1.本发明涉及一种可往复开关的刮壁器，属于油气完井工程中的井下工具技术领域。
背景技术：
2.在钻完井工程中，下套管固井后的完井作业时，需进行钻塞、刮管和通径作业，钻塞的目的是打通油气储层与井筒间的通道，刮管和通径的目的是清除套管内壁上残留的水泥块、水泥环和各类沉积物，为后续下入开展完井作业提供清洁可靠的工作环境。例如页岩气井完井作业中，需下入爬行器射孔、泵送桥塞压裂等，畅通光滑的套管内壁是完井作业顺利开展的基础。
3.随着工程技术的不断进步，钻、刮、通、洗一体化技术在完井作业中不断普及，该技术一趟钻解决了前期三趟钻才能实现的目的，辅助作业时间大幅降低，工作效率大幅提高，该技术的核心装置即为刮壁器。
4.目前常用的刮壁器可分为两种：一种是常规弹簧式刮管器，刮刀刀翼靠弹簧支撑，刀翼外径大于套管内径，刀翼遇阻时可以自由回缩进行刮管作业，该类工作无法实现钻刮通洗一体化作业；另一种刮壁器是利用滑套开关进行投球作业，该类工作可实现钻刮通一体化作业，但仅能打开一次，并且开启后无法收回，这就导致钻刮通一体化工具在起出过程中容易遇阻，损伤套管内壁，增加了井下风险。
技术实现要素：
5.针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种可往复开关的刮壁器，实现钻刮通洗一体化作业，缩短辅助作业时间，提高工作效率。
6.本发明提出了一种可往复开关的刮壁器，包括：
7.外筒，所述外筒上设置有可伸缩的刮刀机构；
8.设置在所述外筒内的轴向变换总成，所述轴向变换总成构造成能够在流体压力的作用下沿轴向移动；
9.设置在所述外筒内的径向变换总成，所述径向变换总成构造成能够在所述轴向变换总成的推动下沿径向伸缩，从而带动所述刮刀机构伸缩。
10.本发明的进一步改进在于，轴向变换总成通过沿轴向移动能够在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换；
11.其中，所述轴向变换总成位于第一位置时，所述径向变换总成处于收缩的状态，使所述刮刀机构缩回；所述轴向变换总成处于第二位置时，所述径向变换总成处于伸出的状态，使所述刮刀机构伸出。
12.本发明的进一步改进在于，所述外筒包括上限位花键筒和下变径外筒，所述上限为花键筒通过花键机构与所述轴向变换总成配合，所述刮刀机构设置在所述下变径外筒上。
13.本发明的进一步改进在于，所述上限位花键筒的内壁上沿周向均布若干第一花键，相邻的第一花键之间形成花键槽；所述第一花键的底部设置有第一斜面台阶和第二斜面台阶。
14.本发明的进一步改进在于，所述轴向变换总成包括驱动轴向体，所述驱动轴向体的外壁上设置有若干第二花键，所述第二花键的底部设置有转换斜面；
15.当所述轴向变换总成位于第一位置时，所述第二花键位于所述花键槽内；当轴向变换总成位于第二位置时，所述第二花键与所述第一花键对接，所述转换斜面卡接在所述第一斜面台阶上。
16.本发明的进一步改进在于，所述轴向变换总成的上部设置有压盖形状的驱动花键体，所述驱动花键体的上端面形成压差面，在流体压力的作用下推动所述驱动轴向体沿轴向移动。
17.本发明的进一步改进在于，所述驱动花键体的下端设置有第三花键，所述第三花键与所述第二花键的转换斜面相配合使所述驱动轴向体沿轴向移动的同时沿一定的角度转动，从而使所述轴向变换总成在第一位置和第二位置之间转换。
18.本发明的进一步改进在于，所述径向变换总成的上端连接所述轴向变换总成，下端设置有弹性元件。
19.本发明的进一步改进在于，所述刮刀机构包括所述下变径外筒上的刮刀槽，所述刮刀槽内设置有可沿径向伸出的刮刀体以及推动所述刮刀体向内收回的刮刀弹簧。
20.本发明的进一步改进在于，所述径向变换总成包括下变径内轴，所述下变径内轴的外壁的下部设置有突出结构；
21.当所述轴向变换总成位于第一位置时，所述突出结构位于所述刮刀槽的上方；当所述轴向变换总成处于第二位置时，所述突出结构对准所述刮刀槽的并对所述刮刀体施加沿径向向外的推力。
