CN107366523B - 一种连续油管牵引机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续油管牵引机器人，包括从右至左依次设置的第一节体、第二节体、第三节体、第四节体和第五节体，第一节体和第二节体均套在前中心轴上，第四节体和第五节体均套在后中心轴上，第三节体的左右两端分别套在后中心轴和前中心轴端头上。本发明的有益效果是：集成程度高、安全性高、牵引能力强、成功率高。

Description

一种连续油管牵引机器人

技术领域

本发明涉及石油天然气开发设备领域，特别是一种连续油管牵引机器人。

背景技术

水平井技术广泛运用于深部、深海及复杂油气资源的勘探开发，其应用过程中仪器输送的难题逐渐成为油气田开发和油气储运的技术关键。常规的油管输送、泵入输送、连续管输送在面对水平井、大位移井、定向井时存在效率低、成本高和连续管屈曲变形等问题。因此，井下牵引器作为一种新型输送方式逐渐发展起来。

对于井下牵引器，按不同的运动方式可分为：轮式、伸缩式、履带式、冲击式，其中伸缩式井下牵引器具有越障能力强、牵引力大等优点，具备较强的水平井段设备输送作业能力。

90年代后期，国外公司开发出能够在井下独立作业的水平井牵引器。经过多年发展，有代表的牵引器产品有：法国Schlumberger公司的MaxTRAC伸缩式牵引器、英国的Sondex有限公司的Sondex轮式牵引器、英国的ExproGroup公司的SmarTract伸缩式牵引器。

对于国内而言，因国外都采取严格的技术保密措施，致使国内对井下牵引器的研究还处于刚起步的阶段。从2002年后，国内对牵引器的探索取得了一定的效果。此后，中国石油大学、哈尔滨工业大学、西南石油大学、西安石油大学等国内院校和研究院也开始了对井下牵引器的研究。但是对液压驱动的牵引机器人研究的很少，更没有比较好的产品投入市场。

在上述研究的基础上，创新性地研制了一种集成式液压系统的伸缩式牵引器，液控短节可以给牵引器提供动力，还可以控制牵引器向前爬行，牵引器伸缩机构和支撑机构均采用双作用缸，保证了支撑动作和伸缩动作的顺利实现，支撑缸与伸缩缸的相对位置可保证牵引过程中，作用在伸缩缸上的液压力，使得抓靠机构更牢固的抓靠管壁，大大提高了牵引器的牵引能力，同时还具备较大的管径适用范围，可适用于水平井测井和设备输送以及小井眼井的牵引控制作业。

本发明提出了一种连续油管牵引机器人，比较实用、完美和方便地解决了上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种集成程度高、安全性高、牵引能力强、成功率高的连续油管牵引机器人。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种连续油管牵引机器人，包括从右至左依次设置的第一节体、第二节体、第三节体、第四节体和第五节体，第一节体和第二节体均套在前中心轴上，第四节体和第五节体均套在后中心轴上，第三节体的左有两端分别套在后中心轴和前中心轴端头上；

所述的第一节体包括前右斜块、前左斜块、前支撑块和前摩擦块，前支撑块的左右两端分别套在前左斜块和前右斜块上，前支撑块外套有前摩擦块；

所述的第二节体包括前支撑缸体和前支撑缸推杆，前支撑缸体套在前支撑缸推杆上，前支撑缸推杆右端直径小于左端直径，且在前支撑缸推杆的右侧和前中心轴之间形成有滑动腔A，前支撑缸推杆伸出前支撑缸右端盖后与前左斜块配合，前支撑缸体的左侧设置有前伸缩缸的左侧位置和前中心轴之间形成滑动腔B；

所述的第三节体包括从右只左依次设置的阀体A、电机短节、储液短节、电气短节和阀体B，阀体A外套有阀体外壳A，阀体A的左端设置有紧固右端盖，紧固右端盖套在前中心轴的左端头，电机短节内的左侧固定有电机，电机的输出轴通过联轴器与液压泵底部设置的连接轴相连，液压泵的输出轴连接在泵体接头上，储液短节中设置有补偿气囊，电气短节中设置有电路板，电气短节的左侧设置有阀体外壳B，阀体外壳B的左侧位置还套在阀体B上，阀体外壳B的左端还设置有紧固左端盖，紧固左端盖套在后中心轴上；

