CN110566161B - 地浸生产井机械除垢装置及除垢方法 - Google Patents
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Abstract
地浸生产井机械除垢装置，包括外壳、导向轮组件、伸缩式夹壁机构及毛刷除垢机构；外壳呈两端封闭且竖直布置的圆柱形构件；导向轮组件包括轮架和环形均布安装在轮架上的多个导向轮；伸缩式夹壁机构包括动力装置、传动组件和末端执行件；毛刷除垢机构包括滚筒刷头、电机及平衡尾架。一种地浸生产井机械除垢方法，应用于地浸生产井机械除垢装置，步骤如下：1，连接卷扬机调至竖直；2，放入地浸生产；3，固定在地浸生产井的井壁上；4，机械除垢；5，从地浸生产井内提出。本发明通过滚筒刷头上的刷毛将地浸生产井井壁上的污垢及注液井底部过滤器上的沉积物刷下来，适用于各种深度的地浸生产井的除垢。
Description
技术领域
本发明涉及地浸采铀相关机械领域，特别是一种地浸生产井机械除垢装置及除垢方法。
背景技术
地浸采铀是世界上十分先进的采矿技术，其基本原理是对可地浸砂岩型铀矿按一定网度布置地浸生产井(包括注液井和抽液井)，从注液井注入地浸液，使地浸液与铀矿石进行充分反应以形成含铀离子的溶液，含铀离子的溶液经过地层渗透进入抽液井中，将含铀离子的溶液经抽液井提出地表，在地表工厂进一步萃取铀。
地浸液通常呈酸性或碱性，地浸生产井中的地浸液一方面与矿层中的金属离子反应而产生絮状沉淀物，另一方面侵蚀矿层而产生细砂。絮状沉淀物及细砂容易附着在地浸生产井的井壁及沉积在注液井下部的过滤器上，一方面容易造成过滤器堵塞，另一方面容易造成注液井变狭窄。这些附着物如果不能得到及时、定期的清理，会使地浸生产井的渗透率降低，致使采铀效率大打折扣。
目前，清理注液井中的附着物及沉积物的方法包括压缩空气洗井法和活塞洗井法。
活塞洗井法需要将连接有钢丝绳的活塞置于注液井内，在井口外不断的提拉钢丝绳，使活塞在注液井内上下往复移动，从而大幅度扰动注液井内的地浸液，借助地浸液的冲击力将注液井井壁上的附着物及过滤器上的沉积物冲刷下来，再借助抽液设备将混有污渍的液体从注液井内抽出。
由于注液井的井壁是由多段PVC管连接而成的，并非所有的井段都是垂直向下，在某些井段具有一定的倾斜度。通过钢丝绳提拉活塞会使钢丝绳长时间摩擦井壁(即PVC管)，一方面会对PVC管结构造成破坏，另一方面钢丝绳容易发生断裂，使活塞坠落而堵塞注液井，造成重大的经济损失。
压缩空气洗井法需要使用空压机和送风管道向注液井内输送高压风，借助风力及水流扰动的冲击力将注液井井壁上的附着物及过滤器上的沉积物剥离下来，再借助抽液设备将混有污渍的液体从注液井内抽出。
由于注液井的井深通常能达到300m，水压在3mpa以上，受风压限制，其适应的洗井深度一般不超过100m，在清洗较深的注液井时能量损失较大，对于注液井下部安装有过滤器的井段，往往达不到预期的除垢效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种地浸生产井机械除垢装置及除垢方法，它解决了现有的地浸采铀注液井除垢方法可靠性差、容易损伤井壁、对下部较深井段的除垢效果差的问题。
本发明的技术方案是：地浸生产井机械除垢装置，包括外壳、导向轮组件、伸缩式夹壁机构及毛刷除垢机构；
外壳呈两端封闭且竖直布置的圆柱形构件，其内设有内腔，其外壁上设有连通至其内腔的孔A，其上端设有钢缆连接组件；
导向轮组件包括轮架和环形均布安装在轮架上的多个导向轮，轮架安装在外壳的端部和/或内腔中，导向轮伸出在外壳的外部，并环绕外壳内腔轴心线均布，而形成多个滚动导向面；伸缩式夹壁机构安装在外壳内腔中，其包括动力装置、传动组件和末端执行件，动力装置通过传动组件与多个末端执行件关联，以驱动所有的末端执行件同步从外壳的孔A中伸出或缩回；
毛刷除垢机构安装在外壳下端。
本发明进一步的技术方案是：毛刷除垢机构包括滚筒刷头、电机及平衡尾架；滚筒刷头包括中心轴和固定安装在中心轴上的圆柱形的滚筒体，滚筒体的外圆面上设有刷毛，中心轴的两端从滚筒体的两侧端面上伸出；电机固接在外壳下端，其机轴竖直向下伸出，并通过联轴器与竖直布置的滚筒刷头的中心轴上端连接；平衡尾架包括十字形架体和活动安装在十字形架体四个端点处的滚轮，十字形架体中心处设有轴承孔，平衡尾架通过安装在轴承孔内的轴承活动套装在滚筒刷头的中心轴下端，并在轴向上被定位，且所有的滚轮环绕外壳的中心线均布，从而形成多个滚动导向面。
