CN111902604A - 井下清洁设备 - Google Patents

Abstract

本文公开的是一种井下清洁设备和清洁井筒的方法。井下清洁设备具有本体和联接至该本体的清洁元件。清洁元件能够相对于本体从缩回位置选择性地移动至伸出位置。当清洁元件处于缩回位置时，清洁元件由联接在一起的工具内部的保持形成部保持。保持形成部可以彼此以可滑动的方式释放，以使得清洁元件能够移动至伸出位置。以可滑动的方式释放保持形成部所需要的力超过了在设备进入时遇到的任何力，从而防止清洁元件的过早伸出。

Description

井下清洁设备

技术领域

本发明涉及井清洁。特别地，本发明涉及能够操作成清洁井套管以从井套管的内部表面移除不需要的材料和碎屑的清洁设备。

背景技术

当钻油井和气井时，通常在完成主要活动之后清洁井筒。井筒清洁可以在指定的清洁作业期间执行，或者可以在与主要活动相同的作业中进行。清洁设备可以采用各种形式并且提供各种功能，然而清洁设备具有比如与井筒接合的清洁元件的一些共同的特征；这些清洁元件包括但不限于刀片、雨刷器或垫。

在一些情况下，期望比如清洁工具的清洁设备在清洁元件不与井筒接触的非活动状态下进入到井中，并且该设备被选择性地“启动”，即，使得清洁元件可以用来清洁井筒。通常，这需要将清洁元件保持在缩回位置，直到需要使用为止，然后在需要时伸出。

奥德菲尔合伙投资有限公司(Odfjell Partners Invest Ltd)的WO 2015/150212中描述了一种这样的设备，在该设备中，清洁元件的螺旋形阵列通过由滑动套筒致动的一系列剪切销保持在工具本体内。可以使用球或镖来启动工具以阻塞工具的内部孔，并且内部流体压力变化以便首先对套筒进行设定，然后启动清洁元件，然后重新打开工具的孔以允许流体在清洁操作期间流动。

然而，在一些应用中，基于剪切销的启动机构例如当工具进入到井中时或在比如钻探的主要操作期间例如由于销中的金属疲劳或因传递至工具或通过工具的g力和轴向力引起的剪切而容易失效或可以过早启动。这些问题可能例如在斜井或单井中特别严重。

在使用中，仍然需要更可靠地部署这种清洁设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种井下清洁设备，包括：

本体和联接至本体的清洁元件；

清洁元件能够相对于本体从缩回位置选择性地移动至伸出位置；并且清洁元件具有包括第一保持形成部的内部分和包括清洁形成部的外部分；以及

致动系统，致动系统包括第二保持形成部，第二保持形成部能够相对于本体在保持位置与释放位置之间滑动；

其中，在缩回位置，第一保持形成部联接至第二保持形成部；第一保持形成部和第二保持形成部能够通过使第二保持形成部从保持位置滑动至释放位置而彼此以可滑动的方式释放，在释放位置，清洁元件能够移动至伸出位置。

由此，移动第二保持形成部所需要的力可以由此选择成超过或大大超过井下清洁设备在进入时或在比如钻探的主要操作期间可能遇到的任何力，从而防止清洁元件的过早伸出。

本文所指的清洁元件的内部分限定清洁元件的在使用中不暴露于待清洁的井筒或管的那些表面或区域。清洁元件的外部分包括清洁元件的在使用中至少在伸出位置暴露的那些表面或区域。

第一保持形成部在清洁元件的内部分上的位置确保第一保持形成部在井中不位于绕工具的流体流中。进而，这防止或限制了与碎屑接触，否则碎屑可能会干扰工具(例如，清洁元件从缩回位置至伸出位置的移动，致动系统与第一保持形成部相互作用的操作等)。

