CN1121981A - 带有刮削元件的井壁清洗工具 - Google Patents

Abstract

一种清洗油井、气井和水井的套管壁的工具，包括一圆柱形杆件和一条固定在杆件上的刮削元件的螺旋形条带，其定位成可接触套管内壁。在圆柱体杆体上靠近刮削元件条带有一条螺旋形凹槽。通常，钻杆在机械力下操动该工具通过套管。流体通过工具上的凹槽流通以将从套管内壁上清除的松散岩屑带到地表面上。一种清洗井套管的方法包括使用带有刮削元件和流动凹槽的工具，该工具可与清洗剂一同使用，也可以不用清洗剂。

Description

带有刮削元件的井壁清洗工具

本发明涉及诸如用于油井、气井或水井清洗作业中的井壁清洗工具，更具体的说涉及具有多个小型刮削元件而可独立地或者与为此目的的溶剂结合除去钻井套管内壁上的渣屑的井壁清洗工具。

油井、气井、水井以及其它类型的各种井几乎总是使用一种钢管制成的套管，来保证井孔的完整性。在钻井工程的完成阶段需对套管壁灌注以水泥。灌注水泥作业可在套管壁上留下水泥残余物，这种残余物必须在正式的井生产之前除去。在井的生产期间内，每隔一段时间，当套管壁上积有诸如油蜡和管垢的岩屑和残余物时，也有必要对套管壁进行清洗。

用以清洗套管壁的标准工具称之为套管清刮器在本行业内是非常熟悉的。一个典型的套管清刮器结合在一个“旋塞”内，通常是在一个细长体上连接有多块金属叶片。当一种液压的或机械的力驱动细长体穿过套管时，叶片就对套管壁进行刮削。这种由液压力推动的旋塞清刮器的一个缺点就是清刮器和从套管壁上清除的岩屑无法回收。清刮器和岩屑给推移至超出有关地质层的地点，但它们在那里仍旧堆塞着井孔。

在现有技术的另一种方式中，有一种安装在一个连接于钻杆的工具上的、用以进行机械性操纵和在清洗工作完成后回收的清刮器。但是，这种清刮器工具的一个缺陷是，在清洗过程中叶片常常被剪离，从而必须进行一次费用很高的打捞工作以将失落的另部件从井中清除出去。另外一个缺点是，许多普通的套管清刮器不能与套管壁达到360度的接触，除非是在清洗过程中将它们转动。但这种转动增加了叶片剪离细长体的可能性。

一种能克服许多这种现有技术中缺点的套管清刮器的例子公开在美国专利第4,896,720号上。这种形式的旋塞清刮器使用了硬刷毛来代替叶片，整个工具是用容易钻凿的材料制成的。因此，高费用的打捞工作就不再需要了。然而，在美国专利第4,896,720号的说明中，不论是工具或是从套管壁上清除下来的岩屑都是不能回收的。也开发研制使用硬刷毛的其它刷擦工具。这种工具的例子记载在美国专利第1,342,618号，第1,855,046号，第4,438,812号，第4,501,322号和第4,747,452号上。这种刷擦工具大部分没有被用在井壁清洗作业中，因为刷子不够硬，它们也没有足够的压力接触套管壁以达到象清刮器同样的清除程度。

本发明的目的在于提供一种在套管灌注水泥后或是当套管壁上积有岩屑时用以清洗井套管内壁的方法和设备。

一般说来，所建议的井壁清洗工具是可以连接在一个钻杆上的，该钻杆机械地驱动该工具穿过套管。该工具包括一根细长形、大体上为圆柱体的杆件和一个固定在圆柱体杆件的侧壁上的刮削元件的螺旋形条带。该杆件包括可弹性压缩的侧壁，使得该侧壁可让工具插入到套管中去。该刮削元件的侧壁还起到顶压在套管内壁上并向之施加径向向外压力的作用。该杆件的外径需大于套管壁的内径。刮削元件的螺旋形条带形成一个清除表面，其定位成当钻杆升降时可以整个360度的角度接触到套管内壁。该侧壁在靠近刮削元件的条带处还包括一条螺旋状凹槽，从而使穿过杆件流通的流体在杆件与套管内壁之间流动，以将从套管内壁上清除下来的松散岩屑带到地表面上来。

对这清洗工具更为具体的描述显示它包括一根细长形圆柱体的坚硬套轴，该套轴可由金属、聚对苯甲酰胺纤维或其它塑料制成。一个包围套轴的弹性外套和一个钢质硬刷毛的螺旋形条带。该外套是用可弹性压缩的材料制成以便使该工具能插入到套管中去。该外套最好由泡沫材料制成。该外套的可压缩性还起到对顶压在套管内壁上的硬刷毛施加径向向外的压力的作用。该外套设计成其外径大于该套管的内径。该螺旋形条带的钢刷毛形成一个清除表面，其定位成接触到套管的内壁。该外套的表面在靠近钢刷毛条带处有一条螺旋形凹槽，从而使穿过套管流通的流体在该外套该套管的内壁之间流动，并将从该套管内壁上清除下来的松散岩屑带到地表面上来。

