基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器

1.本发明涉及石油天然气钻井工程领域，具体涉及基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器。


背景技术：

2.钻井是油气开采的核心环节之一，是后续完井与采油的基础。在钻井工程中，无论是直井还是定向井，其底部钻具组合(bha)中均需要配置钻具扶正器。钻具扶正器除了起到提高钻头居中度、修整井眼轨迹的功能之外，还能够在直井中起到防斜打直、在定向井中辅助造斜等功能。钻具扶正器的外表面包括扶正翼，相邻两个扶正翼之间构成导流槽。
3.泥包是钻井工程中在钻遇泥岩、泥页岩等地层时钻具容易遇到的一种现象，通常发生在钻头和扶正器上。泥包后的扶正器出井后，可以看到其扶正翼的一侧或两侧被大量泥质包覆，导流槽的流通空间严重缩小，因此一般在判断钻具遭遇泥包后，均需要起钻更换或清理。
4.由于扶正器在bha中距离底部的钻头一般还有一段距离，因此现有技术中都是起钻至扶正器处后，暂时用遮挡物遮住还具有钻具的井口，然后由钻工在钻台上手动对扶正器上的泥包岩屑进行清理，该过程效率低下、浪费时间；若遇到泥包岩屑的致密程度较高时，更是会严重拉长井口作业时间，于钻井过程中井内裸眼段的工程安全十分不利。


技术实现要素：

5.本发明提供基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，以解决现有技术中需要钻工在钻台上手动对出井扶正器上的泥包岩屑进行清理的问题，实现能够将扶正器卸下后再做清理、降低人力消耗、减少对钻台井口的占用时间的目的。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，包括纵向布置的定位板、与所述定位板相对的承载组件，所述承载组件用于承载扶正器的两端端头；所述定位板上设置环形轨道、与所述环形轨道相配合的移动装置、安装在所述移动装置上的伸缩装置、连接在所述伸缩装置上的顶推块、用于驱动所述移动装置在环形轨道上移动的第一驱动装置；所述伸缩装置朝向承载组件所在方向安装，且伸缩装置的伸缩方向平行于环形轨道的轴线；还包括与第一驱动装置信号连接的感应装置，所述感应装置用于感应所述伸缩装置。
8.针对现有技术中需要钻工在钻台上手动对出井扶正器上的泥包岩屑进行清理，所导致的效率低下、占用井口时间较长等问题，本发明提出基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器。本装置中定位板纵向分布，并设置与定位板相对的承载组件，其中，承载组件用于承载被卸下的扶正器的两端端头；本领域技术人员应当理解，该两端端头指的是扶正器的公扣端和母扣端；定位板用于母扣端抵拢而对扶正器进行定位。定位板上设置环形轨道，用于为移动装置提供环形的运动方向，使其能够带动伸缩装置在扶正器外绕周向进行移动。当伸缩装置伸长时，驱动顶推块沿轴向朝放置在承载组件上的扶正器方向移动，进而对
导流槽内的泥包岩屑进行清理。
9.本装置具体使用时，首先将出井后发现有泥包现象的扶正器从bha上卸下，将其放置在承载组件上，并使其母扣端抵拢定位板；然后由第一驱动装置驱动移动装置，使伸缩装置正对其上的一个导流槽，伸缩装置伸长，进入该导流槽内，对包覆在该导流槽内的泥包岩屑进行清理，使其脱落导流槽内；之后，伸缩装置缩短复位，再次由第一驱动装置驱动移动装置，使伸缩装置正对另一个需要清理的导流槽，重复上述步骤，直至对所有需要的导流槽均完成清理。其中，感应装置用于感应伸缩装置并发出感应信号，根据感应信号可控制第一驱动装置的输出方向，以实现对伸缩装置定位或转动方向控制的效果。
10.可以看出，本技术克服了现有技术中需要在井口人工手动对扶正器上的泥包岩屑进行清理的问题，避免了长时间的占用井口空间，降低了钻工的工作量，有利于改善起下钻过程中的井内安全性。
11.需要说明的是，本装置中的第一驱动装置，可通过任意现有驱动方式驱动移动装置移动，只需满足其沿环形轨道的运动与临时锁定即可，这对于本领域技术人员而言不具有实现难度。此外，本领域技术人员应当理解，本技术适用于直翼扶正器泥包后的清理使用。
12.进一步的，所述承载组件包括平行于所述定位板的第一承载板、第二承载板，所述第二承载板位于定位板与第一承载板之间；所述第一承载板、第二承载板均自顶部开设u型缺口。
13.本方案中，第一承载板、第二承载板、定位板依次分布。在第一承载板与第二承载板之间的区域即是扶正器的扶正部位(即具有扶正翼和导流槽的部位)所处区域，其上的u型缺口用于将扶正器自上而下的放入承载组件中。