致动系统能够操作成选择性地移动清洁元件，或有助于清洁元件的选择性移动。

本体可以是管状的。本体可以限定通孔。

第二保持形成部能够在保持位置与释放位置之间沿着轴线(例如，延伸穿过本体或沿着工作柱的纵向轴线)滑动或绕轴线旋转。

第二保持形成部可以锁定在保持位置，并且/或者第二保持形成部可以朝向保持位置偏置。

在缩回位置，清洁元件在使用中与井筒间隔开。例如，缩回的清洁元件可以被存储在本体的外表面中，或凹入到本体的外表面中或与本体的外表面齐平。

在伸出位置，清洁元件在使用中从本体伸出，使得清洁形成部可以与井筒接合。例如，当清洁元件伸出时，清洁形成部超过本体的外表面径向地延伸。

当致动系统的第二保持形成部处于保持位置时，致动系统的第二保持形成部和/或另一可移动部件可以由剪切元件(例如，一剪切销或多个剪切销或剪切环)锁定。

第二保持形成部可以通过比如在本体与第二保持形成部之间(直接或间接地)起作用的一弹簧或多个弹簧的弹性偏置布置结构而朝向保持位置偏置。

在缩回位置，第一保持形成部和第二保持形成部可以彼此协作地接合。

第一保持形成部和第二保持形成部可以用作闩锁，以将清洁元件闩锁在缩回位置。

第一保持形成部可以包括来自清洁元件的突出部，并且第二保持形成部可以包括定尺寸成接纳第一保持形成部的至少一部分的凹部或孔。致动系统可以包括所述凹部。

第一保持形成部可以从清洁元件的(内部分)内面延伸；也就是说，清洁元件的面远离清洁形成部定向，并且因此通常总体上径向向内定向。

第二保持形成部可以设定在致动系统的一部分、比如设定套筒的外表面中。

替代性地，第一保持形成部可以包括凹部，并且第二保持形成部可以包括来自致动系统或致动系统的一部分的突出部。第二保持形成部可以从致动系统的一部分的外面延伸，并且第一保持形成部可以设定到清洁元件的内面中。所述保持形成部的凹部可以具有入口和从入口延伸的封闭区域。封闭区域可以由唇部封闭，该唇部部分地延伸越过凹部。清洁元件可以通过所述第一保持形成部或第二保持形成部的径向向外表面(视情况而定)与唇部的径向内表面的接合而被阻止径向向外移动。

所述保持形成部的突出部可以具有径向延伸部分(例如，对应于凹部的深度)以及周向延伸部分和/或纵向延伸部分(例如，定尺寸成接纳在凹部的所述封闭区域中)。

所述突出部在横截面上(在保持位置与释放位置之间的运动的方向上)可以总体为L形形状。

还可以设想其他互锁的保持件，比如渐缩楔形件、钉/孔和/或适于以滑动的方式移动出彼此接合的形成部。

致动系统可以包括设定套筒或设定套筒的一部分。设定套筒可以包括第二保持形成部。设定套筒的面向外的表面可以包括第二保持形成部。套筒可以操作性地联接至第二保持形成部(例如，使得套筒的移动使第二保持形成部移动或使得第二保持形成部能够移动)。套筒能够移动成与第二保持形成部接合，使得套筒的进一步移动可以实现第二保持形成部的移动。

套筒能够相对于本体轴向地旋转和/或纵向地移动，其中，这种纵向或旋转运动使第二保持形成部相对于第一保持形成部以可滑动的方式移动。

套筒能够在本体内滑动。

套筒可以沿着例如由从套筒或本体延伸的销限定的路径而被导引，从而在套筒或本体中的另一者的轨迹内伸延(run)。本体和设定套筒可以各自包括成角度的轮廓使得套筒相对于管状本体的移动被导引。

套筒可以通过机械触发器、电子信号或施加的流体压力来启动。

第二保持形成部可以包括套筒中的凹部或来自套筒的突出部。

第一保持形成部和/或第二保持形成部的至少一部分可以是环形的或部分环形的。

清洁元件可以包括两个或更多个(相同或不同类型的)第一保持形成部。致动系统可以包括与清洁元件相关联的(相同或不同类型的)两个或更多个第二保持形成部。

清洁元件可以是能够缩回的或能够选择性缩回的。也就是说，清洁元件能够相对于本体从伸出位置(选择性地)移动至缩回位置。

清洁元件能够在缩回位置重新设定。例如，在使用后，工具可以被回收并且清洁元件被推动到缩回位置并且致动系统重新设定。

清洁元件在一些实施方式中能够在井下使用中选择性地缩回。

使第二保持形成部从释放位置移动至保持位置可以使清洁元件从伸出位置移动至缩回位置。这可以例如通过具有倾斜表面的第一保持形成部和/或第二保持形成部来实现。

清洁元件可以朝向伸出位置偏置。例如，比如弹簧或弹性体的偏置构件(或两个偏置构件或多个偏置构件)可以作用在清洁元件与本体之间。偏置构件可以直接作用在清洁元件与本体之间。

可以在磁性元件之间提供偏置力。

所述偏置构件的力可以作用在清洁元件(例如清洁元件的内表面)与致动系统的一部分(比如致动系统的邻近外表面)、例如设定套筒之间。

以这种方式偏置的清洁元件在伸出位置能够在使用中径向向内移动一定程度，以适应待清洁的管或井筒的尺寸。彼此释放的第一保持形成部和第二保持形成部以这种方式不干扰清洁元件的这种移动。

偏置构件在清洁元件处于缩回位置时可以弹性地变形(例如，压缩)，使得当第二保持形成部处于释放位置时，将清洁构件朝向伸出位置推动。

在一些实施方式中，清洁元件可以至少在缩回位置以及在第二保持形成部处于保持位置的情况下是无偏置的。例如，偏置元件可以通过使第二保持形成部移动至释放位置来压缩或以其他方式起动。

