一种可控变径刮管器的制作方法

本发明涉及一种可控变径刮管器，属井下清管工具技术领域。

背景技术：

套管内壁清洁是井筒内环境良好的重要基础，是套管内作业的安全保障，尤其在完井作业中对工作液清洁、管柱下入摩阻、封隔器密封、钢丝作业、储层保护等有重要影响。通常完井作业的第一步是刮管洗井，根据井下套管型号采用对应尺寸的刮管器进行套管刮削，主要清除套管内壁上的残余水泥、泥块和轧制中产生的毛刺、鳞片、管内防砂射孔时镶在管壁上的毛刺以及生产井套管上的铁锈、水垢、硬石蜡等影响正常施工作业的杂物。传统方法是选择两种尺寸的刮管器，分别下入两趟管柱，对两层套管刮削，效果较好但作业时间长。若采用一趟管柱携带两种尺寸的刮管器，虽然能够节省时间，但两个不同尺寸的刮管器同时入井时大直径的刮管器容易将小直径的井壁削薄，进而有引起井下塌方的风险。同时，在油井后期运行开采过程中，由于原油中包含有石蜡，石蜡中的碳原子数会随着温度的变化而变化，晶体也随之产生聚集并逐渐增大，沉积在井筒内壁上，从而出现油井结蜡的现象。油井结蜡会影响高压液体举升的过流截面，增加高压液体的流动阻力，对油井设备的正常工作产生影响，使油井产量下降，采油时率降低，甚至直接堵死油管，造成油井停产的问题。油井结蜡是导致油田采油成本增加的主要原因之一。目前常采用机械刮管的方式完成井筒内壁的清理工作。但由于石油油井存有随着油井深度增加，井筒直径越来越细的特性，即同一油井中各段井筒内径不一致的特性；现有的刮管装置由于结构原因的限制，其存有只能对固定管径井筒进行清理的特性，因此同一油井需要多种型号的清蜡装置才能完成井筒的清理工作，一种直径的刮管器完成一段井筒的清理工作后，需出井进行更换后，才能继续进行下一段井筒的清理工作，存有操作程序复杂、清理效率低的问题。因此有必要研发一种可变径的刮管器，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种不用更换即能对有多种直径的井筒进行清理，从而能有效提高工作效率，以解决现有刮管器在对多种直径的井筒清理时需多次进行更换，导致工作效率低问题的可控变径刮管器。

本发明的技术方案是：

一种可控变径刮管器，它由芯管、外壳体、分瓣刮刀和控制油缸构成，其特征在于：芯管圆周上螺纹安装有外壳体，外壳体的一端端头外侧通过均布的支撑机构安装有多个分瓣刮刀，外壳体的另一端端头和芯管之间对称安装有控制油缸，控制油缸通过连杆与支撑机构活动连接。

所述的芯管为两端粗中间细的变径管，芯管的细径处设置有装配块。

所述的装配块上与支撑机构对应状设置有装配槽。

所述的外壳体为筒状体，外壳体圆周上与支撑机构对应状设置有支撑槽。

所述的支撑机构由装配杆和支撑杆构成，装配杆上通过销轴并列安装有支撑杆。

所述的装配杆的一端端头呈y型，呈y型的装配杆端头通过销轴与连杆活动连接，装配杆的另一端端头呈弯折状，呈弯折状的装配杆端头通过固定螺栓与分瓣刮刀固定连接。

所述的支撑杆的端头穿过支撑槽延伸至外壳体内，延伸至外壳体内的支撑杆端头通过销轴与装配槽活动连接。

所述的装配块上方的芯管上均布有限位滑轨，限位滑轨上活动套装有连接滑块。

所述的连接滑块的上端圆周上对称设置有支耳，支耳通过销轴与控制油缸的活塞杆连接，连接滑块的下端圆周上与连杆对应状设置有连接槽，连接槽通过销轴与连杆活动连接。

所述的连杆呈弯折状。

所述的限位滑轨上方的芯管上设置有上限位环，上限位环与限位滑轨固定连接，限位滑轨下方的芯管上螺纹安装有下限位环，下限位环与限位滑轨抵靠连接。

所述的控制油缸由缸体、顶盖、端盖和一体式活塞杆构成，缸体的一端螺纹顶盖，顶盖中部活动插装有一体式活塞杆，一体式活塞杆通过活塞与缸体滑动密封连接；缸体的另一端螺纹安装有端盖，端盖的中心设置有后油管连接口；顶盖上设置有前油管连接口，前油管连接口通过顶盖与缸体连通。

