一种投入式钻杆通径规及其使用方法与流程

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种投入式钻杆通径规及其使用方法。

背景技术：

现有的钻杆通径规不能很好地适应常规变径钻杆的内径，现有通径规首先要保证其最大外径必须要小于单根变径钻杆两端丝扣处的水眼内径，然后进入具有更大内径的钻杆内腔，由于该内腔内径比现有常规通径规外径大很多，钻杆内腔壁面若有不同程度的泥饼残留，只要现有的通径规能够顺利通过，则无法有效检测出该残留泥饼，而存在残留泥饼的钻杆入井后将会存在潜在的泥饼脱落，堵塞钻杆水眼的风险，同时也极大增加了阻挡投球、胶塞的可能。

现有技术中，专利cn201420022889.9涉及到的通径规是在起钻时候投入井下的钻杆内，完成对钻杆的通径作业，该结构类似于胶塞。专利cn201610193876.1涉及到的通径规是属于井内应用，整体结构是螺旋棱结构，利用地面泵加压解卡。专利cn201520471876.4涉及到的通径规涉及到的变径部分为扇环形变径块，当遇阻时需要上提中心杆使扇环形变径块向内缩回。专利us20090173495a1涉及到的通径规属于油管通径规，主要是检测井下管柱是连接还是分离开，并通过投入下落部分与井下管柱本体回合并拉出井筒的作用。这些专利都无法很好的适应常规变径钻杆的内径，也无法检测单根变径钻杆内腔较大内径段的壁面泥饼的残留情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种投入式钻杆通径规及其使用方法，不仅具有现有常规的投入式钻杆通径规的作用，还能够检测单根变径钻杆内腔较大内径段的壁面泥饼的残留情况，且使用方便、结构简单、成本低廉。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种投入式钻杆通径规，包括同轴线设置的杆身、滑套、引导头、支撑结构；

