CN106769164B - 一种井壁垢物取样工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井壁垢物取样工具，包括控制器、电机、传动机构、取垢装置及盛垢装置，其中，所述盛垢装置包括托盘、三个及三个以上的撑杆、连杆、动力杆和围罩；所述取垢装置包括弹爪主架、弹爪、弹爪收放套筒、阀杆；所述传动机构适于带动所述阀杆沿所述轴向方向运动，从而实现所述撑杆和所述弹爪同步张开和/或收拢；所述电机适于驱动所述传动机构；所述控制器适于控制所述电机的运转。本发明提供的井壁垢物取样工具，可较方便地采集井壁上的垢物，不会造成井内碰撞和卡定事故。

Description

一种井壁垢物取样工具

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种井壁垢物取样工具。

背景技术

在气田开发过程中，气藏中的流体如凝析油、气、水等从气层中流出后，由于温度、压力和油气水平衡状态的变化，导致在油管壁上产生化合物等的沉积，从而生成垢物。结垢现象的发生，往往造成设备腐蚀损坏、管道堵塞等，从而降低油气的采收率、增加生产成本、降低产能、增大能耗，使得气井无法正常、连续开采，造成巨大的经济损失。由于不同区块、不同类型气井以及气井在不同的生产阶段，井壁垢物的种类和特点也不同，必须取得井下垢物样本进行成分分析，才能针对性的开展防垢和除垢工艺技术研究和产品研制。因此，需要采集井壁垢物样本进行分析。

目前，主要通过井内下入与油管内径相近的工具通过剐蹭获取井壁垢物样本。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

与油管内径相近的工具下入井内后容易造成碰撞和卡定事故，且无法准确获取预定深度处的油管壁上的垢物。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种井壁垢物取样工具，可较方便地获取井壁垢物，且不会造成油管内碰撞及卡定事故。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明提供了一种井壁垢物取样工具，包括控制器、电机、传动机构、取垢装置及盛垢装置，其中，

所述盛垢装置包括托盘、三个及三个以上的撑杆、连杆、动力杆和围罩，所述三个及三个上的撑杆的第一端固定在所述托盘的周围，所述撑杆的第二端通过所述连杆与所述动力杆连接，所述动力杆适于通过沿所述动力杆的轴向方向的运动带动所述连杆运动，从而所述连杆带动所述撑杆的第二端相对所述轴向方向张开和/或收拢，所述围罩围设在所述三个及三个以上的撑杆的外围；

所述取垢装置包括弹爪主架、弹爪、弹爪收放套筒、阀杆，所述弹爪主架与所述托盘连接，所述弹爪与所述弹爪主架连接，所述阀杆的第一端与所述动力杆的第二端连接，所述弹爪收放套筒与所述阀杆的第一端连接，所述阀杆适于通过沿所述轴向方向的运动带动所述弹爪收放套筒运动，进而使所述弹爪相对所述轴向方向张开和/或收拢；

所述传动机构适于带动所述阀杆沿所述轴向方向运动，从而实现所述撑杆和所述弹爪同步张开和/或收拢；

所述电机适于驱动所述传动机构；

所述控制器适于控制所述电机的运转。

可选择地，所述传动机构包括丝杠和丝杠螺母连接座，所述丝杠螺母连接座与所述阀杆的第二端连接，所述丝杠适于通过转动带动所述丝杠螺母连接座沿所述轴向方向的运动，进而带动所述阀杆沿所述轴向方向的运动。

可选择地，所述控制器包括电池、电压转换电路、驱动电路、信号处理芯片DSP，所述电压转换电路用于将所述电池提供的电压转换为所述电机、所述DSP和所述电机驱动电路所需要的电压值，所述DSP用于启动所述驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述电机的运转。

