一种非旋转可解卡多功能刮壁器的制作方法

1.本发明涉及油井井筒清理技术领域，尤其涉及一种非旋转可解卡多功能刮壁器。


背景技术：

2.油井是为开采石油，按油田开发规划的布井系统所钻的孔眼，石油由井底上升到井口的通道，在通道内下入油管，用适宜的诱流方法，将石油由油井井底上升到井口。而在抽取井下原油前需要对井筒内在钻井时产生的残留物(包括结垢、铁锈、残留泥浆和其他颗粒物)进行刮除清理，以便减少对后期井筒内下放的井下工具作业时的干扰及阻碍问题，提高井筒内正常作业的洁净度，降低钻井及后续作业成本。
3.目前的清理工具均是在穿设在井筒内的工具上设置有清除工具，但在下放的过程中，由于井筒内深度较大，其内径存在一定的累计误差，内壁有竖直偏差，致使工具在下放的过程中其上设置的清除工具与井筒内壁不稳定的接触，对清除工具造成偏磨，对井筒内壁的清除效果下降，延长整个油井的作业周期。


技术实现要素：

4.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种非旋转可解卡多功能刮壁器，该刮壁器具有扶正机构、刮刀装置及剪切装置，通过该扶正机构能保持刮壁器与井筒有相对重合的同轴度，来避免刮壁器整体与井筒内壁接触而受阻的问题，加快刮壁器的下放和清理速度，提高整个井筒内清理作业效率。刮刀装置具有多级刮刀体构成的整个圆周刮刀面，则是保证工具在不转动下放的过程中，多级刮刀体构成的整个圆周360
°
刮刀面，能有效的在工具不旋转下放的过程中对井筒内壁进行无遗漏的刮除作业。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种非旋转可解卡多功能刮壁器，其活动穿设于油井井筒中，用于将井筒内壁的残留物刮除清理，其中，该刮壁器为具有上接头的工具，在所述上接头底部的所述工具外壁上套设有用于所述工具整体相对于所述井筒正位的扶正机构、以及用于对所述井筒内壁残留物刮除的刮刀装置，所述扶正机构和刮刀装置均相对于所述井筒内壁以非旋转的方式同所述工具在所述井筒内一同下放。
6.优选的，所述扶正机构包括依次套设在所述刮刀装置两侧工具上的上扶正块和下扶正块，所述工具上靠近所述上接头一侧设有用于对所述上扶正块限位的台肩、所述工具背离所述上接头的底端固定连接有用于对所述下扶正块限位的下接头，所述上扶正块和下扶正块外周面均沿周向间距设有同所述工具旋转方向同向的螺旋条。
7.优选的，所述刮刀装置包括在位于所述上扶正块和下扶正块之间并套设在所述工具上的刮刀筒，所述刮刀筒上沿其轴线方向设有沿刮刀筒外壁周向构成整个圆周360
°
刮刀面的多级刮刀体。
8.优选的，所述多级刮刀体包括依次沿所述刮刀筒周向设置的第一刮刀体和第二刮刀体，所述第一刮刀体和第二刮刀体均包括在所述刮刀筒外壁上沿周向间距嵌套的刮刀，所述第一刮刀体上的刮刀均与所述第二刮刀体上的刮刀沿所述刮刀筒外壁周向交错设置，
以整体构成所述圆周360
°
刮刀面。
9.优选的，每个所述刮刀均为具有顶部圆弧面的板状结构，在所述圆弧面上沿工具周向间距设有螺旋状的刮条，所述刮刀两侧对称设有装配限位的第一台肩。
10.优选的，所述刮刀筒外壁上开设有配合所述第一刮刀体和第二刮刀体各自包含的所述刮刀的凹槽，所述凹槽一侧具有沿所述刮刀筒外壁延伸的、且用于对所述刮刀一侧的第一台肩配合限制的第二台肩，位于所述刮刀筒端部的外周面上沿轴向开设有燕尾槽，所述燕尾槽内可拆卸的穿设有用于对所述刮刀另一侧的第一台肩限制的压板，每个所述刮刀底面与凹槽之间设有弹性部件。
11.优选的，所述压板背离与第一台肩接触的一端的所述刮刀筒外壁上套设有用于对其进行限位的挡环，所述挡环上穿设有紧固螺栓，其用于将挡环与刮刀筒外壁紧固。
12.优选的，所述刮刀筒两端沿周向间距设有若干凸起部，所述上扶正块和下扶正块均靠近所述刮刀筒一端设有若干配合所述凸起部的第一凹槽。