清洁元件可以朝向缩回位置偏置。这种清洁元件能够在流体压力的作用下伸出，并且/或者能够例如在作用于清洁元件与本体之间的可滑动楔形件或斜面的作用下机械地伸出。

机械触发器、电子信号或流体压力可以使清洁元件从缩回移动至伸出。磁力可以使清洁元件从缩回移动至伸出。清洁元件可以包括磁性元件(例如永磁体)，并且另一磁性元件可以(直接或间接地)联接至本体。

在一些实施方式中，第二保持形成部的移动、或致动系统的另一操作可以使清洁元件的磁性元件与致动系统的磁性元件靠近(例如，安装至所述设定套筒)，由此所述磁性元件之间的排斥使清洁元件朝向伸出位置推动。

清洁元件可以通过致动系统保持在缩回位置，直到需要使用为止。致动系统能够通过使第二保持形成部移动至释放位置而操作成至少“起动”清洁元件以用于从缩回位置移动至伸出位置。例如，一旦第二保持形成部处于释放位置，则可能需要采取进一步的作用力或作用力以使清洁元件移动至伸出位置——比如本体内流体压力的增加、钻柱的压缩、延伸机构的操作或致动系统的进一步操作(例如，使可滑动的套筒或楔形件支撑在清洁元件上，适于向外推动清洁元件)等等。

在使用中，致动系统可以包括一个或更多个操作阶段，其中，可以应用以下各项中的一者或更多者：机械触发器、电子信号以及施加的流体压力。在利用多个操作阶段的情况下，每个阶段可以顺序地启动，使得清洁元件的从缩回至伸出(并且在一些实施方式中，从伸出至缩回)的位置变化能够以可预测的方式控制。

致动系统可以包括以下各项中的一者或更多者：球；镖。

球或镖在释放到本体中时可以搁置在座部中。通孔可以由此被至少部分地阻塞以有助于本体内的内部压力的增加，压力方面的增加致使第二保持形成部从保持位置移动至释放位置。

压力方面的增加可以用来破坏或剪切至少一个剪切元件，使得致动系统可以被操作成移动第二保持形成部。替代性地，或另外地，压力方面的增加可以用来克服所述弹性偏置布置结构的力。

球或镖可以通过机械触发器、电子信号或施加的流体压力而释放。

球可以由可变形材料制成。

座部可以构造成允许球或镖通过。座部能够在压力下变形。座部可以包括夹头。夹头可以包括能够移位的扩张的钳爪或卡爪，从而允许镖或球通过。

座部可以联接至第二保持形成部、例如联接至所述设定套筒，使得施加至座部的力传递至第二保持形成部。

替代性地，致动系统能够通过压缩清洁设备来操作。例如，设定套筒能够相对于本体纵向滑动并且在设定套筒的运动范围的端部处(该端部可以与第二保持元件处于保持位置相对应)偏置成邻接本体。清洁设备的压缩可以压缩本体，并且由此移动套筒。

本体可以包括能够相对于彼此纵向移动的第一本体部分和第二本体部分，以有助于这种压缩操作。

替代性地或另外地，可以需要用于致动系统的进一步动作以实现第二保持形成部在保持位置与释放位置之间的运动。例如，设定套筒可以在第一动作中移动到与第二保持形成部操作的接合中，并且在第二动作中设定套筒可以移动成使第二保持形成部移动。第一动作可以是轴向的。第二动作可以是旋转的。

设定套筒或球的进一步移动可以通过机械触发器、电子信号或施加的流体压力启动。

清洁元件包括切割异形件，该切割异形件在使用中能够通过轴向往复运动和/或旋转往复运动操作以从与清洁元件接触的表面移除碎屑。

设备可以包括两个或三个或多个清洁元件。清洁元件可以绕通过本体的纵向轴线对称地布置。例如，设备可以包括限定纵向轴线的管状本体和绕纵向轴线对称地布置的清洁元件。

本体可以包括对应于每个清洁元件的开口。

每个开口可以定尺寸成将清洁元件以可滑动的方式接纳在每个开口中。然而，将理解的是，绕每个清洁元件的外周的间隙和绕每个开口的本体的内壁是期望的以防止堵塞。

本体可以是包括穿过本体的多个开口的管状本体，并且设备可以包括多个清洁元件；每个清洁元件的外部分构造成在处于伸出位置时至少部分地延伸穿过开口并且从本体的外表面向外延伸。

清洁元件可以以一个或更多个大致纵向的、径向的或螺旋的路径(沿着和/或绕本体延伸)分组。

清洁元件被分组以限定大致连续的螺旋路径。螺旋路径可以限定至少360度的有效清洁表面。

清洁元件可以限定多个螺旋路径。螺旋路径可以布置成使得组合的螺旋路径的周向范围至少为360度；即限定至少360度的有效清洁表面。例如，在包括三个螺旋路径的实施方式中，每个路径周向地延伸至少120度。如由开口和清洁元件限定的螺旋路径的布置结构可以限定至少360度的有效清洁表面。