可选择地，所述电机还包括编码器，所述编码器用于检测所述电机的运行状态并反馈至所述控制器。

可选择地，所述井壁垢物取样工具还包括联轴器，所述联轴器用于连接所述丝杠的第二端和所述电机的转动轴。

可选择地，所述井壁垢物取样工具还包括第一密封筒，所述第一密封筒的第一端与所述弹爪主架连接，所述第一密封筒的第一端设置有适于所述阀杆运动的开口，所述阀杆适于在所述第一密封筒内做沿所述轴向方向的运动。

可选择地，所述井壁垢物取样工具还包括第二密封筒和第三密封筒，所述第二密封筒的第一端与所述第一密封筒的第二端连接，所述第二密封筒的第二端与所述第三密封筒的第一端连接，所述传动机构位于所述第二密封筒的内部，所述电机和所述控制器位于所述第三密封筒的内部。

可选择地，所述丝杠的第一端通过滚针轴承固定在第二密封筒的第一端，所述丝杠的第二端通过推力球轴承固定在所述第二密封筒的第二端。

可选择地，所述井壁垢物取样工具还包括工具接头，所述工具接头用于连接所述第三密封筒的第二端与外部作业工具。

可选择地，所述盛垢装置、所述取垢装置、所述第一密封筒、所述第二密封筒、所述第三密封筒和/或所述工具接头为抗腐蚀的合金材质。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明提供的井壁垢物取样工具，包括控制器、电机、传动机构、取垢装置及盛垢装置，其中，盛垢装置包括托盘、三个及三个以上的撑杆、连杆、动力杆和围罩，三个及三个上的撑杆的第一端固定在托盘的周围，撑杆的第二端通过连杆与动力杆连接，动力杆适于通过沿动力杆的轴向方向的运动带动连杆运动，进而带动撑杆的第二端相对轴向方向张开和/或收拢，围罩罩设在张开的三个及三个以上的撑杆的外围；取垢装置包括弹爪主架、弹簧轴、弹爪收放套筒、十字滑块、阀杆，弹爪主架与托盘连接，弹爪与弹爪主架连接，阀杆的第一端与动力杆的第二端连接，弹爪收放套筒与阀杆的第一端连接，阀杆适于通过沿轴向方向的运动带动弹爪收放套筒运动，进而使弹爪相对轴向方向张开和/或收拢；传动机构适于带动阀杆沿轴向方向运动，从而实现撑杆和弹爪同步张开和/或收拢；电机适于驱动传动机构；控制器适于控制电机的运转。当本发明提供的井壁垢物取样工具下入井下设计取样深度后，控制器控制电机驱动传动机构带动阀杆沿其轴向方向运动，阀杆的运动带动弹爪收放套筒沿阀杆的轴向方向的运动，从而使弹爪相对于阀杆的轴向方向的张开；同时阀杆沿其轴向方向的运动带动动力杆的运动，动力杆的运动带动连杆的运动，连杆的运动带动三个及三个以上的撑杆同时相对于动力杆的轴向方向张开，即三个及三个以上的撑杆与弹爪同时张开。弹爪张开后，刮掉井壁的垢物，刮掉的垢物落入托盘、三个及三个以上的撑杆及围罩组成的盛垢篮中。当取样结束后，控制器控制电机驱动传动机构带动阀杆沿其轴向方向反向运动，阀杆的运动带动动力杆的运动，进而弹爪与三个及三个以上的撑杆同时收拢。采用本实施例提供的井壁垢物取样工具，可较方便地采集井壁上的垢物，且不会造成油管内碰撞及卡定事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明一实施例中井壁垢物取样工具的结构示意图；