22.本发明的进一步改进在于，所述驱动花键体的上方设置有固定在上限位花键筒的内壁上的限位调节环。
23.本发明的进一步改进在于，所述轴向变换总成和所述径向变换总成的内侧设置有内部流道系统。
24.本发明的进一步改进在于，所述驱动花键体的内侧与所述内部流道系统之间设置有导向件。
25.本发明的进一步改进在于，所述上限位花键外筒的两端分别构造成正锥形连接扣和负锥形连接扣。
26.与现有技术相比，本发明的优点在于：
27.本发明所述一种可往复开关的刮壁器，实现了钻刮通洗一体化作业，缩短辅助作业时间，提高工作效率。泵压信号控制刮刀机构伸出或收缩，在钻塞作业过程中，刮壁器处于关闭状态，不影响正常钻塞作业；当钻塞结束后，利用泵压信号开启刮壁器，进行刮管作业，刮管结束后，再次利用泵压信号关闭刮壁器，避免在起钻过程中遇阻、损害套管内壁和卡钻。
附图说明
28.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
29.图1所示为本发明的一个实施例的可往复开关的刮壁器的结构示意图；
30.图2所示为本发明的一个实施例的上限位花键外筒的结构示意图；
31.图3所示为本发明的一个实施例的驱动轴向体的结构示意图；
32.图4所示为本发明的一个实施例的驱动花键体的结构示意图；
33.附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
34.在附图中各附图标记的含义如下：
35.1、轴向变换总成，2、径向变换总成，3、上限位花键外筒，4、下变径外筒，5、内部流道系统，11、驱动轴向体，12、第二花键，13、转换斜面，14、驱动花键体，15、第三花键，16、导向件，17、限位调节环，18、端面轴承，21、下变径内轴，22、突出结构，23、弹性元件，31、第一花键，32、花键槽，33、第一斜面台阶，34、第二斜面台阶，41、刮刀机构，42、刮刀槽，43、刮刀体，44、刮刀弹簧，51、下密封体，52、注油孔。
具体实施方式
36.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
37.图1示意性地显示了根据本发明的一种可往复开关的刮壁器，包括外筒，外筒上设置有可伸缩的刮刀机构41。外筒的内侧设置有轴向变换总成1，所述轴向变换总成1构造成能够在流体压力的作用下沿轴向移动；外筒的内侧还设置有径向变换总成2，所述径向变换总成2构造成能够在所述轴向变换总成1的推动下沿径向伸缩，从而带动所述刮刀机构41伸缩。
38.根据本实施例所述的可往复开关的刮壁器中，通过泵压信号控制刮刀机构41伸出或收缩，在钻塞作业过程中，刮壁器处于关闭状态，不影响正常钻塞作业；当钻塞结束后，利用泵压信号开启刮壁器，进行刮管作业，刮管结束后，再次利用泵压信号关闭刮壁器，避免在起钻过程中遇阻、损害套管内壁和卡钻。本实施例所述的可往复开关的刮壁器实现钻刮通洗一体化作业，缩短辅助作业时间，提高工作效率。
39.在一个实施例中，轴向变换总成1通过沿轴向移动能够在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换。在本实施例中，轴向变换总成1在受到一个泵压信号的控制而沿轴向移动后，会停止在第一轴向位置；再次受到一个泵压信号的控制而沿轴向移动后，会停止在第二轴向位置。
40.所述轴向变换总成1位于第一位置时，所述径向变换总成2处于收缩的状态，使所述刮刀机构41缩回；所述轴向变换总成1处于第二位置时，所述径向变换总成2处于伸出的状态，使所述刮刀机构41伸出。
41.这样，根据需要向井下发出泵压信号就能够使刮刀机构41转换状态，使其伸出或收回，从而满足不同的作业条件。
42.在一个实施例中，所述外筒包括上限位花键筒和下变径外筒4，上限为花键筒设置
