液压激发式套管刮壁装置的制作方法

1.本发明属于石油井下作业设备技术领域，具体涉及一种液压激发式套管刮壁装置。


背景技术：

2.石油井下作业中，套管刮壁工具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、射孔毛刺等，以便畅通无阻地下入各种下井工具。尤其在下井工具与套管内壁环形空间较小时，更应在充分刮削之后，再进行下一步施工。目前国内一些油田以及国外油水井施工作业时，使用刮削器已成为一种必不可少的工序，其目的在于提高工具下入和作业的成功率。
3.目前钻塞、通井、刮壁一般是在固井作业完成后，通过原钻机下钻杆分三趟管柱完成，而且刮刀伸出后不可回收，作业周期长，作业效率较低，大大增加了作业费用。常见的刮壁器可分胶筒式和弹簧式，刮壁器的刀具是固定安装在工具上，处于一直张开的状态，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，对深井/水平井的钻完井及修井工艺及技术提出了挑战。现有技术中也有采用投球式刮壁控制，但是其结构复杂，操控不便。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的套管刮壁工具结构复杂、操作风险大的问题，本发明提供了一种液压激发式套管刮壁装置，该装置包括上接头、本体、活塞杆、上压板组件、刮刀、下压板组件、导向体和下接头，所述本体的内部开设有通孔，所述通孔包括第一腔室段、第一孔段、第二腔室段、第二孔段，所述第一腔室段的内径大于所述第一孔段的内径，所述第二腔室段的内径大于所述第二孔段的内径；所述上接头与所述第一腔室段的端部连接；所述活塞杆的端部具有限位部，所述限位部的外径大于所述活塞杆的外径；所述限位部设置于所述第一腔室段，且所述活塞杆贯穿所述第一孔段、所述第二腔室段、所述第二孔段设置；所述限位部与所述第一孔段之间设置有弹性件；
5.所述本体的外部开设有容纳所述刮刀的侧槽；所述刮刀的一端通过所述上压板组件与所述本体连接，另一端通过所述下压板组件与所述本体连接；所述活塞杆的侧部具有凹槽，所述刮刀的内壁设置有凸起；
6.所述导向体套设于所述活塞杆的端部，并且通过所述下接头压紧于所述第二腔室段内部，以对所述活塞杆导向；
7.在工作状态下，当实际排量大于设定排量时，所述活塞杆在外部压力作用下远离所述上接头移动，所述弹性件处于压缩状态，所述凹槽脱离所述凸起且所述活塞杆的侧壁抵触所述凸起以推动所述刮刀外伸；当实际排量小于设定排量时，所述活塞杆在所述弹性件的压缩弹性力作用下远离所述下接头移动，所述弹性件处于伸展状态，所述凹槽移动至容纳所述凸起，以回收所述刮刀。
8.在一些优选实施例中，所述上压板组件设置于所述第一孔段的外侧；
9.所述刮刀的两端分别设置有第一刀把、第二刀把，所述第一刀把上开设有第一悬挂孔，所述第二刀把上开设有第二悬挂孔；
10.所述上压板组件包括上压板、第一上螺钉、第二上螺钉和上回压弹簧，所述上压板上开设有第一限位孔、第二限位孔，所述第一上螺钉、穿过所述第一限位孔与所述本体侧壁固定连接；所述第二上螺钉穿过所述第二限位孔、所述上回压弹簧、所述第一悬挂孔与所述本体侧壁固定连接；
11.所述下压板组件设置于所述第二孔段的外侧；
12.所述下压板组件包括下压板、第一下螺钉、第二下螺钉和下回压弹簧，所述下压板上开设有第三限位孔、第四限位孔，所述第一下螺钉、穿过所述第三限位孔与所述本体侧壁固定连接；所述第二下螺钉穿过所述第四限位孔、所述下回压弹簧、所述第二悬挂孔与所述本体侧壁固定连接。
13.在一些优选实施例中，所述第二限位孔与所述本体侧壁之间的距离大于所述第一限位孔与所述本体侧壁之间的距离；所述第二上螺钉的长度大于所述第一上螺钉的长度；
14.所述第四限位孔与所述本体侧壁之间的距离大于所述第三限位孔与所述本体侧壁之间的距离；所述第二下螺钉的长度大于所述第一下螺钉的长度；
15.在所述上回压弹簧、所述下回压弹簧处于伸展状态下，所述凸起与所述凹槽卡合；在所述上回压弹簧、所述下回压弹簧处于压缩状态下，所述凸起与所述凹槽错位。