附图2为本发明一实施例中弹爪收放套筒配合扭簧带动弹爪运动的结构示意图；

附图3为本发明一实施例中弹爪及撑杆收拢时井壁垢物取样工具的一部分的结构示意图；

附图4为本发明一实施例中弹爪及撑杆张开时井壁垢物取样工具的一部分的结构示意图；

附图5为丝杠螺母连接座的结构示意图；

附图6为本发明一实施例中控制器的框图。

图中的附图标记分别为：

1、螺母；2、托盘；3、第一销钉；4、挡环；5、撑杆；6、锁紧螺母；7、撑杆滑块；8、第二销钉；9、连杆；10、第三销钉；11、垢物篮托杆；12、动力杆；13、弹爪主架；14、弹簧轴；15、扭簧；16、弹爪；17、弹爪座连接筒；18、弹爪收放套筒；19、十字滑块；20、动密封圈固紧座；21、第一O形圈；22、垫圈；23、第一密封筒；24、阀杆；25、阀杆连接筒；26、滚针轴承端盖；27、滚针轴承；28、第二O形圈；29、丝杠；30、丝杠螺母连接座；31、丝杠螺母连接盖；32、第二密封筒；33、轴承支座筒；34、推力球轴承；35、丝杠轴承座；36、联轴器套；37、联轴器；38、电机；39、第三密封筒；40、工具接头；41、控制器；42、第三O形圈。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种井壁垢物取样工具，其特征在于，包括控制器41、电机38、传动机构、取垢装置及盛垢装置，其中，盛垢装置包括托盘2、三个及三个以上的撑杆5、连杆9、动力杆12和围罩，三个及三个上的撑杆5的第一端固定在托盘2的周围，撑杆5的第二端通过连杆9与动力杆12连接，动力杆12适于通过沿其轴向方向的运动带动连杆9运动，进而三个及三个以上的撑杆5的第二端相对动力杆12的轴向方向张开和/或收拢，围罩罩设在三个及三个以上的撑杆5的外围；取垢装置包括弹爪主架13、弹爪16、弹爪收放套筒18、阀杆24，弹爪主架13与托盘2连接，弹爪16与弹爪主架13连接，弹爪收放套筒18与阀杆24的第一端连接，阀杆24的第一端与动力杆12的第二端连接，阀杆24适于通过沿阀杆24的轴向方向的运动带动弹爪收放套筒18运动，进而使弹爪16相对阀杆24的轴向方向张开和/或收拢；传动机构适于带动阀杆24沿其轴向方向运动，从而实现撑杆5和弹爪16同步张开和/或收拢；电机38适于驱动传动机构；控制器41适于控制电机38的运转。

当本实施例提供的井壁垢物取样工具下入井内时，撑杆5和弹爪16处于收拢的状态，如图3所示。当本实施例提供的井壁垢物取样工具下入井内后，采集井壁垢物时，控制器41控制电机38运转，电机38的运转驱动传动机构带动阀杆24沿其轴向方向运动，阀杆24的运动带动弹爪收放套筒18沿阀杆24的轴向方向的运动，从而使弹爪16相对于阀杆24的轴向方向张开；同时阀杆24沿其轴向方向的运动带动动力杆12的运动，动力杆12的运动带动连杆9的运动，连杆9的运动带动三个及三个以上的撑杆5同时相对于动力杆12的轴向方向张开，即三个及三个以上的撑杆5与弹爪16同时张开，如图4所示。弹爪16张开后，刮掉井壁的垢物，刮掉的垢物落入托盘2、三个及三个以上的撑杆5及围罩组成的盛垢篮中。当取样结束后，控制器41控制电机38反向运转，进而驱动传动机构带动阀杆24沿其轴向方向反向运动，阀杆24的运动带动动力杆12的运动，进而弹爪16与三个及三个以上的撑杆5同时收拢。采用本实施例提供的井壁垢物取样工具，可较方便地采集井壁垢物，且不会造成油管内碰撞及卡定事故。

具体地，三个及三个上的撑杆5的第一端可通过第一销钉3固定在托盘2的周围，撑杆5的第二端可通过第三销钉10与连杆9连接，阀杆24的第一端与动力杆12的第二端可通过螺纹连接。本发明不对此进行限定，也可采用螺栓或者其他用于固定的零件进行固定。