所述引导头的上端与杆身的下端连接；

所述滑套安装在所述杆身上，并能够沿杆身上下滑动；

在所述杆身上设有杆身限位孔；在所述滑套上设有滑套限位孔；

所述支撑结构的一端与滑套的下端连接，另一端与引导头上端的端面连接；

当滑套沿杆身向下滑动时，所述支撑结构撑开，当滑套沿杆身向上滑动时，所述支撑结构合拢。

在所述杆身的上中部设置有至少一个杆身限位孔，所有杆身限位孔沿与杆身轴线平行的直线排列；

在所述滑套的最上端开有一个滑套限位孔；

当所述滑套限位孔与杆身上的一个杆身限位孔对齐时，插入锁死销钉能够固定滑套和杆身的相对位置。

所述支撑结构包括支撑肋和支撑片；

所述滑套的下端通过铰链与支撑肋的上端连接；

所述支撑肋的下部位于支撑片与杆身之间，且支撑肋的下端通过铰链与支撑片的内壁中部连接；

所述支撑片的下端通过铰链与引导头的上端的端面连接。

所述支撑肋和支撑片的数量相等，且至少为3个，支撑肋、支撑片均在圆周上均布，且一一对应；

所述支撑片、支撑肋均为刚性条状结构；

所述支撑片的宽度大于支撑肋的宽度；

所有支撑片收拢时为复位状态，此时所述投入式钻杆通径规的外径达到最小外径，该最小外径不大于引导头上端端面的外径。

所述投入式钻杆通径规包括内部联动机构，所述内部联动机构包括触碰杆、传动杆和退位销；

在所述引导头内开有与其同轴线的引导头中心通孔；

在所述杆身内开有与其同轴线的杆中心盲孔，所述杆中心盲孔的盲端位于所述杆身的上部，开口端与所述杆身的下端面位于同一个平面内；

所述传动杆的上端位于所述杆中心盲孔内，下端穿出杆身的下端面后位于所述引导头中心通孔内；

所述触碰杆的上端始终位于所述引导头中心通孔内，且与传动杆的下端固定刚性连接；所述触碰杆的下端从引导头中心通孔穿出后位于引导头的下方；

在所述传动杆上设有至少一个与其轴线垂直的退位销，退位销与杆身限位孔一一对应，每个退位销位于一个杆身限位孔内。

在所述中心盲孔的盲端设置有弹簧，弹簧的上端顶住盲端的端面，下端与传动杆的上端接触；

所述弹簧始终处于压缩状态，其始终顶住传动杆，传动杆始终顶住触碰杆；

在触碰杆未受撞击时，每个退位销均被传动杆推靠到其对应的杆身限位孔的下侧；

所述触碰杆带动传动杆能够上下移动，移动的距离为回缩行程l2；

每个杆身限位孔的孔径均一致，杆身限位孔的孔径＝所述回缩行程l2；

所述滑套限位孔的孔径＝所述回缩行程l2；

所述锁死销钉的底部呈斜面，当触碰杆回缩带动传动杆上行，传动杆带动所有退位销从其对应的杆身限位孔的下侧向上侧移动时，退位销沿锁死销钉底部的斜面将锁死销钉从杆身限位孔、滑套限位孔顶出。

所述触碰杆位于引导头中心通孔内的部分为一个带锥度的圆台，所述圆台的直径从上至下依次减小；

所述引导头中心通孔的上段为圆柱孔，下段为锥度孔，所述锥度孔的直径从上至下依次减小；

所述锥度孔的锥度与所述圆台的锥度相同，所述锥度孔的最小直径与圆台的最小直径相同；

在触碰杆未受撞击时，所述圆台的下端面与引导头的下端面位于同一平面内。

在所述杆身中心盲孔内、引导头中心通孔的圆柱孔段均设有支撑块；

所述杆身为等径杆；

所述引导头带有锥度，其外径从上至下依次减小，其上端端面的外径大于所述杆身的外径；

所述引导头与杆身通过固定螺丝连接；

所述杆身和引导头均为实心结构；

所述支撑片的最外端为带有弧度的弧形边沿。

所述装置的使用方法包括：

将钻杆竖直或与水平面呈大角度倾斜放置，保证所述投入式钻杆通径规在钻杆的内部能够自由下落；

将所述投入式钻杆通径规保持复位状态，将引导头塞入钻杆高端的水眼内；

将杆身缓慢下放直至最下端的杆身限位孔到达钻杆高端的水眼外的位置，此时杆身的支撑片位于钻杆内腔的扩径段中；

保持杆身不动，向下滑动滑套，滑套在向下移动的同时推动支撑肋向下，支撑肋将支撑片撑开，此时所有支撑片以杆身的轴线为中心径向辐射撑开，所述投入式钻杆通径规的外径扩大为支撑片打开后形成的圆面的直径；

当所述投入式钻杆通径规的外径扩大到钻杆的扩径段内径的90％时，将滑套限位孔和与其最近的杆身限位孔对齐，插入锁死销钉将滑套锁死，然后将整个装置丢入钻杆内；

判断所述投入式钻杆通径规是否下落到钻杆低端的出口处，如果是，则钻杆达到通径要求，取出所述投入式钻杆通径规；如果否，则钻杆没有达到通径要求，将该根钻杆的内壁面清除干净后方可入井。

所述取出所述投入式钻杆通径规的操作包括：

当所述投入式钻杆通径规在钻杆内下落至钻杆低端的出口处，此时触碰杆触碰到底部限位或触碰到与钻杆低端接触的地面，触碰杆受撞击回缩；

回缩的触碰杆推动传动杆移动回缩行程l2，传动杆上的退位销上移回缩行程l2将锁死销钉顶出，解除滑套的限位，滑套恢复上下自由滑动状态；

握住引导头将所述投入式钻杆通径规从钻杆内抽出。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)该装置能够很好地解决现有通径规无法检测钻杆内腔扩径段壁面粘附一定厚度泥饼的缺陷，最大限度保证钻杆内腔干净、畅通，减少入井遇堵风险；

(2)该装置采用模块化设计和组装，各部件尺寸灵活设计，灵活组合，能最大限度满足现场不同规格钻杆尺寸需要，实现通径目的；

(3)该装置使用方法简单，可靠性高；

(4)该装置易于加工，成本低廉。

附图说明

图1为本发明装置的复位示意图

图2为本发明装置撑开一个小角度的示意图

图3为本发明装置撑开一个大角度的示意图

图4-1为本发明装置具有四个刚性支撑片的俯视图

图4-2为本发明装置具有三个刚性支撑片的俯视图

图4-3为本发明装置具有八个刚性支撑片的的俯视图

图5-1为本发明装置的内部结构示意图

图5-2为图5-1中的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明是一种使用方便、结构简单、成本低廉的新型投入式钻杆通径规，该通径规不仅具有现有常规的投入式钻杆通径规的作用，还能够检测单根的变径钻杆内腔较大内径段壁面泥饼的残留情况。

