一種可變徑套管刮管器的制作方法

本發明屬于石油、天然氣完井技術領域，尤其是涉及一種可變徑套管刮管器。

背景技術：

刮管作業作為完井階段的基礎性作業步驟，是確保完井后續作業步驟正常進行的關鍵。對于9-5/8″技術套管下面掛7″尾管這樣的井身結構，刮管作業時目前一般采用兩種做法，一種是將9-5/8″套管刮管器和7″套管刮管器串聯在一趟管柱上，由于上面9-5/8″套管刮管器從套管壁上刮下的臟東西會落入下部井筒，下面的7″套管刮管器存在被卡的風險。另外一種做法是采用兩趟管柱，第一趟管柱刮上面的9-5/8″套管，第二趟管柱刮下面的7″尾管，這種做法刮管器被卡的風險小，但增加了刮管作業周期。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種可變徑套管刮管器，采用一趟刮管管柱，先清潔上面的9-5/8″套管，然后變徑為7″套管刮管器再清潔下面的7″套管，這樣既可以縮短刮管作業周期，又能夠確保刮管作業的安全，提高了使用效率，最大限度提升流體的攜巖能力，能夠更好的對套管內各種殘留進行清洗。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的一種可變徑套管刮管器，包括心軸，所述心軸外部由上至下依次設置有上螺旋扶正套、上刮刀、中部支撐套、下刮刀、下螺旋扶正套、連接接頭和下接頭，所述下接頭和心軸之間設置有鎖緊螺母，所述上螺旋扶正套、中部支撐套和下螺旋扶正套均通過滾珠與心軸連接；

所述上螺旋扶正套和心軸之間由上至下依次設置有第一彈簧、第一定位環和第一限位環；所述中部支撐套上下兩端分別連接有第一限位套和第二限位套，所述中部支撐套和心軸之間由上至下依次設置有第二定位環、第二彈簧、第三彈簧和第三定位環；所述下螺旋扶正套和心軸之間由上至下依次設置有第二限位環、第四定位環和第四彈簧；所述上刮刀的上下兩端分別通過板簧片固定連接第一定位環和第二定位環，所述下刮刀的上下兩端分別通過板簧片固定連接第三定位環和第四定位環，所述上刮刀和下刮刀均沿圓周均勻設置。

所述心軸設置有滾珠槽，所述滾珠槽內表面經碳氮共滲表面處理，所述心軸下端外表面設置有擋圈槽，所述擋圈槽內設置有彈性擋圈，所述彈性擋圈位于鎖緊螺母下端。

所述上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的外表面均沿圓周設置有軸向螺旋導流槽，所述上螺旋扶正套、下螺旋扶正套和中部支撐套均設置有與滾珠槽一一對應的徑向螺紋孔，所述螺紋孔內設置有螺堵和密封堵頭。

所述第一定位環、第二定位環、第三定位環和第四定位環均通過定位螺釘與板簧片固定連接，所述第一定位環、第二定位環、第三定位環和第四定位環沿圓周設置有定位凸臺。

所述上刮刀和板簧片通過固定螺釘和螺旋擋圈固定連接，所述下刮刀和板簧片通過固定螺釘和螺旋擋圈固定連接，所述上刮刀和下刮刀均通過加工燕尾槽與板簧片實現定位。

所述板簧片采用波形雙拱形設計，所述板簧片兩端由連續圓弧組成，中部加工有燕尾槽，燕尾槽兩端對稱設計雙拱橋凹面。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