16.在一些优选实施例中，所述侧槽为三个，三个所述侧槽阵列设置；所述刮刀为三个；
17.所述刮刀包括刀体和刀刃，所述凸起设置于所述刀体的内壁，所述刀刃设置于所述刀体的外壁。
18.在一些优选实施例中，所述上接头、所述下接头均开设有中空通道；
19.所述上接头包括第一接头部和第二接头部，所述第一接头部开设有与钻杆连接的内螺纹，所述第二接头部开设有与所述第一腔室段连接的外螺纹；所述第二接头部的外径小于所述第一接头部的外径；
20.所述下接头包括第三接头部和第四接头部，所述第三接头部开设有与目标物连接的内螺纹，所述第四接头部开设有与所述第二腔室段连接的外螺纹；所述第四接头部的外径小于所述第三接头部的外径。
21.在一些优选实施例中，所述第二接头部远离所述第一接头部的端部与所述第四接头部远离所述第三接头部的端部之间的距离为l1；
22.所述活塞杆的长度为l2，l1＞l2。
23.在一些优选实施例中，所述限位部的周侧设置有上动密封，所述上动密封与所述第一腔室段的内壁构成第一动态密封结构；
24.所述活塞杆远离所述上接头的端部周侧设置有下动密封，所述下动密封与所述导向体的内壁构成第二动态密封结构；
25.所述导向体与所述本体之间设置有密封圈。
26.在一些优选实施例中，所述第一腔室段的内径与所述第二腔室段的内径一致设置；
27.所述第一孔段的内径与所述第二孔段的内径一致设置。
28.在一些优选实施例中，所述上接头的中心轴线、所述下接头的中心轴线、所述活塞杆的中心轴线与所述本体的中心轴线一致设置。
29.在一些优选实施例中，所述凸起为半球结构。
30.本发明的有益效果为：
31.1)本发明公开的液压激发式套管刮壁装置，能够直接连接通径规和钻头，实现一趟钻完成钻塞、通径、刮壁、循环洗井等多种工序，刮刀可以在停泵时回收至筒内，可以张开和回收重复利用，工具结构简单，整套工艺安全可靠。
32.2)本发明提供的液压激发式套管刮壁装置，结构简单、易操控、风险低且可大幅度节约作业周期的套管刮壁工具。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
34.图1是本发明的的一种具体实施例的剖视示意图；
35.图2是图1处于刮壁工作状态下的示意图；
36.图3是本发明中的刮刀的一种具体实施例的示意图；
37.图4是本发明的外观示意图。
38.附图标记说明：1、上接头；2、活塞系统，201、上动密封，202、凹槽，203、下动密封，204、活塞杆；3、本体；4、主弹簧，5、上压板，501、第一上螺钉，502、第二上螺钉，503、上回压弹簧；6、刮刀，601、第一刀把，602、刀刃，603、刀体，604、凸起，605、第二刀把；7、下压板，701、下回压弹簧，702、第二下螺钉，703、第一下螺钉；8、密封圈；9、导向体；10、下接头。
具体实施方式
39.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
40.以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
41.参照附图1至附图3，本发明提供了一种液压激发式套管刮壁装置，该装置包括上接头1、本体3、活塞杆204、上压板组件、刮刀6、下压板组件、导向体9和下接头10，本体的内部开设有通孔，通孔包括第一腔室段、第一孔段、第二腔室段、第二孔段，第一腔室段的内径大于第一孔段的内径，第二腔室段的内径大于第二孔段的内径；上接头与第一腔室段的端部连接；活塞杆的端部具有限位部，限位部的外径大于活塞杆的外径；限位部设置于第一腔室段，且活塞杆贯穿第一孔段、第二腔室段、第二孔段设置；限位部与第一孔段之间设置有弹性件(即主弹簧4)；本体的外部开设有容纳刮刀的侧槽；刮刀的一端通过上压板组件与本体连接，另一端通过下压板组件与本体连接；活塞杆的侧部具有凹槽202，刮刀的内壁设置有凸起604；导向体套设于活塞杆的端部，并且通过下接头压紧于第二腔室段内部，以对活塞杆导向。