所述的第四节体包括后右斜块、后支撑块、后摩擦块和后左斜块，后支撑块外套有后摩擦块，后支撑块的左右两端分别设置有后左斜块和后右斜块；

所述的第五节体包括后支撑缸和后支撑缸推杆，后支撑缸套在后支撑缸推杆上，后支撑缸推杆右侧的直径比左侧小，后支撑缸推杆的右端伸出支撑缸后与后斜块配合，后支撑缸推杆的右端和后中心轴之间形成滑动腔C，后支撑缸左端盖的左侧套有后伸缩缸，后伸缩缸的左端设置有伸缩杆左端盖，伸缩杆左端盖和后伸缩缸和后中心轴之间形成滑动腔D。

所述的滑动腔B的左侧处前中心轴上设置有凸起A，凸起A和前支撑缸左端盖之间形成滑动腔B。

所述的滑动腔D的右侧处后中心轴上设置有凸起B，凸起B和伸缩杆左端盖之间形成滑动腔D。

所述的前中心轴沿其轴向开有多个前中心轴轴向液压孔，前中心轴沿径向开有多个前中心轴径向液压孔，其中滑动腔A通过一个前中心轴径向液压孔和一个前中心轴液压孔连通；所述的前中心轴凸起A的左右两端各自通过一个前中心轴径向液压孔与相对应的前中心轴轴向液压孔相连通；所述的后中心轴沿其轴向开有多个后中心轴轴向液压孔，后中心轴沿径向开有多个后中心轴径向液压孔，其中滑动腔C通过一个后中心轴径向液压孔和一个后中心轴轴向液压孔相连；所述的后中心轴凸起B的两端各自通过一个后中心轴径向液压孔与相对应的后中心轴轴向液压孔相连。

所述的紧固右端盖通过紧固螺母固定在阀体外壳A上。

所述的前中心轴的左端面抵在阀体A上。

所述的阀体外壳B的左端还设置有阀体左端盖，阀体左端盖密封阀体外壳B，阀体左端盖通过设置在其左侧的紧固左端盖固定。

所述的后中心轴的右端面抵在阀体B上。

本发明具有以下优点：

（1）本发明是一种集成式液压系统的伸缩式牵引器，该牵引器的液控短节能够给牵引器提供动力，还能够控制牵引器向前爬行，该控制短节集成了液压系统，电气系统，结构紧凑，此外，该牵引器可保证测井电缆、通信线缆等穿过牵引器；

（2）牵引器伸缩机构和支撑机构均采用双作用缸，相比于支撑机构的单作用缸，保证了支撑动作和伸缩动作的顺利实现，支撑机构的进液口设置为环形进液口，保证了中心轴与缸体推靠杆之间产生相对滑动后，依然能够实现缸体左端和右端进液；

（3）牵引器采用插装阀，圆柱形阀座，控制短节各个短节之间通过径向销钉结合密封圈连接，并且控制短节各个短节之间流道采用硬管加密封的方式连接，使得控制短节结构更加紧凑；

（4）牵引器运用三位四通电磁阀，只需更改控制系统的控制过程，该牵引器结构可实现牵引器双向牵引，提高了牵引器井下作业完成后的收回效率和安全性；

（5）牵引器采用双斜块支撑方式，克服了现有牵引器支撑机构在不同管径时，支撑臂对管壁正压力不同的缺点，双斜块支撑方式在有效的支撑管径范围内，支撑机构对管壁的正压力恒定，从而提高了牵引器的牵引能力。

（6）支撑缸与伸缩缸的相对位置，可保证牵引过程中，作用在伸缩缸上的液压力，使得抓靠机构更牢固的抓靠管壁，同时还减小所需支撑缸内的推靠力的大小，大大提高了牵引器的牵引能力，同时还具备较大的管径适用范围，可适用于水平井测井和设备输送以及小井眼井的牵引控制作业。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为第一节体的结构示意图；