所述的控制油缸外侧的外壳体端头安装有装配壳体，装配壳体与芯管插装连接。

所述的控制油缸的缸体通过固定螺栓分别与外壳体和装配壳体连接，控制油缸的前油管连接口和后油管连接口分别延伸至装配壳体外侧。

所述的装配壳体的圆周上和外壳体内壁上分别设置有限位凸缘和限位卡槽，装配壳体通过限位凸缘和限位卡槽配合与外壳体密封连接。

本发明的有益效果在于：

该可控变径刮管器通过控制油缸配合支撑机构能精确控制刮管直径，使刮管直径与井筒的直径一致，从而能对不同直径的井筒进行清理且不用更换刮管器，由此能大大提高工作效率，同时通过控制油缸能控制分瓣刮刀与井筒内壁的作用力，从而能保证对井筒能清理干净且不会损坏井筒内壁；通过支撑槽能对支撑机构进行径向支撑，从而保证在转动过程中分瓣刮刀工作的稳定性，且保证支撑机构不易损坏，解决了现有刮管器在对多种直径的井筒清理时需多次进行更换，导致工作效率低的问题，特别适用于具有多种直径的井筒清理使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中a-a向的结构示意图；

图3是本发明分瓣刮刀的结构示意图；

图4是本发明芯管的结构示意图；

图5是本发明装配杆的结构示意图；

图6是本发明连接滑块的结构示意图；

图7是本发明外壳体的结构示意图；

图8是本发明控制油缸的结构示意图。

图中：1、芯管，2、外壳体，3、分瓣刮刀，4、控制油缸，5、连杆，6、装配块，7、装配槽，8、支耳，9、支撑槽，10、装配杆，11、支撑杆，12、限位滑轨，13、连接滑块，14、连接槽，15、上限位环，16、下限位环，17、装配壳体。

具体实施方式

该可控变径刮管器由芯管1、外壳体2、分瓣刮刀3和控制油缸4构成，芯管1圆周上螺纹安装有外壳体2，外壳体2的一端端头外侧通过均布的支撑机构安装有多个分瓣刮刀3，分瓣刮刀3的横截面呈圆弧状，以增加工作时分瓣刮刀3与井筒内壁的接触面积，进而提高清理效率；分瓣刮刀3的底部端头呈锥形，通过分瓣刮刀3底部端头的斜面在分瓣刮刀3下井时能引导分瓣刮刀3向下运动，通过分瓣刮刀3底部端头的斜面能将杂物向井筒挤压而便于分瓣刮刀3下井，同时通过分瓣刮刀3底部端头径向上的收缩能使分瓣刮刀3进入小直径的井筒内；分瓣刮刀3的外壁上呈间隔状设置有刀头，刀头和分瓣刮刀3的侧面呈螺旋状，刀头呈螺旋状目的是使刀头的朝向与旋转方向一致，进而能在分瓣刮刀3旋转过程中通过刀头引导杂物向上运动，由此便于杂物与井筒内壁脱离，进而便于对井筒内壁清理；分瓣刮刀3的侧面呈螺旋状的目的是增大分瓣刮刀与井筒内壁的接触面积，进而在清理井筒内壁时，提高工作效率；外壳体2的另一端端头和芯管1之间对称安装有控制油缸4，控制油缸4通过连杆5与支撑机构活动连接，控制油缸4的作用是通过连杆5能推动支撑机构运动，进而在支撑机构运动过程中控制分瓣刮刀3展开或收缩，进而控制分瓣刮刀3构成的外圆直径，使分瓣刮刀3构成的外圆直径与井筒内壁一致，从而能对不同直径的井筒进行清理且不用更换刮管器，由此能大大提高工作效率，同时通过控制控制油缸4的压力，而控制控制油缸4依次通过连杆5、支撑机构传递至分瓣刮刀3的力，进而控制分瓣刮刀3与井筒内壁的相互作用力。

