一种可变径套管刮管器的制作方法

本发明属于石油、天然气完井技术领域，尤其是涉及一种可变径套管刮管器。

背景技术：

刮管作业作为完井阶段的基础性作业步骤，是确保完井后续作业步骤正常进行的关键。对于9-5/8″技术套管下面挂7″尾管这样的井身结构，刮管作业时目前一般采用两种做法，一种是将9-5/8″套管刮管器和7″套管刮管器串联在一趟管柱上，由于上面9-5/8″套管刮管器从套管壁上刮下的脏东西会落入下部井筒，下面的7″套管刮管器存在被卡的风险。另外一种做法是采用两趟管柱，第一趟管柱刮上面的9-5/8″套管，第二趟管柱刮下面的7″尾管，这种做法刮管器被卡的风险小，但增加了刮管作业周期。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可变径套管刮管器，采用一趟刮管管柱，先清洁上面的9-5/8″套管，然后变径为7″套管刮管器再清洁下面的7″套管，这样既可以缩短刮管作业周期，又能够确保刮管作业的安全，提高了使用效率，最大限度提升流体的携岩能力，能够更好的对套管内各种残留进行清洗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种可变径套管刮管器，包括心轴，所述心轴外部由上至下依次设置有上螺旋扶正套、上刮刀、中部支撑套、下刮刀、下螺旋扶正套、连接接头和下接头，所述下接头和心轴之间设置有锁紧螺母，所述上螺旋扶正套、中部支撑套和下螺旋扶正套均通过滚珠与心轴连接；

所述上螺旋扶正套和心轴之间由上至下依次设置有第一弹簧、第一定位环和第一限位环；所述中部支撑套上下两端分别连接有第一限位套和第二限位套，所述中部支撑套和心轴之间由上至下依次设置有第二定位环、第二弹簧、第三弹簧和第三定位环；所述下螺旋扶正套和心轴之间由上至下依次设置有第二限位环、第四定位环和第四弹簧；所述上刮刀的上下两端分别通过板簧片固定连接第一定位环和第二定位环，所述下刮刀的上下两端分别通过板簧片固定连接第三定位环和第四定位环，所述上刮刀和下刮刀均沿圆周均匀设置。

所述心轴设置有滚珠槽，所述滚珠槽内表面经碳氮共渗表面处理，所述心轴下端外表面设置有挡圈槽，所述挡圈槽内设置有弹性挡圈，所述弹性挡圈位于锁紧螺母下端。

所述上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的外表面均沿圆周设置有轴向螺旋导流槽，所述上螺旋扶正套、下螺旋扶正套和中部支撑套均设置有与滚珠槽一一对应的径向螺纹孔，所述螺纹孔内设置有螺堵和密封堵头。

所述第一定位环、第二定位环、第三定位环和第四定位环均通过定位螺钉与板簧片固定连接，所述第一定位环、第二定位环、第三定位环和第四定位环沿圆周设置有定位凸台。

所述上刮刀和板簧片通过固定螺钉和螺旋挡圈固定连接，所述下刮刀和板簧片通过固定螺钉和螺旋挡圈固定连接，所述上刮刀和下刮刀均通过加工燕尾槽与板簧片实现定位。

所述板簧片采用波形双拱形设计，所述板簧片两端由连续圆弧组成，中部加工有燕尾槽，燕尾槽两端对称设计双拱桥凹面。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中，上刮刀和下刮刀分别沿圆周均匀设置，实现了套管内壁360°覆盖，同时保证刀片在压缩状态时，不会出现干涉现象；

(2)本发明中，板簧片采用波形双拱形设计，实现了板簧片径向大位移功能，解决了常规刮管器刀片无法实现大变径的问题；

(3)本发明中，心轴、上螺旋扶正套、下螺旋扶正套、中部支撑套、滚珠和螺堵构成减阻机构，心轴旋转时，依靠滚珠的滚动摩擦减少心轴与上螺旋扶正套、中部支撑套、下螺旋扶正套之间的摩擦力；第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、第一限位环、第二限位环、第一限位套、第二限位套、第一定位环、第二定位环、第三定位环、第四定位环和定位螺钉构成复位机构，主要用来推动上刮刀和下刮刀正常复位；板簧片、上刮刀、下刮刀、固定螺钉和螺旋挡圈构成刮削机构，主要用来清洁套管内壁；下接头、连接接头、弹性挡圈和锁紧螺母构成锁紧机构，完成心轴扭矩传递，并具有防倒扣功能；

(4)本发明中，上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的外表面均沿圆周均匀设置有轴向螺旋导流槽，上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的端面均采用斜度端面，可增加单位时间液体流量；

(5)本发明在95/8″套管内上刮刀和下刮刀紧贴在套管内壁，上刮刀、下刮刀安装好后，最大初始外径为260mm，在外界压下的作用下，板簧片可径向大位移收缩，板簧两端在上螺旋扶正套、中部支撑套和下螺旋扶正套的导向作用下，发生轴向位移，使得上刮刀和下刮刀径向不断受压而收缩，在压力增加到一定的时候，刮刀片完全收缩进入7″套管；本发明结构简单，可以缩短刮管作业周期，又能够确保刮管作业的安全；