需要说明的是，本发明不对撑杆5及弹爪7的具体数量进行限定，弹爪7的数量可为1个或者1个以上。

在本实施例中，如图1所示，弹爪16与弹爪主架13可通过弹簧轴14连接，扭簧15套设在弹簧轴14上，扭簧15的第一端固定在弹爪主架13上，扭簧15的第二端卡定在弹爪16上。如图2所示，为弹爪收放套筒18与扭簧15配合带动弹爪16运动的结构示意图。阀杆24沿其轴向方向运动时，带动弹爪收放套筒18运动，进而使弹爪16在扭簧15的作用下相对阀杆24的轴向方向张开和/或收拢，即弹爪收放套筒18脱离与弹爪16接触时，弹爪16在扭簧15的弹力支撑下张开，当弹爪收放套筒18压迫弹爪16时，弹爪16被迫收拢。

在本实施例中，如图1所示，井壁垢物取样工具还可包括撑杆滑块7。可采用锁紧螺母6将撑杆滑块7固定在动力杆12上，连杆9通过第二销钉8固定在撑杆滑块7上。这样，撑杆滑块7随动力杆12做沿其轴向方向的运动时，可通过带动连杆9进而带动撑杆5相对于动力杆12的张开或收拢。

在本实施例中，如图1所示，井壁垢物取样工具还可包括十字滑块19。弹爪收放套筒18与十字滑块19连接，十字滑块19可通过螺纹固定在阀杆24上。这样，十字滑块19随阀杆24沿其轴向方向运动时，可带动弹爪收放套筒18沿阀杆24的轴向方向的运动。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，传动机构包括丝杠29和丝杠螺母连接座30。如图5所示，为丝杠螺母连接座30的结构示意图。丝杠螺母连接座30通过螺纹套设在与丝杠29上，丝杠螺母连接座30的第一端与阀杆连接筒25第二端相连。丝杆29适于通过转动从而带动丝杠螺母连接座30沿丝杠29的轴向方向的运动，进而带动阀杆24沿其轴向方向运动。具体地，丝杠螺母连接座30可配合丝杠螺母连接盖31套设在丝杠29上。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，传动机构还可包括阀杆连接筒25。阀杆连接筒25可用于连接阀杆24的第二端和丝杠螺母连接座30的第一端。具体地，阀杆连接筒25的第一端和阀杆24的第二端可通过螺纹扣连接，阀杆连接筒25的第二端和丝杠螺母连接座30的第一端可通过螺栓连接。这样，当采用井壁垢物取样工具进行取样时，控制器41控制电机38的转动，从而驱动丝杆29转动，进而丝杠29的转动带动丝杠螺母连接座30沿丝杠29的轴向方向的运动，丝杠螺母连接座30的运动带动阀杆连接筒25的运动，进而阀杆连接筒25的运动带动阀杆24和动力杆12沿其轴向方向的运动，从而使撑杆5与弹爪16同时张开或者收拢。

作为本实施例的一种改进，传动机构还包括丝杠螺母联接盖31。丝杠螺母连接座30可通过丝杠螺母联接盖31采用螺栓紧固在丝杠29的丝杠螺母上，丝杠螺母连接座30与阀杆连接筒25的第二端可通过螺栓相连。

作为本实施例的一种改进，控制器41包括电池、电压转换电路、驱动电路、信号处理芯片DSP，电压转换电路用于将电池提供的电压转换为DSP和电机驱动电路所需要的电压值，DSP用于启动驱动电路，驱动电路用于驱动电机带动丝杠29的转动。

作为本实施例的一种改进，电机38还包括编码器，编码器用于检测电机38的运行状态并反馈至控制器。控制器41中的电池也为电机38供电。

控制器41的框图如图6所示。在实际中，可在井壁垢物取样工具下入井内前，通过强固型手持式编程设备与DSP连接，设置好具体作业参数，例如在T1时间点DSP启动驱动电路，驱动电路驱动电机38带动传动机构运动，使撑杆5与弹爪16同时张开；在T2时间点DSP启动驱动电路反向驱动电机38带动传动机构运动，使撑杆5与弹爪16同时收拢。同时编码器检测电机38是否正常运行，并将电机38的运行状态反馈至控制器41的DSP，当电机38的运行异常时，则DSP断开驱动电路。本发明不对此进行限定，也可在控制器41内部设置传感器和数模转换器，采用外部设备向控制器发送信号，传感器接收到信号后发送给数模转换器，数模转换器将传感器接收到的模拟信号转换为数字信号并发送给DSP，DSP根据接收的信号启动驱动电路，进而驱动电路驱动电机38带动传动机构运动。