因此，可以通过清洁设备沿着管状本体的纵向轴线的往复运动，或者借助于往复和旋转的组合来清洁井筒的整个周向。已知的装置使用与缓慢的轴向运动组合的旋转运动来清洁套管壁。通常，刮刀在给定的待清洁区域上往复运动三次。典型的刮刀包括三个刀片，每个刀片经测量长228mm(9英尺)，具有约每分钟60转的旋转速度。纵向往复速度通常最大为0.23m/s(45ft/min)。相较之下，具有如本文所公开的至少360度的有效清洁表面的清洁设备可以往复运动至高达0.76m/s(150ft/min)，从而提供了减少的清洁时间和/或更有效的清洁。

井下清洁设备可以包括一个或更多个纵向凹槽或螺旋凹槽，该/每个凹槽限定在纵向肋部或螺旋肋部之间。

由清洁元件限定的纵向路径或螺旋路径可以沿着肋部伸延。

开口可以设置在肋部上。

开口可以由多个槽设置，其中，至少设置对应数目的清洁元件，其中，一个或更多个清洁元件延伸穿过每个槽。

清洁设备可以包括由三个凹槽限定的至少三个肋部。

清洁元件可以包括一个或更多个刮刀刀片。清洁元件可以是刷。清洁设备可以包括多于一种类型的清洁元件。例如，一些可以是刮刀刀片，一些可以是刷。实际上，清洁设备可以包括适于(例如通过刮刀刀片的定向)在设备旋转时最有效地清洁的清洁元件和/或适于在设备沿纵向往复运动时最有效地清洁的清洁元件。

井下设备能够联接至钻探工具或钻柱。在井下应用中，井下清洁设备能够在钻探工具的钻头的上方连接。井下清洁设备还可以包括设置成将管状本体的每个端部连接至钻探元件的凸形连接部或凹形连接部。

根据本发明的第二方面，提供了一种清洁井筒的内部的方法，该方法包括：

提供清洁设备，该清洁设备具有本体和联接至本体的清洁元件；清洁元件具有包括第一保持形成部的内部分和包括清洁形成部的外部分；

使清洁设备在清洁元件处于缩回位置的情况下进入到井筒中；

操作致动系统，以使第二保持形成部从第二保持形成部联接至第一保持形成部的保持位置滑动至第一保持形成部和第二保持形成部彼此释放的释放位置；

然后使清洁元件从缩回位置移动至伸出位置。

该方法可以包括通过相对于井筒移动清洁设备而使用清洁元件清洁井筒的内部。设备可以例如沿着井筒(纵向地和/或旋转地)往复、旋转和/或平移以实现清洁。

清洁设备可以是第一方面的清洁设备。

该方法还可以包括在将井下设备安装到井筒套管中之前，将井下清洁设备附接至工作柱并且由此将井下清洁设备与工作柱一起安装的步骤。工作柱可以是钻柱。

该方法还可以包括使清洁元件从伸出位置移动至缩回位置的步骤。

使清洁元件从缩回位置移动至伸出位置以及在一些实施方式中使清洁元件从伸出位置移动至缩回位置可以包括操作致动系统。

移动清洁元件可以包括改变本体中的流体压力。例如，使清洁元件从缩回位置移动至伸出位置可以包括增加流体压力。在一些实施方式中，该方法可以包括阻塞穿过本体的通孔(例如，使用球或镖)。在一些实施方式中，当通孔被阻塞时，增加压力以便移动第二保持形成部和/或破坏剪切元件、比如销或环。

该方法可以包括例如通过经由工作柱施加纵向力而压缩清洁设备，以执行操作致动系统的阶段。例如，可以压缩清洁设备以移动第二保持形成部(或破坏剪切元件以允许这种移动)。

该方法可以包括移动多于一个清洁元件(通常同时)。

清洁井筒的内部可以包括使井筒中的流体循环。本体可以具有通孔，并且该方法可以包括例如在清洁期间使流体流动通过本体。

该方法还可以包括从井筒抽出井下清洁设备。在从井筒移除井下清洁设备之前或之后，可以使一清洁元件或多个清洁元件从伸出位置移动至缩回位置。

如上所述，该方法可以包括为了操作第一方面的清洁设备所需要的其他步骤。

本发明在其他方面扩大至清洁设备的组成部分、比如包括一个或更多个所述第一保持形成部的清洁元件。

将理解的是，本发明的每个方面的优选的和可选的特征对应于本发明任何其他方面的优选的和可选的特征。

附图说明

下面参照附图描述本发明的非限制性示例，在附图中：

图1是井下清洁设备的示意图，其中，清洁元件处于缩回位置；

图2是井下清洁设备的示意图，其中，清洁元件处于伸出位置；

图3是如图1中所示的井下清洁设备的轴向横截面的示意图；

图4是图3的区域B的放大的、简化的横截面图；

图5是如图2中所示的井下清洁设备的轴向横截面的示意图；

图6是图5的区域B的放大的、简化的横截面图；

图7是图6的区域E的视图，其中，通孔重新打开以用于流体流动；

图8是套管清洁器的组件的示意图；以及

图9是井下清洁设备的替代性示例的区域B的放大的、简化的横截面图，(a)其中，清洁元件处于缩回位置，以及(b)其中，清洁元件处于伸出位置。

具体实施方式

图1和图2各自示出了套管清洁器10(井下清洁设备)，套管清洁器10表示井下清洁设备。套管清洁器10包括管状本体12，管状本体12包括轴向通孔(在图1或图2中不可见)。在图示的实施方式中，套管清洁器10包括三个外肋部14。凹槽16(在图1和图2中可以看到凹槽16中的两个槽)将肋部14分隔开并且限定下述区域：从套管壁(未图示)去除的碎屑可以在使用中经由该区域排出。