芯管1为两端粗中间细的变径管，芯管1的细径处设置有装配块6；装配块6上与支撑机构对应状设置有装配槽7；装配块6上方的芯管1上均布有限位滑轨12，限位滑轨12上活动套装有连接滑块13；连接滑块13的上端圆周上对称设置有支耳8，支耳8通过销轴与控制油缸4的活塞杆连接，连接滑块13的下端圆周上与连杆5对应状设置有连接槽14，连接槽14通过销轴与连杆5活动连接，连杆5呈弯折状；限位滑轨12上方的芯管1上设置有上限位环15，上限位环15与限位滑轨12固定连接，限位滑轨12下方的芯管1上螺纹安装有下限位环16，下限位环16与限位滑轨12抵靠连接；外壳体2为筒状体，外壳体2圆周上与支撑机构对应状设置有支撑槽9；支撑机构由装配杆10和支撑杆11构成，装配杆10上通过销轴并列安装有支撑杆11；装配杆10的一端端头呈y型，呈y型的装配杆10端头通过销轴与连杆5活动连接，装配杆10的另一端端头呈弯折状，呈弯折状的装配杆10端头通过固定螺栓与分瓣刮刀3固定连接；支撑杆11的端头穿过支撑槽9延伸至外壳体2内，延伸至外壳体2内的支撑杆11端头通过销轴与装配槽7活动连接；工作时，装配杆10、并列设置的支撑杆11和装配块6构成四杆机构，使装配杆10能在并列设置的支撑杆11和装配块6作用下能进行收缩或展开，且能使装配杆10在运动过程中始终保持平行，进而能保持分瓣刮刀3的方向不变，仅改变分瓣刮刀3构成的外圆的直径，使分瓣刮刀3与井筒内壁之间能有较大的接触面积；装配槽7和支撑槽9的作用是通过支撑槽9和装配槽7能对支撑机构的支撑杆11进行径向支撑，从而保证在转动过程中支撑杆11的稳定性，从而保证分瓣刮刀3工作的稳定性，且通过对支撑杆11进行支撑，使支撑杆11与芯管1连接的销轴不易损坏，进而保证支撑机构不易损坏，保证支撑机构结构的可靠性；限位滑轨12的作用是限制连接滑块13的位置，使连接滑块13只能沿着限位滑轨12运动，进而保护控制油缸4，避免控制油缸4的活塞杆弯折，同时通过对连接滑块径向上的支撑，而使连接滑块13能带动连杆5的进行转动，从而使连杆5通过装配杆10能带动分瓣刮刀3转动，同时使连杆5在运动过程中不会偏移而保证连杆5运动的稳定性，进而保证连杆5在通过装配杆10配合支撑杆11调节分瓣刮刀3构成的外圆直径时的可靠性，且保证控制油缸4对分瓣刮刀3的作用力一致；连杆5呈弯折状的目的是保证连杆5与连接槽14的接触面积，而减小在转动过程中连接滑块13对连杆5的压强，保证连杆5不易损坏而保证连杆5的可靠性；芯管1为变径管的目的是，便于下限位环16和连接滑块13的装配；上限位环15和下限位环16的作用是对连接滑块13进行限位，使连接滑块13始终与限位滑轨12连接，进而保证在转动过程中芯管1始终能带动连接滑块13转动，同时通过对连接滑块13行程的限制而限制控制油缸4的行程，避免控制油缸4损坏。

控制油缸4由缸体、顶盖、端盖和一体式活塞杆构成，缸体的一端螺纹顶盖，顶盖中部活动插装有一体式活塞杆，一体式活塞杆通过活塞与缸体滑动密封连接；缸体的另一端螺纹安装有端盖，端盖的中心设置有后油管连接口；顶盖上设置有前油管连接口，前油管连接口通过顶盖与缸体连通；通过前油管连接口和后油管接口能使控制油缸4的前端和后端分别连接油管，从而能控制控制油缸4中液压油的压力，进而控制分瓣刮刀3构成的外圆的直径及分瓣刮刀3对井筒的压力，前油管接口的作用是向活塞下方的缸体内注油而增加控制油缸4前端的压力，使活塞能带动一体式活塞杆向缸体内收缩，后油管接口的作用是向活塞上方的缸体内注油而增加控制油缸4后端的压力，使活塞能带动一体式活塞杆向缸体外伸出；控制油缸4外侧的外壳体2端头安装有装配壳体17，装配壳体17与芯管1插装连接；控制油缸4的缸体通过固定螺栓分别与外壳体2和装配壳体17连接，控制油缸4的前油管连接口和后油管连接口分别延伸至装配壳体17外侧；装配壳体17的圆周上设置有限位凸缘，限位凸缘下方的装配壳体17圆周上设置有限位卡槽，外壳体2内壁上与装配壳体17的限位凸缘对应状设置有限位卡槽，限位卡槽下方的外壳体2内壁上与装配壳体17的限位卡槽对应状设置有限位凸缘，装配壳体17通过限位凸缘和限位卡槽配合与外壳体2密封连接；装配壳体17上方和外壳体2下方的芯管1端头圆周上分别设置有外螺纹，通过芯管两端的外螺纹能连接井下工具，如螺杆钻具、涡轮钻具或钻杆，以能带动芯管1转动，进而带动分瓣刮刀3转动，使分瓣刮刀3在转动过程中能刮除井筒内壁上附着的杂物；装配壳体17配合外壳体2能保护控制油缸4，使控制油缸4不易受杂物和钻井液冲击，进而不易损坏。

