一种投球式可控刮壁器及清理套管内壁方法
【专利摘要】一种投球式可控刮壁器及清理套管内壁方法，包括控制系统、刀具系统及操纵控制系统工作的至少一第一钢球和一第二钢球，通过将第一钢球投入控制系统中，使第一钢球推动第二活塞下移，使第二活塞下移至各刀具进刀块分别下移使推动各圈上的刀具弹出刀具通孔时，第一、二活塞之间的卡扣结构连接，即可进行刮壁作业，通过再向控制系统中投入第二钢球，使第二钢球带动卡扣结构脱离，第二活塞通过各复位弹簧作用上移，刀具进刀块也上移，使各刀具收回至各刀具通孔中，该刮壁器回复至初始状态。本发明通过在工具内投入至少两个不同尺寸的钢球，实现刀具弹出和收回，顺利清除套管内壁阻碍物，有效消除井下安全隐患，其刀具不会出现卡死，其使用寿命长。
【专利说明】 一种投球式可控刮壁器及清理套管内壁方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油修井和井下作业【技术领域】，尤指一种投球式可控刮壁器及清理套管内壁方法。
【背景技术】
[0002]石油修井和井下过程作业中，刮壁器是用于清除残留在套管内壁上的水泥块、水泥环、硬蜡、各种盐类结晶和沉积物、射孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等物，以便畅通无阻地下入各种下井工具。刮壁器的工作机理都是在工具上固定安装刀具，安装刀具要求比工具自身外径大，比套管内径小，通过钻具在套管内上下移动，刀具作用在需要清除残留在套管内壁上的水泥块等物，实现清除的目的。常见的刮壁器可分胶筒式和弹簧式，常规的刮壁器的刀具是固定安装在工具上，在井下工具里，通常会遇到较大的水泥块等物体卡在刀具上、或者遇到小尺寸井眼时，而现有的刮壁器无法通过，造成卡钻等井下复杂、事故。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种投球式可控刮壁器及套管内壁的清理施工方法，其通过在工具内投入至少两个不同尺寸的钢球，实现刀具的弹出和收回，顺利清除套管内壁的阻碍物，有效消除井下安全隐患，其刀具不会出现卡死，其使用寿命长。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为:一种投球式可控刮壁器，其中包括控制系统、刀具系统及用于操控控制系统工作的至少一个第一钢球和至少一个第二钢球，所述刀具系统包括刀具外筒，所述刀具外筒上沿周向设置有至少一圈刀具通孔，各刀具通孔内分别安装有刀具，所述控制系统包括第一接头，所述第一接头中心设有第一通孔，所述第一接头下端连接活塞套筒，所述活塞套筒下端固定于刀具外筒上，所述活塞套筒内腔套接有第一定位套筒，所述第一定位套筒位于第一接头和刀具外筒之间，所述第一定位套筒内腔壁呈上、下分布有第一、二止点定位块，所述第一定位套筒内腔位于第一接头与第一止点定位块之间的部分安装若干个瓣体组成的阶梯状筒形第一活塞，所述第一活塞外表面上、下部分别设置有环形第一、二凹槽，所述第一定位套筒与第一活塞之间设置有第一、二复位弹簧，所述第一复位弹簧位于第一凹槽内，所述第二复位弹簧位于第二凹槽内，所述第一活塞的上半部内径小于其下半部内径，所述第一定位套筒内腔位于第一、二止点定位块之间的部分安装有若干个瓣体组成的第二定位套筒，所述第二定位套筒外表面设有环形第三凹槽，所述第一、二定位套筒之间设置有第三复位弹簧，所述第三复位弹簧位于第三凹槽内，所述第二定位套筒内腔安装有筒形第二活塞，所述第二活塞上端伸入第一活塞内腔上部，所述第二活塞上部连接有多个瓣体组成的第三定位套筒，所述第三定位套筒的内径小于第二活塞的内径，所述第二活塞外表面上部及第一活塞内腔下部设有使二者相互配合的卡扣结构，所述第二活塞的外表面下部设置有至少一个分别用于将各圈上的刀具向刀具通孔外顶出的刀具进刀块，所述第二活塞外表面位于刀具进刀块上方位置设置有环形凸台，所述凸台位于第二止点定位块与刀具系统之间，所述凸台与刀具系统之间的第二活塞上安装有第四复位弹簧，所述第一钢球直径大于第二钢球直径，且所述第一、二钢球直径大于第二活塞内径。