图示的实施方式的肋部14和凹槽16各自限定螺旋线18的一部分，该螺旋线18在本体12的外表面上首尾相连地延伸。

每个肋部14包括清洁元件22延伸穿过的槽20。如图3至图6的横截面图中所示，清洁元件22由锁定销38联接至本体12以防止清洁元件22从管状本体12完全排出，锁定销38附接至本体并且延伸到槽20中并且延伸到设置在每个清洁元件22的侧部中的沟槽40中。沟槽相对于本体12的纵向轴线A径向地定向。清洁元件22的移动范围由此受到沟槽40的长度的限制。

槽20和清洁元件22各自限定由肋部14和凹槽16限定的螺旋线18的一部分。在图示的实施方式中，螺旋肋部14的每个螺旋肋部包括四个槽20和四个清洁元件22。

在替代性实施方式(未示出)中，套管清洁器可以具有不同数目的凹槽或肋部、纵向(而不是螺旋)清洁元件阵列或任意数目的一个或更多个清洁元件。

关于套管清洁器10，如图示的，每个螺旋线18的周向范围至少为120度，使得在使用中清洁元件22能够操作成与整个360度的套管表面接触。肋部14和清洁元件22呈螺旋形式的布置结构意味着在使用中套管清洁器10仅需要以往复方式操作。

图示的实施方式中的清洁元件22具有包括刮刀刀片23(清洁形成部)的外部分(通常表示为22a)。刮刀刀片包括多个切削边缘，这些切削边缘在清洁器穿过套管时作用在套管壁上以去除碎屑。套管刮刀可以由例如机加工的低合金钢制成。替代性地，刀片可以是锻造的。刀片的材料选择和结构在于其表现出持久的耐用性和出色的刮除特性。替代性地，清洁元件可以包括另一类型的清洁形成部，比如可以用来刷和清洁套管的内部表面/周向以移除污垢、铁锈、泥渣和其他类型的碎屑的刷。刮刀刀片和刷构造成以研磨方式起作用以清洁套管壁。

清洁元件22设置成当套管清洁器10进入时保持在缩回位置(如图1中所示)中。在缩回位置，清洁元件相对于本体的外表面凹入，以防止刮刀刀片或套管在进入期间的磨损。

清洁元件22能够相对于本体12从图1中示出的缩回位置选择性地移动至图2中示出的伸出位置。在伸出位置，刮刀刀片从本体的最靠外表面径向地延伸，并且因此可以用来清洁套管。

如下面进一步详细论述的，清洁元件22由弹簧50向外偏置，弹簧50在清洁元件的内面中的腔52中定位于清洁元件22的外端部处并且在在设定套筒32的外面中的渐缩腔36中定位于清洁元件22的内端部处。在替代性实施方式中，清洁元件不向外偏置，直到弹簧50以下面论述的方式从渐缩腔36中滑出。

渐缩腔是可选的，并且在其他实施方式中(未示出)，套筒在使用中与弹簧相互作用的区域中具有恒定的外直径。

套管清洁器10的尺寸可以定尺寸成使得在伸出的清洁元件上的整个最大直径超过待清洁的套管的直径，使得刀片通过偏置力F1偏置成与套管的内壁接触。套管清洁器10包括致动系统，参照图3至图6对该致动系统的结构和操作进行描述。

图3示出了工具10的示意性横截面图，其中，清洁元件22处于其缩回位置(参见图1)。图4的放大部分B示出了工具10的清洁元件和邻近部分的简化示意性横截面图。

在图示的实施方式中，清洁元件22由施加在套筒32与清洁元件22之间的弹簧力F1朝向伸出位置径向向外偏置。清洁元件具有内部分22b，该内部分22b包括呈突出部56形式的第一保持形成部。

清洁元件22通过突出部56保持在缩回位置，突出部56从每个清洁元件(第一保持形成部的示例)的内面58延伸，突出部56接纳在位于与工具10的轴向通孔35一起定位的设定套筒32的外面62中的凹部60(第二保持形成部的示例)内。第一保持形成部58和第二保持形成部60因此联接在一起。

突出部56在沿着轴线A的横截面上为L形形状，并且突出部56包括径向延伸部分56a和纵向延伸部分56b。凹部具有在纵向上比突出部56的纵向范围延伸得稍远的较宽入口。

