一种套管自动刮泥器的制作方法

[0001]
本发明涉及石油钻井领域的套管和井壁除泥装置，尤其是一种套管自动刮泥器。


背景技术：

[0002]
固井过程中，由于泥饼介质的存在，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。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种对井壁和套管外壁进行刮擦清理，有效清除泥饼，解决了泥饼介质对第一、二界面固井质量的负面影响，使水泥浆与套管壁、井壁充分接触，提高第一、二界面胶结质量和水泥环自身强度的套管自动刮泥器。
[0004]
为了解决以上技术问题，本发明是通过采用以下技术方案方式实现的：一种套管自动刮泥器，主要由本体、外环和换向杆、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，刮泥板与水平成一定角度涡扇形状；所述行走机构安装在径向孔内，包括横轮、竖轮、摆臂、行走轮和弹簧；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a和皮带轮的组合结构，竖轮通过水平向横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，横轮内层锥型齿b与竖轮上的锥形齿a构成直角齿轮传动配合，摆臂的一端与竖轮的横轴铰接，摆臂的另一端连接行走轮，行走轮通过传动带与竖轮的皮带轮连接，实现竖轮与行走轮传动配合，弹簧套装在横轴上，弹簧一端固定在摆臂上，另一端固定在摆臂下方的本体上；所述换向杆安装在本体的轴向孔内，且换向杆与本体构成轴向滑动配合，换向杆两端分别由轴向孔伸出本体上下端面，换向杆中部间隔设有突出的下平台和上平台，行走轮位于下平台和上平台之间，下平台和上平台相对竖轮轴心错开分布。
[0005]
上述方案进一步包括：本体的径向孔内壁上设有与摆臂限位配合的限位块a和限位块b，限位块a、限位块b和弹簧与摆臂构成二位摆动限定配合；且摆臂在限位块a的位置时，行走轮由本体内圆伸出。
[0006]
所述刮泥板为多组，每组分为外刮泥板和内刮泥板，外刮泥板伸出本体外圆，内刮泥板沿本体内圆伸出。
[0007]
所述下平台和上平台相对的一面设有摩擦面。
[0008]
所述行走轮表面设有摩擦层。
[0009]
在本体与外环之间设有轴承。
[0010]
本发明的套管自动刮泥器是一种用于清除井壁和套管表面泥饼的除泥装置，以在套管与井壁之间的环空上返的泥浆为动力，在套管柱的接箍之间来回除泥，清除杂质，为接下来的固井做好准备。固井时由于没有了泥饼阻隔，水泥浆与套管和井壁有了更充分的、直接的接触，有利于提高第一、二界面（套管与水泥环交界面、井壁与水泥环交界面）胶结质量。
[0011]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）套管自动刮泥器利用循环流体为动力，在井下自动运行；（2）套管自动刮泥器在沿套管上下往复运动，对套管外壁和井壁同时清理；（3）在固井前、注入水泥浆和顶替过程中套管自动刮泥器都在工作，有效清除泥饼介质，使水泥浆与套管壁、井壁充分接触，提高第一、二界面胶结质量和水泥环自身强度；（4）可以灵活使用，在不同井段放置不同数量的套管自动刮泥器。
附图说明
[0012]
图1为一种套管自动刮泥器的俯视图。
[0013]
图2为图1沿a-a截面剖视图。
[0014]
图3为图2沿b-b截面剖视图。
[0015]
图4为图3沿c-c截面的剖视图。
[0016]
图5为套管自动刮泥器在向上运动时的状态图。
[0017]
图6为套管自动刮泥器在到达上方接箍时的状态图。
[0018]
图7为套管自动刮泥器在上方接箍处换向的状态图。
[0019]
图8为套管自动刮泥器在下方接箍处换向的状态图。
[0020]
图9为套管自动刮泥器的换向杆的主视图。
[0021]
图10为套管自动刮泥器的换向杆的立体侧视图。
[0022]
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、行走轮，8、摆臂，9、限位块a，10、限位块b，11、横轴，12、内刮泥板，13、地层，14、套管，15、下平台，16、凸台，17、上平台，18、弹簧，19、传动带，20、竖轮，21、锥形齿a，22、横轮，23、外齿，24、内齿，25、锥形齿b，26、径向孔，27、接箍。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
[0024]
实施例1：参照图1，一种套管自动刮泥器，主要由本体1、外环5和换向杆6、行走机构组成。
[0025]
参照图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2个以上的轴向孔3（本实施例优选4个），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。
[0026]
所述外环5套装在本体1外部，外环5内壁设有内齿24并与本体1构成旋转配合，外环5上延伸出刮泥板，刮泥板与水平成一定角度涡扇形状。
[0027]