本发明再进一步的技术方案是：伸缩式夹壁机构还包括安装支持组件；
安装支持组件包括固定安装在外壳内腔中的第二安装板和第三安装板，第二安装板上设有通孔A；
动力装置包括电动推杆，电动推杆安装在外壳内腔中；
传动组件包括推盘、推座、轴向动杆、回位弹簧、导向架、套管、橡胶垫座及连杆；推盘固接在电动推杆的端头上，并正对推座；推座固接在轴向动杆的端头上；轴向动杆活动安装在第二安装板的通孔A中，其两端分别从通孔A中伸出，其上设有台阶面；回位弹簧套设在轴向动杆上，其两端分别与推座和第二安装板相抵，其通过弹力迫使轴向动杆的台阶面压紧在第二安装板上，从而使轴向动杆与第二安装板相对固定；导向架固定安装在第三安装板上，而位于外壳内腔中，其上呈环形均布焊固有多根导向杆；套管活套在导向杆上；橡胶垫座焊固在套管的端头上，并正对外壳的孔A；连杆一端铰接在轴向动杆上，另一端铰接在套管上，所有的连杆绕外壳的轴心线呈环形均布；
末端执行件包括橡胶垫，橡胶垫固定安装在橡胶垫座上。
本发明更进一步的技术方案是：所述轮架包括中心台和焊固在中心台上并呈辐射状分布的多根悬臂，每根悬臂的末端设有一个轮座，所述导向轮活动安装在每个轮座上。
本发明更进一步的技术方案是：导向轮组件的数量为两组，第一组导向轮组件安装在外壳上端，第二组导向轮组件安装在外壳内腔中；第一组导向轮组件的轮架的中心台焊固在外壳上端面上，第二组导向轮组件的轮架的中心台焊固在第三安装板的下端面上；
相应的，外壳上设有供第二组导向轮组件的导向轮伸出的孔B。
本发明更进一步的技术方案是：其还包括失效保护机构；失效保护机构设在外壳的内腔中，并与电动推杆关联；失效保护机构包括第一安装板、导轴、电磁铁、第四安装板、螺栓B、复位弹簧、电流检测模块及PLC控制器；第一安装板、导轴、电磁铁及第四安装板从上至下依次设置在外壳内腔中，第一安装板和第四安装板均固定安装在外壳内腔中，第一安装板上设有通孔B，第四安装板上设有通孔C，电磁铁固定安装在第四安装板上，导轴包括导向轴部和连接在导向轴部一端的连接台部，导向轴部活动插装在第一安装板的通孔B中，连接台部正对电磁铁；螺栓B的头部与电动推杆相对固定，螺栓B的杆部穿过第四安装板的通孔C后，螺纹连接在导轴的连接台部上，从而将导轴与电动推杆连接为一体；复位弹簧压缩套装在螺栓B上，其一端与导轴的连接台部相抵，另一端与第四安装板相抵；电流检测模块与电动推杆电连接，以检测电动推杆的电流变化状态；PLC控制器的信号输入端口与电流检测模块电连接，PLC控制器的信号输出端口与电磁铁电连接，以控制电磁铁的通电或断电；当电磁铁断电时，复位弹簧通过弹力推动导轴与电磁铁分离，当电磁铁通电时，电磁铁通过磁力将导轴吸附固定。
本发明更进一步的技术方案是：外壳在上端的端面上设有环形槽和连通至环形槽的滑块安装入口，环形槽的底部设有多个螺纹孔；
钢缆连接组件包括滑块、螺栓A、钢缆及钢缆连接座；滑块上设有螺栓孔，至少三个滑块通过滑块安装入口装入环形槽内，并可在环形槽内滑动，当滑块移动至其上的螺栓孔与任一环形槽底部的螺纹孔相对时，将螺栓A穿过滑块的螺栓孔旋入环形槽底部的螺纹孔并拧紧，即将滑块固定在外壳的环形槽内，钢缆一端连接在滑块上，另一端连接在钢缆连接座的一侧端面上，钢缆连接座的另一侧端面上设有挂环或挂钩。
本发明更进一步的技术方案是：滑块的竖向截面呈“工”字形；相应的，环形槽的两侧壁上设有水平伸出且与滑块形状相适应的凸台。
本发明的技术方案是：一种地浸生产井机械除垢方法，应用于上述的地浸生产井机械除垢装置，除垢之前，先探查明确地浸生产井内需要除垢的井段深度，若无法确定地浸生产井内需要除垢的井段深度，则为整个井段除垢，并确认地浸生产井机械除垢装置处于初始状态，其在初始状态下时：
a、伸缩式夹壁机构的末端执行件缩回在外壳的内孔中；
b、伸缩式夹壁机构的电动推杆处在缩回状态；
c、失效保护机构的电磁铁处在通电状态；
具体步骤如下：
S01，连接卷扬机调至竖直：移动钢缆连接组件的所有滑块使其在外壳环形槽内均匀布置，再将所有的滑块分别通过螺栓A固定在外壳环形槽内，然后将钢缆连接座挂在卷扬机的钢缆下端的挂钩上，接着操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置吊起，肉眼观察外壳是否呈竖直；若外壳呈竖直状态，则进入下一步骤，若外壳呈非竖直状态，则控制卷扬机放下地浸生产井机械除垢装置，重新调节滑块在外壳环形槽内的位置再行起吊，如此反复调节，直至外壳呈竖直状态，则进入下一步骤；