[0005]本发明投球式可控刮壁器，其中所述卡扣结构由沿周向设置于第二活塞外表面上部的至少一个凹槽及沿周向设置于第一活塞内腔下部的至少一个凸块组成。
[0006]本发明投球式可控刮壁器，其中各所述刀具为U形，各所述刀具的开口端朝向刀具通孔外，所述刀具外筒外表面与各刀具开口槽正对的位置分别安装有刀具压板，各所述刀具压板与刀具之间分别设置有第五复位弹簧。
[0007]本发明投球式可控刮壁器，其中所述刀具外筒下端连接有第二接头，所述第二接头中心设有第二通孔。
[0008]本发明投球式可控刮壁器，其中所述刀具系统下面还连接有回收系统，所述回收系统包括第三接头，所述第三接头上端与第二接头连接，所述第三接头中心设有第三通孔，所述第三接头下端连接有钢球篮外筒，所述第三通孔下端连接有上、下开口的钢球篮。
[0009]本发明投球式可控刮壁器，其中所述钢球篮的内腔上端安装有止回弹簧。
[0010]本发明投球式可控刮壁器，其中所述钢球篮的外表面设置有多个可使第一、二钢球通过的第四通孔。
[0011]本发明投球式可控刮壁器，其中所述钢球篮外筒下端连接有第四接头。
[0012]一种清理套管内壁方法，其包括如下步骤:
[0013](I)将投球式可控刮壁器的下端连接好钻头，上端连接好钻杆后入井，下钻至预定的井深位置，开泵顶通循环泥浆约十分钟，卸开方钻杆，从钻杆的水眼内投入第一钢球；
[0014](2)接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第一钢球已经到达第二活塞上端位置；
[0015](3)缓慢开泵，给钻杆内逐步施加压力，使第一钢球通过第二活塞上部至第三定位套筒上端位置，通过第三定位套筒逐步向下推动第二活塞，直至第一、二活塞之间的卡扣结构卡扣连接，第二活塞上的刀具进刀块推动各刀具分别向刀具通孔外伸出，此时第二、三、四复位弹簧均处于压缩状态，继续缓慢开泵，使第一钢球穿过第三定位套筒、第二活塞后进入钢球篮内，此时井眼恢复畅通，可以开泵、上下活动钻具进行刮壁作业；
[0016](4)刮壁作业完成后，停泵，卸开方钻杆，从钻杆的水眼内再投入第二钢球，接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第二钢球已经到达第二活塞上端位置；
[0017](5)继续缓慢开泵，第二钢球在压力作用下，激发第一、二、三、四复位弹簧释放弹力，同时第二钢球穿过第二活塞到达第三定位套筒的位置，第二活塞在第一、二、三、四复位弹簧的弹力作用下与第三定位套筒一起上行、复位，其上刀具进刀块亦上行复位，各刀具径向收缩进入各刀具通孔内，刮壁器恢复原始状态，同时第二钢球穿过第三定位套筒、第二活塞后进入钢球篮内；
[0018](6)继续进行下一步施工作业，如有需要，可多次重复(I)至(5)步骤，实现多井段、多井径的刮壁作业。
[0019]采用上述方案后，本发明投球式可控刮壁器通过将第一钢球投入控制系统中，使第一钢球推动控制系统的第二活塞向下移动，使第二活塞向下移动至其上的各刀具进刀块分别移动至各圈刀具通孔位置，推动各圈上的刀具弹出刀具通孔时，且使第一、二活塞之间的卡扣结构卡扣连接在一起，进行刮壁作业，顺利清除套管内壁的阻碍物，有效消除井下安全隐患，
[0020]而当刮壁作业完成后，通过再向控制系统中投入第二钢球，该第二钢球的尺寸小于第一钢球尺寸，使第二钢球带动第二活塞与第一活塞之间的卡扣结构脱离时，第二活塞通过各复位弹簧的弹力向上移动，其上的刀具进刀块也向上移动，使各刀具收回至各刀具通孔中，该刮壁器回复至初始状态，该刮壁器每次循环工作过程只需要通过向控制系统投入不同尺寸的两个钢球，即实现刀具的弹出和收回，其刀具不会出现卡死，且使用寿命长。