42.在工作状态下，当实际排量大于设定排量时，活塞杆在外部压力作用下远离上接头移动，弹性件处于压缩状态，凹槽脱离凸起且活塞杆的侧壁抵触凸起以推动刮刀外伸；当
实际排量小于设定排量时，活塞杆在弹性件的压缩弹性力作用下远离下接头移动，弹性件处于伸展状态，凹槽移动至容纳凸起，以回收刮刀。
43.其中，上压板组件设置于第一孔段的外侧；刮刀的两端分别设置有第一刀把601(即上刀把)、第二刀把605(即下刀把)，第一刀把上开设有第一悬挂孔，第二刀把上开设有第二悬挂孔；上压板组件包括上压板5、第一上螺钉501、第二上螺钉502和上回压弹簧503，上压板上开设有第一限位孔、第二限位孔，第一上螺钉、穿过第一限位孔与本体侧壁固定连接；第二上螺钉穿过第二限位孔、上回压弹簧、第一悬挂孔与本体侧壁固定连接；下压板组件设置于第二孔段的外侧；下压板组件包括下压板7、第一下螺钉703、第二下螺钉702和下回压弹簧701，下压板上开设有第三限位孔、第四限位孔，第一下螺钉、穿过第三限位孔与本体侧壁固定连接；第二下螺钉穿过第四限位孔、下回压弹簧、第二悬挂孔与本体侧壁固定连接。
44.需要说明的是，附图1和附图2中的上接头1具有锥形螺纹通孔，以与目标物对接；下接头10具有倒锥形螺纹通孔，以与目标物对接。
45.优选地，第二限位孔与本体侧壁之间的距离大于第一限位孔与本体侧壁之间的距离；第二上螺钉的长度大于第一上螺钉的长度，即在本实施例中，第一上螺钉为上短螺钉，第二上螺钉为上长螺钉，上长螺钉与上回压弹簧为光滑接触。
46.优选地，第四限位孔与本体侧壁之间的距离大于第三限位孔与本体侧壁之间的距离；第二下螺钉的长度大于第一下螺钉的长度，即在本实施例中，第一下螺钉为下短螺钉，第二下螺钉为下长螺钉，下长螺钉与下回压弹簧为光滑接触。
47.在上回压弹簧、下回压弹簧处于伸展状态下，凸起与凹槽卡合；在上回压弹簧、下回压弹簧处于压缩状态下，凸起与凹槽错位。
48.优选地，在本实施例中，侧槽为三个，刮刀为三个，三个侧槽阵列设置以分别容纳三个刮刀。
49.具体地，刮刀包括刀体603和刀刃602，凸起604设置于刀体的内壁，并与活塞杆外侧设置的凹槽光滑点接触，以便于在活塞系统下行时，利于刮刀的外伸及回收。其被上压板系统和下压板系统限位在本体的侧槽内(即刀槽内)，当排量大于设定排量时，活塞系统下行，凹槽将会挤压刮刀上的凸起，迫使刮刀整体向外伸出，同时被上压板和下压板限位，上回压弹簧和下回压弹簧处于压缩状态；当在排量小于设定排量时，活塞系统回移，凹槽移出对凸起的挤压范围，上回压弹簧(503)和下回压弹簧同时伸展开来，刮刀回收到本体刀槽之内；刀刃设置于刀体的外壁，便于在刮刀伸出时进行刮壁作业。
50.优选地，上接头、下接头均开设有中空通道；上接头包括第一接头部和第二接头部，第一接头部开设有与钻杆连接的内螺纹，第二接头部开设有与第一腔室段连接的外螺纹；第二接头部的外径小于第一接头部的外径。
51.优选地，下接头包括第三接头部和第四接头部，第三接头部开设有与目标物连接的内螺纹，第四接头部开设有与第二腔室段连接的外螺纹；第四接头部的外径小于第三接头部的外径。
52.优选地，第二接头部远离第一接头部的端部与第四接头部远离第三接头部的端部之间的距离为l1；活塞杆的长度为l2，l1＞l2。
53.限位部的周侧设置有上动密封201，上动密封与第一腔室段的内壁构成第一动态
密封结构；活塞杆远离上接头的端部周侧设置有下动密封203，下动密封与导向体的内壁构成第二动态密封结构；导向体与本体之间设置有密封圈8，能够有效抑制制钻井液溢出。
54.在本实施例中，上动密封、下动密封、限位部与活塞杆构成活塞系统2，该活塞系统被上接头限位在本体内部；活塞系统在上下压差的作用下移动，在排量大于设定排量时，活塞系统下行，主弹簧受压缩状态，刮刀将会分别被凹槽推动而张开；当在排量小于设定排量时，主弹簧受伸张状态，活塞系统上行，刮刀不再受凹槽的挤压。
55.进一步地，第一腔室段的内径与第二腔室段的内径一致设置；第一孔段的内径与第二孔段的内径一致设置。
56.优选地，上接头的中心轴线、下接头的中心轴线、活塞杆的中心轴线与本体的中心轴线一致设置。
57.其中，凸起为半球结构，保证与凹槽的光滑点接触。