14.进一步的，所述第二承载板上开设用于所述伸缩装置穿过的圆弧通槽，所述圆弧通槽与所述环形轨道同轴，圆弧通槽的两端均连通至第二承载板上的u型缺口内。
15.本方案在第二承载板上开设圆弧通槽，使得伸缩装置能够穿过第二承载板，再将顶推块安装在伸缩装置穿过第二承载板后的端部。在第一驱动装置驱动移动装置沿环形轨道移动时，圆弧通槽和u型缺口的存在可保证伸缩装置做同步的环形运动。
16.进一步的，还包括位于所述圆弧通槽内的连接件，所述连接件与圆弧通槽的两侧侧壁均固定连接；所述感应装置设置在所述连接件沿圆弧通槽周向的相对两侧。
17.由于圆弧通槽的两端均需要与u型缺口连通，因此圆弧通槽将第二承载板分为了内外两部分，为了保证内外两部分的整体性，本方案特设置连接件，连接件与圆弧通槽的两侧侧壁均固定连接，即是通过连接件将前述的内外两部分连接为一整体结构。连接件上沿周向的两侧均设置有感应装置，当伸缩装置移动到连接件所处位置时，感应装置发出感应信号，此时控制第一驱动装置，使其驱动移动装置反向运动即可。可以看出，本方案中移动装置不是做单向的环形运动，而是通过往复运动的方式实现对自身方位的调整。
18.其中，感应装置对伸缩装置的感应，可采用本领域技术人员能够实现的任意感应方式，如红外、测距、压力、触点等。
19.进一步的，所述定位板、第一承载板、第二承载板均安装于底座上；所述底座两侧设置挡板，所述挡板位于第一承载板与第二承载板之间。
20.本方案通过底座使得定位板、第一承载板、第二承载板具有更好的整体性，便于对
清理装置的整体移动。此外，第一承载板与第二承载板之间由底座和挡板形成一容纳空间，被顶推块剥落的泥包岩屑掉入该容纳空间内，不仅能够方便清理，还能够为岩屑录井提供参考，方便收集泥包岩屑供地质人员做相关分析。
21.进一步的，所述顶推块的内壁为弧面，有利于与扶正器外壁导流槽的形状相匹配，增大对泥包岩屑的顶推面积；所述弧面与所述环形轨道同轴，以保证该弧面的径向始终与环形轨道相匹配，有利于适配不同尺寸的扶正器使用。
22.其中，顶推块的内壁，是指顶推块径向向内的一侧侧壁。
23.进一步的，还包括设置在顶推块背离定位板所在方向一侧表面的转盘、用于驱动所述转盘转动的第二驱动装置；所述转盘表面设置若干凸齿。
24.本方案中，在顶推块背离定位板所在方向的一侧表面设置转盘，该转盘即位于顶推块面向被清理的扶正器的导流槽中泥包岩屑所在方向。在驱动顶推块剥落泥包岩屑的过程中，可启动第二驱动装置，使得转盘转动，带动转盘表面的各凸齿同步转动，从而对泥包岩屑起到切削和破碎的效果。本方案可明显提高对扶正器泥包的清理效率，特别是对于压实程度较高、较为致密的泥包而言具有显著效果。其中第二驱动装置对转盘的驱动可采用任意现有驱动方式实现。
25.进一步的，所述顶推块侧壁开设第一安装槽，所述转盘和第二驱动装置均位于第一安装槽内；所述转盘外部套设密封圈，所述第一安装槽的槽壁设置若干让位槽，所述让位槽位于所述密封圈与第一安装槽的槽底之间。
26.本方案通过密封圈对转盘的外侧壁与第一安装槽的槽壁之间进行密封，以避免泥包岩屑进入第一安装槽内干扰第二驱动装置的正常工作。让位槽相对于密封圈更位于第一安装槽的内部，为强行挤过密封圈向内运动的岩屑提供容纳空间，使该部分的少量岩屑能够进入让位槽中，降低转盘卡涩的风险。
27.进一步的，还包括设置在顶推块外壁的活动部，所述活动部由第三驱动装置驱动沿环形轨道的径向方向运动。
28.本装置在工作时，由于顶推块是沿扶正器的轴向运动，因此对于导流槽内泥包岩屑厚度极大的情况而言，顶推块有可能是从侧面直接进入泥包岩屑的内部，此时该部分岩屑在强烈的泥质胶结作用下有可能难以自动脱落扶正器表面。为此，本方案还在顶推块的外壁设置活动部，活动部可在第三驱动装置的驱动下做径向运动，从而对厚度较大的、胶结严重的泥包岩屑施加向外的推力，迫使其快速脱离导流槽内，进而更加提高本装置对泥包后的扶正器的清理能力。
29.本领域技术人员应当理解，顶推块的外壁是指顶推块径向向外的一侧侧壁。并且第三驱动装置可采用任意现有驱动方式实现对活动部的直线往复驱动。
30.进一步的，所述顶推块的外壁开设第二安装槽，所述第三驱动装置安装在第二安装槽内，所述活动部与第二安装槽间隙配合；还包括信号发射装置，所述信号发射装置位于活动部朝向承载组件所在方向的一侧表面。
