CN111255415B - 一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，主要由外壳、楔形体一、楔形体二、刀板、中心柱、两种拉伸弹簧、下接头、分流筒、旋转阀片、传感装置等组成，其特征在于：所述刀板开有弹簧槽和一个楔形体二运动通道，并固定在外壳之内，位于外壳之内的中心柱内部装配有楔形体一并上接弹簧；所述下接头与外壳相连接，内部安装分流筒、旋转阀片、底座、电机以及传感器。本发明借助可控的伸缩刀板与智能反馈系统，有效避免了过弯井时过度刮削套管的实际问题，切实提高修井的效率，延长刮削器的使用寿命，降低修井的风险、成本和损耗。

Description

一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具

技术领域

本发明涉及石油钻采工具技术领域，具体涉及一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具。

背景技术

石油开采过程中，油井出砂问题一直是石油开采业亟待解决的难题，油井出砂不仅会造成油井减产、加快地面和井下开采设备的磨损、腐蚀、老化，严重时将导致开采区域地层亏空塌陷，造成油井报废。因此，刮砂作业便成为修井完井作业中必不可少的工序。

现有的刮砂技术主要通过下入刮砂工具清除残留在井筒中的固体砂粒，同时也将套管内壁上粘结的水泥块，水泥环，硬蜡等各种盐类结晶和沉积物清除。

常规刮砂工具根据结构特征，可分为胶筒式、弹簧式、防脱式三种。胶筒式套管刮削器刮刀部分采用固定结构，存在不能径向移动、刮削直径小、过直井时刮削效率低、过弯曲井眼时过度刮削等问题。弹簧式刮削器作业方便，成为使用率最高的刮削器，但因其自身特有的弹簧也造成一些缺陷，如压缩弹簧无法有效控制伸缩长度，使刮刀伸缩量都处于最大值；在遇到较严重结垢或套管变形时，很容易发生卡钻事故。防脱式套管刮削器在同一主体上装配有反向的左、右刀片，刮削工作时，左右刀片产生的径向分力相互抵消，从而使得该结构具有防脱的特性，但仍然存在过度刮削套管的问题，工具过弯曲井眼时刮削尤为严重。

专利CN110410039A所述的一种油田用套管刮削器，在高压动力液作用下，通过螺杆钻具驱动本体下移，带动通径调节杆运动实现刮刀与弧形通径刀同时完成刮削与通径作业。该装置虽有效解决了刮削器在直井中的卡堵现象，但刮砂器刮刀采用下井前伸出，在过弯曲井眼时对井壁造成的损伤较为严重，且无论井底是否有砂，刮刀都处于伸出状态，存在过直井刮削和过弯曲井眼时过度刮削套管的问题。

专利CN110374555所述的一种具有变径功能的套管刮削器，采用左滑动板和右滑动板来使刮削刀板在处理直径小的套管时能够较好作业，防止刮削刀板的设置，使刮削刀板无法进入套管内部；避免工人手动按压刮削刀板，有效的保护工人安全；此外填充橡胶块和挤压弹簧使刮削刀片更贴合套管内壁从而增加对套管的清洁。但对于过弯曲井眼，该装置仍存在过度刮削套管的问题。

专利CN107905766A所述的一种新型旋转式套管刮削器，包括液力驱动总成和刮削刀具总成。通过高压水流冲击涡轮带动刮削器内筒旋转，进而带动刮削刀具总成旋转；借助剪叉架轴向运动实现刮刀径直径向扩张功能；刮刀上开设的斜孔，用于高压水流喷出清洗刀具和套管内壁。该装置实现了刮刀径向扩张、刮削直径增大、刮削能力提高、清洗等功能，但仍没有解决过直井刮削和过弯曲井眼过度刮削的问题。

随着钻井技术的发展及油气开采难度的增加，井眼结构愈趋复杂，井筒套管完整性的要求越来越高，因此，迫切需要一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具。

发明内容

本发明旨在克服现有套管刮削器刮削直径不能自适应套管直径变化，过直井刮削和过弯曲井眼时过度刮削套管，刮削器卡堵等缺陷，提供兼具伸缩长度可控、伸缩时机可控的一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具。为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：

1.一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，主要由：上接头、弹簧、楔形体一、刀板、楔形体二、外壳、中心柱、下接头、分流筒、旋转阀片、电机、传感器、刀板弹簧组成；其特征在于：所述上接头内部通过轴肩定位并安装端盖和成管连接头；所述端盖与弹簧座相焊接；所述上接头下端与外壳上部通过螺纹连接；所述外壳开有定位窗口，用于刀板的安装与伸缩；所述刀板开有刀板弹簧槽和楔形体二运动通道；所述外壳两端开孔，用于轴肩定位并安装中心柱；所述中心柱通过螺钉与外壳连接，固定在外壳之内；所述中心柱内部的两楔形体一运动孔装配有楔形体一，且楔形体一的顶部通过弹簧接头连接弹簧；所述中心柱外壁焊接弹簧接头，通过刀板弹簧连接刀板；所述下接头内部安装分流筒、旋转阀片、底座、电机以及传感器；所述分流筒螺纹连接旋转阀片；所述旋转阀片下部通过花键与电动机轴相连；所述电机通过螺栓与底座的上方相连；所述传感器通过螺栓与底座下方连接。整个刮削器在旋转阀片工作之前内部都开设液流通道，保证实际工作时水循环的通畅。实际刮削作业中，借助液体压力与楔形体一、楔形体二共同推力作用，将刀板缓缓推出外壳，套管刮削器随着连续油管工作而慢慢转动，开始进行刮削作业。刮砂结束后，刀板和楔形体二分别在刀板弹簧和弹簧的作用下复位。