这工具可以通过使用心轴，锁紧箍圈和顶端附件连接到钻杆上。用以连接到钻杆上的心轴延伸在套轴的整个长度上。锁紧箍圈固定在心轴的一端并锁入在套轴的一端中，这样就保证了套轴不会相对于心轴转动。顶端附件固定在心轴的第二端上并贴压在套轴的第二端上，这样就保证了套轴不会相对于心轴平移。

由于这工具是连接在钻杆上的，使其具有可以回收的特点。

本发明的另一特点是通过流体流通和刮削元件的清除动作相结合而改进清洗工作。在工具中穿过凹槽流通的流体，使得从套管壁上清除下来的岩屑能流到地表面并予以移除。因而岩屑可以全部地从井中清除出去。

本发明的另一特点是不再需要高费用的打捞工作来移除失落的井壁清洗工具的构件。外套是用容易钻凿的材料制成，因而从外套上撕裂下来的部分可以用普通的钻头或磨铣工具钻出。

本发明的另一特点是在刮削元件和套管内壁之间提供更好的接触性能。在清洗过程中，这工具不论是在旋转时或不旋转时都能与套管壁以360度的角度相互接触。另外，外套的弹性可将刮削元件紧压在套管内壁的表面上。

本发明各种其它的优点、特点和特征从下文结合附图的描述中可以更为明了。附图中：

图1是一座油井连同其使用本发明的工具予以清洗的套管的示意直立截面图；

图2a是心轴和锁紧箍圈的示意立视图；

图2b是外套和套轴的示意立视图；

图2c是顶端附件的示意立视图；

图3是本发明的示意直立截面图；

图4是图2a-c中所示各构件之间的结构关系的示意立视图；

图5a是作为刮削元件而钢刷毛的织物背衬的透视图；

图5b是作为刮削元件而带有钨碎片的织物背衬的透视图。

在下文的描述中，附图中的各种构件不一定完全合比例并且多少以示意的方式表示。

参看图1，井孔10已钻入至地层12。延伸在井孔10全长并灌注以水泥的套管14准备由本发明的工具16予以清洗。参见图2b，工具16优选地包括有圆筒形的金属套轴18，套轴为弹性的外套20提供坚强的支持和安装表面。该套轴亦可由聚对苯甲酰胺纤维或其它塑料制成。外套20安装在套轴18上并包围套轴。外套的外径大于套管的内径，因此，外套必须用具有弹性并可压缩的泡沫材料制成，以便能插入到套管中去。外套的弹性使之向套管的内壁22施加一个径向向外的压力。虽然较佳的实施例中使用了一个其外径大于套管内径的外套，但外套也可以制成为其外径等于套管的内径，当然如此以来，由外套施加于套管壁上的向外压力将极小。

如图26中所示，工具16还另外包括装在外套周围上的螺旋形钢刷毛条带。如图5a中所示，这螺旋形条带包括织物背衬条26和多个插入在织物背衬条26中的独立的钢质硬刷毛28。最好该硬刷毛制成像U形的钉书钉，使之从一块厚的帕布织物背衬中插入穿过。参见图1，该硬刷毛须放置成使之形成接触套管壁22的清除表面。由外套20施加的向外压力将硬刷毛顶压在套管壁上，从而在清洗工作过程中可有效地实现清除工作。图5b显示出外套的清除表面的另一个实施例，它使用如用钨制成的碎片29嵌入到织物背衬31内。这样的清除表面实施例有些象一张砂纸的打磨表面。

如图3中所示，一薄层的、挠性的、如聚氨基甲酸酯的抗化学作用的聚合物30涂覆在外套的表面上。这一涂覆层将钢质硬刷毛28的条带粘接到外套20上，并在清洗过程中保护外套表面的完整性使其不受化学清洗剂和粗糙岩屑的侵害。

在图2b中，在外套20的表面上靠近钢质硬毛24的条带处有螺旋形凹槽使穿过工具内部流通的流体在外套表面34和套管壁22之间流动并将从套管壁上清除下来的岩屑带到地表面上来。在一个较好的操作程序中，在钻杆38的中央孔37向下流动穿过工具16的内部40的流体在工具的外面向上回流。另外一种方式是流体可以在工具的外面向下流动，而在钻杆的中央孔中向上回流。