图3 为第二节体的结构示意图；

图4 为第三节体的结构示意图；

图5 为第四节体的结构示意图；

图6 为第五节体的结构示意图；

图7 为牵引器牵引动作原理示意图；

图中，1-前右斜块，2-前支撑块，3-前摩擦块，4-前左斜块，5-前支撑缸右端盖，6-前支撑缸体，7-前支撑缸推杆，8-前支撑缸左端盖，9-前伸缩缸，10-前中心轴，11-前伸缩缸左端盖，12-紧固右端盖，13-紧固螺母，14-阀体右端盖，15-阀体A，16-阀体外壳A，17-泵体接头，18-液压泵，19-联轴器，20-电机，21-电机短节外壁，22-储液短节右接头，23-储液短节外壁，24-补偿气囊，25-储液短节左接头，26-电路板，27-电气短节外壁，28-电气断接左接头，29-阀体外壁B，30-阀体B，31-阀体左端盖，32-紧固左端盖，33-后中心轴，34-后右斜块，35-后支撑块，36-后摩擦块，37-后左斜块，38-后支撑缸右端盖，39-后支撑缸，40-后支撑缸推杆，41-后支撑缸左端盖，42-后伸缩缸，43-伸缩杆左端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

一种连续油管牵引机器人，包括从右至左依次设置的第一节体、第二节体、第三节体、第四节体和第五节体，第一节体和第二节体均套在前中心轴10上，第四节体和第五节体均套在后中心轴33上，第三节体的左有两端分别套在后中心轴33和前中心轴10端头上。

具体地，所述的第一节体包括前右斜块1、前左斜块4、前支撑块2和前摩擦块3，前支撑块2的左右两端分别套在前左斜块4和前右斜块1上，前支撑块2外套有前摩擦块3。

具体地，所述的第二节体包括前支撑缸体6和前支撑缸推杆7，前支撑缸体6套在前支撑缸推杆7上，前支撑缸体6的左右两端分别套在前支撑缸左端盖8和前支撑缸右端盖5上，前支撑缸推杆7右端直径小于左端直径，前支撑缸推杆7伸出前支撑缸右端盖5后与前左斜块4配合，前支撑推杆7和前支撑缸右端盖5之间形成滑动腔A，前支撑缸左端盖8的左端外套有前伸缩缸9，前伸缩缸9的左端设置有前伸缩缸左端盖11，且前伸缩缸9、前中心轴10和前支撑缸左端盖8之间形成滑动腔B。

具体地，所述的第三节体包括阀体A15、电机短节21、储液短节23、电气短节27和阀体B30，阀体A15外套有阀体外壳A16，阀体A15的左端设置有紧固右端盖12，紧固右端盖12套在前中心轴12的左端头，阀体外壳A16的左端套在泵体接头17上，泵体接头17左侧套有电机短节21，电机短节21内的左侧固定有电机20，电机20的输出轴通过联轴器19与液压泵18底部设置的连接轴相连，液压泵18的输出轴连接在泵体接头17上，电机短节21的左端套在储液短节右接头22上，储液短节右接头22左侧套有储液短节23，储液短节23中设置有补偿气囊24，储液短节23的左侧套在储液短节左接头25上，储液短节左接头25的左侧套有电气短节27，电气短节27中设置有电路板26，电气短节27的左侧套在电气断接左接头28上，电气断接左接头28左侧套有阀体外壳B29，阀体外壳B29的左侧位置还套在阀体B30上，阀体外壳B29的左端还设置有紧固左端盖32，紧固左端盖32套在后中心轴33上。

具体地，所述的第四节体包括后右斜块34、后支撑块35、后摩擦块36和后左斜块37，后支撑块35外套有后摩擦块36，后支撑块35的左右两端分别设置有后左斜块37和后右斜块34。

具体地，所述的第五节体包括后支撑缸39和后支撑缸推杆40，后支撑缸39套在后支撑缸推杆40上，后支撑缸39的左右辆车分别设置有后支撑缸左端盖41和后支撑缸右端盖38，后支撑缸推杆40右侧的直径比左侧小，后支撑缸推杆40的右端伸出后支撑缸右端盖41并与后斜块37配合，后支撑缸推杆40的右端与后支撑缸右端盖38之间分别形成滑动腔C，后支撑缸左端盖41的左侧套有后伸缩缸42，后伸缩缸42的左端设置有伸缩杆左端盖43，伸缩杆左端盖43和后伸缩缸42和后中心轴33之间形成滑动腔D。

