一种井筒清刷装置及作业方法与流程

本发明属于井筒准备领域，尤其是一种井筒清刷装置及作业方法。

背景技术：

1、深井超深井普遍采用复合套管封固地层，完井阶段需通过钻塞、铣喇叭口、刮壁、通井等井筒准备清除井壁和井底障碍，为后续作业提供良好的井筒环境，高质量井筒准备可有效保障完井作业成功率。深井超深井下部井眼埋藏深、套管尺寸小，管柱下入后过流面积受限，难以实施大排量循环作业，井内液体返至大套管后由于环空容积增加，液体流速变缓，井筒准备过程中产生的水泥块、铁屑等杂质往往难以返至井口，杂质附着于井壁会带来完井封隔器坐封失败风险，堆积井底则会随压裂作业进入储层，降低油气井产量。

2、复合套管井井筒准备作业通常包括钻上/下塞、通井、大/小套管刮壁、铣喇叭口、铁屑打捞等十余项作业，井筒准备面临作业时间长、井控风险高，难以实施深度清理。井筒准备中的井壁清理采用刮壁装置进行刮削，刮刀刚性大、具有整体回弹空间，对于井深、井温高的井可能存在少量水泥环、毛刺残留，造成封隔器胶筒刮伤或密封失效，亟需一种工艺简单、操作方便、作业安全性高且能实现深度清洁的作业方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种井筒清刷装置及作业方法，具有耐温性能高、结构可靠、满足一体化作业且安全性有保障的井筒清刷装置，满足高温深井超深井精细清洁井筒内壁的需求的优势。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种井筒清刷装置，包括一体式芯轴、钢刷总成、剪切机构和下固定套；

4、一体式芯轴的上端外壁设有台阶面，钢刷总成套设于一体式芯轴的台阶面内，下固定套设在一体式芯轴的下端，下固定套与一体式芯轴同轴固定连接，钢刷总成与下固定套之间设有剪切机构。

5、进一步的，所述钢刷总成包括上扶正套、钢刷托筒、上部钢刷和下扶正套；

6、钢刷托筒外壁开设有均布在周向上的螺旋状的钢刷槽，钢刷槽内设有上部钢刷，上部钢刷与钢刷槽的连接处之间设置有弹簧；

7、钢刷托筒的上端套设有上扶正套，钢刷托筒的下端套设有下扶正套。

8、进一步的，所述钢刷托筒由若干个套筒组成，相邻的套筒之间固定连接。

9、进一步的，所述上扶正套设在钢刷脱筒及一体式芯轴的外侧，上扶正套与钢刷托筒固定连接；上扶正套的侧壁上开设有导流槽；

10、所述下扶正套设在钢刷脱筒与剪切机构外侧，下扶正套与钢刷托筒固定连接，下扶正套的侧壁上开设有导流槽，下扶正套的下端开设有限位槽。

11、进一步的，所述钢刷脱筒的轴向上设有两组钢刷槽，两组钢刷槽内分别设有上部钢刷和下部钢刷，两组钢刷槽之间设有固定套；下部钢刷与钢刷槽的连接处之间设置有弹簧。

12、进一步的，所述上下两组钢刷槽的螺旋方向相反。

13、进一步的，所述固定套与套筒固定连接。

14、进一步的，所述剪切机构包括剪切套、解卡剪销和剪切环，剪切套与剪切环之间通过解卡剪销固定连接。

15、进一步的，所述下固定套与一体式芯轴通过螺纹连接，下固定套上端开设有限位槽。

16、一种作业方法，包括以下步骤：

17、将本发明井筒清刷装置与钻磨装置、刮壁装置和洗井装置等连接于钻杆上，此时的洗井装置处于关闭状态，钻杆配长满足管柱入井后洗井装置始终处于喇叭口以上附近套管内，形成钻磨-刮壁-清刷-洗井一体化的井筒准备作业管柱，将所述井筒准备作业管柱下放至待作业井段实施作业；

18、下管柱至钻磨装置处于待钻磨井段，通过井口驱动管柱钻磨水泥塞，同时循环井内液体清理钻磨或磨铣产生的碎屑，在钻磨过程中钢刷总成不随管柱旋转而旋转；

19、钻磨作业完成后，上提管柱，通过刮壁装置反复刮削去除井壁附着杂质，同时通过清刷装置对已刮削井段进行刷洗；

20、最后下放管柱至井底，开启洗井装置，大排量循环井内液体实施洗井，排出钻磨和刮削作业沉积在井底、环空的水泥块及铁屑杂质后起出管柱；

21、起下管柱过程中井筒清刷装置遇阻卡时，旋转上提管柱使得一体式芯轴上行，带动固定套上行剪断剪切机构，致钢刷总成与下固定套啮合，此时钢刷总成随管柱一起旋转，进而进行解卡作业。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

