一种井筒刮壁装置及作业方法与流程

本发明属于井筒准备领域，尤其是一种井筒刮壁装置及作业方法。

背景技术：

1、超深油气井普遍采用复合套管封固地层，完井阶段回接套管会形成喇叭口，固井、射孔等作业会产生水泥块、泥浆沉淀、铁屑等杂质，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，可有效保障后续作业安全。而随着超深层油气藏勘探开发的深入，试油完井作业对井筒清洁度要求越来越高，需下入不同功能的井筒准备工具清洁井筒，深井超深井井筒准备往往面临多次起下管柱耗时长、钻机费用高的问题，通过探索一体化井筒准备作业工艺，一趟管柱完成多项井筒准备工序，可有效节约起下钻时间、节省钻机作业费用。

2、常规的刮壁装置刮刀与芯轴固定连接，与钻塞、铣喇叭口等高速旋转工具组合使用易造成极高的套管磨损；液压刮壁装置需投球打压张开刮刀，套管磨损较小，但投球后管柱内部封堵，后续难以实施大排量循环，刮壁产生的杂质掉落井底存在埋堵产层风险；现有刮刀总成不随管柱旋转的刮壁装置遇卡无法旋转刮刀或芯轴采用分段设计，存在管柱一旦遇卡后管柱无法解卡或内部接头连接处断裂、泄露风险大，作业过程中存在较大的安全隐患。随着深井超深井一体化井筒准备作业管柱朝着一趟钻完成多项作业发展，耐温性能有保障，能够同时配合钻、磨、铣作业不伤套管，大扭矩作业安全性有保障，满足大排量循环且遇阻卡也能轻松化解的井筒刮壁装置成为亟待解决的关键问题。

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，提供一种井筒刮壁装置及作业方法，具有耐温性能高、结构可靠、作业安全性有保障的满足一体化作业需求的优势。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种井筒刮壁装置，包括一体式芯轴、刮刀总成、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，刮刀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，刮刀总成与下固定套之间设有剪切机构。

5、进一步的，所述刮刀总成包括上扶正套、刮刀托筒、上部刮刀和下扶正套；

6、刮刀托筒外壁开设有均布在周向上的螺旋状的刮刀槽，刮刀槽内设有上部刮刀，上部刮刀与刮刀槽的连接处之间设置有刮刀弹簧；

7、刮刀托筒的上端套设有上扶正套，刮刀托筒的下端套设有下扶正套。

8、进一步的，所述刮刀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，所述上扶正套设在刮刀托筒及一体式芯轴的外侧，上扶正套与刮刀托筒固定连接；上扶正套的侧壁上开设有导流槽；

10、所述下扶正套设在刮刀托筒与剪切机构的外侧，下扶正套与刮刀托筒固定连接；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，所述刮刀托筒的轴向上设有两组刮刀槽，两组刮刀槽内分别设有上部刮刀和下部刮刀，两组刮刀槽之间设有固定套；下部刮刀与刮刀槽的连接处之间设置有刮刀弹簧。

12、进一步的，所述上下两组刮刀槽的螺旋方向相反。

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、一种井筒作业方法，包括以下步骤：

17、将本发明所述的井筒刮壁装置与钻磨或磨铣装置和洗井装置连接于钻杆上，此时的洗井装置处于关闭状态，形成钻磨/磨铣-刮壁-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装置下放至待作业井段实施作业；

18、下管柱直至钻磨装置或磨铣装置处于待钻磨或磨铣位置，通过井口驱动管柱钻磨水泥塞或磨铣喇叭口，同时循环井内液体清理钻磨或磨铣产生的碎屑，在钻磨过程中刮刀总成不随管柱旋转而旋转；

19、钻磨作业完成后，上提或下放管柱，通过刮壁装置反复刮削去除井壁附着杂质；

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，排出钻磨或磨铣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、当起下管柱过程中井筒刮壁装置遇阻卡时，旋转上提管柱使得一体式芯轴上行，带动下固定套上行剪断剪切机构，致刮刀总成与下固定套啮合，此时刮刀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、本发明的井筒刮壁装置，一体式芯轴外壁设有台阶面，刮刀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，刮刀总成与下固定套之间设有剪切机构，刮刀总成与下固定套相邻面分别设有限位槽；当刮壁装置在井筒内遇阻卡时，可旋转上提管柱使一体式芯轴带动剪切机构断裂，致刮刀总成通过下扶正套与下固定套相连接，此时刮刀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、一体式芯轴安全性和密封性有保障、通径结构满足大排量洗井作业需求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-刮刀-下扶正套的设计，保障刮刀在井下处于居中状态，有效降低刮刀和芯轴不均匀磨损，避免刮刀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，可在装置进行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，独立刮刀设计，便于维修更换。

28、优选的，两组刮刀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刮刀产生的扭矩可相互抵消，提高作业安全性。

29、优选的，两组螺旋刮刀均可360°覆盖井筒内壁，在同等规格条件下具有更窄的刮刀宽度，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，将本发明井筒刮壁装置与钻磨装置或磨铣装置和洗井装置等组合串联于钻杆上，此时的洗井装置处于关闭状态，形成钻磨/磨铣-刮壁-洗井等作业一体化的井筒准备作业管柱；将钻磨装置或磨铣装置下放至待钻磨或磨铣位置，通过井口驱动管柱钻磨水泥塞或磨铣喇叭口，同时循环井内液体清理钻磨或磨铣产生的碎屑，在钻磨过程中刮刀总成不随管柱旋转而旋转；钻磨作业完成后，上提或下放管柱，通过刮壁装置反复刮削去除井壁附着杂质；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，排出钻磨或磨铣和刮削作业沉积在井底、环空的水泥块、铁屑等杂质后起出管柱；在起下管柱过程中井筒刮壁装置如遇阻卡，可通过旋转上提管柱使得一体式芯轴上行，带动下固定套上行剪断剪切机构，致刮刀总成与下固定套啮合，此时刮刀总成随管柱一起旋转，进而进行解卡作业。与现有技术相比，该方法一趟起下钻完成水泥塞钻磨/喇叭口磨铣、套管刮壁和大排量井筒清洗作业，井底杂质清理更彻底，同时可为油气井单井节省2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米以上深井超深井节省3-12天的单井起下钻时间和钻机费用。