一种井壁除泥装置的制作方法

本实用新型涉及石油钻井领域的一种管壁和井壁除泥装置，尤其是一种井壁除泥装置。

背景技术：

固井过程中，泥饼介质和杂质阻挡了水泥浆无法与套管外壁和井壁充分接触，导致第一、二界面胶结质量差。固井质量不好将导致地层间发生水、气、液的窜槽，地层压力的混乱，最终使油井产能降低，影响临井甚至整个区块的产量。目前的方式主要是使用前置液或者循环调整泥浆性能，对清理泥饼的效果不好。目前尚无针对固井时的泥饼进行刮除施工的机械设备和装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种井壁除泥装置。该装置在循环泥浆、注入水泥浆和顶替过程中，以在套管与井壁之间的环空上返的流体为动力，在套管上实现自动换向，上下往复运动，对井壁和套管外壁反复刮擦清理，清除泥饼，使水泥浆与套管壁、井壁充分接触，解决了泥饼介质对固井质量的负面影响，有利于提高第一、二界面胶结质量和水泥环自身强度。

为了解决以上技术问题，本实用新型是通过采用以下技术方案方式实现的：

一种井壁除泥装置，主要由本体、外环和换向机构、行走机构组成；所述本体呈中空的筒体结构，筒体内壁轴向均布有个或个以上的轴向孔，对应每个轴向孔外侧的本体内设置有径向孔，轴向孔和径向孔均为通孔结构；所述外环套装在本体外部，外环内壁设有内齿并与本体构成旋转配合，外环上延伸出刮泥板，刮泥板呈涡扇叶片状；所述行走机构安装在本体的径向孔内，行走机构为二位摆动机构，包括横轮、竖轮、摆臂、下行轮和上行轮；其中，横轮具有两层外齿，横轮通过垂直转轴连接在本体径向孔内，竖轮具有锥形齿和皮带轮的组合结构，竖轮通过水平向心轴连接在本体径向孔内，横轮外层外齿与外环内齿构成齿轮旋转传动配合，横轮内层外齿与竖轮上的锥形齿构成直角齿轮传动配合，下行轮和上行轮分别通过上、下轮轴连接在摆臂的上、下两端，竖轮的皮带轮通过传动带A、传动带B分别与下行轮的上轮轴和上行轮的下轮轴构成联动配合，摆臂通过中轴旋转连接在本体的径向孔内，下行轮和上行轮相对摆臂的摆动轴心对称，竖轮与下行轮构成同向传动带联动配合，竖轮与上行轮构成反向传动带联动配合；所述换向机构包括贯穿于本体轴向孔的换向杆和固定在换向杆中段的上平台和下平台，换向杆与本体的轴向孔构成轴向滑动配合，上平台和下平台间隔装在本体的径向孔内，分别位于下行轮上方和下方，且分布在摆臂的摆动中轴两侧；行走机构的下行轮和上行轮与换向机构的上平台和下平台构成间隔摩擦滚动配合，在摆臂二位摆动时，下行轮和上行轮交替伸出本体内圆。

上述方案进一步包括：

顶端铰接在下平台下方的限位杆，限位杆具有弹性，下端朝下轮轴翘起，限位杆沿轴向孔向下伸出，并与上行轮的下轮轴构成间隔限位配合。

所述限位杆和下平台之间设有弹簧，限位杆的底端设有与下平台卡接的锯齿。

在摆臂与中轴之间设有扭簧扭簧。

所述传动带B呈字形安装，传动方向与传动带A相反。

在所述径向孔的内壁上还固定有限位块A和限位块B，限位块A和限位块B相对中轴镜像对称布置，并与摆臂形成限位配合。

外环上的刮泥板为沿圆周均匀分布的多组，分组分为径向向外伸出的外刮泥板和径向向内伸出的内刮泥板。

所述上平台和下平台的相对面设有密齿状摩擦层，对应的上行轮和下行轮表面也有密齿状摩擦层。

在本体与外环之间设有轴承。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）井壁除泥装置上行和下行都有驱动轮；（2）利用循环流体为动力，在井下自动运行；（3）上下往复运动，自动换向，反复对套管外壁和井壁清理；（4）井壁也可以是外层套管内壁，本实用新型可用于两层套管间的清理。