13.优选的，所述下接头靠近所述下扶正块端部沿周向间距设有第一凸起部，所述下扶正块靠近所述下接头一端设有配合所述第一凸起部的第二凹槽，所述下接头靠近下扶正块一侧内壁与所述工具外周面之间设有将所述第一凸起部和第二凹槽互相配合或脱离的剪切装置。
14.优选的，所述剪切装置包括在所述下接头内部开设的具有一定宽度的第三台肩，所述第三台肩与所述工具外周面构成剪切腔，所述剪切腔内依次设有端部分别与所述下扶正块和第三台肩的底面相抵的限位环和剪销环，所述限位环和剪销环相近的端部部分重叠、并且该重叠部分通过剪销固定。
15.本发明的有益效果是：该刮壁器具有扶正机构和刮刀装置，通过该扶正机构能保持刮壁器与井筒有相对重合的同轴度，来避免刮壁器整体与井筒内壁接触而受阻的问题，加快刮壁器的下放和清理速度，提高整个井筒内清理作业效率。刮刀装置具有多级刮刀体构成的整个圆周360
°
刮刀面，则是保证工具在不转动下放的过程中，多级刮刀体构成的整个圆周刮刀面能有效的在工具下放的过程中对井筒内壁进行无遗漏的刮除作业。而当扶正机构和刮刀装置与井筒内壁出现卡滞后，通过剪切装置能将该卡滞状态进行解除，避免刮壁器受阻的情况出现。
附图说明
16.图1为本发明非旋转刮壁器整体结构示意图。
17.图2为本发明图1a处放大图。
18.图3为本发明图1b处放大图。
19.图4为本发明图1c处放大图。
20.图5为本发明上扶正块立体图。
21.图6为本发明刮刀筒立体图。
22.图7为本发明图6中a1和a2处截面示意图及两者同侧视图(圆周刮刀面结构)。
23.图8为本发明下扶正块立体图。
24.图9为本发明刮刀立体图。
25.图10为本发明压板立体图。
具体实施方式
26.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
27.参照附图1～10所示的一种非旋转可解卡多功能刮壁器，其活动穿设于油井井筒中，用于将井筒内壁的残留物刮除清理。该刮壁器为具有上接头20的工具1。在上接头20处可以连接井下工具或用于整个工具1的下放工具，便于具有工具1的非旋转刮壁器在油井井筒中下放，对井筒内壁粘附的残留物(包括结垢、铁锈、残留泥浆和其他颗粒物)进行刮除清理，以便减少对后期井筒内下放的井下工具作业时的干扰及阻碍问题，提高井筒内正常作业的洁净度，降低钻井及后续作业成本。
28.由于具有工具1的刮壁器具有一定的长度，为防止其在井筒内下方过程中的晃动，造成其与井筒内壁的接触撞击，使刮壁器在下放过程中受阻或损坏的问题，在所述上接头20底部的所述工具1外壁上套设有用于所述工具1整体相对于所述井筒正位的扶正机构。通过该扶正机构能保持刮壁器与井筒有相对重合的同轴度，来避免刮壁器整体与井筒内壁接触而受阻的问题，加快刮壁器的下放和清理速度，提高整个井筒内清理作业效率。
29.为了能有效的对井筒内壁的残留物进行刮除清理，所述所述工具1上还套设有刮刀装置，通过该刮刀装置配合工具1在下放时对井筒内壁残留物进行有效的清理工作。
30.在实际作业过程中，由于井筒深度较深，井筒内壁的直线度存在累计误差，不能保证工具1直线下放，因此一般采用的是螺旋下放的方式。而为了避免工具1在螺旋下放的过程中带动扶正机构和刮刀装置以同样的螺旋方式下放，而造井筒内壁对扶正机构和刮刀装置的磨损问题。将所述扶正机构和刮刀装置均相对于所述井筒内壁以非旋转的方式同所述工具1在所述井筒内一同下放，也就是扶正机构和刮刀装置相对于工具1本体旋转套设，而使工具1在旋转下放的过程中，扶正机构和刮刀装置在与井筒内壁接触起到扶正和刮除作用下，不受工具1螺旋转动的影响，而保持与井筒内壁竖直下放的方式，以减少井筒内壁对扶正机构和刮刀装置的螺旋磨损，保证其本身的井下作用效果。
