一种基于电磁驱动的伸缩型控速清管器的制作方法

本发明涉及油气管道清管技术领域，尤其是一种基于电磁驱动适用于石油天然气开采钻井站场开孔清理管道的伸缩型控速清管器。

背景技术：

随着国内石油天然气的需求不断增加，国内石油与天然气开采发展迅猛，被开采的油气田数目也在不断加多。但由于开采钻井站场现场环境复杂，作业面积有限，所以造成了钻井站场的管路与相关作业设备仪器连接复杂的情况。而在站场更换不同种类的泥浆或者搬离站场时，需要对管道进行清理作业。但是常规清管器，一般均利用介质推送产生驱动力，不能控制速度，而且难以在具有支路的复杂管路中进行作业。所以站场一般采用使用专用设备在管道上开孔然后进行人工清理的方法，但这种方法效率极低，并且成效不佳。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种方便拆卸、可控制速度、便于进入管道开孔的基于电磁驱动的伸缩型控速清管器，当站场需要清管的管段开孔后，将组装好的清管器置于固定基座之上，利用清管器前端的热水喷头将热水喷射至管段四周，冲刷管段之中的凝固泥浆与其他污染，之后利用电磁驱动力推动清关环对管壁进行清管，实现对管道的清理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电磁驱动的伸缩型控速清管器，包括伸缩系统、驱动系统以及清管环，所述的伸缩系统具有伸缩管，所述清管环安装在伸缩管前端，所述驱动系统包括安装在伸缩管内的驱动管，驱动管前端面与伸缩管前端内壁之间固接有电磁铁，驱动管内滚动设有轴向移动的遥控小车，遥控小车上安装有与电磁铁之间产生吸引力或排斥力而驱动伸缩管作伸缩运动的永磁铁。

具体说，所述的伸缩管包括外套管、与外套管滑动配合的中套管及与中套管滑动配合的内套管，内套管前端固定有基座，沿基座周向均布有可压缩或释放清管环的收束手臂。

为了在清管前去除管壁上污染物，提高清管效果，所述的内套管内横贯设有输送热水的橡胶软管，位于清管环前侧设有与橡胶软管连通、在清管前向管壁喷射热水的热水喷头，热水喷头顶端安装有电磁波发射器，以便将清管器位于管道中的位置以电磁波信号的形式实时反馈给场站。

为防止出现信号有误而损坏清管器，所述的热水喷头前端设有触发板，触发板上安装有压力传感器，压力传感器与热水喷头之间连接有弹簧。

为控制伸缩管伸出或收缩到位，所述的内套管后端固接有第一限位器，中套管后端固接有第二限位器，外套管前端内壁外周设有控制伸缩管伸出极限的第一压力传感器，外套管后端内壁外周设有控制伸缩管收缩极限的第二压力传感器。

优选地，所述的驱动管包括外管、与外管滑动配合的中管及与中管滑动配合的内管，外管后端伸出外套管后端且外管外周与外套管后端面之间固接，所述电磁铁与内管前端面插槽耦合连接，内管内壁上下分别轴向铺设有轨道，遥控小车通过滚轮与所述轨道滚动配合。

该清管器还具有安装基座和挡板，起到承载、固定清管器的作用，所述伸缩管的外套管后端固定在安装基座上，外套管前端支撑在挡板上，安装基座上安装有支撑座，所述驱动管的外管后端与支撑座固连。

本发明的有益效果是：本发明方便拆卸，可控制速度，具有较好的经济性，同时便于进入复杂管路开孔进行清管作业。采用电磁原理驱动伸缩，动力安全，无污染。利用热水喷头环向喷射热水，在冲刷管壁的同时更好的节约了水资源，可较好的处理泥浆凝固于管壁的情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的使用结构示意图。

图2是本发明所述伸缩系统与驱动系统的内部结构示意图。

图3是本发明所述清管环的安装截面示意图。

图中：1.清管环，2.安装基座，3.挡板，4.支撑座，5.伸缩管，5-1.外套管，5-2.中套管，5-3.内套管，5-4.第一限位器，5-5.第二限位器，5-6.第一压力传感器，5-7.第二压力传感器，6.电磁铁，7.基座，8.收束手臂9.驱动管，9-1.外管，9-2.中管，9-3.内管，10.夹爪，11.轨道，12.遥控小车，13.永磁铁，14.热水喷头，15.橡胶软管，16.密封钢管，17.电磁波发射器，18.触发板，19.压力传感器，20.弹簧。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图3所示，一种基于电磁驱动的伸缩型控速清管器，包括固定系统、伸缩系统、驱动系统、热水喷淋系统以及清管环1。