(1)本發明中，上刮刀和下刮刀分別沿圓周均勻設置，實現了套管內壁360°覆蓋，同時保證刀片在壓縮狀態時，不會出現干涉現象；

(2)本發明中，板簧片采用波形雙拱形設計，實現了板簧片徑向大位移功能，解決了常規刮管器刀片無法實現大變徑的問題；

(3)本發明中，心軸、上螺旋扶正套、下螺旋扶正套、中部支撐套、滾珠和螺堵構成減阻機構，心軸旋轉時，依靠滾珠的滾動摩擦減少心軸與上螺旋扶正套、中部支撐套、下螺旋扶正套之間的摩擦力；第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧、第四彈簧、第一限位環、第二限位環、第一限位套、第二限位套、第一定位環、第二定位環、第三定位環、第四定位環和定位螺釘構成復位機構，主要用來推動上刮刀和下刮刀正常復位；板簧片、上刮刀、下刮刀、固定螺釘和螺旋擋圈構成刮削機構，主要用來清潔套管內壁；下接頭、連接接頭、彈性擋圈和鎖緊螺母構成鎖緊機構，完成心軸扭矩傳遞，并具有防倒扣功能；

(4)本發明中，上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的外表面均沿圓周均勻設置有軸向螺旋導流槽，上螺旋扶正套和下螺旋扶正套的端面均采用斜度端面，可增加單位時間液體流量；

(5)本發明在95/8″套管內上刮刀和下刮刀緊貼在套管內壁，上刮刀、下刮刀安裝好后，最大初始外徑為260mm，在外界壓下的作用下，板簧片可徑向大位移收縮，板簧兩端在上螺旋扶正套、中部支撐套和下螺旋扶正套的導向作用下，發生軸向位移，使得上刮刀和下刮刀徑向不斷受壓而收縮，在壓力增加到一定的時候，刮刀片完全收縮進入7″套管；本發明結構簡單，可以縮短刮管作業周期，又能夠確保刮管作業的安全；

(6)本發明不但可應用在常規刮管作業工藝中，還可以隨鉆頭進行鉆水泥塞作業。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1中A部分的局部放大圖；

圖3是圖1中B部分的局部放大圖；

圖4是圖1中C部分的局部放大圖；

圖5是本發明中上螺旋扶正套/下螺旋扶正套的結構示意圖；

圖6是本發明中上刮刀/下刮刀的結構示意圖；

圖7是本發明第一定位環/第二定位環/第三定位環/第四定位環的示意圖；

圖8是本發明中連接接頭的示意圖；

圖9是本發明中心軸的結構示意圖；

圖10是本發明中鎖緊螺母的結構示意圖；

圖11是本發明中板簧片的結構示意圖。

附圖標記:1心軸；2上螺旋扶正套；3中部支撐套；4下螺旋扶正套；5螺堵；6第一限位環；7第二限位環；8第一定位環；9第二定位環；10第三定位環；11第四定位環；12定位螺釘；13板簧片；14上刮刀；15下刮刀；16第一限位套；17下接頭；18連接接頭；19彈性擋圈；20滾珠；21密封堵頭；22螺旋擋圈；23固定螺釘；24鎖緊螺母；25第一彈簧；26第二彈簧；27第三彈簧；28第四彈簧；29第二限位套。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實例，并配合附圖詳細說明。

如圖1至圖11所示，本發明的一種可變徑套管刮管器，包括心軸1，所述心軸1外部由上至下依次設置有上螺旋扶正套2、上刮刀14、中部支撐套3、下刮刀15、下螺旋扶正套4、連接接頭18和下接頭17。所述上螺旋扶正套2、中部支撐套3和下螺旋扶正套4均通過滾珠20與心軸1連接，所述心軸1對應位置設置有滾珠槽，所述滾珠槽內表面經碳氮共滲表面處理，所述上螺旋扶正套2、中部支撐套3和下螺旋扶正套4均設置有與滾珠槽一一對應的徑向螺紋孔，所述螺紋孔內設置有螺堵5和密封堵頭21。所述上螺旋扶正套2和下螺旋扶正套4的外表面分別沿圓周均勻設置有寬度為30mm的軸向螺旋導流槽，所述上螺旋扶正套2和下螺旋扶正套4的端面均采用75°大斜度端面。