进一步地，所述的滑动腔B的左侧处前中心轴10上设置有凸起A，凸起A和前支撑缸左端盖8之间形成滑动腔B。所述的滑动腔D的右侧处后中心轴33上设置有凸起B，凸起B和伸缩杆左端盖43之间形成滑动腔D。

所述的前中心轴10沿其轴向开有多个前中心轴轴向液压孔，前中心轴10沿径向开有多个前中心轴径向液压孔，其中滑动腔A通过一个前中心轴径向液压孔和一个前中心轴液压孔连通；所述的前中心轴10凸起A的左右两端各自通过一个前中心轴径向液压孔与相对应的前中心轴轴向液压孔相连通；所述的后中心轴33沿其轴向开有多个后中心轴轴向液压孔，后中心轴33沿径向开有多个后中心轴径向液压孔，其中滑动腔C通过一个后中心轴径向液压孔和一个后中心轴轴向液压孔相连；所述的后中心轴33凸起B的两端各自通过一个后中心轴径向液压孔与相对应的后中心轴轴向液压孔相连

本实施力中，所述的紧固右端盖12通过紧固螺母13固定在阀体外壳A16上。所述的前中心轴12的左端面抵在阀体A15上。

本实施例中，所述的阀体外壳B29的左端还设置有阀体左端盖31，阀体左端盖31密封阀体外壳B29，阀体左端盖31通过设置在其左侧的紧固左端盖32固定。所述的后中心轴12的右端面抵在阀体B30上。

具体爬行过程：

复位：牵引器在下井之前，进行复位操作，目的是确保牵引器支撑机构收回，便于牵引器下入水平段。

A状态：前支撑缸6左端进液，前支撑缸推杆7向右运动，前支撑机构（第一节和第二姐）处于支撑状态，前支撑臂（前摩擦块3）抓靠井壁，同时后支撑缸推杆40右端进液，确保后支撑机构（第四节和第五节）处于收缩状态。

B状态：A状态后，前支撑臂（前摩擦块3）抓靠井壁，前伸缩缸9与前支撑缸6以及前右斜块1固连在一起，因此前伸缩缸9相对于管壁静止，此时，前伸缩缸9的左端进液，前中心轴10向前运动；同时向后伸缩缸9的右端打液，后伸缩缸42相对于后中心轴33向前运动。

C状态：后支撑缸39的左端进液，后支撑缸推杆40向右运动，后支撑机构处于支撑状态，后支撑臂（后摩擦块36）抓靠井壁。

D状态：前支撑缸体6的右端进液，前支撑缸推杆7向左运动，前支撑机构处于收缩状态，前支撑臂（前摩擦块3）收回，脱离管壁。

E状态：D状态后，后支撑臂（后摩擦块36）抓靠井壁，后伸缩缸42与后支撑缸39以及后右斜块34固连在一起，因此后伸缩缸42相对于管壁静止，此时，后伸缩缸42左端进液，后中心轴33向前运动；同时向前伸缩缸9的右端打液，前伸缩缸9相对于前中心轴10向前运动。

F状态：前支撑缸6左端进液，前支撑缸推杆7向右运动，前支撑机构处于支撑状态，前支撑臂（前摩擦块3）抓靠井壁。

A状态：后支撑缸39的右端进液，后支撑缸推杆40向左运动，后支撑机构处于收缩状态，后支撑臂（后摩擦块36）收回，脱离管壁。

依次重复ABCDEFA状态，可实现牵引器向前爬行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种连续油管牵引机器人，其特征在于：包括从右至左依次设置的第一节体、第二节体、第三节体、第四节体和第五节体，第一节体和第二节体均套在前中心轴（10）上，第四节体和第五节体均套在后中心轴（33）上，第三节体的左端套在后中心轴（33），第三节体的右端套在前中心轴（10）端头上；

所述的第一节体包括前右斜块（1）、前左斜块（4）、前支撑块（2）和前摩擦块（3），前支撑块（2）的左右两端分别套在前左斜块（4）和前右斜块（1）上，前支撑块（2）外套有前摩擦块（3）；