附图说明

图1为一种井壁除泥装置的俯视图。

图2为图1沿A-A截面剖视图。

图3为图2沿B-B截面剖视图。

图4为图3沿C-C截面的剖视图。

图5为一种井壁除泥装置的行走机构部分结构主视图。

图6为一种井壁除泥装置的行走机构部分结构右视图。

图7为井壁除泥装置向上运动时的状态图。

图8为井壁除泥装置在到达上方接箍时的状态图。

图9为井壁除泥装置在上方接箍处换向的状态图。

图10为井壁除泥装置在下方接箍处换向的状态图。

图11为井壁除泥装置的换向机构的主视图。

图12为井壁除泥装置的换向机构的右视图

图13为井壁除泥装置的换向机构的立体侧视图。

图中标记：1、本体，2、外刮泥板，3、轴向孔，4、轴承，5、外环，6、换向杆，7、下行轮，8、摆臂，9、限位块A，10、限位块B，11、中轴，12、内刮泥板，13、心轴，14、套管，15、下平台，16、凸台，17、上平台，18、扭簧，19、传动带A，20、竖轮，21、传动带B，22、横轮，23、上行轮，24、下轮轴，25、限位杆，26、径向孔，27、接箍，28、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型的一种井壁除泥装置是一种以环空流体的推动力为动力，能够在管件外侧的环空内沿管件自行往复行走，并且对管件外壁和井壁进行旋转刮擦清理的装置。井壁除泥装置的上行和下行都有驱动轮，上下往复运动，自动换向，反复对套管外壁和井壁清理。

参照附图1，一种井壁除泥装置，主要由本体1、外环5和换向机构、行走机构组成。

参照附图2，所述本体1呈中空的筒体结构，筒体内壁轴向均布有2个或4个轴向孔3，对应每个轴向孔3外侧的本体1内设置有径向孔26，轴向孔3和径向孔26均为通孔结构。

参照附图1-4，所述外环5套装在本体外部，外环5内壁设有内齿并与本体1构成旋转配合，外环5上延伸出刮泥板，刮泥板呈涡扇叶片状。

参照附图3-6，所述行走机构安装在本体1的径向孔26内，行走机构为二位摆动机构，包括横轮22、竖轮20、摆臂8、下行轮7和上行轮23。其中，横轮22具有两层外齿，横轮22通过垂直转轴连接在本体1径向孔26内。竖轮20具有锥形齿和皮带轮的组合结构，竖轮20通过水平向心轴13连接在本体1径向孔26内。横轮22外层外齿与外环5内齿构成齿轮旋转传动配合，横轮22内层外齿与竖轮20上的锥形齿构成直角齿轮传动配合。下行轮7和上行轮23分别通过上、下轮轴连接在摆臂8的上、下两端，竖轮20的皮带轮通过传动带A19、传动带B21分别与下行轮7的上轮轴和上行轮23的下轮轴24构成联动配合。摆臂8通过中轴11旋转连接在本体1的径向孔26内。下行轮7和上行轮23相对摆臂8的摆动轴心对称，竖轮20与下行轮7构成同向传动带联动配合，竖轮20与上行轮23构成反向传动带联动配合。

参照附图11-13，所述换向机构包括贯穿于本体轴向孔3的换向杆6和固定在换向杆6中段的上平台17和下平台15，换向杆6与本体1的轴向孔3构成轴向滑动配合，上平台17和下平台15间隔装在本体1的径向孔26内，分别位于下行轮7上方和下方，且分布在摆臂8的摆动中轴两侧。

行走机构的下行轮7和上行轮23与换向机构的上平台17和下平台15构成间隔摩擦滚动配合，在摆臂8二位摆动时，下行轮7和上行轮23交替伸出本体1内圆。

基于上述实施例：

进一步的，参照附图7-10和12，还包括顶端铰接在下平台15下方的限位杆25，限位杆25具有弹性，下端朝下轮轴24翘起，限位杆25沿轴向孔3向下伸出，并与上行轮23的下轮轴24构成间隔限位配合。

进一步的，所述限位杆25和下平台15之间设有弹簧28，限位杆25的底端设有与下平台15卡接的锯齿。

进一步的，参照附图6，在摆臂8与中轴11之间设有扭簧扭簧18和凸台16。所述传动带B21呈8字形安装，传动方向与传动带A19相反。

参照附图7，在所述径向孔26的内壁上还固定有限位块A9和限位块B10，限位块A9和限位块B10相对中轴11镜像对称布置，并与摆臂8形成限位配合。

参照附图2，外环5上的刮泥板为沿圆周均匀分布的2-8组（本实施例优选4组），分组分为径向向外伸出的外刮泥板2和径向向内伸出的内刮泥板12。

更进一步的，所述上平台17和下平台15的相对面设有密齿状摩擦层，对应的上行轮23和下行轮7表面也有密齿状摩擦层。

典型实施例

对照附图1-13，井壁除泥装置主要包括本体1、外环5、行走机构和换向机构（换向杆6）。外环5通过轴承4与本体1相连并构成旋转配合，外环5通过横轮22与行走机构构成齿轮传动，行走机构与本体1构成二位摆动配合，行走机构同时与换向杆6构成摩擦滚动配合，换向杆6与本体1构成轴向滑动配合。

本体1为圆环状，开设有轴向孔3和径向孔26，轴向孔3和径向孔26为通孔。外环5具有内齿，横轮22具有两层外齿，外环5与横轮22构成齿轮传动。外环5径向设有向外伸出的外刮泥板2和向内伸出的内刮泥板12，外刮泥板2和内刮泥板12呈涡扇叶片状，在流体经过时可以带动外环5转动。外环5上的刮泥板为沿圆周均匀分布的四个，径向孔26、轴向孔3、行走机构和换向杆6均为沿圆周均匀分布的四个。