31.具体的，所述扶正机构包括依次套设在所述刮刀装置两侧工具1上的上扶正块3和下扶正块8，该两者设置在刮刀装置两侧，一是能提供对工具1具有较好且稳定的扶正作用，同时也能对刮刀装置起到扶正的作用，避免其偏斜而使一侧过渡磨损造成的刮除效果下降。所述工具1上靠近所述上接头20一侧设有用于对所述上扶正块3限位的台肩1a、所述工具1背离所述上接头20的底端固定连接(优选通过紧固螺栓16连接)有用于对所述下扶正块8限位的下接头11。通过台肩1a及下接头20对上扶正块3、下扶正块8以及刮刀装置在工具1上的位置进行限定，避免在工具1螺旋下降的过程中该三者通过与井筒内壁的接触摩擦而移动至上接头20处，失去对工具1下部的扶正作用、以及存在降低刮刀装置的刮除效果的问题。较佳的，为了避免上扶正块3与台肩1a的转动磨损，在两者之间的工具1上套设有具有台阶结构的铜环2，上扶正块3内壁设有配合该铜环2的台阶面31，便于增大转动接触面和定位配合。由于铜的材质具有较好的形变特性，使上扶正块3与台肩1a之间为具有一定特性的柔性接触，以减小台肩1a对上扶正块3的转动磨损，进而使上扶正块3、刮刀装置及下扶正块8整体结构紧凑，解决因上扶正块3与台肩1a的磨损过大，而使三者之间的配合间隙逐渐扩大，而降低扶正的刮除清理的作用。
32.为了有效的实现对井筒内壁残留物的刮除效果，所述上扶正块3和下扶正块8外周
面均沿周向间距设有同所述工具1旋转方向(图2中箭头所示方向)同向的螺旋条17。通过螺旋条17来代替上扶正块3和下扶正块8的整个圆周面与井筒内壁接触来说，相邻螺旋条17之间存在一定宽度的间隙，减小上扶正块3和下扶正块8与井筒内壁的接触面积，进而有效减少整个刮壁器的下放阻力。而由于工具1是采用的螺旋下放方式，其与扶正块3和下扶正块8之间存在一定大小的转动摩擦，会带动两者相对于井筒内壁有较小的径向转动，因此为了避免该相互之间的径向转动造成磨损，将螺旋条17设置为同工具1旋转方向相同的方向，以使螺旋条17同工具1同向转动，减小工具1的转动阻力及对螺旋条17造成的磨损。较佳的，螺旋条17截面为矩形状结构，以保证上下扶正块具有与井筒内壁一定宽度的接触带来的有效扶正作用。为了在螺旋条17有效扶正作用的基础上，尽可能的降低其对工具1的下放造成的阻力，较佳的，每个所述螺旋条17的两端均位于所述上扶正块3或下扶正块8同一象限内，也就是每个螺旋条17在轴向上的节距较长、并与上下扶正块的径向切面的夹角较大，而带来单个螺旋条17接近于与轴线平行的设置方式，其相对于较小节距的螺牙而言，具有与井筒内壁在下放方向上有较小的周向接触宽度带来较小的接触阻力。进一步为了减少单个螺旋条17与井筒内壁的旋转阻力，每个所述螺旋条17位于工具1旋转方向一侧且与井筒内壁接触的边角设为圆弧倒角(图2中a处所示)，该圆弧倒角相对于直角而言，能有效避免井筒内壁的残留物对螺旋条17造成的卡滞问题，尤其是对于设置于刮刀装置下方的下扶正块8而言，由于该下扶正块8在没有经过刮刀装置对井筒内壁刮除清理的情况下与井筒内壁接触对工具1进行扶正，很容易受到残留物对其造成卡滞，因此，将螺旋条17位于旋转方向的一侧设为圆弧倒角，能有效避免下扶正块8卡滞情况的出现。
33.具体的，所述刮刀装置包括在位于所述上扶正块3和下扶正块8之间并套设在所述工具1上的刮刀筒6，所述刮刀筒6上沿其轴线方向设有沿刮刀筒6外壁周向构成整个圆周360
°
刮刀面(如图7所示)的多级刮刀体。轴向布设的多级刮刀体可在工具1螺旋下放的过程中对井筒内壁进行多次刮除清理作业，进而提高清理效果。多级刮刀体构成的整个圆周360
°
刮刀面则是避免工具1在螺旋下放的过程中，单级刮刀体由于旋转未将井筒内壁的某个部位有效刮除的情况下，通过其他的单级刮刀体进行刮除作业。因此多级刮刀体构成的整个圆周360
°