[0021]本发明的进一步有益效果是:通过在钢球篮的内腔上端安装止回弹簧防止第一、二钢球在水平井段作业时倒回堵水眼。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明投球式可控刮壁器在刀具系统工作时的结构示意图；
[0023]图2是本发明投球式可控刮壁器的实施例结构示意图；
[0024]图3是本发明的控制系统与刀具系统在刀具系统未工作时的组合结构示意图；
[0025]图4是本发明的控制系统与刀具系统在刀具系统工作时的组合结构示意图；
[0026]图5是本发明投球式可控刮壁器的刀具系统的横截面结构示意图。
[0027]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明；
【具体实施方式】
[0028]如图1至图4所示，本发明刮壁器由上向下依次包括控制系统1、刀具系统2、回收系统3以及用于操控控制系统I工作的至少一个第一钢球4和至少一个第二钢球5。
[0029]控制系统I包括第一接头6，第一接头6的中心设有第一通孔7，第一接头6的上端连接钻杆42，第一接头6的下端连接活塞套筒8，活塞套筒8的下端固定于刀具系统2上。活塞套筒8的内腔套接有第一定位套筒9，第一定位套筒9位于第一接头6和刀具系统2之间，第一定位套筒9的内腔壁呈上、下分布有第一止点定位块10和第二止点定位块11，第一定位套筒9的内腔位于第一接头6与第一止点定位块10之间的部分安装若干个瓣体组成的阶梯状筒形第一活塞12，第一活塞12的外表面上、下部分别设置有环形第一凹槽13和第二凹槽14，第一定位套筒9与第一活塞12之间设置有第一复位弹簧15和第二复位弹簧16。第一复位弹簧15位于第一凹槽13内，第二复位弹簧16位于第二凹槽14内，第一活塞12的上半部内径小于其下半部内径。第一定位套筒9的内腔位于第一止点定位块10、第二止点定位块11之间的部分安装有若干个瓣体组成的第二定位套筒17，第二定位套筒17的外表面设有环形第三凹槽18，第一定位套筒9、第二定位套筒17之间设置有第三复位弹簧19，第三复位弹簧19位于第三凹槽18内，第二定位套筒17的内腔安装有筒形第二活塞20。第二活塞20的上端伸入第一活塞12的内腔上部，第二活塞20上部连接有多个瓣体组成的第三定位套筒21，第三定位套筒21的内径小于第二活塞20的内径。第二活塞20的外表面上部沿周向设置有至少一个凹槽22，在第一活塞12内腔下部设有使二者可以相互卡扣配合在一起的凸块23。第二活塞20的外表面下部设置有环状的刀具进刀块24，第二活塞20的外表面位于刀具进刀块24上方位置设置有环形凸台25，凸台25位于第二止点定位块11与刀具系统2之间，凸台25与刀具系统2之间的第二活塞20上安装有第四复位弹簧26。
[0030]结合图5所示，刀具系统2包括刀具外筒27，刀具外筒27的上端与活塞套筒8的下端连接，刀具外筒27上沿周向设置有一圈刀具通孔28，各刀具通孔28内分别安装有刀具29，各刀具29为U形，各刀具29的开口端朝向刀具通孔28外，刀具外筒27的外表面与各刀具29的开口槽正对的位置分别安装有刀具压板30，各刀具压板30与刀具29之间分别设置有第五复位弹簧31。刀具外筒27的下端连接有第二接头32，第二接头32的中心设有第二通孔33。
[0031]回收系统3包括第三接头34，第三接头34的上端与第二接头32连接，第三接头34中心设有第三通孔35，第三接头34的下端连接有钢球篮外筒36，钢球篮外筒36的下端连接有第四接头37，第四接头37的下端连接钻头38，第三通孔35的下端连接有上、下开口的钢球篮39。钢球篮39的内腔上端安装有止回弹簧40。钢球篮39的外表面设置有多个可使第一钢球4、第二钢球5通过的第四通孔41。
[0032]第一钢球4的直径大于第二钢球5的直径，且第一钢球4、第二钢球5的直径大于第二活塞5内径。