需要说明的是，本实施例中采用的DSP也可采用单片机、现场可编程门阵列芯片(FPGA)、RISC微处理器(ARM)等替代。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，井壁垢物取样工具还包括联轴器37，联轴器37用于连接丝杠29的第二端和电机的转动轴。这样，当电机38转动时，可通过转动轴的转动带动丝杠29的转动。联轴器37外部设置有联轴器套36，用来保护联轴器37。

作为本实施例的一种改进，井壁垢物取样工具还包括第一密封筒23，第一密封筒23的第一端与弹爪主架13连接，第一密封筒23的第一端设置有适于阀杆24运动的开口，阀杆24适于在第一密封筒23的内部做沿其轴向方向的运动。具体地，弹爪主架13可通过弹爪座连接筒17与第一密封筒23的第一端连接。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，第一密封筒23的第一端设置的适于阀杆24运动的开口的周围设置有动密封圈固紧座20、第一O形圈21和垫圈22。这样，可在阀杆24通过第一密封筒23的第一端的开口做沿阀杆24的轴向方向的运动时，保证第一密封筒23的密封性。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，井壁垢物取样工具还包括第二密封筒32和第三密封筒39，第二密封筒32的第一端与第一密封筒23的第二端连接，第二密封筒32的第二端与第三密封筒39的第一端连接，传动机构位于第二密封筒32内部，电机38和控制器41位于第三密封筒39内部。这样，第二密封筒32可保护传动机构，第三密封筒39可保护电机38和控制器41。在第一密封筒23与第二密封筒32、第二密封筒32与第三密封筒39的连接处分别设置有第二O形圈28和第三O形圈42，这样可保证连接处的密封性良好。

在本实施例中，如图1所示，井壁垢物取样工具还包括垢物篮托杆11，托盘2通过螺母1固定在垢物篮托杆11的第一端，弹爪主架13固定在垢物篮托杆11的第二端。在撑杆5和弹爪16张开和收拢的过程中，托盘2、垢物篮托杆11及弹爪主架13及第一密封筒23是不运动的，这样，可实现动力杆12、阀杆24相对于托盘2、垢物篮托杆11、弹爪主架13和第一密封筒23的运动，从而带动撑杆5和弹爪16收拢和张开。本发明不对垢物篮托杆11进行限定，也可采用其他结构将托盘2和弹爪主架13进行连接。

在本实施例中，如图1所示，托盘2与垢物篮托杆11的第一端的连接处设置有挡环4，用于限制托盘2沿连杆9的轴向方向的运动。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，丝杠29的第一端采用滚针轴承27固定在第二密封筒32的第一端，丝杠29的第二端通过推力球轴承34固定在第二密封筒32的第二端。这样，既限制了丝杆29沿其轴向方向的运动，又可使丝杆29转动，从而丝杆29的转动带动丝杠螺母连接座30沿丝杠29的轴向方向的运动。

在本实施例中，丝杠29的第一端与第二密封筒32的第一端可通过滚针轴承27配合滚针轴承端盖26进行连接，丝杠29的第二端可通过轴承支座筒33和推力球轴承34配合丝杠轴承座35固定在第二密封筒32的第二端内部。

作为本实施例的一种改进，如图1所示，井壁垢物取样工具还包括工具接头40，工具接头40用于连接第三密封筒39的第二端与外部作业工具。这样，可通过工具接头40将外部工具如绳索作业的丢手机构、加重杆、电缆或者钢丝绳等依次连接，可通过这些外部工具将井壁垢物取样工具下入井内。由于弹爪16刮掉垢物的过程中存在摩擦阻力，垢物可能会粘在井壁上，此时可采用震击器，使垢物脱离井壁，落入盛垢篮中。

