉、下销钉的销钉帽侧；

所述上密封活塞的限位孔、下密封活塞的限位孔的内壁上均设有螺纹；

所述上销钉、下销钉的下部均设有螺纹，通过螺纹拧入到限位孔内，且上销钉、下销钉均能够顶住所述中心轴。

5.根据权利要求4所述的投入式钻杆通径规，其特征在于：所述油囊呈圆柱形，材质为耐磨橡胶，且能够被轴向压缩产生径向对称膨胀形变；

在所述油囊的两端分别固定连接有刚性胶结环，通过两端的刚性胶结环分别与上密封滑套、下密封滑套密封固定连接。

6.根据权利要求5所述的投入式钻杆通径规，其特征在于：

在所述中心轴的最下端连接有引导头；所述引导头的上端通过螺纹与中心轴的下端固定连接；

所述引导头为锥形的实心结构，其直径从上至下依次减小；

在油囊处于不扩径状态，即复位状态时，油囊的外径不大于引导头的最大外径；引导头的最大外径的尺寸与常规钻杆通径规的规格相同；

在所述引导头的下部连接有缓冲弹簧；

在所述中心轴的最上端连接有手柄；

所述手柄通过螺纹与中心轴的上端固定连接。

7.权利要求6所述的投入式钻杆通径规的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括：

(1)松开上销钉、下销钉，然后同时移动上密封滑套、下密封滑套，使油囊位于中心轴的中部位置；

(2)保持油囊处于复位状态，将上销钉、下销钉同时拧紧，使上密封滑套、下密封滑套均不能上下滑动；

(3)把待测钻杆竖直或与水平面呈较大角度倾斜放置，保证所述投入式钻杆通径规在待测钻杆内部能够自由下落；

(4)把投入式钻杆通径规塞入待测钻杆高端的水眼，使得整个油囊位于待测钻杆内腔的扩径段内，同时保证上销钉位于待测钻杆之外且上密封滑套位于待测钻杆之外的长度不小于一个位移长度H；

(5)拧松上销钉，并推动上密封滑套向下移动一个位移长度H，油囊被轴向压缩并径向膨胀，当油囊扩径后的外径满足要求后，拧紧上销钉锁死上密封滑套；

(6)无初速度丢手所述投入式钻杆通径规，使其自由下落；

(7)如果所述投入式钻杆通径规下落到待测钻杆低端的水眼处，则判定待测钻杆达到入井要求，取出所述投入式钻杆通径规，然后判断所述投入式钻杆通径规是否还能进行再次测量，如果是，则返回步骤(3)，如果否，则返回步骤(1)；

如果所述投入式钻杆通径规没有下落到待测钻杆低端的水眼处，则判定待测钻杆没有达到入井要求，将该待测钻杆移开，将其内壁面清除干净后方可入井。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的油囊扩径后的外径满足要求是指油囊的外径达到待测钻杆内腔扩径段内径的70％-99％。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤(7)中的取出所述投入式钻杆通径规的操作包括：

当所述投入式钻杆通径规在待测钻杆内畅通下落至待测钻杆低端的水眼处时，引导头和缓冲弹簧钻出低端水眼，缓冲弹簧先触地，然后下销钉钻出低端水眼；

拧松下销钉，将下密封滑套向下拉出一个位移长度H，使油囊恢复到复位状态后，再把下销钉拧紧，然后将所述投入式钻杆通径规从待测钻杆的低端水眼取出。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤(7)中的判断所述投入式钻杆通径规是否还能进行再次测量的操作包括：

判断所述下密封活塞的下端面与引导头的上端面之间的距离是否小于一个位移长度H，如果是，则判定所述投入式钻杆通径规不能进行再次测量，如果否，则判定所述投入式钻杆通径规能够进行再次测量。

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