刮刀面能有效的在工具1下放的过程中对井筒内壁进行无遗漏的刮除作业。
34.具体的，所述多级刮刀体包括依次沿所述刮刀筒6周向设置的第一刮刀体(图2中ⅰ处所示)和第二刮刀体(图3中ⅱ处所示)，所述第一刮刀体和第二刮刀体均包括在所述刮刀筒6外壁上沿周向间距嵌套的刮刀5。该嵌套的设置方式便于对刮刀5进行维修或更换。所述第一刮刀体上的刮刀5均与所述第二刮刀体上的刮刀5沿所述刮刀筒6外壁周向交错设置，以整体构成所述圆周360
°
刮刀面，实现上述对井筒内壁进行无遗漏的刮除作业。
35.具体的，如图9所示，每个所述刮刀5均为具有顶部圆弧面的板状结构，该顶部圆弧面配合井筒内壁结构，便于刮刀筒6的转动及保证对井筒内壁的有效刮除面积。为了便面刮除的残留物粘附在顶部圆弧面上对刮刀5造成的卡滞问题，在所述圆弧面上沿工具1周向间距设有螺旋状的刮条51，相邻刮条51之间存在的间隙能将相应刮条51刮除的残留物聚集在该间隙中，并通过工具1带动刮刀筒6的转动，使聚集的残留物从相邻刮刀5之间的间隙中掉落，进而有效避免残留物对刮刀形成的卡滞情况。而将刮条51设置成螺旋状，同样是为配合刮刀5的转动，减少对工具1造成的下放阻力。较佳的，所述刮条51的两端均延伸至顶部圆弧面外，以增大刮条51的刮除宽度。
36.为了实现对刮刀5的装配限位，所述刮刀5两侧对称设有装配限位的第一台肩5a，所述刮刀筒6外壁上开设有配合所述第一刮刀体和第二刮刀体各自包含的所述刮刀5的凹槽6a，所述凹槽6a一侧具有沿所述刮刀筒6外壁延伸的、且用于对所述刮刀5一侧的第一台肩5a配合限制的第二台肩61，位于所述刮刀筒6端部的外周面上沿轴向开设有燕尾槽6b，所述燕尾槽6b内可拆卸的穿设有用于对所述刮刀5另一侧的第一台肩5a限制的压板7，每个所述刮刀5底面与凹槽6a之间设有弹性部件(优选为弹簧15)。较佳的，在所述刮刀5底面开设有若干用于弹簧15放置限位的盲孔5b。装配时，将弹簧15一端依次伸入对应的盲孔5b内，将刮刀5一端倾斜放入到凹槽6a内，并实现第二台肩61对该侧第一台肩5a的限制，接着通过挤压弹簧15，将刮刀5另一侧的第一台肩5a放入到凹槽6a内，将压板7沿燕尾槽6b朝向刮刀5方向移动，至压板7与该侧的第一台肩5a重叠，将刮刀5整体限制在凹槽6a中。而弹簧15则使得刮刀5的刮条51能以一定较小的贴紧力贴在井筒内壁，对粘附的残留物进行有利刮除，另一方面，也能通过挤压弹簧，使刮刀5适合不同规格的井筒内壁的刮除清理作业。较佳的，为了减少井壁对刮条51的剐蹭及便于刮刀5的下放，在所述刮刀5上的刮条51两侧对称设有锥型结构的防刮块52，在刮刀5下放的过程中，其能对刮条51进行有效的保护。
37.为了使压板7对刮刀5的压紧状态进行限制，防止刮刀5掉落，在所述压板7背离与第一台肩5a接触的一端的所述刮刀筒6外壁上套设有用于对其进行限位的挡环4，所述挡环4上穿设有紧固螺栓16，其用于将挡环4与刮刀筒6外壁紧固。由于刮刀5在对井筒内壁残留物刮除的作用下，通过弹簧15的紧贴作用，会使得刮刀5相对于凹槽6a晃动，为了避免压板7的端部与刮刀5侧壁接触过紧，而影响刮刀5的正常晃动，较佳的，所述压板7与挡环4接触端向两侧延伸有限位台肩71，在挡环4对压板7的顶紧作用下，该限位台肩71与凹槽6a外侧壁接触，限制压板7进一步朝向刮刀5侧壁的位移，进而避免压板7与刮刀5侧壁的紧接触，而影响刮刀5的正常晃动。较佳的，当限位台肩71与凹槽6a外侧壁接触，将压板7的位移限定后，在压板7的端部与刮刀5侧壁之间留有刮刀5晃动的间隙(图3中b处所示)，以保证刮刀5的正常刮除清理作用。