[0033]使用本发明投球式可控刮壁器清理套管内壁方法，包括如下步骤:
[0034](I)将投球式可控刮壁器的第四接头37下端连接好钻头38，将投球式可控刮壁器的第一接头6的上端连接好钻杆42后入井，下钻至预定的井深位置，开泵顶通循环泥浆约十分钟，卸开方钻杆42，从钻杆42的水眼内投入第一钢球4 ；
[0035](2)接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第一钢球4已经到达第二活塞20上端位置；
[0036](3)缓慢开泵，给钻杆42内逐步施加压力，使第一钢球4通过第二活塞20上部至第三定位套筒21上端位置，通过第三定位套筒21逐步向下推动第二活塞20，直至第一活塞12上的凸块23和第二活塞20上的凹槽22卡扣连接在一起，第二活塞20上的刀具进刀块24推动各刀具29分别向刀具通孔28外伸出，此时第二复位弹簧16、第三复位弹簧19、第四复位弹簧26均处于压缩状态，继续缓慢开泵，使第一钢球4穿过第三定位套筒21、第二活塞20后进入钢球篮39内，此时井眼恢复畅通，可以开泵、上下活动钻具进行刮壁作业；
[0037](4)刮壁作业完成后，停泵，卸开方钻杆42，从钻杆42的水眼内再投入第二钢球5，接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第二钢球5已经到达第二活塞20上端位置；
[0038](5)继续缓慢开泵，第二钢球5在压力作用下，激发第一复位弹簧15、第二复位弹簧16、第三复位弹簧19、第四复位弹簧26释放弹力，同时第二钢球5穿过第二活塞20到达第三定位套筒21的位置，第二活塞20在第一复位弹簧15、第二复位弹簧16、第三复位弹簧19、第四复位弹簧26的弹力作用下与第三定位套筒21 —起上行、复位，其上的刀具进刀块24亦上行复位，各刀具29径向收缩进入各刀具通孔28内，刮壁器恢复原始状态，同时第二钢球5穿过第三定位套筒21、第二活塞20后进入钢球篮39内；
[0039](6)继续进行下一步施工作业，如有需要，可多次重复(I)至(5)步骤，实现多井段、多井径的刮壁作业。
[0040]以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种投球式可控刮壁器，其特征在于:包括控制系统、刀具系统及用于操控控制系统工作的至少一个第一钢球和至少一个第二钢球，所述刀具系统包括刀具外筒，所述刀具外筒上沿周向设置有至少一圈刀具通孔，各刀具通孔内分别安装有刀具，所述控制系统包括第一接头，所述第一接头中心设有第一通孔，所述第一接头下端连接活塞套筒，所述活塞套筒下端固定于刀具外筒上，所述活塞套筒内腔套接有第一定位套筒，所述第一定位套筒位于第一接头和刀具外筒之间，所述第一定位套筒内腔壁呈上、下分布有第一、二止点定位块，所述第一定位套筒内腔位于第一接头与第一止点定位块之间的部分安装若干个瓣体组成的阶梯状筒形第一活塞，所述第一活塞外表面上、下部分别设置有环形第一、二凹槽，所述第一定位套筒与第一活塞之间设置有第一、二复位弹簧，所述第一复位弹簧位于第一凹槽内，所述第二复位弹簧位于第二凹槽内，所述第一活塞的上半部内径小于其下半部内径，所述第一定位套筒内腔位于第一、二止点定位块之间的部分安装有若干个瓣体组成的第二定位套筒，所述第二定位套筒外表面设有环形第三凹槽，所述第一、二定位套筒之间设置有第三复位弹簧，所述第三复位弹簧位于第三凹槽内，所述第二定位套筒内腔安装有筒形第二活塞，所述第二活塞上端伸入第一活塞内腔上部，所述第二活塞上部连接有多个瓣体组成的第三定位套筒，所述第三定位套筒的内径小于第二活塞的内径，所述第二活塞外表面上部及第一活塞内腔下部设有使二者相互配合的卡扣结构，所述第二活塞的外表面下部设置有至少一个分别用于将各圈上的刀具向刀具通孔外顶出的刀具进刀块，所述第二活塞外表面位于刀具进刀块上方位置设置有环形凸台，所述凸台位于第二止点定位块与刀具系统之间，所述凸台与刀具系统之间的第二活塞上安装有第四复位弹簧，所述第一钢球直径大于第二钢球直径，且所述第一、二钢球直径大于第二活塞内径。