固定系统：具有相距设置的安装基座2和挡板3，清管器整体安装在安装基座2与挡板3之间，安装基座2上安装有支撑座4。使用时根据不同管径选取底部半径规格相匹配的安装基座2和挡板3，安装于所要清理的管道内，固定基座2和挡板3的底部均有构成摩擦面的锯齿纹路，用以防止清管器滑移。

伸缩系统：具有伸缩管5，所述的伸缩管5包括外套管5-1、与外套管5-1滑动配合的中套管5-2及与中套管5-2滑动配合的内套管5-3。所述外套管5-1外周面涂覆有防水耐火涂层，外套管5-1后端固定在安装基座2上，外套管5-1前端支撑在挡板3上，所述内套管5-3前端内壁固定有作为动力源之一的电磁铁6，内套管5-3前端面通过螺栓固定有基座7，所述清管环1设在基座7前侧，基座7周向分布有五个采用电驱动的收束手臂8，收束手臂8呈“l”型通过螺栓与基座7连接，用于压缩清管环1，组装时，将选取的清管环1人工压缩50％-60％，利用收束手臂8对清管环1进行约束，使清管环1保持压缩状态；当外部电脑接收到伸缩系统完成伸缩信号时，收束手臂8收回钩爪，释放清管环1，使清管环1密封管道。清管环1在清管的同时，也起到支撑清管器前端的作用。

所述的内套管5-3后端固接有第一限位器5-4，中套管5-2后端固接有第二限位器5-5，外套管5-1前端内壁外周设有控制伸缩管5伸出极限的第一压力传感器5-6，外套管5-1后端内壁外周设有控制伸缩管5收缩极限的第二压力传感器5-7。当第一压力传感器5-6所受压力大于伸展压力时，电磁铁6供电停止，伸缩管5停止伸出，清管器伸展结束；当第二压力传感器5-7收到压力时，伸缩管5停止收缩，清管器收缩结束。

驱动系统：具有安装在伸缩管5内的驱动管9，所述的驱动管9包括外管9-1、与外管9-1滑动配合的中管9-2及与中管9-2滑动配合的内管9-3，外管9-1后端伸出外套管5-1后端，外管9-1外周与外套管5-1后端面之间通过三个周向均布的夹爪10固接，伸出外套管5-1后端的外管9-1后端部与支撑座4螺纹连接。

所述电磁铁6与内管9-3前端面插槽耦合连接，内管9-3内壁上下分别轴向铺设有轨道11，所述轨道11之间设有作轴向移动的遥控小车12，遥控小车12通过设在上下轨道11上的各三个滚轮与所述轨道11滚动配合，遥控小车12后端设有电池与马达，马达前侧布置电磁波发射装置，通过外部电脑实时监控，并同时调整遥控小车12的前后移动。遥控小车12前端安装有永磁铁13，永磁铁13与电磁铁6形成动力装置，当电磁铁6正向通电时，通过永磁铁13与电磁铁6的排斥力推动伸缩管5完成伸展动作，当电磁铁6反向通电时，通过永磁铁13与电磁铁6的吸引力带动伸缩管5完成收缩动作。电磁铁6所提供的磁场强度与励磁线圈的匝数、励磁电流大小有关。

通过控制电磁铁6的线圈供电方向与大小，使永磁铁13与电磁铁6之间产生吸引力或排斥力而驱动伸缩管5作伸缩运动，完成对清管器整体的伸缩控制与速度控制，所述驱动系统是整个基于电磁驱动的伸缩型控速清管器的核心。