S02，放入地浸生产井：操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置放入地浸生产井内，地浸生产井机械除垢装置通过导向轮组件中的导向轮与地浸生产井的井壁形成滚动接触，下降到待除垢的井段深度后，操作卷扬机停止下降；
S03，固定在地浸生产井的井壁上：控制伸缩式夹壁机构的电动推杆伸出，推动轴向动杆克服回位弹簧的弹力而向下移动，进而带动连杆上端铰接点向下移动，连杆下端铰接点向外壳的径向外侧移动，从而带动套管、橡胶垫座及橡胶垫向外壳的径向外侧移动，使所有的橡胶垫同步从外壳的孔A中伸出，抵在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上；
本步骤中，电动推杆的伸出量为预设值，基于该伸出量能确保橡胶垫压紧在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上；
S04，机械除垢：启动电机，电机机轴带动滚筒刷头旋转，通过滚筒体外圆面上的刷毛将井壁和/或过滤器上的结垢刷下来，刷下来的结垢混在地浸生产井内的浸出液中；
本步骤中，过滤器设在地浸生产井的注液井下部；
S05，从地浸生产井内提出：除垢完成后，关闭电机，控制伸缩式夹壁机构的电动推杆缩回，使推盘与推座脱离接触，轴向动杆则在回位弹簧的弹力作用下向上移动，直至轴向动杆的台阶面抵住第二安装板的下表面时停止移动，轴向动杆上移的过程中，带动连杆上端铰接点向上移动，连杆下端铰接点向外壳的径向内侧移动，从而带动套管、橡胶垫座及橡胶垫向外壳的径向内侧移动，使所有的橡胶垫同步从外壳的孔A缩回外壳内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系，然后操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置从地浸生产井内提出，即完成对地浸生产井的除垢操作；
本步骤中，在电动推杆缩回的过程中，若电动推杆发生故障导致无法顺利缩回，则电流检测模块即时检测到电动推杆的电流产生异常变化，并传递信号至PLC控制器，PLC控制器收到该信号后，立即控制电磁铁断电，则复位弹簧通过弹力推动导轴向上移动，从而与电磁铁分离，导轴向上移动时，通过螺栓B带动电动推杆向上移动，电动推杆通过连杆带动套管、橡胶垫座及橡胶垫向外壳的径向内侧移动，使所有的橡胶垫同步从外壳的孔A缩回外壳内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系。
本发明进一步的技术方案是：S04步骤中，电机机轴带动滚筒刷头交替正反向旋转，正反向旋转的切换频率为5～8s，滚筒刷头的转速不低于20rps。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、通过滚筒刷头上的刷毛将地浸生产井井壁上的污垢及注液井底部过滤器上的沉积物刷下来，适用于各种深度的地浸生产井的除垢，当洗井深度超过100m时，相比压缩空气洗井法优势尤其明显。
2、整个除垢装置进入生产井内后，通过导向轮与井壁形成滚动接触，一方面不会剐蹭或磕碰井壁，另一方面由于其与井壁的摩擦力较小，也便于上提或下放。
3、整个除垢装置进入生产井内后，通过伸缩式夹壁机构即可将整个除垢装置准确固定到要除垢的井壁位置，从而实现定点除垢。
4、设计有失效保护机制，当伸缩式夹壁机构的末端执行件伸出外壳将整个除垢装置固定在生产井井壁上时，若电动推杆发生故障无法顺利缩回，导致末端执行件无法缩回外壳内，进而使整个除垢装置无法在生产井内移动时，切断失效保护机构的电磁铁的供电即可使电动推杆缩回，进而带动末端执行件缩回外壳内，从而使整个除垢装置能顺利的从生产井内提(拉)出来。
5、通过调节钢缆连接组件的滑块位置，可将除垢装置调整至被卷扬机吊起时呈竖直状态，有助于除垢装置在地浸生产井内上下移动的稳定性。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明在地浸生产井内下放或上提时的状态图；
图2为本发明固定在地浸生产井井壁上时的状态图；
图3为本发明中的失效保护机构生效时的状态图；
图4为钢缆连接组件与外壳的连接关系示意图；
图5为伸缩式夹壁机构中的部分部件的连接关系示意图。