58.参照附图4，上接头的外径、下接头的外径与本体的外径一致设置；当刮刀回收至本体的侧槽中时，刮刀的外侧不凸出本体的外壁设置。
59.本发明还包括液压激发式套管刮壁装置的作业方法，具体包括以下步骤：s1)将液压激发式套管刮壁工具连接到钻杆的最前端，然后连接通径规，最下部连接钻头；s2)将连接好的通刮装置-通径规-钻头组合下放至刮壁作业的起始位置；s3)井口先开转盘转动，然后开泥浆泵至设定的排量，活塞系统将会向下移动，主弹簧处于压缩状态，刮刀被向外撑开；s4)继而向下送入钻具，开始刮壁作业，结合井口扭矩的大小，调整送入钻具的速度；s5)至水泥塞面时，放慢送入钻具的速度，以小钻压开始钻塞作业；s6)钻至井底，停转盘循环两周，将井内杂物携带出去；s7)然后停泵，开转盘，再开泵，继续上提钻具开始向上刮壁作业，至刮壁起始位置时，先停转盘，再停泵，活塞系统向上移动，主弹簧处于伸展开来，在上回压弹簧和上下回压弹簧的作用下，刮刀回收至刀槽内；s8)上提起出液压激发式套管刮壁工具(即液压激发式套管刮壁装置)，完成作业。
60.本发明公开的装置能够直接连接通径规和钻头，实现一趟钻完成钻塞、通径、刮壁、循环洗井等多种工序，刮刀可以在停泵时回收至筒内，可以张开和回收重复利用，工具结构简单，整套工艺安全可靠。
61.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
62.在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
63.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。
64.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
65.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，该装置包括上接头、本体、活塞杆、上压板组件、刮刀、下压板组件、导向体和下接头，所述本体的内部开设有通孔，所述通孔包括第一腔室段、第一孔段、第二腔室段、第二孔段，所述第一腔室段的内径大于所述第一孔段的内径，所述第二腔室段的内径大于所述第二孔段的内径；所述上接头与所述第一腔室段的端部连接；所述活塞杆的端部具有限位部，所述限位部的外径大于所述活塞杆的外径；所述限位部设置于所述第一腔室段，且所述活塞杆贯穿所述第一孔段、所述第二腔室段、所述第二孔段设置；所述限位部与所述第一孔段之间设置有弹性件；所述本体的外部开设有容纳所述刮刀的侧槽；所述刮刀的一端通过所述上压板组件与所述本体连接，另一端通过所述下压板组件与所述本体连接；所述活塞杆的侧部具有凹槽，所述刮刀的内壁设置有凸起；所述导向体套设于所述活塞杆的端部，并且通过所述下接头压紧于所述第二腔室段内部，以对所述活塞杆导向；在工作状态下，当实际排量大于设定排量时，所述活塞杆在外部压力作用下远离所述上接头移动，所述弹性件处于压缩状态，所述凹槽脱离所述凸起且所述活塞杆的侧壁抵触所述凸起以推动所述刮刀外伸；当实际排量小于设定排量时，所述活塞杆在所述弹性件的压缩弹性力作用下远离所述下接头移动，所述弹性件处于伸展状态，所述凹槽移动至容纳所述凸起，以回收所述刮刀。2.根据权利要求1所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述上压板组件设置于所述第一孔段的外侧；所述刮刀的两端分别设置有第一刀把、第二刀把，所述第一刀把上开设有第一悬挂孔，所述第二刀把上开设有第二悬挂孔；所述上压板组件包括上压板、第一上螺钉、第二上螺钉和上回压弹簧，所述上压板上开设有第一限位孔、第二限位孔，所述第一上螺钉、穿过所述第一限位孔与所述本体侧壁固定连接；所述第二上螺钉穿过所述第二限位孔、所述上回压弹簧、所述第一悬挂孔与所述本体侧壁固定连接；所述下压板组件设置于所述第二孔段的外侧；所述下压板组件包括下压板、第一下螺钉、第二下螺钉和下回压弹簧，所述下压板上开设有第三限位孔、第四限位孔，所述第一下螺钉、穿过所述第三限位孔与所述本体侧壁固定连接；所述第二下螺钉穿过所述第四限位孔、所述下回压弹簧、所述第二悬挂孔与所述本体侧壁固定连接。