唇部64在凹部60上部分地延伸，以限定封闭区域66。因此，突出部56的纵向延伸部分56b接纳在凹部的封闭区域64内，从而联接第一保持形成部和第二保持形成部，并且纵向延伸部分56b由唇部防止径向向外推动。

如下面进一步详细论述的，设定套筒32能够相对于本体滑动。因此，凹部60能够相对于本体12在图3和图4中示出的保持位置与图5和图6中示出的释放位置之间纵向地滑动。

第二保持形成部、凹部60从保持位置至释放位置的移动使纵向部分56b移动离开唇部64，并且由此使第一保持形成部56和第二保持形成部60彼此释放，并且允许清洁元件移动至其伸出位置。

第一保持形成部和第二保持形成部、突出部56和凹部60形成能够操作成使清洁元件从缩回位置选择性地移动至伸出位置的致动系统的一部分。剪切销24用于限制设定套筒32在轴向通孔35内纵向地移动。

球座部30在孔35中定位在本体12的远端端部处，并且连接至套筒32。为了使清洁元件22选择性地移动至伸出位置，轴向孔35通过球34的释放而被密封，球34从表面向下泵送或允许自由下落。球34搁置在球座部30上，使得轴向孔35内的流体压力可以增加至预定水平，在该预定水平中，销24剪切或断裂以释放将开始向下(沿方向D)移动的设定套筒32。

因此，套筒以及凹部60由此滑动至图5和图6中示出的位置，在该位置，纵向部分56b离开唇部64。第一保持形成部和第二保持形成部由此彼此以可滑动的方式释放，并且清洁元件能够在弹簧50的作用下而径向向外移动至清洁元件的伸出位置。

保持形成部位于工具内部(即，清洁元件22的内部分22a和致动系统的邻近部分)，并且因此在使用中不定位于井筒中的流体流中。

当设定套筒32沿方向D移动时，弹簧50的内端部从渐缩腔36滑出到套筒32的较宽直径部分37上，因此增加了弹簧50的效率。

在一些示例中，当弹簧坐置在渐缩腔中并且清洁元件处于其缩回位置时，弹簧不被压缩。在这种情况下，弹簧偏置在弹簧向上拱起(ride up)并且离开腔36时被提供。

在另外的示例中(未示出)，套筒可以至少在移动至其最远端位置时是可旋转的，以便使弹簧向上拱起并且离开渐缩腔。在这种情况下，套筒的纵向运动使清洁元件起动以用于伸出，并且旋转会使伸出发生。在一些情况下，孔中的内部流体压力也可以用来使清洁元件伸出。

在其他示例中，本体本身是可压缩的并且由两个部分形成。套筒可以邻接或连接至所述部分中的一个部分，使得本体的压缩引起通常如上所述的第一保持形成部和第二保持形成部的可滑动断开接合。

在该阶段，清洁元件22伸出并且准备清洁套管。

对于一些应用，可能期望的是在清洁期间恢复流体流动通过孔35，例如将流体泵送通过孔并且在套管内产生允许流体回流以在使用中将切屑从切割元件22冲走。

参照图7，通过将轴向孔34内的流体压力升高至预定水平，位于球座部30处的剪切销28被剪切，并且球座部套筒42被释放并且向下移动(方向D)充足的距离以允许流体流F2通过轴向孔35。替代性地，球和/或球座部可以是能够变形的，使得通过进一步增加孔内的压力，球被迫通过球座部并且进入井中。

利用根据上述实施方式的套管清洁器10清洁套管可以通过仅在套管清洁器10仅需要向上(向图示的实施方式中的左边)移动和向下(向图示的实施方式中的右边)移动的轴向往复运动来移除来自内套管壁的碎屑。任何碎屑经由凹槽排出。

根据本发明的实施方式的套管清洁器10的构型使得与套管清洁器10的旋转相结合的往复运动在快速且有效地从套管壁移除碎屑方面是有效的。

如图8中所示，套管清洁器10通过合适的凸机械连接部52或凹机械连接部54附接至钻柱50。如图8中所示，连接部52、54适于附接至钻柱50。

套管清洁器10附接至包括钻头51的钻柱50的上侧部。钻柱50和套管清洁器10的组件然后以已知的方式进入到套管56中。清洁元件10缩回到管状本体中以用于进入并且伸出以用于清洁。

钻柱50以已知的方式用来钻孔、例如新的井筒。这可能涉及使用合适的钻头51钻探穿过现有套管56的基部，钻柱50进入该套管56中并且在钻探目标区域的方向上产生新的孔。

当钻探步骤完成时，可以通过如上所述使清洁元件伸出来启动清洁操作。当清洁完成时，该方法还包括在将钻柱50从套管56移除时从表面处取回套管清洁器10。在使用后，清洁元件可以例如在工具10的修整或检查/改装期间被迫返回至其缩回位置，并且设定套筒可以被重新设定，并且替换的剪切销被应用，由此将凹部返回至保持位置以再次使用。