所述的第二节体包括前支撑缸体（6）和前支撑缸推杆（7），前支撑缸体（6）套在前支撑缸推杆（7）上，前支撑缸推杆（7）右端直径小于左端直径，且在前支撑缸推杆（7）的右侧和前中心轴（10）之间形成有滑动腔A，前支撑缸推杆（7）伸出前支撑缸右端盖（5）后与前左斜块（4）配合，前支撑缸体（6）的左侧设置有前伸缩缸（9）的左侧位置和前中心轴（10）之间形成滑动腔B；

所述的第三节体包括从右至左依次设置的阀体A（15）、电机短节（21）、储液短节（23）、电气短节（27）和阀体B（30），阀体A（15）外套有阀体外壳A（16），阀体A（15）的左端设置有紧固右端盖（12），紧固右端盖（12）套在前中心轴（10）的左端头，电机短节（21）内的左侧固定有电机（20），电机（20）的输出轴通过联轴器（19）与液压泵（18）底部设置的连接轴相连，液压泵（18）的输出轴连接在泵体接头（17）上，储液短节（23）中设置有补偿气囊（24），电气短节（27）中设置有电路板（26），电气短节（27）的左侧设置有阀体外壳B（29），阀体外壳B（29）的左侧位置还套在阀体B（30）上，阀体外壳B（29）的左端还设置有紧固左端盖（32），紧固左端盖（32）套在后中心轴（33）上；

所述的第四节体包括后右斜块（34）、后支撑块（35）、后摩擦块（36）和后左斜块（37），后支撑块（35）外套有后摩擦块（36），后支撑块（35）的左右两端分别设置有后左斜块（37）和后右斜块（34）；

所述的第五节体包括后支撑缸（39）和后支撑缸推杆（40），后支撑缸（39）套在后支撑缸推杆（40）上，后支撑缸推杆（40）右侧的直径比左侧小，后支撑缸推杆（40）的右端伸出后支撑缸（39）后与后左斜块（37）配合，后支撑缸推杆（40）的右端和后中心轴（33）之间形成滑动腔C，后支撑缸左端盖（41）的左侧套有后伸缩缸（42），后伸缩缸（42）的左端设置有伸缩杆左端盖（43），后伸缩缸（42）和后中心轴（33）之间形成滑动腔D。

2.根据权利要求1所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的滑动腔B的左侧处前中心轴（10）上设置有凸起A，凸起A和前支撑缸左端盖（8）之间形成滑动腔B。

3.根据权利要求2所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的滑动腔D的右侧处后中心轴（33）上设置有凸起B，凸起B和伸缩缸左端盖（43）之间形成滑动腔D。

4.根据权利要求3所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的前中心轴（10）沿其轴向开有多个前中心轴轴向液压孔，前中心轴（10）沿径向开有多个前中心轴径向液压孔，其中滑动腔A通过一个前中心轴径向液压孔和一个前中心轴轴向液压孔连通；所述的前中心轴（10）凸起A的左右两端各自通过一个前中心轴径向液压孔与相对应的前中心轴轴向液压孔相连通；所述的后中心轴（33）沿其轴向开有多个后中心轴轴向液压孔，后中心轴（33）沿径向开有多个后中心轴径向液压孔，其中滑动腔C通过一个后中心轴径向液压孔和一个后中心轴轴向液压孔相连；所述的后中心轴（33）凸起B的两端各自通过一个后中心轴径向液压孔与相对应的后中心轴轴向液压孔相连。

5.根据权利要求1所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的紧固右端盖（12）通过紧固螺母（13）固定在阀体外壳A（16）上。

6.根据权利要求5所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的前中心轴（10）的左端面抵在阀体A（15）上。

7.根据权利要求1所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的阀体外壳B（29）的左端还设置有阀体左端盖（31），阀体左端盖（31）密封阀体外壳B（29），阀体左端盖（31）通过设置在其左侧的紧固左端盖（32）固定。

8.根据权利要求7所述的一种连续油管牵引机器人，其特征在于：所述的后中心轴（33）的右端面抵在阀体B（30）上。