作为本实施例的一种改进，盛垢装置、取垢装置、第一密封筒23、第二密封筒32、第三密封筒39和/或工具接头40可为抗腐蚀的合金材质，具体地，可为模具钢材质。由于井内的垢物具有腐蚀性，采用抗腐蚀的合金材质可延长井壁垢物取样工具的使用寿命。同时，围罩的材质也为防腐蚀的。

本实施例提供的井壁垢物取样工具在垂直井、斜井以及水平井中均适用。

本实施例提供的井壁垢物取样工具可用于高含硫气井，但不限于此。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种井壁垢物取样工具，其特征在于，包括控制器、电机、传动机构、取垢装置及盛垢装置，其中，

所述盛垢装置包括托盘、三个及三个以上的撑杆、连杆、动力杆和围罩，所述三个及三个上的撑杆的第一端固定在所述托盘的周围，所述撑杆的第二端通过所述连杆与所述动力杆连接，所述动力杆适于通过沿所述动力杆的轴向方向的运动带动所述连杆运动，从而所述连杆带动所述撑杆的第二端相对所述轴向方向张开和/或收拢，所述围罩围设在所述三个及三个以上的撑杆的外围；

所述取垢装置包括弹爪主架、弹爪、弹爪收放套筒、阀杆，所述弹爪主架与所述托盘连接，所述弹爪与所述弹爪主架连接，所述阀杆的第一端与所述动力杆的第二端连接，所述弹爪收放套筒与所述阀杆的第一端连接，所述阀杆适于通过沿所述轴向方向的运动带动所述弹爪收放套筒运动，进而使所述弹爪相对所述轴向方向张开和/或收拢；

所述传动机构适于带动所述阀杆沿所述轴向方向运动，从而实现所述撑杆和所述弹爪同步张开和/或收拢，所述传动机构包括丝杠和丝杠螺母连接座，所述丝杠螺母连接座与所述阀杆的第二端连接，所述丝杠适于通过转动带动所述丝杠螺母连接座沿所述轴向方向的运动，进而带动所述阀杆沿所述轴向方向的运动；

所述电机适于驱动所述传动机构；

所述控制器适于控制所述电机的运转；

其中，所述电机包括编码器，所述编码器用于检测所述电机的运行状态并反馈至所述控制器。

2.根据权利要求1所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述控制器包括电池、电压转换电路、驱动电路、信号处理芯片DSP，所述电压转换电路用于将所述电池提供的电压转换为所述电机、所述DSP和所述电机驱动电路所需要的电压值，所述DSP用于启动所述驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述电机的运转。

3.根据权利要求1所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述井壁垢物取样工具还包括联轴器，所述联轴器用于连接所述丝杠的第二端和所述电机的转动轴。

4.根据权利要求1所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述井壁垢物取样工具还包括第一密封筒，所述第一密封筒的第一端与所述弹爪主架连接，所述第一密封筒的第一端设置有适于所述阀杆运动的开口，所述阀杆适于在所述第一密封筒内做沿所述轴向方向的运动。

5.根据权利要求4所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述井壁垢物取样工具还包括第二密封筒和第三密封筒，所述第二密封筒的第一端与所述第一密封筒的第二端连接，所述第二密封筒的第二端与所述第三密封筒的第一端连接，所述传动机构位于所述第二密封筒的内部，所述电机和所述控制器位于所述第三密封筒的内部。

6.根据权利要求5所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述丝杠的第一端通过滚针轴承固定在第二密封筒的第一端，所述丝杠的第二端通过推力球轴承固定在所述第二密封筒的第二端。

7.根据权利要求5所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述井壁垢物取样工具还包括工具接头，所述工具接头用于连接所述第三密封筒的第二端与外部作业工具。

8.根据权利要求7所述的井壁垢物取样工具，其特征在于，所述盛垢装置、所述取垢装置、所述第一密封筒、所述第二密封筒、所述第三密封筒和/或所述工具接头为抗腐蚀的合金材质。