图例说明：外壳1；孔A11；孔B12；环形槽13；螺纹孔131；凸台132；滑块安装入口14；滑块151；螺栓A152；钢缆153；钢缆连接座154；轮架21；中心台211；悬臂212；轮座213；导向轮22；第二安装板311；第三安装板312；电动推杆321；推盘331；推座332；轴向动杆333；台阶面3331；回位弹簧334；导向架335；导向杆3351；套管336；橡胶垫座337；连杆338；橡胶垫341；滚筒刷头41；中心轴411；滚筒体412；电机42；平衡尾架43；十字形架体431；滚轮432；第一安装板51；导轴52；导向轴部521；连接台部522；电磁铁53；第四安装板54；螺栓B55；复位弹簧56。
具体实施方式
实施例1：
如图1-5所示，地浸生产井机械除垢装置，包括外壳1、导向轮组件、伸缩式夹壁机构、毛刷除垢机构及失效保护机构。
外壳1呈两端封闭且竖直布置的圆柱形构件，其外壁上设有连通至其内腔的孔A11(所述孔A11供伸缩式夹壁机构的末端执行件伸出或缩回)和孔B12(所述孔B12供导向轮组件的导向轮22伸出)，其上端设有钢缆连接组件(所述钢缆连接组件可与卷扬机连接)。
外壳1在上端的端面上设有环形槽13和连通至环形槽13的滑块安装入口14，环形槽13的底部设有多个螺纹孔131。钢缆连接组件包括滑块151、螺栓A152、钢缆153及钢缆连接座154。滑块151上设有螺栓孔(所述螺栓孔供螺栓A152穿过)，三个滑块151通过滑块安装入口14装入环形槽13内，并可在环形槽13内滑动，当滑块151移动至其上的螺栓孔与任一环形槽13底部的螺纹孔131相对时，将螺栓A152穿过滑块151的螺栓孔旋入环形槽13底部的螺纹孔131并拧紧，即可将滑块151固定在外壳1的环形槽13内，钢缆153一端固定连接在滑块151上，另一端固定连接在钢缆连接座154的一侧端面(即下端面)上，钢缆连接座154的另一侧端面(即上端面)上设有挂环。
导向轮组件包括轮架21和环形均布安装在轮架21上的多个导向轮22(数量不少于3个)。所述轮架21包括中心台211和焊固在中心台211上并呈辐射状分布的多根悬臂212，每根悬臂212的末端设有一个轮座213，所述导向轮22活动安装在每个轮座213上。导向轮组件的数量为两组，第一组导向轮组件安装在外壳1上端，具体为轮架21的中心台211焊固在外壳1上端面上。第二组导向轮组件安装在外壳1内腔中，具体为轮架21的中心台211焊固在第三安装板312的下端面上。第一组导向轮组件的导向轮22(数量不少于3个)伸出在外壳1的外部，并环绕外壳1轴心线均布，而形成多个滚动导向面。第二组导向轮组件的导向轮22(数量不少于3个)通过外壳上的孔B12伸出在外壳1的外部，并环绕外壳1轴心线均布，而形成多个滚动导向面。
伸缩式夹壁机构安装在外壳1内腔中，其包括安装支持组件、动力装置、传动组件和末端执行件，动力装置通过传动组件与多个末端执行件关联，以驱动所有的末端执行件同步从外壳1的孔A11中伸出或缩回。安装支持组件包括固定安装在外壳1内腔中的第二安装板311和第三安装板312，第二安装板311上设有通孔A(所述通孔A供轴向动杆333穿过，轴向动杆333的移动路径被通孔A限定，从而只能进行直线往复运动，轴向动杆333与通孔A之间通过密封圈进行密封)。动力装置包括电动推杆321，电动推杆321安装在外壳1内腔中。传动组件包括推盘331、推座332、轴向动杆333、回位弹簧334、导向架335、套管336、橡胶垫座337及连杆338。推盘331固接在电动推杆321的端头上，并正对推座332。推座332固接在轴向动杆333的端头上。轴向动杆333活动安装在第二安装板311的通孔A中，其两端分别从通孔A中伸出，其上设有台阶面3331。回位弹簧334套设在轴向动杆333上，其两端分别与推座332和第二安装板311相抵，其通过弹力迫使轴向动杆333的台阶面3331压紧在第二安装板311上，从而使轴向动杆333与第二安装板311相对固定。导向架335固定安装在第三安装板312上，而位于外壳1内腔中，其上呈环形均布焊固有多根导向杆3351。套管336活套在导向杆3351上。橡胶垫座337焊固在套管336的端头上，并正对外壳1的孔A11。连杆338一端铰接在轴向动杆333上，另一端铰接在套管336上，所有的连杆338绕外壳1的轴心线呈环形均布。末端执行件包括橡胶垫341，橡胶垫341固定安装在橡胶垫座337上。