图9中的a和图9中的b示出了用于清洁设备的致动系统的替代性实施方式的区域B，其中，与图6的实施方式相同的附图标记设置有相似的附图标记，但增加了100。

相关联的工具包括设定套筒32，设定套筒32由作用在本体与套筒之间的环形弹簧(未示出)偏置成将套筒朝向方向C迫动。如前所述，剪切销24用于限制设定套筒32在轴向通孔35内沿纵向移动。

在该实施方式中，套筒32设置有凹部160。唇部164部分地延伸越过凹部以限定封闭区域166。唇部164的径向向内表面165是渐缩的。

清洁元件22设置有突出部156。突出部156具有纵向延伸部分156b，纵向延伸部分156b具有渐缩的径向向外表面157。

当第二保持形成部在图9中的a中所示的保持位置与图9中的b中所示的释放位置之间移动时，渐缩表面165和157相对于彼此是能够滑动的。清洁元件由弹簧50向外推动至清洁元件的伸出位置。然而，在这种情况下，突出部的梢端部156c在清洁元件22完全伸出时保持在唇部164下方。

这使得清洁元件能够在井下选择性地从清洁元件的伸出位置(图9中的b)移动至其缩回位置(图9中的a)。可以通过如上所述对剪切销28进行剪切停止表面处的泵送，或者如上所述通过迫使球34穿过球座部30重新打开孔来实现井筒中压力的减小。弹簧偏置的设定套筒32然后朝向方向C向后移动，并且第二保持形成部(凹部160)朝向缩回位置向后移动。有利地，弹簧50在该过程期间滑回到渐缩腔36中以减小或移除由弹簧50施加的向外偏置，使得清洁元件通过施加至套筒32的弹簧偏置而有效地锁定就位。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施方式，但是将理解的是，与所描述的实施方式的背离仍然可以落入本发明的范围内。

Claims (36)

1.一种井下清洁设备，包括：

本体和联接至所述本体的清洁元件；

所述清洁元件能够相对于所述本体从缩回位置选择性地移动至伸出位置；并且所述清洁元件具有包括第一保持形成部的内部分和包括清洁形成部的外部分；以及

致动系统，所述致动系统包括第二保持形成部，所述第二保持形成部能够相对于所述本体在保持位置与释放位置之间滑动；

其中，在所述缩回位置，所述第一保持形成部联接至所述第二保持形成部；所述第一保持形成部和所述第二保持形成部能够通过使所述第二保持形成部从所述保持位置滑动至所述释放位置而彼此以可滑动的方式释放，在所述释放位置，所述清洁元件能够移动至所述伸出位置。

2.根据权利要求1所述的清洁设备，其中，所述第二保持形成部能够在所述保持位置与所述释放位置之间沿着轴线滑动或绕轴线旋转。

3.根据权利要求1或2所述的清洁设备，其中，所述第二保持形成部朝向所述保持位置偏置。

4.根据权利要求3所述的清洁设备，其中，所述第二保持形成部通过作用在所述本体与所述第二保持形成部之间的弹性偏置布置结构而朝向所述保持位置偏置。

5.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，当所述第二保持形成部处于所述保持位置时，所述致动系统的所述第二保持形成部和/或能够移动的另一部件由一剪切销或多个剪切销锁定。

6.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述第一保持形成部和所述第二保持形成部彼此协作地接合。

7.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述第一形成部和所述第二形成部一起用作闩锁，以将所述清洁元件闩锁在所述缩回位置。

8.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述第一保持形成部或所述第二保持形成部中的一者包括突出部，并且所述第一保持形成部或所述第二保持形成部中的另一者包括定尺寸成接纳所述突出部的至少一部分的凹部或孔。

9.根据权利要求8所述的清洁设备，其中，所述第一保持元件包括来自所述清洁元件的内面的突出部，并且所述第二保持形成部包括定尺寸成接纳所述第一保持形成部的至少一部分的凹部或孔。

10.根据权利要求8或9所述的清洁设备，其中：

所述凹部具有入口和从所述入口延伸的封闭区域，所述封闭区域由唇部封闭，所述唇部部分地延伸越过所述凹部；

所述突出部具有径向延伸部分以及定尺寸成接纳在所述封闭区域中的周向延伸部分和/或轴向延伸部分；

并且其中，所述清洁元件通过所述突出部的径向向外表面与所述唇部的径向内表面的接合而被阻止径向向外移动。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的清洁设备，其中，所述突出部在沿着所述保持位置与所述释放位置之间的运动方向截取的横截面上总体为L形形状。

12.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，还包括设定套筒，所述套筒包括所述第二保持形成部并且所述套筒能够相对于所述本体轴向旋转和/或纵向滑动。

13.根据权利要求12所述的清洁设备，其中，所述设定套筒的外表面包括所述第二保持形成部。

14.根据权利要求12或13所述的清洁设备，其中，所述套筒能够在所述本体内滑动。

15.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述清洁元件能够通过使所述第二保持形成部从所述释放位置移动至所述保持位置而从所述伸出位置选择性地移动至所述缩回位置。