31.本方案通过第二安装槽为第三驱动装置和活动部提供安装与收纳的空间。此外本方案还在活动部的外表面设置信号发射装置，该信号发射装置位于活动部朝向承载组件所在方向的一侧表面，即是位于顶推块面向待处理的泥包岩屑所在方向的一侧表面。信号发射装置向顶推块的前方发出信号：若顶推块前方的岩屑均已脱落，则该信号理论上能够不
受阻挡的向前传播；若顶推块前方的岩屑还有较多残留，则该信号理论上会受到大量遮挡而无法向前顺利传播。本方案利用信号发射装置辅助判断对扶正器外的泥包岩屑的清理效果，工作人员可根据信号发射装置的信号向前传播情况做出相应判断，有利于直接或间接的判断清理效果，特别是对于位于平放的扶正器的下半部分区域的导流槽而言，由于视野受阻，工作人员较难直观的观察该部分区域的岩屑清理情况，此时信号发射装置即可发挥其功能。
32.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
33.1、本发明基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，克服了现有技术中需要在井口人工手动对扶正器上的泥包岩屑进行清理的问题，避免了长时间的占用井口时间和空间，不仅减轻了钻工的工作量，更是有利于优化起下钻过程中的井内安全性。
34.2、本发明基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，设计了专用于清理直翼扶正器泥包岩屑的结构，利用环形轨道、伸缩装置和顶推块等，巧妙实现了对扶正器周向各方位上的导流槽的清理，填补了现有技术的空白。
35.3、本发明基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，可对泥包岩屑起到切削和破碎的效果，明显提高对扶正器泥包的清理效率，特别是对于压实程度较高、较为致密的泥包而言具有显著效果。
36.4、本发明基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，可对厚度较大的、胶结严重的泥包岩屑施加向外的推力，迫使其快速脱离导流槽内，进而更加提高清理能力。
附图说明
37.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
38.图1为本发明具体实施例的结构示意图；
39.图2为本发明具体实施例中第二承载板的剖视图；
40.图3为本发明具体实施例中顶推块的结构示意图；
41.图4为本发明具体实施例中顶推块的剖视图。
42.附图中标记及对应的零部件名称：
43.1-定位板，2-环形轨道，3-移动装置，4-伸缩装置，5-顶推块，6-第一驱动装置，7-第一承载板，8-第二承载板，9-圆弧通槽，10-连接件，11-感应装置，12-底座，13-挡板，14-转盘，15-第二驱动装置，16-凸齿，17-第一安装槽，18-密封圈，19-让位槽，20-活动部，21-第三驱动装置，22-第二安装槽，23-信号发射装置。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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技术保护范围
的限制。
45.实施例1：
46.如图1与图2所示的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，包括纵向布置的定位板1、与所述定位板1相对的承载组件，所述承载组件用于承载扶正器的两端端头；所述定位板1上设置环形轨道2、与所述环形轨道2相配合的移动装置3、安装在所述移动装置3上的伸缩装置4、连接在所述伸缩装置4上的顶推块5、用于驱动所述移动装置3在环形轨道2上移动的第一驱动装置6；所述伸缩装置4朝向承载组件所在方向安装，且伸缩装置4的伸缩方向平行于环形轨道2的轴线。
47.本实施例中，承载组件包括平行于所述定位板1的第一承载板7、第二承载板8，所述第二承载板8位于定位板1与第一承载板7之间；所述第一承载板7、第二承载板8均自顶部开设u型缺口。
48.本实施例中的第一驱动装置6，可采用现有技术中任意能够实现在纵向平面上沿设定轨道进行移动、升降或滑动的相关技术以实现。
49.在更为优选的实施方式中，第一承载板与第二承载板之间的间距可调。
50.实施例2：
51.基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，在实施例1的基础上，所述第二承载板8上开设用于所述伸缩装置4穿过的圆弧通槽9，所述圆弧通槽9与所述环形轨道2同轴，圆弧通槽9的两端均连通至第二承载板8上的u型缺口内。
