专利名称：新型步进式刮蜡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有杆泵抽油井井下清蜡工具，是一种机械自动式清蜡装置。
背景技术：
近年来由于油田开采的高密度、长时间，我国的部分油田逐渐由高产油田转向低产油田，不能满足产量的要求，且油稠、含蜡量高的油井占相当大的比例，而且随着油田的不断开发，原来含蜡量不高的井其含蜡也在不断升高，这些因素导致油井结蜡问题日益突出；油井的结蜡直接造成油井回压增高，产量的减少，抽油机电流升高甚至发生泵卡、泵堵事故的发生。严重结蜡造成清蜡周期大大缩短，清蜡、修井耗费时间，甚至造成个别油井停产；油井的结蜡问题一直是困扰油田高效开发的棘手难题，有杆泵油井清蜡设备的研究与 设计成为石油工业井下工具领域的迫切需求。为解决有杆泵抽油井结蜡造成的问题，油田常规清蜡措施包括热力清蜡、化学防蜡、强磁防蜡、微生物防蜡、传统机械清蜡等技术。热清蜡包括热油洗井、热水洗井、热蒸汽洗井和各种电加热方法；电加热清防蜡存在的问题费用高、能耗大、电热杆易损坏、作业难度大、成本高，难于大面积推广；热洗清蜡存在的问题易污染油层，且工作量、管理难度比较大；
化学防蜡技术可以在清蜡中不影响油井正常生产和其它作业，缺点是要根据原油性质、油井生产状况及具体的结蜡程度做到化学剂类型、浓度和最佳应用方式的优选，由于油井生产状况不是一成不变，所以在生产中难以实现；
强磁防蜡器利用磁场极化原理达到防蜡目的。缺点是磁防蜡器的结构参数与原油组成、物化性质、水淹程度、流动方向、油管压力、产量、开采运输方式等诸多因素有关，这就必然增加了选择的难度；
微生物防蜡减少热洗造成的油层损害；改善油层的润湿性，提高油藏渗透率，增加油井产量，但在油井生产过程中因部分随产液被排出.导致种数量减少，所以要周期性的补充，加注微生物菌液后，需对试验油井进行动态数据监测，调整微生物加注量和周期。此外，微生物清防蜡技术要求高，培育筛选微生物菌种难度大限制了其大力的推广和适用；
传统机械清蜡是利用刮蜡片或刮蜡勾等，在停井情况下进行井下清蜡，且需要外接动力、操作麻烦、安装要求高、清井成本高、清蜡不彻底，还容易造成井下落物事故。此外，由于不彻底的清蜡加快了油管壁上的进一步结蜡。因此，传统机械清蜡方法很难满足要求的清腊。相对其它清蜡方式，本发明克服了传统清蜡技术带来的耗能高、操作困难、清蜡不彻底、污染等多种缺点，实现了安装与拆卸容易、清蜡彻底、除蜡过程无需停井、无污染。本发明涉及多种新型机械结构的运用，这些机械结构的相互配合，保证刮蜡器本体在井内结蜡段自由动运动时，无需在抽油杆接箍处安装辅助设施就可顺利通过抽油杆接箍，且顺利刮除油管内壁和抽油杆上的硬蜡，又保证了工作时不卡杆、不脱杆、不刮伤油管内壁。此夕卜，本发明多处采用动连接，即安装方便，又保证刮蜡体刀体在直井段、非直井段均可全面刮蜡。
发明内容
本发明的目的是要提供一种操作简单、运行可靠、高效除蜡的机械装置，以满足油田采油的要求，同时解决油井结蜡问题、降低劳动强度、节约油井生产成本。为实现上述目的，本发明的总体构思是板簧抱紧抽油杆，将抽油杆的运动传递给刮蜡体，为刮蜡体在井下的运动提供动力，采用连续刀体作为清蜡部分，连续、旋转清蜡，通过筒身卡球与抽油杆的运动相配合，使得刮蜡器可在井下单向可靠运动刮蜡，通过摩擦换向齿及上、下换向节的相互配合，使刮蜡体在无外界控制的前提下可靠的换向。本发明采用的技术方案是包括上换向节、刮蜡体、下换向节。