所述上螺旋扶正套2下部分內壁開設有兩個環形凹槽，所述上螺旋扶正套2和心軸1之間由上至下依次設置有第一彈簧25、第一定位環8和第一限位環6，所述第一彈簧25位于上環形凹槽內，所述第一定位環8和第一限位環位6于下環形凹槽內。所述第一定位環8下端沿圓周均勻設置有徑向螺紋通孔，上端設置有圓周定位凸臺，上端面與第一彈簧接26觸連接。所述第一限位環6沿圓周均勻設置有軸向通孔，外表面設置有螺紋，與上螺旋扶正套2螺紋連接，內表面設置為光面。

所述中部支撐套3上下兩端分別螺紋連接有第一限位套16和第二限位套29，所述中部支撐套3中間內壁設置有環形凸臺，所述中部支撐套3和心軸1之間由上至下依次設置有第二定位環9、第二彈簧26、第三彈簧27和第三定位環10，且所述第二彈簧26和第三彈簧27分別位于環形凸臺上下兩端。所述第二定位環9上端沿圓周均勻設置有徑向螺紋通孔，下端設置有圓周定位凸臺，下端面與第二彈簧26接觸連接。所述第三定位環10下端沿圓周均勻設置有徑向螺紋通孔，上端設置有圓周定位凸臺，上端面與第三彈簧27接觸連接。

所述下螺旋扶正套4上部分內壁開設有兩個環形凹槽，所述上螺旋扶正套4和心軸1之間由上至下依次設置有第二限位環7、第四定位環11和第四彈簧28，所述第四彈簧28位于下環形凹槽內，所述第四定位環11和第二限位環7位于上環形凹槽內。所述第四定位環11上端沿圓周均勻設置有徑向螺紋通孔，下端設置有圓周定位凸臺，下端面與第四彈簧28接觸連接。所述第二限位環7沿圓周均勻設置有軸向通孔，外表面設置有螺紋，與下螺旋扶正套4螺紋連接，內表面設置為光面。

所述上刮刀14和下刮刀15分別沿圓周均勻設置，實現了套管內壁360°覆蓋，同時保證刀片在壓縮狀態時，不會出現干涉，每個上刮刀14和下刮刀15均通過板簧片13固定，可實現徑向大位移。所述上刮刀14和板簧片13通過固定螺釘23和螺旋擋圈22固定連接，所述上刮刀14通過加工燕尾槽與板簧片13實現定位，所述板簧片13上端穿過第一限位環6，通過定位螺釘12與第一定位環8固定連接，所述板簧片13下端穿過第一限位套16，通過定位螺釘12與第二定位環9固定連接。所述下刮刀15和板簧片13通過固定螺釘23和螺旋擋圈22固定連接，所述下刮刀15通過加工燕尾槽與板簧片13實現定位，所述板簧片13上端穿過第二限位套29，通過定位螺釘12與第三定位環10固定連接，所述板簧片13下端穿過第二限位環7，通過定位螺釘12與第四定位環11固定連接。通過第一限位環6、第二限位環7、第一限位套16、第二限位套29限定定位螺釘12的位置，實現板簧片13的定位。

所述板簧片13利用簡支梁設計原理，采用波形雙拱形設計，兩端徑向約束，上下兩端分別設置有螺紋通孔，兩端采用13組直徑7.5mm的連續圓弧組成，最大限度的減少局部應力集中，通過減少接觸面，顯著降低板簧片13的軸向位移摩阻，板簧片13中部加工有75°燕尾槽，燕尾槽兩端對稱設計雙拱橋凹面，板簧片13受壓,提供徑向發力,上刮刀14和下刮刀15刮削套管內壁。