52.还包括位于所述圆弧通槽9内的连接件10，所述连接件10与圆弧通槽9的两侧侧壁均固定连接；沿圆弧通槽9的周向，在所述连接件10的相对两侧均设置用于感应所述伸缩装置4的感应装置11。
53.所述定位板1、第一承载板7、第二承载板8均安装于底座12上；所述底座12两侧设置挡板13，所述挡板13位于第一承载板7与第二承载板8之间。
54.本实施例中的感应装置11可以为接触开关，也可以为其余现有的、能够发出接触感应信号的传感器。
55.在更为优选的实施方式中，u型缺口的弯曲部分与圆弧通槽同轴，两者的间距大于或等于10cm，该间距大于绝大多数常用钻具扶正器的扶正翼的径向宽度，也即是大于绝大多数常用钻具扶正器的导流槽深度，因此可提高本实施例的适用范围，避免伸缩装置4与扶正翼之间发生干涉，保证扶正器能够稳定座落至第一承载板与第二承载板上。
56.本实施例的清理方法包括：
57.首先将出井后发现有泥包现象的直翼扶正器从bha上卸下，将其公扣端放置在第一承载板7上、母扣端放置在第二承载板8上，并使其母扣端抵拢定位板1；
58.伸缩装置的初始位置位于靠近连接件10的左侧；
59.由第一驱动装置驱动移动装置，使伸缩装置顺时针运动，直至伸缩装置正对扶正器上的一个导流槽，伸缩装置伸长，驱动顶推块5进入该导流槽内，对包覆在该导流槽内的泥包岩屑进行清理，使其脱落导流槽内；
60.之后，伸缩装置缩短复位，使顶推块5脱离导流槽的范围；再次由第一驱动装置驱动移动装置，使伸缩装置继续顺时针运动，直至其正对另一个需要清理的导流槽，重复上述步骤，直至对所有需要的导流槽均完成清理。
61.实施例3：
62.基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，在实施例1或2的基础上，所述顶推块5如图3与图4所示，其内壁为弧面，所述弧面与所述环形轨道2同轴。还包括设置在顶推块5背离定位板1所在方向一侧表面的转盘14、用于驱动所述转盘14转动的第二驱动装置15；所述转盘14表面设置若干凸齿16。
63.所述顶推块5侧壁开设第一安装槽17，所述转盘14和第二驱动装置15均位于第一安装槽17内；所述转盘14外部套设密封圈18，所述第一安装槽17的槽壁设置若干让位槽19，所述让位槽19位于所述密封圈18与第一安装槽17的槽底之间。
64.本实施例中，使转盘14的外表面与顶推块5侧壁齐平。
65.本实施例在工作时，由第二驱动装置15驱动转盘14转动，带动各凸齿16同步旋转。
66.优选的，所示凸齿16由硬质合金材料制作而成。
67.实施例4：
68.基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，在实施例3的基础上，如图3与图4所示，还包括设置在顶推块5外壁的活动部20，所述活动部20由第三驱动装置21驱动沿环形轨道2的径向方向运动。所述顶推块5的外壁开设第二安装槽22，所述第三驱动装置21安装在第二安装槽22内，所述活动部20与第二安装槽22间隙配合；还包括信号发射装置23，所述信号发射装置23位于活动部20朝向承载组件所在方向的一侧表面。
69.信号发射装置23在常态下收纳至第二安装槽22内，在需要使用时，由第三驱动装置21驱动活动部20径向向外移动，直至信号发射装置23脱离第二安装槽的范围。
70.在更为优选的实施方式中，活动部20外壁还可套设与第二安装槽22相匹配的密封圈，以实现动密封效果。
71.在更为优选的实施方式中，在所述第一承载板7上布置若干与信号发射装置23相匹配的信号接收装置；若干信号接收装置，阵列分布在顶推块5环形运动的正对方向上。通过信号接收装置是否接收到对应信号，可自动判断当前导流槽内是否已被清理得较为通畅。
72.在更为优选的实施方式中，信号发射装置23为红外发射器或激光发射器。
73.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
74.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

技术特征：