该可控变径刮管器工作时，连接管柱，将该刮管器下入井筒中，在平稳下入管柱时，下管柱速度控制为20～30m/min，下到距离要求刮削井段前50m时，下放速度控制为5～10m/min，同时根据井筒直径调节控制油缸4前后端的压力，使控制油缸4后端的压力略大于前端使控制油缸4的后端和前端形成压力差，从而使控制油缸4推动分瓣刮刀3展开，使分瓣刮刀3分别与井筒内壁紧密贴合，在展开过程中对控制油缸4的后端继续加压，至与前端维持0.79mpa～1.59mpa的压差，最大不超过2.38mpa；

分瓣刮刀3展开后，向井底通入17.52mpa～20.06mpa压力的洗井液，使洗净液循环，在洗井液循环过程中通过管柱带动芯管1转动，进而使芯管1在转动过程中依次通过连接滑块13、连杆5、装配块6、支撑杆11、装配杆10带动分瓣刮刀3以芯管1为轴心转动；

分瓣刮刀3在转动过程中通过刀头刮除井筒内壁上附着的杂物，使杂物与井筒内壁脱离，与井筒内壁脱离的杂物通过循环的洗净液带出至井筒外；

保持洗净液的循环压力在17.52mpa～20.06mpa，保持分瓣刮刀3的转动，在分瓣刮刀3转动过程中通过管柱带动芯管1下行，进而带动分瓣刮刀3下行，使分瓣刮刀3以5～10m/min的速度下行，在分瓣刮刀3下行过程中对井筒内壁由上至下进行清理；在分瓣刮刀3下行过程中，观察管柱的下行压力，管柱下行压力波动异常时，即分瓣刮刀3下行阻力较大时，为达到最佳清洗效果，在该井段反复上提和下压管柱多次，以使分瓣刮刀3多次对井筒内壁进行刮削；

根据井身结构数据，在分瓣刮刀3清洗完同一直径的井筒后，下移清理小直径井筒时，根据细井筒直径，调节控制油缸4前后端的压力差使控制油缸4前端的压力大于后端的压力，使控制油缸4推动分瓣刮刀3收缩，当分瓣刮刀3收缩至井筒直径后，对控制油缸4的后端加压，使控制油缸4后端与前端维持0.79mpa～1.59mpa的压差，最大不超过2.38mpa，恢复下放速度为5～10m/min，继续清理至分瓣刮刀3对井筒内壁清理完成；井筒堵塞较为严重时，即管柱下行压力持续升高，分瓣刮刀3不能继续下行时，调节控制油缸4前端与后端的压力差在10kpa～0.1mpa，使分瓣刮刀3收缩至直径最小以减小分瓣刮刀3的下行阻力，收缩完成后使管柱下行将分瓣刮刀3插入待清理的井筒中，分瓣刮刀3下行到位后，使控制油缸4后端与前端维持0.79mpa～1.59mpa的压差，最大不超过2.38mpa，使管柱转动但不下行，对堵塞严重的井筒反复清理，使堵塞的井筒直径逐步扩大至完全清理；

清理完成后，调节控制油缸4前端与后端的压力差在10kpa～0.1mpa之间，使控制油缸4带动分瓣刮刀3收缩，使分瓣刮刀3构成的外圆直径收缩至最小，分瓣刮刀3收缩完成后将该刮管器由井筒中取出。

该可控变径刮管器通过控制油缸4配合支撑机构能精确控制刮管直径，使刮管直径与井筒的直径一致，从而能对不同直径的井筒进行清理且不用更换刮管器，由此能大大提高工作效率，同时通过控制油缸4能控制分瓣刮刀3与井筒内壁的作用力，从而能保证对井筒能清理干净且不会损坏井筒内壁；通过支撑槽9能对支撑机构进行径向支撑，从而保证在转动过程中分瓣刮刀3工作的稳定性，且保证支撑机构不易损坏，解决了现有刮管器在对多种直径的井筒清理时需多次进行更换，导致工作效率低的问题，特别适用于具有多种直径的井筒清理使用。