在上部，下变径外筒4设置在下部。轴向转换总成在沿轴向移动时通过花键机构与上限位花键外筒3配合，避免发生偏斜。上花键外筒通过花键机构与所述轴向变换总成1配合，所述刮刀机构41设置在所述下变径外筒4上。
43.在一个实施例中，如图2所示，所述上限位花键筒的内壁上沿周向均匀布置一圈第一花键31，第一花键31的数量为根据需要可以改变，优选为四个。相邻的两个第一花键31之间具有一定的距离，形成花键槽32。第一花键31的底部设置有凸起的结构，两侧形成沿同一方向倾斜的第一斜面台阶33和第二斜面台阶34。
44.在一个实施例中，如图3所示，所述轴向变换总成1包括驱动轴向体11，所述驱动轴向体11为圆筒形的结构，其外侧壁的端部设置有若干第二花键12，第二花键12的底部设置有转换斜面13。其中，第二花键12的宽度与上限位花键筒的花键槽32的宽度相匹配，可以插接在花键槽32内。第二花键12的底部设置有转换斜面13。转换斜面13的倾斜度与第一斜面台阶33和第二斜面台阶34的倾斜度相匹配。
45.当所述轴向变换总成1位于第一位置时，所述第二花键12位于所述花键槽32内；当轴向变换总成1位于第二位置时，所述第二花键12与所述第一花键31对接，所述转换斜面13卡接在所述第一斜面台阶33上，并当在第一花键31的底部的凸起的结构上。
46.在一个实施例中，如图4所示，所述轴向变换总成1的上部设置有压盖形状的驱动花键体14，所述驱动花键体14的上端面上设置有小孔，上下两端形成压差面，钻井液流经驱动花键体14时会产生1-2mpa的压降，该液压力为驱动花键体14向下轴移的动力源，在流体压力的作用下推动所述驱动轴向体11沿轴向移动。
47.在一个优选的实施例中，所述驱动花键体14的下端设置有第三花键15，第三花键15优选为三角形锯齿状的花键。所述第三花键15与所述第二花键12的转换斜面13相配合使所述驱动轴向体11沿轴向移动的同时沿一定的角度转动，从而使所述轴向变换总成1在第一位置和第二位置之间转换。
48.在使用根据本实施例所述的可往复开关的刮壁器时，在钻塞作业过程，刮刀机构41处于收缩的状态，钻塞结束后在泵压信号驱动的作用下，流体在驱动花键体14的上端面施加压力，使驱动花键体14沿轴向移动，从而推动轴向变换总成1沿轴向移动。驱动轴向体11沿花键槽32轴向移动到第一花键31的下端，卡接在第一斜面台阶33上，并沿斜面滑动，最终卡接在凸起的结构上，轴向变换总成1处于第二位置，刮刀机构41伸出。
49.当刮管结束后，在泵压信号驱动的作用下，流体在驱动花键体14的上端面施加压力，使驱动花键体14沿轴向移动，从而推动轴向变换总成1沿轴向移动，驱动轴向体11沿花键槽32轴向移动穿过凸起的结构，卡接在第二斜面台阶34上，并沿斜面滑动，最终进入到花键槽32内，轴向变换总成1处于第一位置，刮刀机构41收回。
50.优选地，在本实施例中，第一花键31、第二花键12和第三花键15的斜面在30-60
°
范围内。
51.在一个优选的实施例中，驱动轴向体11的下端通过端面轴承18连接所述径向转换总成，使驱动轴向体11向所述径向转换总成传递轴向力而不传递扭矩。端面轴承18的作用是保证轴向转换总成仅将轴向移动传递给径向转换总成上，驱动轴向体11的旋转运动传递给端面轴承18，而不传递给径向转换总成。
52.在一个实施例中，所述径向变换总成2的上端连接所述轴向变换总成1，下端设置
有弹性元件23。弹性元件23的底部通过下密封体51固定。在泵压信号驱动轴向变换机构沿轴向移动后，弹性元件23被压缩，当完成第一位置到第二位置转换或第二位置到第一位置转换后，通过弹性元件23使轴向变换总成1复位，从而固定在第一位置或第二位置。
53.在一个实施例中，所述刮刀机构41包括所述下变径外筒4上的刮刀槽42，所述刮刀槽42内设置有可沿径向伸出的刮刀体43以及推动所述刮刀体43向内收回的刮刀弹簧44。