23、本发明的井筒清刷装置，一体式芯轴外壁设有台阶面，钢刷总成套设于一体式芯轴的台阶面内，下固定套设在一体式芯轴的下端，下固定套与一体式芯轴同轴固定连接，钢刷总成与下固定套之间设有剪切机构，钢刷总成与下固定套相邻面分别设有限位槽；当清刷装置在井筒内遇阻卡时，可旋转上提管柱使一体式芯轴上行，带动下固定套上行剪断剪切机构，致钢刷总成通过下扶正套与下固定套相连接，此时钢刷总成可以整体随管柱一起旋转实施解卡作业。本发明整体不需要橡胶件，耐温可达300℃以上，具有耐温高、承压能力强、满足大扭矩作业需求、配合高速旋转作业不伤套管、满足大排量循环作业且遇卡后可解卡的特点。而芯轴采用一体式设计，无接头、通孔等薄弱点，避免钻实塞、憋钻等大扭矩作业工况下工具断裂风险，提高作业安全性。

24、优选的，上扶正套-钢刷-下扶正套的设计，保障钢刷在井下处于居中状态，有效降低钢刷和芯轴不均匀磨损，避免钢刷不居中造成的清洁效果不达标，提高整个井筒内清理作业效果。

25、优选的，上扶正套和下扶正套上的导流槽的设置，可使井液形成螺旋流态，提高井液循环返排效率。

26、优选的，上扶正套、下扶正套和下固定套与一体式芯轴之间增加紧定螺钉设计，可在装置实施解卡作业时提供更高的扭矩，提高解卡作业成功率和安全性。

27、优选的，独立钢刷条设计，便于维修更换。

28、优选的，两组钢刷槽螺旋方向相反的设计，在清刷装置下入和起出过程中由螺旋钢刷产生的扭矩可相互抵消，提高作业安全性。

29、优选的，两组螺旋钢刷均可360°覆盖井筒内壁，在同等规格条件下具有更窄的钢刷宽度，形成的大导流槽配合与钻杆等同的内通径在作业过程中始终允许大排量循环，提高井筒清洁效果。

30、本发明的作业方法，在油气井井筒准备过程中，将本发明井筒清刷装置与钻磨装置、一体化全通径刮壁装置和洗井装置等一体化井筒准备工具连接于钻杆上，此时的洗井装置处于关闭状态，钻杆配长满足管柱入井后洗井装置始终处于喇叭口以上附近套管内，形成满足钻磨-刮壁--清刷-洗井等作业一体化的井筒准备作业管柱；将所述井筒准备作业管柱下放至钻磨装置处于待钻磨井段，通过井口驱动管柱钻磨水泥塞，同时循环井内液体清理钻磨或磨铣产生的碎屑，在钻磨过程中钢刷总成不随管柱旋转而旋转；钻磨作业完成后，上提管柱，通过刮壁装置反复刮削去除井壁附着杂质，同时清刷装置对已刮削井段进行刷洗去除井壁残留水泥和毛刺；最后下放管柱至井底，开启洗井装置，大排量循环井内液体实施洗井，排出钻磨和刮削作业沉积在井底和环空的水泥块及铁屑杂质后起出管柱；起下管柱过程中井筒清刷装置遇阻卡时，旋转上提管柱使得一体式芯轴上行，带动固定套上行剪断剪切机构，致钢刷总成与下固定套啮合，此时钢刷总成随管柱一起旋转，进而进行解卡作业；与现有技术相比，本发明实现井壁精细清刷作业的同时具有耐温高、承压能力强、满足大扭矩作业、高速旋转作业不伤套管、满足大排量循环作业且遇卡后可解卡的特点；该方法满足安全作业的同时，实现了更为彻底的井壁清洁，一趟起下钻完成水泥塞钻磨、套管刮壁、套管精细清刷、大排量井筒清洗等作业，可为油气井单井节省3趟及以上起下钻，缩短作业时间，有效降低井控难度与安全风险，节约作业成本，6000米以上油气井可缩短作业时间6天以上井筒准备时间和钻机日费。