毛刷除垢机构包括滚筒刷头41、电机42及平衡尾架43；滚筒刷头41包括中心轴411和固定安装在中心轴411上的圆柱形的滚筒体412，滚筒体412的外圆面上设有刷毛，中心轴411的两端从滚筒体412的两侧端面上伸出；电机42固接在外壳1下端，其机轴竖直向下伸出，并通过联轴器与竖直布置的滚筒刷头41的中心轴411上端连接；平衡尾架43包括十字形架体431和活动安装在十字形架体431四个端点处的滚轮432，十字形架体431中心处设有轴承孔，平衡尾架43通过安装在轴承孔内的轴承活动套装在滚筒刷头41的中心轴411下端，并在轴向上被定位，且所有的滚轮432环绕外壳1的中心线均布，从而形成多个滚动导向面。
失效保护机构设在外壳1的内腔中，并与电动推杆321关联。失效保护机构包括第一安装板51、导轴52、电磁铁53、第四安装板54、螺栓B55、复位弹簧56、电流检测模块(图中未示出)及PLC单片机(图中未示出)。第一安装板51、导轴52、电磁铁53及第四安装板54从上至下依次设置在外壳1内腔中，第一安装板51和第四安装板54均固定安装在外壳1内腔中，第一安装板51上设有通孔B(所述通孔B供导轴52的导向轴部521穿过，导向轴部521的移动路径被通孔B限定，从而只能进行直线往复运动，导向轴部521与通孔B之间通过密封圈密封)，第四安装板54上设有通孔C(所述通孔C供螺栓B55的杆部穿过，螺栓B55的杆部与通孔C不接触)，电磁铁53固定安装在第四安装板54上，导轴52包括导向轴部521和连接在导向轴部521一端的连接台部522，导向轴部521活动插装在第一安装板51的通孔B中，连接台部522正对电磁铁53。螺栓B55的头部与电动推杆321相对固定，螺栓B55的杆部穿过第四安装板54的通孔C后，螺纹连接在导轴52的连接台部522上，从而将导轴52与电动推杆321连接为一体。复位弹簧56压缩套装在螺栓B55上，其一端与导轴52的连接台部522相抵，另一端与第四安装板54相抵。电流检测模块与电动推杆321电连接，以检测电动推杆321的电流变化状态。PLC控制器的信号输入端口与电流检测模块电连接，PLC控制器的信号输出端口与电磁铁53电连接，以控制电磁铁53的通电或断电。当电磁铁53断电时，复位弹簧56通过弹力推动导轴52与电磁铁53分离，当电磁铁53通电时，电磁铁53通过磁力将导轴52吸附固定。
优选，滑块151的竖向截面呈“工”字形；相应的，环形槽13的两侧壁上设有水平伸出且与滑块151形状相适应的凸台132。
优选，连杆338的数量为3～4根，相应的，导向架335的导向杆3351的数量与连杆338的数量一致。
简述本发明的工作过程：除垢之前，先探查明确地浸生产井内需要除垢的井段深度，若无法确定地浸生产井内需要除垢的井段深度，则为整个井段(从井口至井底)除垢，并确认地浸生产井机械除垢装置处于初始状态，其在初始状态下时：
a、伸缩式夹壁机构的末端执行件(即橡胶垫341)缩回在外壳1内腔中；
b、伸缩式夹壁机构的电动推杆321处在缩回状态；
c、失效保护机构的电磁铁53处在通电状态。
具体步骤如下：
S01，连接卷扬机调至竖直：移动钢缆连接组件的所有滑块151使其在外壳1环形槽13内均匀布置，再将所有的滑块151分别通过螺栓A152固定在外壳1环形槽13内，然后将钢缆连接座154挂在卷扬机的钢缆下端的挂钩上，接着操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置吊起，肉眼观察外壳1是否呈竖直；若外壳1呈竖直状态，则进入下一步骤，若外壳1呈非竖直状态，则控制卷扬机放下地浸生产井机械除垢装置，重新调节滑块151在外壳1环形槽13内的位置再行起吊，如此反复调节，直至外壳1呈竖直状态，则进入下一步骤。
S02，放入地浸生产井：操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置放入地浸生产井内，地浸生产井机械除垢装置通过导向轮组件中的导向轮22与地浸生产井的井壁形成滚动接触，下降到待除垢的井段深度后，操作卷扬机停止下降。
S03，固定在地浸生产井的井壁上：控制伸缩式夹壁机构的电动推杆321伸出，推动轴向动杆333克服回位弹簧334的弹力而向下移动，进而带动连杆338上端铰接点向下移动，连杆338下端铰接点向外壳1的径向外侧移动，从而带动套管336、橡胶垫座337及橡胶垫341向外壳1的径向外侧移动，使所有的橡胶垫341同步从外壳1的孔A11中伸出，抵在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上。
本步骤中，电动推杆321的伸出量为预设值，基于该伸出量能确保橡胶垫341压紧在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上。