3.根据权利要求2所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述第二限位孔与所述本体侧壁之间的距离大于所述第一限位孔与所述本体侧壁之间的距离；所述第二上螺钉的长度大于所述第一上螺钉的长度；所述第四限位孔与所述本体侧壁之间的距离大于所述第三限位孔与所述本体侧壁之间的距离；所述第二下螺钉的长度大于所述第一下螺钉的长度；在所述上回压弹簧、所述下回压弹簧处于伸展状态下，所述凸起与所述凹槽卡合；在所述上回压弹簧、所述下回压弹簧处于压缩状态下，所述凸起与所述凹槽错位。4.根据权利要求2所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述侧槽为三个，三个所述侧槽阵列设置；所述刮刀为三个；
所述刮刀包括刀体和刀刃，所述凸起设置于所述刀体的内壁，所述刀刃设置于所述刀体的外壁。5.根据权利要求1所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述上接头、所述下接头均开设有中空通道；所述上接头包括第一接头部和第二接头部，所述第一接头部开设有与钻杆连接的内螺纹，所述第二接头部开设有与所述第一腔室段连接的外螺纹；所述第二接头部的外径小于所述第一接头部的外径；所述下接头包括第三接头部和第四接头部，所述第三接头部开设有与目标物连接的内螺纹，所述第四接头部开设有与所述第二腔室段连接的外螺纹；所述第四接头部的外径小于所述第三接头部的外径。6.根据权利要求5所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述第二接头部远离所述第一接头部的端部与所述第四接头部远离所述第三接头部的端部之间的距离为l1；所述活塞杆的长度为l2，l1＞l2。7.根据权利要求1所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述限位部的周侧设置有上动密封，所述上动密封与所述第一腔室段的内壁构成第一动态密封结构；所述活塞杆远离所述上接头的端部周侧设置有下动密封，所述下动密封与所述导向体的内壁构成第二动态密封结构；所述导向体与所述本体之间设置有密封圈。8.根据权利要求7所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述第一腔室段的内径与所述第二腔室段的内径一致设置；所述第一孔段的内径与所述第二孔段的内径一致设置。9.根据权利要求8所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述上接头的中心轴线、所述下接头的中心轴线、所述活塞杆的中心轴线与所述本体的中心轴线一致设置。10.根据权利要求1-9中任一项所述的液压激发式套管刮壁装置，其特征在于，所述凸起为半球结构。

技术总结
本发明属于石油井下作业设备技术领域，旨在解决现有的套管刮壁工具结构复杂、操作风险大的问题，本发明提供了一种液压激发式套管刮壁装置，包括上接头、本体、活塞杆、上压板组件、刮刀、下压板组件、导向体和下接头，本体的内部开设有通孔，通孔包括第一腔室段、第一孔段、第二腔室段、第二孔段；本体的外部开设有容纳刮刀的侧槽；活塞杆的侧部具有凹槽，刮刀的内壁设置有凸起；当实际排量大于设定排量时，活塞杆在外部压力作用下远离上接头移动，弹性件处于压缩状态，凹槽脱离凸起且活塞杆的侧壁抵触凸起以推动刮刀外伸；本发明能够直接连接通径规和钻头，完成钻塞、通径、刮壁、循环洗井等多种工序，刮刀在停泵时回收至筒内，结构简单。结构简单。结构简单。


技术研发人员：陈新勇 韩煦 王建龙 李亮亮 董丙响 徐明磊 杨恺 张玮 何悦峰 王锐 陈新海 江尧 马晓敏 李毅
受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2023/7/20