当永磁铁13与电磁铁6之间产生排斥力时，伸缩管5作向前伸出运动，具体是：先电磁铁6拉动内套管5-3伸出，当内套管5-3伸出至中套管5-2前端时，内套管5-3通过第一限位器5-4带动中套管5-2继续伸出，直至中套管5-2移动至外套管5-1前端，第二限位器5-5碰触到第一压力传感器5-6，完成伸缩管5的全部伸出；同样地，驱动管9的内管9-3、中管9-2依靠设在其后端的限位块同步伸缩管5作伸出运动。当永磁铁13与电磁铁6之间产生吸引力时，内套管5-3先收回，然后中套管5-2收回而完成伸缩管5的收回过程。

热水喷淋系统：具有设在清管环1前侧的热水喷头14、横贯内套管5-3输送热水的橡胶软管15及密封钢管16，利用分别安装于外套管5-1后端内壁、内套管5-3前端内壁的两个挂钩，将橡胶软管15安装在内套管5-3内部偏中上位置，橡胶软管15前端固定于内套管5-3前端面，橡胶软管15后端连接外界通入热水，橡胶软管15直径取3-4cm，密封钢管16与内套管5-3前端面采用螺纹连接，便于拆卸，密封钢管16与内套管5-3连接处设有密封圈。密封钢管16通过清管环1上开设的孔伸出与热水喷头14螺纹密封连接，所述热水喷头14环向分布有六个直径1-2cm的出水口。

位于热水喷头14顶端安装有电磁波发射器17，可将清管器位于所清理管道中的位置以电磁波信号的形式实时反馈给场站。所述的热水喷头14前端设有一个紧急制动装置，该紧急制动装置由触发板18、压力传感器19和弹簧20组成，触发板18位于热水喷头14前方，压力传感器19安装在触发板18背面，弹簧20连接在压力传感器19与热水喷头14之间。在运行过程中，若伸缩管5未达到伸缩极限且电磁波发射器17出错或者发射信号有误，伸缩管5继续伸展，当触发板18到达所清理管道的截断位置时，压力传感器19受力，外部停止对电磁铁6供电，伸缩管5停止伸缩；弹簧20受力压缩，起到缓冲作用。

所述清管环1与所清理管道的内径过盈配合，过盈量为3％-4％，清管环1的材料使用聚氨酯泡沫材料，由于聚氨酯泡沫柔顺性好，具有可压缩性，可以避免损伤管壁面同时可较好地密封管道，并对清管器前端起到支撑作用。

根据钻井站场管道实际开孔数量分为两种清管方式。当开采站场的短管开单孔的情况下，先根据管径选用规格匹配的安装基座2、挡板3及清管环1，把安装基座2与挡板3水平放置于管道内部，在基座7上安装清管环1，并电动驱动收束手臂8将清管环1进行压缩，将组装好的清管器安装固定于安装基座2与挡板3上。

电磁铁6正向通电，并利用外部电脑控制遥控小车12向前运动，使遥控小车12上的永磁铁13与电磁铁6产生排斥力，推动伸缩管5向前伸展。

然后向橡胶软管15中注入热水，在伸缩管5伸展的同时，通过热水喷头14向所清理管道的管壁喷射热水，冲刷污染。利用电磁波发射器17实时反馈热水喷头14位置并联合外部电脑计算伸缩管5的伸展速度，以此调整对电磁铁6的供电大小，调节伸缩管5的伸展速度。当伸缩管5伸展至管道截止处时或到达伸展极限时，收束手臂8结束对清管环1的压缩，使清管环1释放并密封管道。

此时，对电磁铁6反向通电，利用外部电脑控制驱动管9内的遥控小车12向后运动，使永磁铁13与电磁铁6产生吸引力而带动伸缩管5向后收缩，清管环1对管道进行回扫作业，并利用挡板3收集污染物。当外套管5-1后端内壁的第二压力传感器5-7受到第二限位器5-5的压力时停止对电磁铁6的通电，清管结束。

当开采站场的短管开双孔清管时，在第一开口处安装固定好清管器后，收束手臂8结束对清管环1的压缩，使清管环1充满并密封管道。向电磁铁6正向通电，利用永磁铁13与电磁铁6之间的排斥力推动伸缩管5向前伸展。在橡胶软管15中注入热水，在伸缩管5伸展的同时，通过热水喷头14向管壁喷射热水，冲刷掉污染物。之后利用清管环1将管中污染物推动至第二开口处并加以收集处理，完成清管。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。