刮蜡体上下两端各有三片弹性板簧，整体上，板簧抱紧抽油杆，传递抽油杆的运动，为刮蜡体运动提供动力源；局部上，板簧上端安装有由拨片轴和板簧外侧拨片盖板定位的带齿拨片，以辅助刮蜡体顺利通过抽油杆接箍，且板簧上端有加宽段与开槽段，筒身同侧的两片相邻板簧的加宽款段 与开槽段交错配合，保证刮蜡体在过接箍段板簧被撑开时，仍有部分重合段固定抽油杆的中心位置，起扶正抽油杆的作用，防止脱杆。板簧另一侧与板簧下连接体通过沉头螺钉固定连接，板簧下连接体由压环和筒体连接体定位，轴向和周向均有预留定位间隙，使得板簧下连接为动连接，保证刮蜡体通过斜井段时，板簧带动板簧下连接体可以在定位间隙摆动。刮蜡主体为连续的刀体，刀体由筒体和板簧下连接体轴向定位，由于板簧下连接体轴向可活动，刀体也可轴向活动，通过刀体尺寸的控制，使刀体周向也留有定位间隙。刀体刃口 360 °连续，且与轴向夹角不同，配合刀体的定位，刮蜡体在刮蜡时，刀体在不同倾斜刃的切削力作用下，由于受力可旋转活动，避免刮下的硬蜡在刀刃上堆积。筒体通过筒体连接体与板簧、刀体轴向相对定位。筒体内部安装的筒内盖板开有3°斜槽，与筒体上开的通槽配合形成筒身卡球的运动槽道，控制筒身卡球的运动轨迹。安装在弹簧套杆上的复位弹簧、弹簧辅助环共同作用辅助筒身卡球运动，防止其在槽道内打滑。上滑环连接环、下滑环连接环、弹簧片挡板及由过盈配合细轴固定在滑环连接板上的摩擦换向齿共同组成刮蜡器本体的换向装置，与上、下换向节内开的凹形槽配合完成换向，换向装置处于筒体的上半部分时，由安装在筒体内部的滑环定位装置卡住上滑环连接环定位整个换向装置。本发明与现有技术相比，具有以下优势效果
1.本发明结构简单，安装入井时，仅需安装上、下换向节和本体，无需在抽油杆的接箍及其他部分添加任何辅助设备即可依靠自身结构顺利通过抽油杆接箍；
2.本发明靠自身机械结构完成所有井下结蜡端油管清蜡、刀刃清理、换向运动的同时，兼具有过载保护，防止刮蜡体因过载无法松开油管内壁时，强提抽油杆时拉断抽油杆；
3.本发明在板簧上进行了结构优选，不仅可以传递动力，还可以起到扶正器的功用，保证抽油杆始终处于三片板簧的中心，避免脱杆、卡杆；
4.本发明的换向装置与锁紧装置相对独立，筒内盖板与摩擦换向齿互不干扰，保证了主要受力部件的强度；
5.筒身卡球在V型槽道内运动时，处于上滑环连接环和弹簧套杆上的复位弹簧支撑的弹簧辅助环间。当刮蜡体上行刮蜡时，复位弹簧可随着筒身卡球的运动压缩和弹起，辅助其在V型槽道内自深槽段向浅槽段运动，防止了筒身卡球在槽道内打滑，保证了筒身卡球锁紧对刮蜡体运动的可靠控制。
图I为刮蜡体整体外部结构视 图2为板黃结构视 图3为板簧顶端局部视 图4换向装置装配示意 图5为筒体内部结构视 图6筒身卡球结构示意图； 图7刀体结构半剖图和展开示意 图中1.拨片轴，2.筒体，3.弹簧片挡板，4.筒身卡球，5.带齿拨片，6.板簧外侧拨片盖板，7.板簧，8.刀体，9.板簧下连接体，10.压环，11.筒体连接体，12.上滑环连接环，13.摩擦换向齿，14.弹簧辅助环，15.下滑环连接环，16.筒内盖板，17.滑环定位装置，
18.弹簧套杆，19.复位弹簧，20.过盈配合细轴，21.滑环连接板；
其中上滑环连接环(12)、摩擦换向齿(13)、下滑环连接环(15)、过盈配合细轴(20)、滑环连接板(21)组成刮蜡体换向装置；筒体(2 )、筒身卡球(4 )、筒内盖板(16 )、上滑环连接环(12)、弹簧辅助环(14)组成刮蜡体的锁紧装置。