2.所述弹簧与楔形体一的顶部通过弹簧接头连接；所述刀板通过刀板弹簧与中心柱连接；所述下接头通过内部的轴肩定位并安装有传感器，且传感器置于刀板下方，并配置控制电路。

3.所述中心柱内部的两个楔形体一运动孔装配有楔形体一，且楔形体一和楔形体二的接触面呈90°或者钝角的对顶接触，其中楔形体一的顶部通过弹簧接头连接弹簧；所述中心柱的外壁通过刀板弹簧与刀板的内侧连接；所述刀板通过刀板内部的楔形体二运动通道与楔形体二对顶接触，且刀板按照类似于螺纹的斜向布置。4.所述中心柱的内部采用在一纵向平面内开有3个深孔的结构，中心孔为液流孔，剩余两孔为楔形体一运动孔；所述中心柱的外壁通过刀板弹簧与刀板内侧连接；所述中心柱与外壳通过螺钉连接固定。

5.采用嵌入式物理系统的方式来实现传感器所采集的信息的传递与接收。在传感器随刮削器旋转一圈后，由采集单元采集信息，并将所采集的信息经过编码变换为电信号传递到数据发送模块，对井下控制阀进行开启和关闭，经由脉冲或其他形式传递，由数据接收装置接收并转换为计算机或其他特定软件可识别的信息，显示、处理、记录及进行下一步的控制，根据传感器测得的距离不同向井下提供不同的压力，实现刀板的智能伸缩。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1)伸缩长度可控，刮削装置内部装配有楔形体一和楔形体二，工作时，井口向下加压，刮削器在内外压差作用下，通过楔形体一和楔形体二相互作用将刀板推出刮削器，实现其径向伸出的功能，当套管中没有积砂或刮削结束后，可以依靠弹簧弹性力的作用将楔形体一、楔形体二和刀板复位，实现缩回特性。保护套管，显著降低刮削难度、有效避免卡刀现象，同时起到提高刮削效率的作用，解决了过直井刮削和过弯曲井眼过度刮削套管的问题。2)伸缩时机可控，采用红外测距传感器并配置相应控制电路来实现，当判断此处套管内壁是否存在积砂或毛刺等残存物，即发送信号到判断控制电路，产生不同的脉冲形式，由不同的脉冲形式发送不同的信息，井口接收脉冲的装置接收到这一信息后调节连续油管中的压力，依靠压力的大小来实现刀板自适应伸缩的运动。便于根据工况快速实现刮削器刮削直径随套管直径的变化，保护套管。同时无需取出刮削工具，可通过地面调节连续油管中的油压进而实现刮刀的伸缩可控，节省上提或下放时间，提高修井效率。

附图说明

图1一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具总体结构示意图

图2中心柱(9)结结构示意图

图3刀板(6)、外壳(8)、中心柱(9)连接部分结构示意图

图4分流筒(11)结构示意图

图5旋转阀片(12)正面结构示意图

图6旋转阀片剖面结构示意图

图7智能反馈流程图

图中：上接头(1)，端盖(2)，成管连接头(3)，弹簧(4)，楔形体一(5)，刀板(6)，楔形体二(7)，外壳(8)，中心柱(9)，下接头(10)，分流筒(11)，旋转阀片(12)，电机(13)，底座(14)，透明薄片(15)，传感器(16)，弹簧座(17)，刀板弹簧(18)。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：

一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，主要由上接头1、弹簧4、楔形体一5、刀板6、楔形体二7、外壳8、中心柱9、下接头10、分流筒11、旋转阀片12、电机13、传感器16、刀板弹簧18组成；其特征在于：所述上接头1内部通过轴肩定位并通过螺钉连接端盖2和成管连接头3；所述端盖2与弹簧座17相焊接；所述上接头1下端与外壳8上部通过螺纹连接；所述外壳8开有定位窗口用于刀板6的安装定位与伸缩；所述刀板6开有刀板弹簧槽和楔形体二7运动通道；所述外壳8两端开孔，用于轴肩定位并安装中心柱9；所述中心柱9通过螺钉与外壳8连接，固定在外壳8之内；所述中心柱9内部的两楔形体一5运动孔装配有楔形体一5，且楔形体一5的顶部通过弹簧接头连接弹簧4；所述中心柱9外壁焊接弹簧接头，通过刀板弹簧18连接刀板6；所述下接头10与外壳8下部螺纹连接；所述下接头10内部安装分流筒11、旋转阀片12、底座14、电机13以及传感器16；所述分流筒11螺纹连接旋转阀片12；所述旋转阀片12下部通过花键与电动机轴相连；所述电机13通过螺栓与底座14的上方相连；所述底座14的下方通过螺栓与传感器16连接。