如图1所示，本发明装置整体上包括两部分：不动部分和可动部分，图1中的上端对应装置的后端，下端对应装置的前端。

其中，不动部分主要包括带锥度的引导头11和与之通过固定螺丝10牢固连接的杆身1，这样是为了尽可能的模块化组装与加工方便。引导头11带有锥度，越靠前端外径越小，利于引导整个装置通过钻杆内腔，同时也利于通过单根钻杆另外一端的由于接头丝扣变径的带锥度段。引导头11的后端与一段等径杆身1相连，且引导头11的后端外径大于等径杆身1的外径，这样的设计是为了在初始复位时，刚性支撑片7及刚性支撑肋6收拢后紧贴杆身1的外侧，使得引导头11的后端的外径仍大于或等于收拢后的外径。杆身1的中后部设置有一排的若干个杆身限位孔3，可用锁死销钉2插入锁死。整个杆身1和引导头11为实心结构，这样有加重下落的效果。

可动部分主要包括滑套4，触碰杆12、支撑结构以及连接处的若干铰链及内部联动机构(内部联动机构如图5-1和图5-2所示)。所述支撑结构包括刚性支撑片7、刚性支撑肋6、滑套4，所述滑套4套在杆身1上可以上下滑动。

图2、图3分别为该装置撑开一个小角度和一个大角度的示意图。滑套4的最上端开有一个滑套限位孔，与杆身的某一个杆身限位孔3对应后，再插入锁死销钉2，即可锁死固定滑套4和杆身1的相对位置，锁死销钉2通过滑套限位孔后锁死在不同的杆身限位孔3上，就把滑套4固定在杆身1的不同位置处。当销钉通过滑套限位孔后锁死在杆身偏上部的杆身限位孔时，滑套联动刚性支撑肋6将刚性支撑片7撑开一个相对较小的角度，如图2所示，当锁死销钉2通过滑套限位孔后锁死在杆身偏下部的杆身限位孔3时，滑套联动刚性支撑肋6将刚性支撑片7撑开一个相对较大的角度，如图3所示。

为了能使该装置在钻杆内腔中平衡下落，刚性支撑肋6和刚性支撑片7的设计个数，根据钻杆内径大小及支撑片宽度，可以至少为3个至若干个，且在圆周上均布，以实现受力平衡。图4-1到图4-3分别为4个、3个和8个支撑片。无论支撑片的个数是多少，都要保证复位后紧贴杆身1，且要保证收拢后最大外径不大于引导头11的后端外径。支撑片7的最外端为带有一定弧度的弧形边沿13，这样更利于贴合钻杆内壁面。

滑套4的下端带有铰链5，铰接5连接刚性支撑肋6的一端，同时刚性支撑肋6的另一端通过铰链8连接条状刚性支撑片7，该铰链8的位置设计在刚性支撑片7的中部以保证受力均匀，刚性支撑片7较刚性支撑肋6宽，但其宽度要保证收拢后最大外径不大于引导头11的后端外径。支撑片7的中部与支撑肋6铰接，下部与引导头11的后端面通过铰链9铰接。引导头11的前端中心处伸出一段长度的触碰杆12，该触碰杆12在跟随整个装置下落的过程中碰到某种底部限位(例如碰到地面或人为顶回操作)后能够产生一个相对整个装置的回缩行程l2(如图5-1所示。)，该行程触动杆身1的内部机关顶出锁死销钉2，滑套4的限位解除，处于自由上下滑动状态，此时若外部水眼孔径变小，例如经过单根钻杆另一侧的丝扣变径处的水眼处，水眼内壁束缚着刚性支撑片7有一定的收拢，整个装置最大外径适应水眼孔径变化，便于从单根钻杆底部水眼取出。

杆身1上的最上端的杆身限位孔3也是复位孔，销钉2通过滑套限位孔插入该孔后，整个支撑片7紧贴杆身1收拢回来，保持整个装置外径最小状态，此时该最小外径即为引导头的最大外径。引导头11的最大外径规格与现有常规的钻杆通径规最大外径规格一致。