具体实施例方式 新型步进式刮蜡器安装入井后，换向装置整体由于自重而处于有对称V型槽筒体下部，筒身卡球由于自重处在弹簧辅助环上，二者由复位弹簧支撑，随换向装置整体处于筒体下端。当抽油杆下行时，筒身卡球由于受到向上的摩擦力而由V型楔形槽浅端向筒身中部的深端移动，与油管内壁无接触，刮蜡体依靠板簧的机械夹持力和板簧上带齿拨片与抽油杆的摩擦力抱紧抽油杆，刮蜡体与抽油杆相对静止而整体随抽油杆向下运动，下端刀体刮油管壁上的蜡。当抽油杆上行工作时，上滑环连接环与弹簧辅助环间周向均布的三个筒身卡球，由于受到向下的摩擦力而向V型槽浅端移动，筒身卡球移动到接触滑环辅助环时还，变径部分的大径还未与油管内壁挤压，筒身卡球和弹簧辅助环一起下移挤复位压弹簧，直至筒身卡球与管内壁接触并发生挤压而产生一个足以克服板簧抱紧力的径向力，使三片板簧上端的拨片与抽油杆分离或有分离的趋势。此时，抽油杆独自上行，刮蜡体的筒身卡球与油管内壁间挤压产生的径向力使刮蜡体相对油管内壁静止。此时,刀体相对油管内壁没有轴向位移而不刮蜡，但抽油杆相对刮蜡体运动，板簧与抽油杆接触端的张开刃口刮除抽油杆上的硬蜡。遇抽油杆间的接箍时，三片板簧上端的带齿拨片都同向顺着接箍方向倾斜，撑开板簧，减小接触产生的摩擦力，而使刮蜡体整体顺利通过接箍。抽油杆的下一个冲程中，抽油杆下行时，筒身卡球在复位弹簧的弹力和相对向上的摩擦力的作用下向上运动，与油管内壁松开，刮蜡体依靠板簧机械夹持力和与抽油杆接触产生的摩擦力抱紧抽油杆，随抽油杆运动刮蜡，刮蜡体继续下行；抽油杆上行时，如上所述筒身卡球将刮蜡体锁紧在油管内壁上，下侧板簧刮出抽油杆上端硬蜡。如此往复工作，直至运动到结蜡段底部的换向节内。在换向节内，刮蜡体的换向装置上的摩擦换向齿展开与锥形凹槽的锥底相接触，由于刮蜡体的运动惯性力产生的力矩小于引起摩擦换向齿倾斜的最小力矩，整个换向装置由于摩擦换向齿无法顺着抽油杆的运动方向倾斜而被推动到筒体另一端，换向装置上行时，上滑环连接环运动到滑环定位装置的安装位置时，卡在滑环定位装置内无法继续上行，换向装置及筒身卡球被定为在筒体上侧，此后刮腊体被卡在换向节内。当抽油杆完成此冲程运动后，下一冲程反向运动时，刮蜡体随抽油杆上行运动离开换向节，此时换向装置及筒身卡球均处于筒身上半段。抽油杆上行时，筒身卡球由于受向下的摩擦力作用，向下往V型槽深端移动至接触滑环辅助环时，推动滑环辅助环一起下行压缩复位弹簧，直到复位弹簧被压缩至极限位置，全过程筒身卡球与油管内壁无挤压，刮蜡体依靠板簧抱紧抽油杆随抽油杆上行，上端刀体刮油管内壁上的硬蜡；抽油杆下行时，筒身卡球受到向上的摩擦力和复位弹簧作用给其的向上的弹力，筒身卡球在力的作用下向上运动至V型槽道的浅段，筒身卡球与油 管内壁挤压锁紧刮蜡体，刮蜡体相对油管内壁静止，上端板簧刮除抽油杆上的硬蜡，如此往复工作。
权利要求
1.一种新型井下刮蜡工具，包括上换向节、刮蜡体、下换向节；刮蜡体上下两端各有三片弹性板簧(7)，板簧(7)抱紧抽油杆，其上端安装有由拨片轴(I)和板簧外侧拨片盖板(6)定位的带齿拨片(5);板簧上端有加宽段与开槽段，筒身同侧的两片相邻板簧(7)的加宽段与开槽段交错配合；板簧(7)另一侧与板簧下连接体(9)通过沉头螺钉固定链接，板簧下连接体(9)由压环(10)和筒体连接体(11)定位，且轴向和周向均有预留定位间隙；筒体连接体(11)为阶梯状筒体结构，小外径端与压环(10)通过沉头螺钉连接，大外径端与筒体(2)内壁通过沉头螺钉连接；刮蜡主体为连续的刀体，刀体(8)由筒体(2)和板簧下连接体(9)轴向定位，板簧下连接体(9)轴向可活动使得刀体(8)也可轴向活动，通过刀体尺寸的控制，使刀体(8)周向也留有定位间隙；刀体(8)刃口 