行走机构装在径向孔26内，参照附图5和6，行走机构包括横轮22、竖轮20、摆臂8、下行轮7、上行轮23、中轴11、心轴13、传动带A19和传动带B21。横轮22与竖轮20上的锥形齿构成直角齿轮传动，横轮22通过心轴13固定在本体1上，横轮22与心轴13构成旋转配合。竖轮20 上装有传动带A19和传动带B21，竖轮20 通过传动带A19带动下行轮7转动，竖轮20通过传动带B21带动上行轮23转动。传动带B21呈8字形安装，传动方向与传动带A19相反，上行轮23的转动轴为下轮轴24。下行轮7在上行轮23上方，下行轮7和上行轮23分别与摆臂8构成旋转配合。中轴11固定在本体1上，摆臂8中部与中轴11连接，中轴11 下方设有凸台16，扭簧18一端固定在凸台16上，另一端固定在摆臂8上方。参照附图2，在径向孔26的内壁上还固定有限位块A9和限位块B10，限位块A9和限位块B10相对中轴11镜像对置，限定摆臂8在一定角度内摆动。摆臂8在限位块的位置扭簧18伸长量最短，摆臂8的摆动属于二位限定状态。而且在限位块A9和限位块B10的位置时，下行轮7和上行轮23交替伸出本体1内圆，并受扭簧18作用压在套管14外壁上。

参照图7至13，换向杆6装在径向孔26内，换向杆6为杆状，换向杆6的上下两端分别穿过轴向孔3并伸出本体1的上下表面。换向杆6的中部设有上平台17和下平台15，上平台17和下平台15上下间隔一定距离，分别位于下行轮7上方和下方，且分布在中轴11两侧。

在下平台15下方设有钟摆结构的限位杆25，限位杆25顶端连接在下平台15下方，并由轴向孔3向下伸出。限位杆25和下平台15之间有弹簧28，受弹簧28的作用，限位杆25的下端朝下轮轴24微微翘起，限位杆25的底端为锯齿状。上平台17和下平台15相对的一面设有摩擦阻力大的附着层。

参照图7，摆臂8处于限位块B10的位置，上行轮23压在套管14外壁上。环空流体流经刮泥板时，带动外环5转动，并经横轮22带动竖轮20转动，传动带B21带动下轮轴24和上行轮23逆时针转动，使本体1沿套管14上行。

参照附图8，换向杆6顶端到达接箍27处，本体1继续上行，下行轮7触及上方的上平台17。由于传动带A19和传动带B的绕法相反，下行轮7与上行轮23的转向相反，下行轮7在上平台17上顺时针滚动，向套管14运动，并带动摆臂8摆向限位块A9。

参照附图9，当摆臂8越过中轴线时，下行轮7脱离上平台17并压在套管14上，上行轮23脱离套管14，本体1在下行轮7带动下向下运动。

参照附图10，换向杆6底端到达下方接箍，本体1继续下行，限位杆25随换向杆6上行，下行轮7触及下方的下平台15时，限位杆25底端卡在径向孔26底部，将换向杆6限位。下行轮7沿下平台15滚动并脱离套管14，使摆臂8换向至限位块B10的位置，上行轮23压在套管14上，同时下轮轴24向套管14方向压迫限位杆25，使限位杆25底部解卡，解除对换向杆6的限位。

限位杆25的作用是使下行轮7在下平台15上滚动时保持一定的压力和摩擦力。在附图10位置，下行轮7开始沿下平台15上向外滚动时，由于刚刚脱离套管14，摆臂8还未摆过中轴线，本体1受环空上返的流体推动会向上运动，使得下行轮7在此瞬间向上脱离下平台，失去了对下平台15的压力，就失去了摩擦力，导致下行轮7无法走完下平台15，摆臂8无法完成换向，将换向和上行动力转换到上行轮23。

本发明的使用方法简便易实施，只须在向井眼里下入套管的过程中，在套管上套入本发明的装置，该装置在相邻的接箍之间的套管单根上自动上下往复运动，并且伴随着刮泥板的旋转，对井壁和套管外壁进行刮擦。为减少环空上返泥浆的阻力，该装置可以选择性的在重要井段的套管上使用。在下完套管后，需要循环几周泥浆，调整好泥浆性能再注入水泥浆，这段循环时间内该装置工作，清除井壁和套管外壁上的泥饼。在调整泥浆性能完毕，注入水泥浆和顶替的过程中，水泥浆的上返同样使得该装置工作，随着泥饼的刮除，水泥浆分别和套管外壁和井壁充分接触，成为提高第一、二界面的保障。同时，刮泥板的运动也对水泥浆产生一定的搅拌作用，使水泥浆在环空的分布更趋于均匀，填补孔隙，提高密实程度，有效提高水泥石的胶结质量。