图5-1和图5-2为该装置的内部结构示意图，在所述杆身1内开有与其同轴线的中心盲孔，所述中心盲孔的盲端位于所述杆身的上部，开口端与所述杆身的下端面位于同一个平面内，在所述引导头内开有与其同轴线的中心通孔。在所述中心盲孔内安装有弹簧和传动杆，所述弹簧位于中心盲孔的盲端，其上端顶住盲端端面，下端与传动杆15接触(弹簧与传动杆可固定连接也可不固定连接，只要接触即可。)，传动杆15前端(即下端)在引导头11内部固定连接所述触碰杆12，所述触碰杆12的后部位于引导头11的内部，为一个带锥度的圆台结构，圆台直径上大下小，所述引导头的中心通孔的下段为锥度孔，所述锥度孔的直径从上至下依次减小，所述锥度孔的锥度与所述圆台的锥度一致，所述锥度孔的最小直径与圆台的最小直径相同，保证触碰杆的圆台端在锥度孔的内部能够上下活动，且触碰杆的圆台端下移被锥度孔卡住的最下端位置为圆台的最小直径处，该最小直径处与引导头的下端面位于同一个平面内，这样实现了触碰杆12在引导头11的内腔里能够上下运动，但是却掉不出来的效果。另外，为了让传动杆居中，在杆身1的内部布置有若干支撑块16。

在所述传动杆上设有多个与其垂直的退位销，退位销与杆身限位孔一一对应，每个退位销位于一个杆身限位孔内。每个杆身限位孔的孔径均一致，退位销的行程就是杆身限位孔的直径，杆身限位孔的直径＝回缩行程l2。当触碰杆12未碰到底部限位的时候，即一直在钻杆内下落运动时，弹簧17处于压缩状态，弹簧17一直顶着传动杆15的后端，传动杆15一直顶着触碰杆12，传动杆15上的所有退位销被向下推靠到其对应的杆身限位孔的下侧。所述锁死销钉2的底部设有斜面18，锁死销钉2插入滑套4和杆身1的限位孔后就能够将滑套4锁死在杆身1的某个位置，当触碰杆受撞击回缩后，带动传动杆上行，传动杆带动所有退位销快速移动到其对应的杆身限位孔的上侧，同时由于撞击动能很大，在退位销快速移动到限位孔的上侧过程中，退位销与锁死销钉底面斜面18碰撞，将该锁死销钉顶出。

不同尺寸规格的钻杆的锥度段和扩径段内径和长度尺寸都不一样，所以本装置模块化组装，根据不同的钻杆，组装不同尺寸的引导头和杆身，以确保：(1)整个装置在收拢时复位状态的最大外径不大于单根钻杆入口水眼内直径的90％，(2)整个装置塞入钻杆水眼内时，整个装置从引导头前端的触碰杆到收拢的刚性支撑片最末端这一段已通过该侧钻杆的带锥度段，正位于钻杆内腔扩径段起始位置。故整个装置的各部件都可以做成不同尺寸规格，使用时组装成需要的尺寸即可。

本装置的具体使用过程如下：

使用时，先把钻杆竖直或呈较大角度倾斜放置，能够保证本装置在内部能够自由下落。本通径规先保持复位状态，然后将带引导头的前端塞入竖起的单根钻杆高端的水眼内，手拿杆身缓慢下放直至装置一排限位孔还留在钻杆水眼外的位置，此时整个装置从引导头前端的触碰杆到收拢的刚性支撑片最末端这一段已通过该侧钻杆的带锥度段，正位于钻杆内腔扩径段起始位置。此刻抓牢杆身，向下滑动滑套，滑套在向下移动的同时推动刚性支撑肋向下，支撑肋又通过铰接，撑开刚性支撑片一个角度，此时所有刚性支撑片打开后以杆身为中心径向辐射撑开，整个装置的外径由此扩大为支撑片打开后形成的圆面的直径。当滑套滑动至杆身合适的限位孔位置后(滑套向下滑动的行程越长，支撑片打开的角度越大，整个装置的外径越大，但该外径不大于钻杆扩径段内径的90％，以此来确定滑套下滑的位置，选择与该位置最接近的限位孔)，插入锁死销钉，锁死滑套，将整个装置丢入钻杆内。滑套锁死在杆身越靠下的限位孔位置，滑套相对杆身位置越向下，从而支撑片打开角度越大，形成的圆面直径越大，整个通径规能通过的内管径越大，现场根据不同规格的钻杆内径，可以灵活调整滑套锁死在不同的限位孔，从而达到不同的通过内管径能力。