360°连续，且与轴向呈不同夹角；筒体(2)通过筒体连接体(11)与板簧(7)、刀体(8)轴向相对定位；筒体(2)内部安装的筒内盖板(16)开有3°斜槽，与筒体(2)内壁开的通槽配合形成筒身卡球⑷的运动槽道；复位弹簧(19)套装在弹簧套杆(18)上，在一定高度内自由压缩、伸长；弹簧套杆(18)安装在弹簧辅助环(14)和下滑环连接环(15)间，两端通过螺栓连接固定；上滑环连接环(12)、下滑环连接环(15)、弹簧片挡板(3)及由过盈配合细轴(20)固定在滑环连接板(21)上的摩擦换向齿(13)共同组成刮蜡体的换向装置，摩擦换向齿(13)两边对称安装两片弹簧片挡板(3)，弹簧片挡板(3)通过螺钉连接固定在滑环连接板(21)上；三个滑环定位装置(17)均布安装在筒体上半部内测。
2.根据权利要求I所述的刮蜡体机械结构，其特征在于板簧(7)整体呈一定弧度弯曲；上端部加宽、加厚，贴抽油杆面为V型槽面；上端部开槽安装有辅助过接箍的带齿拨片(5)，带齿拨片(5)双面开齿；板簧顶端呈张开圆弧，与带齿拨片(5)相互配合过接箍。
3.根据权利要求I所述的刮蜡体机械机构，其特征在于板簧下连接体(9)和刀体(8)定位时均为动连接；板簧(7)在非直井段运动时，由于变形可带动板簧下连接体(9) 一起摆动，板簧下连接体(9 )活动时，刀体(8 )也在活动间隙内可转动、浮动。
4.根据权利要求I所述的刮蜡体机械结构，其特征在于换向装置和锁紧装置相互独立；换向装置在筒体上部分时，由滑环定位装置(17)卡住上滑环连接体(12)而定位；筒身卡球(4)独立于摩擦换向齿(13)安装在筒内盖板(16)楔形槽道里，可在V型不等深度槽道内自由移动，移动到相应位置控制刮蜡体与油管的相对运动；筒身卡球(4)由复位弹簧(19)和弹簧辅助环(14)支撑；筒身卡球(4)结构一体化，且轴与锁紧变径部分相交处倒圆角；筒身卡球(4)安装在筒内盖板(16)内，当筒身卡球(4)与油管挤压产生的径向力较大，以至仅靠摩擦力无法克服时，筒内盖板(16)连接松动但不脱落，筒身卡球(4)与油管内壁分开，起到过载保护。
5.根据权利要求I所述的刮蜡器整体结构和权利要求4所述的刮蜡体机械机构，其特征在于上、下换向节内开锥形槽，刮蜡体的摩擦换向齿(13)运动到换向节内时，与锥形槽的锥底接触时，由于运动惯性力产生的力矩小于引起摩擦换向齿(13)倾斜的最小力矩，从而使得刮蜡体反向运动。
全文摘要
本发明公开的新型步进式刮蜡器是一种可靠性更强的新型井下刮蜡装置，在油井检泵或新井投入使用时安装入井，随着抽油杆运动不断刮除油管壁和抽油杆上的硬蜡。步进式刮蜡器主要包括上换向节、刮蜡体、下换向节；上、下换向节配合刮蜡体的换向装置，通过力矩大小控制换向；板簧整体及其连接体构成抱紧装置，主要传递抽油杆的运动，为刮蜡器本体运动提供动力，同时可以清除抽油杆上的硬蜡。刀体及其固定装置组成刮蜡部分，清除油管内壁上的硬蜡。筒身卡球由筒内盖板和筒体固定在二者形成的V型槽道内，组成锁紧装置，主要控制刮蜡体相对油管内壁的运动。刀体、板簧与筒身的动连接使刮蜡体在通过斜井段时可以摆动，对抽油杆有扶正作用，避免了脱杆事故，且刀体可360°刮蜡。整个装置结构简单，安装方便，工作可靠。
文档编号E21B37/02GK102913194SQ20121049453
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者张彦廷, 邓荣, 王雪婷, 盖永革 申请人:中国石油大学(华东)