2.如权利要求1所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述卡扣结构由沿周向设置于第二活塞外表面上部的至少一个凹槽及沿周向设置于第一活塞内腔下部的至少一个凸块组成。
3.如权利要求1所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:各所述刀具为U形，各所述刀具的开口端朝向刀具通孔外，所述刀具外筒外表面与各刀具开口槽正对的位置分别安装有刀具压板，各所述刀具压板与刀具之间分别设置有第五复位弹簧。
4.如权利要求1-3之一所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述刀具外筒下端连接有第二接头，所述第二接头中心设有第二通孔。
5.如权利要求4所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述刀具系统下面还连接有回收系统，所述回收系统包括第三接头，所述第三接头上端与第二接头连接，所述第三接头中心设有第三通孔，所述第三接头下端连接有钢球篮外筒，所述第三通孔下端连接有上、下开口的钢球篮。
6.如权利要求5所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述钢球篮的内腔上端安装有止回弹簧。
7.如权利要求5所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述钢球篮的外表面设置有多个可使第一、二钢球通过的第四通孔。
8.如权利要求5所述的投球式可控刮壁器，其特征在于:所述钢球篮外筒下端连接有弟四接头。
9.一种使用权利要求1-8之一所述的投球式可控刮壁器清理套管内壁方法，其包括如下步骤: (1)将投球式可控刮壁器的下端连接好钻头，上端连接好钻杆后入井，下钻至预定的井深位置，开泵顶通循环泥浆约十分钟，卸开方钻杆，从钻杆的水眼内投入第一钢球； (2)接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第一钢球已经到达第二活塞上端位置； (3)缓慢开泵，给钻杆内逐步施加压力，使第一钢球通过第二活塞上部至第三定位套筒上端位置，通过第三定位套筒逐步向下推动第二活塞，直至第一、二活塞之间的卡扣结构卡扣连接，第二活塞上的刀具进刀块推动各刀具分别向刀具通孔外伸出，此时第二、三、四复位弹簧均处于压缩状态，继续缓慢开泵，使第一钢球穿过第三定位套筒、第二活塞后进入钢球篮内，此时井眼恢复畅通，可以开泵、上下活动钻具进行刮壁作业； (4)刮壁作业完成后，停泵，卸开方钻杆，从钻杆的水眼内再投入第二钢球，接上方钻杆开泵、循环，直至泵压上升，停泵；此时，表明第二钢球已经到达第二活塞上端位置； (5)继续缓慢开泵，第二钢球在压力作用下，激发第一、二、三、四复位弹簧释放弹力，同时第二钢球穿过第二活塞到达第三定位套筒的位置，第二活塞在第一、二、三、四复位弹簧的弹力作用下与第三定位套筒一起上行、复位，其上刀具进刀块亦上行复位，各刀具径向收缩进入各刀具通孔内，刮壁器恢复原始状态，同时第二钢球穿过第三定位套筒、第二活塞后进入钢球篮内； (6)继续进行下一步施工作业，如有需要，可多次重复(I)至(5)步骤，实现多井段、多井径的刮壁作业。
【文档编号】E21B37/02GK104453787SQ201310436952
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】贺志刚 申请人:新疆格瑞迪斯石油技术股份有限公司