(6)本发明不但可应用在常规刮管作业工艺中，还可以随钻头进行钻水泥塞作业。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A部分的局部放大图；

图3是图1中B部分的局部放大图；

图4是图1中C部分的局部放大图；

图5是本发明中上螺旋扶正套/下螺旋扶正套的结构示意图；

图6是本发明中上刮刀/下刮刀的结构示意图；

图7是本发明第一定位环/第二定位环/第三定位环/第四定位环的示意图；

图8是本发明中连接接头的示意图；

图9是本发明中心轴的结构示意图；

图10是本发明中锁紧螺母的结构示意图；

图11是本发明中板簧片的结构示意图。

附图标记:1心轴；2上螺旋扶正套；3中部支撑套；4下螺旋扶正套；5螺堵；6第一限位环；7第二限位环；8第一定位环；9第二定位环；10第三定位环；11第四定位环；12定位螺钉；13板簧片；14上刮刀；15下刮刀；16第一限位套；17下接头；18连接接头；19弹性挡圈；20滚珠；21密封堵头；22螺旋挡圈；23固定螺钉；24锁紧螺母；25第一弹簧；26第二弹簧；27第三弹簧；28第四弹簧；29第二限位套。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明。

如图1至图11所示，本发明的一种可变径套管刮管器，包括心轴1，所述心轴1外部由上至下依次设置有上螺旋扶正套2、上刮刀14、中部支撑套3、下刮刀15、下螺旋扶正套4、连接接头18和下接头17。所述上螺旋扶正套2、中部支撑套3和下螺旋扶正套4均通过滚珠20与心轴1连接，所述心轴1对应位置设置有滚珠槽，所述滚珠槽内表面经碳氮共渗表面处理，所述上螺旋扶正套2、中部支撑套3和下螺旋扶正套4均设置有与滚珠槽一一对应的径向螺纹孔，所述螺纹孔内设置有螺堵5和密封堵头21。所述上螺旋扶正套2和下螺旋扶正套4的外表面分别沿圆周均匀设置有宽度为30mm的轴向螺旋导流槽，所述上螺旋扶正套2和下螺旋扶正套4的端面均采用75°大斜度端面。

所述上螺旋扶正套2下部分内壁开设有两个环形凹槽，所述上螺旋扶正套2和心轴1之间由上至下依次设置有第一弹簧25、第一定位环8和第一限位环6，所述第一弹簧25位于上环形凹槽内，所述第一定位环8和第一限位环位6于下环形凹槽内。所述第一定位环8下端沿圆周均匀设置有径向螺纹通孔，上端设置有圆周定位凸台，上端面与第一弹簧接26触连接。所述第一限位环6沿圆周均匀设置有轴向通孔，外表面设置有螺纹，与上螺旋扶正套2螺纹连接，内表面设置为光面。

所述中部支撑套3上下两端分别螺纹连接有第一限位套16和第二限位套29，所述中部支撑套3中间内壁设置有环形凸台，所述中部支撑套3和心轴1之间由上至下依次设置有第二定位环9、第二弹簧26、第三弹簧27和第三定位环10，且所述第二弹簧26和第三弹簧27分别位于环形凸台上下两端。所述第二定位环9上端沿圆周均匀设置有径向螺纹通孔，下端设置有圆周定位凸台，下端面与第二弹簧26接触连接。所述第三定位环10下端沿圆周均匀设置有径向螺纹通孔，上端设置有圆周定位凸台，上端面与第三弹簧27接触连接。

所述下螺旋扶正套4上部分内壁开设有两个环形凹槽，所述上螺旋扶正套4和心轴1之间由上至下依次设置有第二限位环7、第四定位环11和第四弹簧28，所述第四弹簧28位于下环形凹槽内，所述第四定位环11和第二限位环7位于上环形凹槽内。所述第四定位环11上端沿圆周均匀设置有径向螺纹通孔，下端设置有圆周定位凸台，下端面与第四弹簧28接触连接。所述第二限位环7沿圆周均匀设置有轴向通孔，外表面设置有螺纹，与下螺旋扶正套4螺纹连接，内表面设置为光面。

所述上刮刀14和下刮刀15分别沿圆周均匀设置，实现了套管内壁360°覆盖，同时保证刀片在压缩状态时，不会出现干涉，每个上刮刀14和下刮刀15均通过板簧片13固定，可实现径向大位移。所述上刮刀14和板簧片13通过固定螺钉23和螺旋挡圈22固定连接，所述上刮刀14通过加工燕尾槽与板簧片13实现定位，所述板簧片13上端穿过第一限位环6，通过定位螺钉12与第一定位环8固定连接，所述板簧片13下端穿过第一限位套16，通过定位螺钉12与第二定位环9固定连接。所述下刮刀15和板簧片13通过固定螺钉23和螺旋挡圈22固定连接，所述下刮刀15通过加工燕尾槽与板簧片13实现定位，所述板簧片13上端穿过第二限位套29，通过定位螺钉12与第三定位环10固定连接，所述板簧片13下端穿过第二限位环7，通过定位螺钉12与第四定位环11固定连接。通过第一限位环6、第二限位环7、第一限位套16、第二限位套29限定定位螺钉12的位置，实现板簧片13的定位。