S04，机械除垢：启动电机42，电机42机轴带动滚筒刷头41旋转，通过滚筒体412外圆面上的刷毛将井壁和/或过滤器上的结垢刷下来，刷下来的结垢混在地浸生产井内的浸出液中。
本步骤中，过滤器设在地浸生产井的注液井下部。
本步骤中，电机42机轴带动滚筒刷头41交替正反向旋转，正反向旋转的切换频率为5～8s，滚筒刷头41的转速不低于20rps。
S05，从地浸生产井内提出：除垢完成后，关闭电机42，控制伸缩式夹壁机构的电动推杆321缩回，使推盘331与推座332脱离接触，轴向动杆333则在回位弹簧334的弹力作用下向上移动，直至轴向动杆333的台阶面3331抵住第二安装板311的下表面时停止移动，轴向动杆333上移的过程中，带动连杆338上端铰接点向上移动，连杆338下端铰接点向外壳1的径向内侧移动，从而带动套管336、橡胶垫座337及橡胶垫341向外壳1的径向内侧移动，使所有的橡胶垫341同步从外壳1的孔A11缩回外壳1内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系，然后操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置从地浸生产井内提出，即完成对地浸生产井的除垢操作。
本步骤中，在电动推杆321缩回的过程中，若电动推杆321发生故障导致无法顺利缩回，则电流检测模块即时检测到电动推杆321的电流产生异常变化，并传递信号至PLC控制器，PLC控制器收到该信号后，立即控制电磁铁53断电，则复位弹簧56通过弹力推动导轴52向上移动，从而与电磁铁53分离，导轴52向上移动时，通过螺栓B55带动电动推杆321向上移动，电动推杆321通过连杆338带动套管336、橡胶垫座337及橡胶垫341向外壳1的径向内侧移动，使所有的橡胶垫341同步从外壳1的孔A11缩回外壳1内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系。
完成除垢操作后，将混有结垢的浸出液从地浸生产井内抽出即完成对地浸生产井的清洗。
Claims (7)
1.地浸生产井机械除垢装置，其特征是：包括外壳(1)、导向轮组件、伸缩式夹壁机构、毛刷除垢机构及失效保护机构；
外壳(1)呈两端封闭且竖直布置的圆柱形构件，其内设有内腔，其外壁上设有连通至其内腔的孔A(11)，其上端设有钢缆连接组件；
导向轮组件包括轮架(21)和环形均布安装在轮架(21)上的多个导向轮(22)，轮架(21)安装在外壳(1)的端部和/或内腔中，导向轮(22)伸出在外壳(1)的外部，并环绕外壳(1)内腔轴心线均布，而形成多个滚动导向面；所述轮架(21)包括中心台(211)和焊固在中心台(211)上并呈辐射状分布的多根悬臂(212)，每根悬臂(212)的末端设有一个轮座(213)，所述导向轮(22)活动安装在每个轮座(213)上；导向轮组件的数量为两组，第一组导向轮组件安装在外壳(1)上端，第二组导向轮组件安装在外壳(1)内腔中；第一组导向轮组件的轮架(21)的中心台(211)焊固在外壳(1)上端面上，第二组导向轮组件的轮架(21)的中心台(211)焊固在第三安装板(312)的下端面上；相应的，外壳(1)上设有供第二组导向轮组件的导向轮(22)伸出的孔B(12)；
伸缩式夹壁机构安装在外壳(1)内腔中，其包括动力装置、传动组件和末端执行件，动力装置通过传动组件与多个末端执行件关联，以驱动所有的末端执行件同步从外壳(1)的孔A(11)中伸出或缩回；
毛刷除垢机构安装在外壳(1)下端；
失效保护机构设在外壳(1)的内腔中，并与电动推杆(321)关联；失效保护机构包括第一安装板(51)、导轴(52)、电磁铁(53)、第四安装板(54)、螺栓B(55)、复位弹簧(56)、电流检测模块及PLC控制器；第一安装板(51)、导轴(52)、电磁铁(53)及第四安装板(54)从上至下依次设置在外壳(1)内腔中，第一安装板(51)和第四安装板(54)均固定安装在外壳(1)内腔中，第一安装板(51)上设有通孔B，第四安装板(54)上设有通孔C，电磁铁(53)固定安装在第四安装板(54)上，导轴(52)包括导向轴部(521)和连接在导向轴部(521)一端的连接台部(522)，导向轴部(521)活动插装在第一安装板(51)的通孔B中，连接台部(522)正对电磁铁(53)；螺栓B(55)的头部与电动推杆(321)相对固定，螺栓B(55)的杆部穿过第四安装板(54)的通孔C后，螺纹连接在导轴(52)的连接台部(522)上，从而将导轴(52)与电动推杆(321)连接为一体；复位弹簧(56)压缩套装在螺栓B(55)上，其一端与导轴(52)的连接台部(522)相抵，另一端与第四安装板(54)相抵；电流检测模块与电动推杆(321)电连接，以检测电动推杆(321)的电流变化状态；PLC控制器的信号输入端口与电流检测模块电连接，PLC控制器的信号输出端口与电磁铁(53)电连接，以控制电磁铁(53)的通电或断电；