16.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中：

所述清洁元件包括两个或更多个相同或不同类型的第一保持形成部；以及

所述致动系统包括两个或更多个对应的第二保持形成部。

17.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述清洁元件可选地通过作用在所述清洁元件与所述本体之间的偏置构件朝向所述伸出位置偏置。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的清洁设备，其中，所述清洁元件朝向所述缩回位置偏置，并且所述清洁元件是下述各项中的一者或更多者：

能够在流体压力的作用下伸出；

能够可选地在作用于所述清洁元件与所述本体之间的能够滑动的楔形件或斜面的作用下机械地伸出。

19.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述致动系统包括：

球和/或镖；以及

座部，所述座部接纳所述球或镖，并且由此至少部分地阻塞穿过所述本体的通孔以有助于所述本体内的内部压力的增加，压力方面的增加致使所述第二保持形成部从所述保持位置移动至所述释放位置。

20.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述致动系统包括设定套筒，所述设定套筒能够相对于所述本体纵向滑动并且在所述设定套筒的运动范围的端部处偏置成邻接所述本体，其中，所述致动系统能够通过压缩所述本体以由此移动所述套筒而操作。

21.根据权利要求20所述的清洁设备，其中，所述设定套筒在所述设定套筒的运动范围的与所述第二保持元件处于所述保持位置相对应的端部处偏置成邻接所述本体。

22.根据权利要求20或21所述的清洁设备，其中，所述本体包括第一本体部分和第二本体部分，所述第一本体部分和所述第二本体部分能够相对于彼此纵向移动，以有助于所述致动系统的这种压缩操作。

23.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，其中，所述清洁形成部包括切割异形件或刷，所述切割异形件或刷在使用中能够通过轴向往复运动和/或旋转往复运动操作以从与所述清洁元件接触的表面移除碎屑。

24.根据任一前述权利要求所述的清洁设备，包括两个或三个或多个清洁元件。

25.根据权利要求24所述的清洁设备，包括管状本体，所述管状本体限定纵向轴线，并且其中，所述清洁元件绕所述纵向轴线对称地布置。

26.根据权利要求24或25所述的清洁设备，其中，所述本体包括与每个清洁元件对应的开口，其中，每个清洁元件的所述外部分构造成当处于该清洁元件的伸出位置时至少部分地延伸穿过所述开口并且从所述本体的外表面向外延伸。

27.根据权利要求24至26中的任一项所述的清洁设备，其中，所述清洁元件以沿着所述本体和/或绕所述本体延伸的一个或更多个大致纵向的、径向的或螺旋的路径分组。

28.根据权利要求27所述的清洁设备，其中，所述清洁元件被分组以限定一个或更多个大致连续的螺旋路径，所述螺旋路径或多个螺旋路径设置成限定至少360度的有效清洁表面。

29.根据权利要求27或28所述的清洁设备，包括一个或更多个纵向凹槽或螺旋凹槽，所述/每个凹槽限定在纵向肋部或螺旋肋部之间，其中，由所述清洁元件限定的纵向路径或螺旋路径沿着所述肋部伸延。

30.一种清洁井筒的内部的方法，所述方法包括：

提供清洁设备，所述清洁设备具有本体和联接至所述本体的清洁元件；所述清洁元件具有包括第一保持形成部的内部分和包括清洁形成部的外部分；

使所述清洁设备进入到所述井筒中；

操作致动系统，以使第二保持形成部从所述第二保持形成部联接至所述第一保持形成部的保持位置滑动至所述第一保持形成部和所述第二保持形成部彼此释放的释放位置；

然后使所述清洁元件从缩回位置移动至伸出位置。

31.根据权利要求30所述的方法，包括通过相对于所述井筒移动所述清洁设备而使用所述清洁元件清洁所述井筒的内部。

32.根据权利要求31所述的方法，包括使流体在清洁期间流动通过穿过所述本体的通孔。

33.根据权利要求30至32中的任一项所述的方法，包括使所述清洁元件从所述伸出位置移动至所述缩回位置。

34.根据权利要求30至33中的任一项所述的方法，其中，使所述清洁元件从所述缩回位置移动至所述伸出位置以及在引用权利要求32时使所述清洁元件可选地从所述伸出位置移动至所述缩回位置能够包括：操作所述致动系统。

35.根据权利要求30至34中的任一项所述的方法，包括改变所述本体中的流体压力以及下述各项中的一者或更多者：

通过增加所述流体压力使所述清洁元件从所述缩回位置移动至所述伸出位置；

阻塞穿过所述本体的通孔并且增加压力，以便移动所述第二保持形成部并且/或者破坏剪切销。

36.根据权利要求30至35中的任一项所述的方法，包括压缩所述清洁设备，以移动所述第二保持形成部，或破坏剪切销以允许这种移动。

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