工具16由金属心轴42连接在钻杆38上，如图2a所示，心轴穿过套轴18。心轴42在其两端44、46都制有螺纹以便连接在钻杆38上。心轴有一个圆孔48用以容许流体穿过工具的内部流通。金属的锁紧箍圈50固定在心轴的端头44的周边上。锁紧箍圈通过套轴上的雄堞52与锁紧箍圈的雌堞54相咬合而将套轴18锁合在心轴上，从而阻止套轴相对于心轴的转动。套轴的端头55顶靠在锁紧箍圈的一个内肩台56上。参见图2c，金属的顶端附件58以螺纹连接在心轴上。当顶端附件58拧紧在心轴的螺纹端头46上时，套轴的端头60贴压在顶端附件的内肩台62上。于是防止了套轴相对于心轴的平移。顶端附件具有圆形孔64用以容许流体流通穿过工具16内部。顶端附件还有一个第二个可制成螺纹的开口66用以连接到钻杆上。

参见图4，工具16滑动在心轴42上直至套轴的端头55咬合在锁紧箍圈50上为止。顶端附件58于是拧接到心轴的端头46上直至套轴的端头60紧紧贴压在顶端附件的肩台62的部位上为止。工具于是固定在心轴上以便插入到钻杆内。

虽然所显示和描述的只是一个清洗工具，但如果需要，也可以将多于一个清洗工具叠合在一起。另一种方式是多个清洗工具可以按照需要间隔开地设置在钻杆上。

还应当提及的是所述的套轴和外套组件可以作为一个独立的单元出售而不连带这组件所附接的心轴。

现在再描述如图1中所示的一种较好的清洗方法。如前面所述将一个或多个清洗工具固定在钻杆上。钻杆在机械力的驱动下将清洗工具穿过套管下降直到执行清除工作所需要的深度时为止。当将清洗工具推动穿过套管时，流体在钻杆的内部并穿过工具的内部向下流通。流体在钻杆的底部流出，经过工具体部的外侧面的螺旋形凹槽流至地表面并将从套管壁上清除下来的岩屑移除。在工具退回到地表面的过程中，清洗工作一直在继续进行，而工具则对套管壁进行第二次清除工作。当进行清洗工作时，工具可以由钻杆予以转动以促进对套管壁的更加彻底的清除工作。也可以通过将化学清洗剂注入到流通的流体中来协助清洗工作。

虽然上面描述和说明了几个清洗工具的实施例和其使用方法，但显示本发明并不仅限于以上所述，因为对于那些熟悉本领域的普通技术人员来说，显然可以作出各种改进。

Claims (21)