所述板簧片13利用简支梁设计原理，采用波形双拱形设计，两端径向约束，上下两端分别设置有螺纹通孔，两端采用13组直径7.5mm的连续圆弧组成，最大限度的减少局部应力集中，通过减少接触面，显著降低板簧片13的轴向位移摩阻，板簧片13中部加工有75°燕尾槽，燕尾槽两端对称设计双拱桥凹面，板簧片13受压,提供径向发力,上刮刀14和下刮刀15刮削套管内壁。

所述连接接头18上端内部设置有密封面和母螺纹，并加工有花键槽连接心轴，所述连接接头18下端设置有公螺纹，通过螺纹与下接头17连接，公螺纹和母螺纹均采用钻杆螺纹，所述连接接头18公螺纹和母螺纹的上端分别加工有密封圈槽。所述下接头17上下两端分别加工有钻杆螺纹，内部加工有密封面。所述下接头17和心轴1之间设置有锁紧螺母24，所述锁紧螺母24上端加工有梯形母螺纹，内部、外部为光滑密封面，内部密封面与心轴1外密封面配合、外部密封面与下接头17内部密封面配合，锁紧螺母24与心轴1通过螺纹连接。所述心轴1外部从上至下依次加工有三组螺纹，第一螺纹和第二螺纹为API钻杆螺纹，第一螺纹与钻杆相连接，第二螺纹与连接接头18连接，最下端螺纹为梯形螺纹，与本双层管的外连接管相连接，中间的螺纹为梯形螺纹，其下端设有挡圈槽，下端从螺纹顶部至挡圈槽上端面加工有密封面。所述挡圈槽内设置有弹性挡圈19，且所述弹性挡圈19位于锁紧螺母24下端，用于防止锁紧螺母24倒扣。根据实际需要，所述心轴1外圆还可设置有多组密封圈槽，放置O型圈或星型圈，与各部件之间起到密封作用。所述心轴1的作用是串接各个独立的外部单元，使各外部单元完成组装以满足作业工艺要求。

所述心轴1、上螺旋扶正套2、下螺旋扶正套4、中部支撑套3、滚珠20和螺堵5构成本发明的减阻机构，心轴1旋转时，依靠滚珠20的滚动摩擦减少心轴1与上螺旋扶正套2、中部支撑套3、下螺旋扶正套4之间的摩擦力。所述第一弹簧25、第二弹簧26、第三弹簧27、第四弹簧28、第一限位环6、第二限位环7、第一限位套16、第二限位套29、第一定位环8、第二定位环9、第三定位环10、第四定位环11和定位螺钉12构成本发明的复位机构，主要用来推动上刮刀14和下刮刀15正常复位。所述板簧片13、上刮刀14、下刮刀15、固定螺钉23和螺旋挡圈22构成本发明的刮削机构，主要用来清洁套管内壁。所述下接头17、连接接头18、弹性挡圈19和锁紧螺母24构成本发明的锁紧机构，完成心轴1扭矩传递，并具有防倒扣功能。

多组板簧片13完成组装后，形成整体刀架结构，上螺旋扶正套2从心轴1下端装入至设计位置(螺堵孔正对滚珠槽)，安放滚珠20，安装螺堵5，减阻机构安装完成后，组装复位机构，从上至下依次安装第一弹簧25、整体刀架、第一限位环6，实现整体刀架的固定，依次安装中部支撑套3、刀架总成、下螺旋扶正套4。下接头17内部密封面与锁紧螺母24外密封面形成密封配合。所述上刮刀14、下刮刀15安装好后，最大初始外径为260mm，通过调整压缩量，均衡了上刮刀14、下刮刀15对95/8”套管和7″套管内壁的损伤。

本发明的工作过程如下：刮管器首先在95/8″套管刮削作业，完毕后进入7″套管。上刮刀14、下刮刀15、板簧片13受力径向收缩，板簧片13连接定位螺钉12推动第一定位环8、第二定位环9、第三定位环10和第四定位环11发生轴向位移，进而推动第一弹簧25、第二弹簧26、第三弹簧27和第四弹簧28轴向压缩，板簧片13两端在上螺旋扶正套2、中部支撑套3和下螺旋扶正套4的导向作用下，发生轴向位移，使得上刮刀14和下刮刀15径向不断受压而收缩，在压力增加到一定的时候，上刮刀14和下刮刀15收缩进行7″套管刮削作业。一趟钻完成95/8″套管和7″套管刮削作业。

在循环刮管过程中，既可正循环刮管，也可反循环刮管。以正循环刮管为例，洗井液通过钻杆进入刮管器心轴1内，直至井底，再由钻杆套管环空经下螺旋扶正套4、上螺旋扶正套2返出。正循环洗井时液流方向与反循环刮管洗井相反。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。