当电磁铁(53)断电时，复位弹簧(56)通过弹力推动导轴(52)与电磁铁(53)分离，当电磁铁(53)通电时，电磁铁(53)通过磁力将导轴(52)吸附固定。
2.如权利要求1所述的地浸生产井机械除垢装置，其特征是：毛刷除垢机构包括滚筒刷头(41)、电机(42)及平衡尾架(43)；滚筒刷头(41)包括中心轴(411)和固定安装在中心轴(411)上的圆柱形的滚筒体(412)，滚筒体(412)的外圆面上设有刷毛，中心轴(411)的两端从滚筒体(412)的两侧端面上伸出；电机(42)固接在外壳(1)下端，其机轴竖直向下伸出，并通过联轴器与竖直布置的滚筒刷头(41)的中心轴(411)上端连接；平衡尾架(43)包括十字形架体(431)和活动安装在十字形架体(431)四个端点处的滚轮(432)，十字形架体(431)中心处设有轴承孔，平衡尾架(43)通过安装在轴承孔内的轴承活动套装在滚筒刷头(41)的中心轴(411)下端，并在轴向上被定位，且所有的滚轮(432)环绕外壳(1)的中心线均布，从而形成多个滚动导向面。
3.如权利要求2所述的地浸生产井机械除垢装置，其特征是：伸缩式夹壁机构还包括安装支持组件；
安装支持组件包括固定安装在外壳(1)内腔中的第二安装板(311)和第三安装板(312)，第二安装板(311)上设有通孔A；
动力装置包括电动推杆(321)，电动推杆(321)安装在外壳(1)内腔中；
传动组件包括推盘(331)、推座(332)、轴向动杆(333)、回位弹簧(334)、导向架(335)、套管(336)、橡胶垫座(337)及连杆(338)；推盘(331)固接在电动推杆(321)的端头上，并正对推座(332)；推座(332)固接在轴向动杆(333)的端头上；轴向动杆(333)活动安装在第二安装板(311)的通孔A中，其两端分别从通孔A中伸出，其上设有台阶面(3331)；回位弹簧(334)套设在轴向动杆(333)上，其两端分别与推座(332)和第二安装板(311)相抵，其通过弹力迫使轴向动杆(333)的台阶面(3331)压紧在第二安装板(311)上，从而使轴向动杆(333)与第二安装板(311)相对固定；导向架(335)固定安装在第三安装板(312)上，而位于外壳(1)内腔中，其上呈环形均布焊固有多根导向杆(3351)；套管(336)活套在导向杆(3351)上；橡胶垫座(337)焊固在套管(336)的端头上，并正对外壳(1)的孔A(11)；连杆(338)一端铰接在轴向动杆(333)上，另一端铰接在套管(336)上，所有的连杆(338)绕外壳(1)的轴心线呈环形均布；
末端执行件包括橡胶垫(341)，橡胶垫(341)固定安装在橡胶垫座(337)上。
4.如权利要求3所述的地浸生产井机械除垢装置，其特征是：外壳(1)在上端的端面上设有环形槽(13)和连通至环形槽(13)的滑块安装入口(14)，环形槽(13)的底部设有多个螺纹孔(131)；钢缆连接组件包括滑块(151)、螺栓A(152)、钢缆(153)及钢缆连接座(154)；滑块(151)上设有螺栓孔，至少三个滑块(151)通过滑块安装入口(14)装入环形槽(13)内，并可在环形槽(13)内滑动，当滑块(151)移动至其上的螺栓孔与任一环形槽(13)底部的螺纹孔(131)相对时，将螺栓A(152)穿过滑块(151)的螺栓孔旋入环形槽(13)底部的螺纹孔(131)并拧紧，即将滑块(151)固定在外壳(1)的环形槽(13)内，钢缆(153)一端连接在滑块(151)上，另一端连接在钢缆连接座(154)的一侧端面上，钢缆连接座(154)的另一侧端面上设有挂环或挂钩。
5.如权利要求4所述的地浸生产井机械除垢装置，其特征是：滑块(151)的竖向截面呈“工”字形；相应的，环形槽(13)的两侧壁上设有水平伸出且与滑块(151)形状相适应的凸台(132)。
6.一种地浸生产井机械除垢方法，应用于权利要求5所述的地浸生产井机械除垢装置，其特征是：除垢之前，先探查明确地浸生产井内需要除垢的井段深度，若无法确定地浸生产井内需要除垢的井段深度，则为整个井段除垢，并确认地浸生产井机械除垢装置处于初始状态，其在初始状态下时：