所述連接接頭18上端內部設置有密封面和母螺紋，并加工有花鍵槽連接心軸，所述連接接頭18下端設置有公螺紋，通過螺紋與下接頭17連接，公螺紋和母螺紋均采用鉆桿螺紋，所述連接接頭18公螺紋和母螺紋的上端分別加工有密封圈槽。所述下接頭17上下兩端分別加工有鉆桿螺紋，內部加工有密封面。所述下接頭17和心軸1之間設置有鎖緊螺母24，所述鎖緊螺母24上端加工有梯形母螺紋，內部、外部為光滑密封面，內部密封面與心軸1外密封面配合、外部密封面與下接頭17內部密封面配合，鎖緊螺母24與心軸1通過螺紋連接。所述心軸1外部從上至下依次加工有三組螺紋，第一螺紋和第二螺紋為API鉆桿螺紋，第一螺紋與鉆桿相連接，第二螺紋與連接接頭18連接，最下端螺紋為梯形螺紋，與本雙層管的外連接管相連接，中間的螺紋為梯形螺紋，其下端設有擋圈槽，下端從螺紋頂部至擋圈槽上端面加工有密封面。所述擋圈槽內設置有彈性擋圈19，且所述彈性擋圈19位于鎖緊螺母24下端，用于防止鎖緊螺母24倒扣。根據實際需要，所述心軸1外圓還可設置有多組密封圈槽，放置O型圈或星型圈，與各部件之間起到密封作用。所述心軸1的作用是串接各個獨立的外部單元，使各外部單元完成組裝以滿足作業工藝要求。

所述心軸1、上螺旋扶正套2、下螺旋扶正套4、中部支撐套3、滾珠20和螺堵5構成本發明的減阻機構，心軸1旋轉時，依靠滾珠20的滾動摩擦減少心軸1與上螺旋扶正套2、中部支撐套3、下螺旋扶正套4之間的摩擦力。所述第一彈簧25、第二彈簧26、第三彈簧27、第四彈簧28、第一限位環6、第二限位環7、第一限位套16、第二限位套29、第一定位環8、第二定位環9、第三定位環10、第四定位環11和定位螺釘12構成本發明的復位機構，主要用來推動上刮刀14和下刮刀15正常復位。所述板簧片13、上刮刀14、下刮刀15、固定螺釘23和螺旋擋圈22構成本發明的刮削機構，主要用來清潔套管內壁。所述下接頭17、連接接頭18、彈性擋圈19和鎖緊螺母24構成本發明的鎖緊機構，完成心軸1扭矩傳遞，并具有防倒扣功能。

多組板簧片13完成組裝后，形成整體刀架結構，上螺旋扶正套2從心軸1下端裝入至設計位置(螺堵孔正對滾珠槽)，安放滾珠20，安裝螺堵5，減阻機構安裝完成后，組裝復位機構，從上至下依次安裝第一彈簧25、整體刀架、第一限位環6，實現整體刀架的固定，依次安裝中部支撐套3、刀架總成、下螺旋扶正套4。下接頭17內部密封面與鎖緊螺母24外密封面形成密封配合。所述上刮刀14、下刮刀15安裝好后，最大初始外徑為260mm，通過調整壓縮量，均衡了上刮刀14、下刮刀15對95/8”套管和7″套管內壁的損傷。

本發明的工作過程如下：刮管器首先在95/8″套管刮削作業，完畢后進入7″套管。上刮刀14、下刮刀15、板簧片13受力徑向收縮，板簧片13連接定位螺釘12推動第一定位環8、第二定位環9、第三定位環10和第四定位環11發生軸向位移，進而推動第一彈簧25、第二彈簧26、第三彈簧27和第四彈簧28軸向壓縮，板簧片13兩端在上螺旋扶正套2、中部支撐套3和下螺旋扶正套4的導向作用下，發生軸向位移，使得上刮刀14和下刮刀15徑向不斷受壓而收縮，在壓力增加到一定的時候，上刮刀14和下刮刀15收縮進行7″套管刮削作業。一趟鉆完成95/8″套管和7″套管刮削作業。

在循環刮管過程中，既可正循環刮管，也可反循環刮管。以正循環刮管為例，洗井液通過鉆桿進入刮管器心軸1內，直至井底，再由鉆桿套管環空經下螺旋扶正套4、上螺旋扶正套2返出。正循環洗井時液流方向與反循環刮管洗井相反。

盡管上面結合附圖對本發明的功能及工作過程進行了描述，但本發明并不局限于上述的具體功能和工作過程，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。