54.优选地，下变径外筒4上下两端均为常规钻杆扣，下变径外筒4均布设置3-5个刮刀槽42。在刮刀体43的内侧具有支撑时能够沿径向伸出，当失去支撑后，由于刮刀弹簧44的作用，刮刀体43会收缩到刮刀槽42内。
55.在一个实施例中，所述径向变换总成2包括下变径内轴21，所述下变径内轴21的外壁的下部设置有突出结构22。下变径内轴21是弹性单元构成，其能够向突出结构22施加一个沿径向向外的弹力，突出结构22的边缘为平滑的斜角、倒角或圆角，便于滑过刮刀槽42。
56.当所述轴向变换总成1位于第一位置时，所述突出结构22位于所述刮刀槽42的上方；当所述轴向变换总成1处于第二位置时，所述突出结构22对准所述刮刀槽42，由于下变径内轴21的弹力推动，突出结构22对所述刮刀体43施加沿径向向外的推力。
57.在一个实施例中，所述驱动花键体14的上方设置有固定在上限位花键筒的内壁上的限位调节环17。限位调节环17可实现驱动花键体14的轴向定位以及实现弹性元件23的预紧。
58.在一个实施例中，所述轴向变换总成1和所述径向变换总成2的内侧设置有内部流道系统5。内部流道系统5为通体结构，其内径与驱动花键体14端面内径相差30-50mm，从而实现1-2mpa的压力降。
59.上限位花键外筒3和下变径外筒4构成的外筒与内流道系统和下密封体51共同构成油腔循环系统，用于润滑轴向移动总成和径向移动总成。下变径外筒4上设置有注油孔52。
60.优选地，所述驱动花键体14的内侧与所述内部流道系统5之间设置有导向件16。从而保证驱动花键体14在上限位花键外筒3内居中轴向移动。
61.在一个实施例中，所述上限位花键外筒3的两端分别构造成正锥形连接扣和负锥形连接扣。避免在转动时脱扣。
62.使用根据本实施例所述的可往复开关的挂壁器的过程如下：
63.首先，将刮壁器下放到套管内施工地层，此时刮壁器的刮刀机构41处于收缩位置，此时驱动轴向体11上第三花键15位于上限位花键外筒3内的花键槽32内，即刮刀体43处于收缩状态。
64.钻井液流入钻具后，当钻井液排量达到设计要求，由于截面效应，此时约有1-2mpa的钻井液压力降作用在驱动花键体14的上部端盖处。驱动花键体14在液压力的作用下向下轴向移动，驱动花键体14在向下轴移过程中带动驱动轴向体11向下轴向移动。当驱动轴向体11在驱动花键体14的带动下轴向移动至上限位花键外筒3内的花键槽32的末端，此时驱动轴向体11上的转换斜面13与驱动花键体14的第三花键15间产生相对转动，驱动轴向体11与上限位花键外筒3间的相对轴向位置发生变换：此时驱动轴向体11上的第二花键12顶端转换斜面13与上限位花键外筒3内的第一斜面台阶33相接触。
65.驱动轴向体11轴向位置发生改变后，下变径内轴21的轴向位置同时发生变化，此
时由于突出结构22外部直径的差异，突出结构22受到下变径内轴21的弹力向外伸出，刮刀体43在突出结构22的驱动下压缩刮刀弹簧44，此时刮刀体43处于伸出状态，完成了刮壁器的开启。
66.此后，可根据工程施工需要，停止钻井液循环或将钻井液排量降低至设计排量以内，进行刮管作业。若需关闭刮壁器，则需将钻井液排量提升至设计排量，重复上述过程，驱动轴向体11上第二花键12将再次位于上限位花键外筒3内的花键槽32内，径向变换机构的突出结构22与刮刀体43错开，在刮刀弹簧44的作用下，刮刀体43处于收缩状态，完成刮壁器的关闭。
67.根据本发明的一种可往复开关的刮壁器能够在钻井液液压能的驱动下实现开启与关闭。在钻塞作业过程中，一种可往复开关的刮壁器处于关闭状态，不影响正常钻塞作业；当钻塞结束后，利用泵压信号开启一种可往复开关的刮壁器，进行刮管作业，刮管结束后，再次利用泵压信号关闭一种可往复开关的刮壁器，避免在起钻过程中遇阻、损害套管内壁和卡钻。一种可往复开关的刮壁器可与成熟技术通井规及钻塞工具共同使用，实现钻通刮洗一体化作业。
68.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。