参照图3-8，所述行走机构安装在径向孔26内，包括横轮22、竖轮20、摆臂8、行走轮7和弹簧18。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a21和皮带轮的组合结构，竖轮20通过水平向横轴11连接在本体1径向孔26内。横轮22外层外齿23与外环5内齿24构成齿轮旋转传动配合，横轮22内层锥型齿b25与竖轮20上的锥形齿a21构成直角齿轮传动配合。摆臂8的一端与竖轮20的横轴11铰接，摆臂8的另一端连接行走轮7，行走轮7通过传动带19与竖轮20的皮带轮连接，实现竖轮20与行走轮7传动配合。弹簧18套装在横轴11上，弹簧18一端固定在摆臂8上，另一端固定在摆臂8下方的本体1的凸台16上；参照图9-10，所述换向杆6安装在本体1的轴向孔3内，且换向杆6与本体1构成轴向滑动配合，换向杆6两端分别由轴向孔3伸出本体1上下端面，换向杆6中部间隔设有突出的下平台15和上平台17，行走轮7位于下平台15和上平台17之间，下平台15和上平台17相对竖轮20轴心错开分布。
[0028]
基于上述实施例进一步的：参照图2，本体1的径向孔26内壁上设有与摆臂8限位配合的限位块a9和限位块b10，限位块a9、限位块b10和弹簧18与摆臂8构成二位摆动限定配合；且摆臂8在限位块a9的位置时，行走轮7由本体1内圆伸出。
[0029]
进一步的，所述刮泥板为多组，每组分为外刮泥板2和内刮泥板12，外刮泥板2伸出本体1外圆，内刮泥板12沿本体1内圆伸出。
[0030]
进一步的，所述下平台15和上平台17相对的一面设有摩擦面。
[0031]
进一步的，所述行走轮7表面设有摩擦层。
[0032]
进一步的，在本体1与外环5之间设有轴承4。
[0033]
典型实施例：参照附图1、2，本发明的套管自动刮泥器包括本体1和外环5，本体1内安装有行走机构和换向杆6，行走机构包括横轮22、竖轮20、摆臂8、行走轮7和弹簧18。
[0034]
本体1呈圆环状，外环5通过轴承4与本体1连接，外环5相对本体1转动。外环5上有伸出的刮泥板，刮泥板分为外刮泥板2和内刮泥板12，外刮泥板2伸出本体1外圆，内刮泥板12向本体1内圆伸出。外刮泥板2和内刮泥板12的数量分别为沿外环5均匀分布的4个。刮泥板与水平成一定角度，形成涡扇形状，在流体经过时相对本体1转动，外刮泥板2和内刮泥板12分别用于刮除井壁和套管外壁的泥饼。
[0035]
参照附图3和4，在本体1内还设有径向孔26，在径向孔26内装有横轮22、竖轮20、横轴11、摆臂8和行走轮7。外环5内圈上的内齿24和横轮22上的外齿23啮合。横轮22上的的锥形齿b25与竖轮20上的锥形齿a21啮合，竖轮20和行走轮7通过传动带19构成带传动。横轴11穿过竖轮20轴心，横轴11水平安装在本体1上。
[0036]
参照附图2，行走轮7和竖轮20之间还有摆臂8，摆臂8一端与行走轮7铰接，另一端与横轴11铰接。径向孔26内还有弹簧18和凸台16，弹簧18一端固定在摆臂8中部，另一端固定在凸台16上，凸台16固定在本体1上，且位于横轴11下方。径向孔26内还固定有限位块a9和限位块b10，限位块a9和限位块b10限定摆臂8围绕横轴11在一定角度内摆动，在限位块a9或限位块b10的位置时弹簧18伸长量最短，摆臂8此时最稳定。摆臂8在限位块a9的位置时，行走轮7由本体1内圆稍稍伸出，并受弹簧18弹力作用压在套管外壁上。
[0037]
参照附图9和10，本体1开设有轴向孔3，轴向孔3为通孔，内装有换向杆6。换向杆6两端伸出本体1上下端面，换向杆6中部设有突出的下平台15和上平台17，下平台15和上平
台17间隔一定距离，行走轮7位于下平台15和上平台17之间。下平台15和上平台17相对竖轮20轴心错开分布，摆臂8在限位块a9的位置时，行走轮7接触不到上平台17，摆臂8在限位块b10的位置时，行走轮7接触不到下平台15。下平台15和上平台17相对的一面设有锯齿状摩擦面。
[0038]
参照附图5、6和7，在套管单根上下都有接箍，初始时，摆臂8在限位块a9的位置，上平台17不于行走轮7接触。受环空上返的泥浆推动，刮泥板转动的同时，套管自动刮泥器沿套管向上滑动，外环5驱动行走轮7持续转动。到达套管单根顶部时，换向杆6顶部受接箍27限位，本体1继续上行，上平台17下行与行走轮7以一定压力保持接触，在外环5驱动下，行走轮7沿上平台17摩擦面向套管滚动，直至压到套管壁上，此时摆臂8受限位块a9限位。
[0039]
参照附图8，行走轮7持续滚动，带动套管自动刮泥器向下移动至套管单根底部时，换向杆6底部受套管单根下方接箍限位，下平台15接触到行走轮7，行走轮7沿下平台15摩擦面向井壁方向滚动，脱离套管壁，直至摆臂8回到限位块a10的位置。此时，完成一个循环，此后，只要有泥浆循环，套管自动刮泥器持续不断往复运动，对井眼内壁和套管外壁刮擦、清洁。
[0040]
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套管自动刮泥器，套管自动刮泥器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，套管自动刮泥器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，这段循环时间内套管自动刮泥器工作，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套管自动刮泥器工作，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。