a、伸缩式夹壁机构的末端执行件缩回在外壳(1)的内孔中；
b、伸缩式夹壁机构的电动推杆(321)处在缩回状态；
c、失效保护机构的电磁铁(53)处在通电状态；
具体步骤如下：
S01，连接卷扬机调至竖直：移动钢缆连接组件的所有滑块(151)使其在外壳(1)环形槽(13)内均匀布置，再将所有的滑块(151)分别通过螺栓A(152)固定在外壳(1)环形槽(13)内，然后将钢缆连接座(154)挂在卷扬机的钢缆下端的挂钩上，接着操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置吊起，肉眼观察外壳(1)是否呈竖直；若外壳(1)呈竖直状态，则进入下一步骤，若外壳(1)呈非竖直状态，则控制卷扬机放下地浸生产井机械除垢装置，重新调节滑块(151)在外壳(1)环形槽(13)内的位置再行起吊，如此反复调节，直至外壳(1)呈竖直状态，则进入下一步骤；
S02，放入地浸生产井：操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置放入地浸生产井内，地浸生产井机械除垢装置通过导向轮组件中的导向轮(22)与地浸生产井的井壁形成滚动接触，下降到待除垢的井段深度后，操作卷扬机停止下降；
S03，固定在地浸生产井的井壁上：控制伸缩式夹壁机构的电动推杆(321)伸出，推动轴向动杆(333)克服回位弹簧(334)的弹力而向下移动，进而带动连杆(338)上端铰接点向下移动，连杆(338)下端铰接点向外壳(1)的径向外侧移动，从而带动套管(336)、橡胶垫座(337)及橡胶垫(341)向外壳(1)的径向外侧移动，使所有的橡胶垫(341)同步从外壳(1)的孔A(11)中伸出，抵在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上；
本步骤中，电动推杆(321)的伸出量为预设值，基于该伸出量能确保橡胶垫(341)压紧在地浸生产井的井壁上，从而将地浸生产井机械除垢装置固定在地浸生产井的井壁上；
S04，机械除垢：启动电机(42)，电机(42)机轴带动滚筒刷头(41)旋转，通过滚筒体(412)外圆面上的刷毛将井壁和/或过滤器上的结垢刷下来，刷下来的结垢混在地浸生产井内的浸出液中；本步骤中，过滤器设在地浸生产井的注液井下部；
S05，从地浸生产井内提出：除垢完成后，关闭电机(42)，控制伸缩式夹壁机构的电动推杆(321)缩回，使推盘(331)与推座(332)脱离接触，轴向动杆(333)则在回位弹簧(334)的弹力作用下向上移动，直至轴向动杆(333)的台阶面(3331)抵住第二安装板(311)的下表面时停止移动，轴向动杆(333)上移的过程中，带动连杆(338)上端铰接点向上移动，连杆(338)下端铰接点向外壳(1)的径向内侧移动，从而带动套管(336)、橡胶垫座(337)及橡胶垫(341)向外壳(1)的径向内侧移动，使所有的橡胶垫(341)同步从外壳(1)的孔A(11)缩回外壳(1)内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系，然后操作卷扬机将地浸生产井机械除垢装置从地浸生产井内提出，即完成对地浸生产井的除垢操作；
本步骤中，在电动推杆(321)缩回的过程中，若电动推杆(321)发生故障导致无法顺利缩回，则电流检测模块即时检测到电动推杆(321)的电流产生异常变化，并传递信号至PLC控制器，PLC控制器收到该信号后，立即控制电磁铁(53)断电，则复位弹簧(56)通过弹力推动导轴(52)向上移动，从而与电磁铁(53)分离，导轴(52)向上移动时，通过螺栓B(55)带动电动推杆(321)向上移动，电动推杆(321)通过连杆(338)带动套管(336)、橡胶垫座(337)及橡胶垫(341)向外壳(1)的径向内侧移动，使所有的橡胶垫(341)同步从外壳(1)的孔A(11)缩回外壳(1)内腔中，从而解除了地浸生产井机械除垢装置与地浸生产井井壁的相对固定关系。
7.如权利要求6所述的地浸生产井机械除垢方法，其特征是：S04步骤中，电机(42)机轴带动滚筒刷头(41)交替正反向旋转，正反向旋转的切换频率为5～8s，滚筒刷头(41)的转速不低于20rps。
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