1.基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，包括纵向布置的定位板(1)、与所述定位板(1)相对的承载组件，所述承载组件用于承载扶正器的两端端头；所述定位板(1)上设置环形轨道(2)、与所述环形轨道(2)相配合的移动装置(3)、安装在所述移动装置(3)上的伸缩装置(4)、连接在所述伸缩装置(4)上的顶推块(5)、用于驱动所述移动装置(3)在环形轨道(2)上移动的第一驱动装置(6)；所述伸缩装置(4)朝向承载组件所在方向安装，且伸缩装置(4)的伸缩方向平行于环形轨道(2)的轴线；还包括与第一驱动装置(6)信号连接的感应装置(11)，所述感应装置(11)用于感应所述伸缩装置(4)。2.根据权利要求1所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述承载组件包括平行于所述定位板(1)的第一承载板(7)、第二承载板(8)，所述第二承载板(8)位于定位板(1)与第一承载板(7)之间；所述第一承载板(7)、第二承载板(8)均自顶部开设u型缺口。3.根据权利要求2所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述第二承载板(8)上开设用于所述伸缩装置(4)穿过的圆弧通槽(9)，所述圆弧通槽(9)与所述环形轨道(2)同轴，圆弧通槽(9)的两端均连通至第二承载板(8)上的u型缺口内。4.根据权利要求3所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，还包括位于所述圆弧通槽(9)内的连接件(10)，所述连接件(10)与圆弧通槽(9)的两侧侧壁均固定连接；所述感应装置(11)设置在所述连接件(10)沿圆弧通槽(9)周向的相对两侧。5.根据权利要求2所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述定位板(1)、第一承载板(7)、第二承载板(8)均安装于底座(12)上；所述底座(12)两侧设置挡板(13)，所述挡板(13)位于第一承载板(7)与第二承载板(8)之间。6.根据权利要求1～5中任一所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述顶推块(5)的内壁为弧面，所述弧面与所述环形轨道(2)同轴。7.根据权利要求5所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，还包括设置在顶推块(5)背离定位板(1)所在方向一侧表面的转盘(14)、用于驱动所述转盘(14)转动的第二驱动装置(15)；所述转盘(14)表面设置若干凸齿(16)。8.根据权利要求7所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述顶推块(5)侧壁开设第一安装槽(17)，所述转盘(14)和第二驱动装置(15)均位于第一安装槽(17)内；所述转盘(14)外部套设密封圈(18)，所述第一安装槽(17)的槽壁设置若干让位槽(19)，所述让位槽(19)位于所述密封圈(18)与第一安装槽(17)的槽底之间。9.根据权利要求5所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，还包括设置在顶推块(5)外壁的活动部(20)，所述活动部(20)由第三驱动装置(21)驱动沿环形轨道(2)的径向方向运动。10.根据权利要求9所述的基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，其特征在于，所述顶推块(5)的外壁开设第二安装槽(22)，所述第三驱动装置(21)安装在第二安装槽(22)内，所述活动部(20)与第二安装槽(22)间隙配合；还包括信号发射装置(23)，所述信号发射装置(23)位于活动部(20)朝向承载组件所在方向的一侧表面。

技术总结
本发明公开了基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，包括纵向布置的定位板、与所述定位板相对的承载组件，所述承载组件用于承载扶正器的两端端头；所述定位板上设置环形轨道、与所述环形轨道相配合的移动装置、安装在所述移动装置上的伸缩装置、连接在所述伸缩装置上的顶推块、用于驱动所述移动装置在环形轨道上移动的第一驱动装置；所述伸缩装置朝向承载组件所在方向安装，且伸缩装置的伸缩方向平行于环形轨道的轴线。本发明提供基于感应和伸缩控制的出井扶正器清理器，以解决现有技术中需要钻工在钻台上手动对出井扶正器上的泥包岩屑进行清理的问题，实现能够将扶正器卸下后再做清理、降低人力消耗、减少对钻台井口的占用时间的目的。用时间的目的。用时间的目的。


技术研发人员：冯乐康 李章蕤 李灿 王帅 张东炫 李云鹏
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/7