作业时，传感器16判断套管内壁是否存在积砂或毛刺等残存物，同时发送信号到判断控制电路，电路接受信息后触发控制电机13的开关，使得旋转阀片12的运动状态改变。当存在积砂时，原本旋转的电机13停止，不再产生脉冲；当刮削结束时，开启电机13，恢复脉冲。由不同的脉冲形式发送不同的信息，井口接收脉冲的装置接收到这一信息后调节连续油管中的压力，当套管中存在积砂或毛刺等残存物时，连续油管中的液力升高，通过上接头1与连续油管相连的中心柱9的液流孔中的液力升高，通过成管连接头3与中心柱9的液流孔相通的两楔形体一5运动孔中的液力升高，进而克服弹簧4拉力，推动楔形体一5运动，在楔形体一5的作用下，楔形体二7克服刀板弹簧18的拉力，推动刀板6径向扩张，刮削半径伸长；刮削结束后，电机13开启，恢复脉冲，井口接收脉冲的装置收到这一信息后，调节连续油管中的压力，即连续油管中的液力减小，通过上接头1与连续油管相连的中心柱9的液流孔中的液力减小，通过成管连接头3与中心柱9的液流孔相通的两楔形体一5运动孔中的液力减小，在弹簧4拉力的作用下，楔形体一5复位，在刀板弹簧18的作用下，楔形体二7复位，刀板6收缩。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变动均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，主要由上接头(1)、弹簧(4)、楔形体一(5)、刀板(6)、楔形体二(7)、外壳(8)、中心柱(9)、下接头(10)、分流筒(11)、旋转阀片(12)、电机(13)、传感器(16)、刀板弹簧(18)组成；其特征在于：所述上接头(1)内部通过轴肩定位并通过螺钉连接端盖(2)和成管连接头(3)；所述端盖(2)与弹簧座(17)相焊接；所述上接头(1)下端与外壳(8)上部通过螺纹连接；所述外壳(8)开有定位窗口用于刀板(6)的安装定位与伸缩；所述刀板(6)开有刀板弹簧槽和楔形体二(7)运动通道；所述外壳(8)两端开孔，用于轴肩定位并安装中心柱(9)；所述中心柱(9)通过螺钉与外壳(8)连接，固定在外壳(8)之内；所述中心柱(9)内部的楔形体一(5)运动孔装配有楔形体一(5)，且楔形体一(5)的顶部通过弹簧接头连接弹簧(4)；所述中心柱(9)外壁焊接弹簧接头，通过刀板弹簧(18)连接刀板(6)；所述下接头(10)与外壳(8)下部螺纹连接；所述下接头(10)内部安装分流筒(11)、旋转阀片(12)、底座(14)、电机(13)以及传感器(16)；所述分流筒(11)螺纹连接旋转阀片(12)；所述旋转阀片(12)下部通过花键与电动机轴相连；所述电机(13)通过螺栓与底座(14)的上方相连；所述底座(14)的下方通过螺栓与传感器(16)连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，其特征在于：所述弹簧(4)与楔形体一(5)的顶部通过弹簧接头连接；所述刀板(6)通过刀板弹簧(18)与中心柱(9)连接；所述下接头(10)通过内部的轴肩定位并安装有传感器(16)，且传感器(16)置于刀板(6)下方，并配置控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，其特征在于：所述中心柱(9)内部的楔形体一(5)运动孔内装配有楔形体一(5)，且楔形体一(5)和楔形体二(7)的接触面呈90°或者钝角的对顶接触，其中楔形体一(5)的顶部通过弹簧接头连接弹簧(4)；所述中心柱(9)的外壁通过刀板弹簧(18)与刀板(6)的内侧连接；所述刀板(6)通过刀板(6)内部的楔形体二(7)运动通道与楔形体二(7)对顶接触，且刀板(6)按照类似于螺纹的斜向布置。

4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，其特征在于：所述中心柱(9)的内部在一纵向平面内开有3个深孔，中心柱(9)的外壁通过刀板弹簧(18)与刀板(6)内侧连接；所述中心柱(9)与外壳(8)通过螺钉连接固定。

5.根据权利要求1所述的一种适用于复杂结构井眼的自适应智能伸缩井眼刮砂工具，其特征在于：当刮削器旋转一圈后，传感器(16)采集信息并通过嵌入式物理系统进行接收与传递，所采集的信息经过编码变换为电信号传递到数据发送模块，实现对井下控制阀进行开启和关闭，经由脉冲或其他形式传递的信号，由数据接收装置接收并转换为计算机或其他特定软件可识别的信息进行显示、处理、记录及进行下一步的控制， 智能反馈系统根据传感器(16)测得的距离调节连续油管中压力的大小实现刀板的智能伸缩。

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