1.一种可以连接在一个钻杆上以便从套管的内壁上清除下岩屑的井壁清洗工具，其特征在于：所述清洗工具包括：

一根用以连接到钻杆上的细长形大致为圆柱形的杆件，

  所述杆件具有可弹性压缩的侧壁以便能插入到套管中去并向

      套管的内壁施加径向向外的压力，

  所述杆件的外径大于套管的内径；和

一条由固定在所述侧壁上的刮削元件的螺旋形条带形成的一个清

    除表面，其定位成可以接触到套管的内壁，

所述侧壁有一条靠近所述刮削元件条带的螺旋形凹槽，从而

    使穿过所述杆件流通的流体在所述杆件与套管的内壁之

    间流动并将从套管内壁上清除下来的松散岩屑带到地表

    面上来。

2.根据权利要求1的井壁清洗工具，其特征在于其中所述工具体上另外还包括一根坚硬的套轴。

3.一种可以连接在一个钻杆上以便从套管的内壁上清除下岩屑的井壁清洗工具，其特征在于所述清洗工具包括：

一根用以连接到钻杆上的细长形大致为圆柱体的坚硬套轴，

一个包围所述套轴的弹性外套，

    所述外套是用可弹性压缩的材料制成以便插入到套管中去并

        向套管的内壁施加径向向外的压力，

    所述外套的外径大于套管的内径；和

一条由固定在所述外套上的刮削元件的螺旋形条带形成的一个清

    除表面，其定位成可以接触到套管的内壁，

    所述外套有一条靠近所述刮削元件条带的螺旋形凹槽，从而

        使穿过所述套轴流通的流体在所述外套与套管的内壁之

        间流动并将从套管内壁上清除下来的松散岩屑带到地表

        面上来。

4.根据权利要求3的井壁清洗工具，其特征在于其中所述外套包括泡沫材料。

5.根据权利要求3的井壁洗洗工具，其特征在于其中所述套轴可选自包括从金属，聚对苯甲酰胺纤维到塑料的一群材料中之一种材料制成。

6.权利权利要求3的井壁清洗工具，其特征在于其中所述套轴包括一个挠性的外涂覆层涂覆在所述外套上面用以将所述刮削元件条带粘接在所述外套上。

7.根据权利要求6的井壁清洗工具，其特征在于其中所述涂覆层是一种抗化学作用的聚便物。

8.根据权利要求3的井壁清洗工具，其特征在于其中所述刮削元件的螺旋形条带包括：

    一块织物背衬条，和

    多个插入在所述织物背衬条内的独立钢质硬刷毛。

9.一种可以连接在一个钻杆上以便从套管的内壁上清除下岩屑的井壁清洗工具，其特征在于该清洗工具包括：

一根细长形大致为圆柱体的坚硬套轴；

一个包围所述套轴的弹性外套，

    所述外套是用可弹性压缩的材料制成以便插入到套管中去并

        向套管的内壁施加径向向外的压力，

    所述外套的外径大于套管的内径；

一个条由固定在所述外套上的刮削元件的螺旋形条带形成的一个

清除表面，其定位成可以接触到套管的内壁，

所述外套有一条靠近所述刮削元件条带的螺旋形凹槽，从而

    使穿过所述套轴流通的流体可在所述外套与套管的内壁

    之间流动并将从套管内壁上清除下来的松散渣屑带到地

    表面上来；

一根用以连接到钻杆上的穿过所述套轴的心轴；

一个固定在所述心轴的第一端和所述套轴的第一端上的锁紧箍圈，

    用以保证所述套轴不会相对于所述心轴转动；和

一个固定在所述心轴的第二端和所述套轴的第二端上的顶端附件，

    用以保证所述套轴不会相对于所述心轴平移。

10.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述外套包括泡沫材料。

11.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述套轴选自包括从金属，聚对苯甲酰胺纤维到塑料的一群材料中之一种材料制成。

12.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述套轴包括一个挠性的外涂覆层涂层在所述外套上面用以将所述刮削元件条带粘接在所述外套上。

13.根据权利要求12的井壁清洗工具，其特征在于其中所述涂覆层是一种抗化学作用的聚合物。

14.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述带刮削元件的螺旋形条包括：

    一块织物背衬条，和

    多个插入在所述织物背衬条内的独立钢质硬刷毛。

15.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述心轴在两端都制有螺纹以便连接到钻杆上，所述心轴具有一个圆形孔以便使流体穿过其内部流通。

16.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述锁紧箍圈固定在所述心轴的第一端周边上并锁入在所述套轴的第一端上从而保证所述套轴不会相对于所述心轴转动。

17.根据权利要求9的井壁清洗工具，其特征在于其中所述顶端附件以螺纹连接在所述心轴的第二端上并贴压在所述套轴的第二端上从而保证所述套轴不会相对于所述心轴平移。

18.一种可以连接在一个钻杆上以便从套管的内壁上清除下岩屑的井壁清洗工具，其特征在于该清洗工具包括：

一根细长形的圆柱体金属套轴；

一个包围所述套轴的泡沫材料外套，

    所述外套是用可弹性压缩的泡沫材料制成以便插入到套管中

        去并向套管的内壁施加径向向外的压力，

    所述外套的外径大于套管的内径；

一条安装在所述外套上的螺旋形条带的织物背衬条；

多个插入在所述织物背衬条上的独立的钢质硬刷毛，其定位成使得硬刷毛能接触到套管的内壁；

一条靠近所述钢质硬刷毛条带的螺旋形凹槽，从而使通过井壁清

    洗工具流通的流体在所述外套与套管的内壁之间流动并将从

    套管内壁上清除下来的松散岩屑带到地表面上来；

一个覆盖在所述外套上的聚氨基甲酸酯外涂覆层用以将所述钢质

    硬刷毛条带粘接到所述外套上；

一根贯穿所述套轴的心轴，其两端都制有螺纹用以连接到钻杆上，

    所述心轴具有一个圆形孔以便使流体能穿过其内部流通；

一个固定在所述心轴的第一端的周边上并锁入在所述套轴的第一

    端上的锁紧箍圈用以保证所述套轴不会相对于所述心轴转动；

    和

一个以螺纹连接在所述心轴的第二端上并贴压在所述套轴的第二

    端上的顶端附件用以保证所述套轴不会相对于所述心轴平移。

19.一种清洗套管内壁的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

提供一个连接在一个钻杆上的带有一个中央孔的井壁清洗工具，

    它具有多个螺旋形安置的刮削元件弹性地接触在套管的内壁

    上，所述工具具有一条凹槽以便使流体流通在刮削元件的螺

    旋圈之间；

将所述清洗工具穿过套管移动以便用所述刮削元件条带清除套管

    壁的岩屑；和

使流体穿过所述清洗工具内部和所述凹槽流通以将从套管内壁上

    清除下来的松散岩屑带到地表面上来。

20.根据权利要求19的清洗套管内壁的方法，其特征在于它包括沿着所述钻杆使用至少另外一个清洗工具以便对套管的内壁进行一次更为彻底的清洗工作。

21.根据权利要求19的清洗套管内壁的方法，其特征在于它包括向套管的内壁施加化学清洗溶剂以协助由所述清洗工具对套管内壁进行的清除岩屑的工作。

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