若钻杆内腔壁面较干净，无泥饼附着或泥饼很少不影响整个装置下落，则整个装置畅通下落，落至钻杆的另一端出口水眼处，此时引导头和触碰杆钻出底部水眼，并且触碰杆先碰到底部限位例如地面时，由于惯性触碰杆会冲击地面，受到地面的反作用力，该反作用力推动触碰杆回缩一个行程l2，触碰杆推动与之连接的内部传动杆，传动杆压缩后端弹簧后也会相应回缩行程l2，带动传动杆上的退位销也向上移动相应行程l2，刚好使退位销从限位孔的下侧移动到上侧，即限位孔径l1＝回缩行程l2，退位销就会划过锁死销钉的斜面，通过斜面使锁死销钉受力转向，即受到一个与回缩行程垂直的从锁死销钉的底部向顶部的拔出力，将锁死销钉顶出杆身和滑套的限位孔，从而解除滑套限位，恢复它的自由上下运动状态，此时人为从钻杆底部握住引导头抽出本通径规时，刚性支撑片经过钻杆下部的接头丝扣变径的带锥度段和下部水眼，受到钻杆底部丝扣带锥度段和水眼的束缚，支撑片随缩径段回收，推动滑套上移，整个装置便能很顺利从钻杆中取出。本装置在钻出钻杆的同时刚性支撑片碰到钻杆内壁回收起来，可以实现整个装置的顺利取出，这也表明该根钻杆内部水眼通畅，内腔壁面无明显泥饼等阻碍物存在，达到入井要求。

若是钻杆内管径壁面存在硬的一定厚度的泥饼，本通径规将在此位置遇阻不能下落到钻杆下部出口处或者卡在钻杆中间的某一位置，，从而证明此根钻杆未达到通径要求，不能入井，便需要将该根钻杆移开做后续处理，将内壁面清除干净后方可入井。本发明的实施例如下：

实例1

将该装置丢入竖直或倾斜的钻杆内，该装置在重力作用下下落，若是下落过程中遇阻，未能到达钻杆底部出口处，则说明该钻杆不符合入井要求，需要从工作区域移到非工作区域，做后续处理，将内壁面清除干净后方可入井。

实例2

将该装置丢入竖直或倾斜的钻杆内，该装置在重力作用下下落，若是下落过程中未遇阻，则整个装置顺利下到钻杆底部出口处，且触碰杆碰到地面，滑套限位解除，支撑片固定解除，沿钻杆内径支撑片逐渐聚拢，整个装置能从钻杆下部水眼顺利取出，表明该根钻杆内径通常，符合下井要求，可以入井。

本发明进入钻杆高端侧水眼后，通过锁死销钉固定滑套和杆身的相对位置，从而设置刚性支撑片撑开一个合适的角度紧贴钻杆内腔扩径段壁面下落，进行通径作业，若通径顺利，则在到达钻杆低端侧水眼后触碰杆碰到限位地面，解除滑套限位，便可收拢支撑片取出本装置，说明该根钻杆内腔通畅，符合入井要求。若通径不顺利，则该装置在钻杆内腔某处遇阻，无法从钻杆低端侧水眼取出，说明该根钻杆内腔遇阻处附着泥饼等异物，需要后续处理干净方可入井，最大限度减小钻杆在井下进行相关作业的遇堵风险。

本装置对装置各部分的尺寸不作具体要求，仅提供装置的思路，采用模块化设计思路，各关键部件灵活可更换，各部件具体尺寸根据钻柱水眼大小，内腔扩径大小，带锥度段形状灵活设计，随意搭配组装，满足现场钻杆的各类情况。

该装置独创的设计结构，能够准确检测变径钻杆内腔壁面的泥饼残留，避免水眼堵塞以及投球、胶塞等遇阻，使用方便可靠，减少井下事故风险。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。