为了避免紧固螺栓16在受到刮刀5长时间传递过来的作用力而松动后造成紧固螺栓16、挡环4、压板7及刮刀5掉落的一系列影响，较佳的，所述挡环4内配合有限制紧固螺栓16的台阶穿孔41，该台阶穿孔41不仅能对紧固螺栓16进行限制，还能对紧固螺栓16(优选为具有内六角结构，便于在台阶穿孔41内对其进行操作)进行施力操作，施力操作包括使用扳手通过台阶穿孔41进入后，将紧固螺栓16朝向挡环4的方向旋紧，使挡环4顶紧在台阶穿孔41内，对挡环4紧固，进而对压板7进行紧固。因此，将紧固螺栓16限制在该台阶穿孔41中，使紧固螺栓16和挡环4互相进行限位，防止掉落。较佳的，所述刮刀筒6上用于紧固螺栓16的紧固位置开设有沉孔102。装配时，先将紧固螺栓16紧固在该沉孔102内，并使得紧固螺栓16全部隐藏在该沉孔102内，接着将挡环4套设在刮刀筒6上与紧固螺栓16对应的位置，并通过台阶穿孔41操作紧固螺栓16，使其反向顶紧在台阶穿孔41内，实现紧固螺栓16和挡环4的相互限位。
38.为了克服上扶正块3、下扶正块8及刮刀装置任一被井筒内壁残留物卡滞而影响整个刮壁器下降的情况，所述刮刀筒6两端沿周向间距设有若干凸起部62，所述上扶正块3和下扶正块8均靠近所述刮刀筒6一端设有若干配合所述凸起部62的第一凹槽18。通过凸起部62和第一凹槽18将上扶正块3、刮刀装置及下扶正块8形成一个旋转整体，当其中一个受井筒内壁的残留物卡滞后，通过另外两个部件的带动，接触该卡滞状态，保证正常的扶正和刮
除清理作业，及工具1的正常螺旋下放。
39.为了避免由于井筒内粘附的残留物过多、残留物粘附过紧及井筒内壁弯曲而造成上扶正块3、下扶正块8及刮刀装置其中一个或几个部件卡滞过紧而不能使刮壁器继续下放的问题。在所述下接头11靠近所述下扶正块8端部沿周向间距设有第一凸起部111，所述下扶正块8靠近所述下接头11一端设有配合所述第一凸起部111的第二凹槽8a，所述下接头11靠近下扶正块8一侧内壁与所述工具1外周面之间设有将所述第一凸起部111和第二凹槽8a互相配合或脱离的剪切装置。当在上述装置卡滞的情况下，通过该剪切装置使第一凸起部111和第二凹槽8a配合，通过旋转工具1，带动下接头11转动，下接头11依次带动下扶正块8、刮刀装置及上扶正块3一同旋转，解除与井筒内壁的卡滞作用。
40.具体的，所述剪切装置包括在所述下接头11内部开设的具有一定宽度的第三台肩11a，所述第三台肩11a与所述工具1外周面构成剪切腔101，所述剪切腔101内依次设有端部分别与所述下扶正块8和第三台肩11a的底面相抵的限位环9和剪销环10，所述限位环9和剪销环10相近的端部部分重叠、并且该重叠部分通过剪销(图中13所示)固定。在正常扶正及刮除作用下，通过剪销对限位环9和剪销环10的相对位置进行固定，当上扶正块3、下扶正块8及刮刀装置其中一个或几个部件卡滞过紧而使工具1下放受阻时，在工具1上施加向下的外力，使下接头11将剪销拉断，接着上提工具1和下接头11，使第一凸起部111和第二凹槽8a配合，通过旋转工具1，带动下接头11转动，下接头11依次带动下扶正块8、刮刀装置及上扶正块3一同旋转，解除与井筒内壁的卡滞作用。
41.本发明的原理是：该刮壁器具有扶正机构、刮刀装置及剪切装置，通过该扶正机构能保持刮壁器与井筒有相对重合的同轴度，来避免刮壁器整体与井筒内壁接触而受阻的问题，加快刮壁器的下放和清理速度，提高整个井筒内清理作业效率。刮刀装置具有多级刮刀体构成的整个圆周360
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刮刀面，则是保证工具1在螺旋下放的过程中，多级刮刀体构成的整个圆周刮刀面能有效的在工具1下放的过程中，对井筒内壁进行无遗漏的刮除作业。剪切装置具有当扶正机构和刮刀装置与井筒内壁出现卡滞无法取出或作业时，通过剪切装置能将该卡滞、遇卡状态进行解除，避免刮壁器受阻的情况出现。
42.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。