CN107882520B - 由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，包括外壳、动力机构、行进机构、离合机构及液压机构。外壳收容动力机构、行进机构、离合机构及液压机构。动力机构包括电机及由电机驱动的传动轴。行进机构包括开合组件及两个牵引组件。各牵引组件包括连杆、支撑臂及滚轮。开合组件通过连杆带动两个支撑臂向中央收拢或向相反的两侧张开，且两个支撑臂张开时滚轮移动到外壳外。离合机构包括两个相对设置的配合齿盘，一个配合齿盘固定于传动轴。液压机构包括液压泵、离合液压缸、开合液压缸、储能器、控制阀及液压管线。离合机构的另一个配合齿盘固定于液压泵。离合液压缸包括第一缸体及第一活塞杆。开合液压缸包括第二缸体及第二活塞杆。
Description
技术领域
本发明涉及石油测井领域，尤其涉及一种由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器。
背景技术
目前，各大油田都很重视水平井的开发，因为水平井产量大，通常是直井产量的3-5倍，所以见效很快。但是，水平井钻井后的测井以及生产后的测试问题仍然是水平井开发的难题，其主要难点之一就是测井仪器如何能下入到水平段的顶端。现有技术通常采用水平井爬行器将测井仪器输送到目标位置，但是现有的水平井爬行器结构较复杂。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其能简化结构，提高可靠性并降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供了一种由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其包括外壳、动力机构、行进机构、离合机构以及液压机构。
外壳收容动力机构、行进机构、离合机构以及液压机构。
动力机构包括电机以及由电机驱动的传动轴。行进机构包括开合组件以及两个牵引组件。各牵引组件包括连杆、支撑臂及滚轮，连杆的一端与开合组件枢转连接，连杆的另一端与支撑臂的一端枢转连接，支撑臂的另一端枢转设置；滚轮枢转地设置在支撑臂上并由传动轴驱动。开合组件通过连杆带动两个支撑臂向中央收拢或向相反的两侧张开，且两个支撑臂张开时滚轮移动到外壳外。
离合机构包括两个相对设置的配合齿盘，其中一个配合齿盘固定于传动轴的自由端。
液压机构包括液压泵、离合液压缸、开合液压缸、储能器、控制阀以及液压管线。离合机构的另一个配合齿盘固定于液压泵。离合液压缸固定于外壳并包括第一缸体以及第一活塞杆，且第一活塞杆与液压泵相连。开合液压缸固定于外壳并包括第二缸体以及第二活塞杆，且第二活塞杆与开合组件相连。控制阀通过液压管线和液压泵、离合液压缸、开合液压缸及储能器连通。
本发明的有益效果如下：
在初始状态时，离合机构的两个配合齿盘合在一起，两个牵引组件的支撑臂收拢在外壳内。在本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器进入水平井的水平段后，地面控制电机转动，动力通过传动轴、两个配合齿盘传递到液压泵，液压泵工作并通过液压管线和控制阀将液压油压入第二缸体，储能器随着第二缸体内油压上升而上升并将油压储存起来。进入第二缸体的液压油推动第二活塞杆移动，进而推动开合组件水平移动。连杆、支撑臂及开合组件形成连杆滑块机构，因此，两个支撑臂会在开合组件的推动下向相反的两侧张开，从而使两个滚轮移动到外壳外并与套管接触，同时，开合组件的推力也保证滚轮紧压在套管上。传动轴的动力传递到滚轮并带动滚轮转动，从而整个由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器沿套管行进。而通过控制电机的正反转，可以控制由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的前进或后退。
当储能器储存有足够的油压后，就可以为开合液压缸保压，而为了降低能耗，可以停止液压泵的工作。具体地，当储能器储存有足够的油压后，储能器可通过控制阀和液压管线将液压油通入第一缸体，进而带动第一活塞杆移动；第一活塞杆通过液压泵带动其中一个配合齿盘移动，从而使两个配合齿盘分离；两个配合齿盘分离后，电机的动力也就无法传递到液压泵，液压泵停止工作。当系统检测到开合液压缸的第二缸体内的油压不足时，控制阀打开，第一缸体内的液压油流回储能器和液压泵，第一活塞杆反向移动，从而使两个配合齿盘合在一起，液压泵重新工作并将液压油注入到第二缸体内，提高第二缸体内的油压。这种循环调节方式既可以保证由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的正常工作，还能够降低能耗。
当本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器完成牵引任务而需要收回时，电机停止转动，控制阀打开，第二缸体内的液压油流回储能器和液压泵，第二活塞杆反向移动，并通过开合组件将两个支撑臂收拢在外壳内；第一缸体内的液压油流回储能器和液压泵，第一活塞杆反向移动，两个配合齿盘合在一起，由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器恢复到初始状态。通过电缆可将由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器拉出水平井。
由于滚轮转动的动力以及液压机构的动力均来自于电机，因此本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器仅利用一个电机就可以实现滚轮的转动和支撑臂的开合，简化了水平井爬行器的结构，提高可靠性并降低成本。
附图说明
图1为根据本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的一示意图。
图2为根据本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的另一示意图。
其中，附图标记说明如下：
1外壳 33保护套
2动力机构 4离合机构
21电机 41配合齿盘
22传动轴 5液压机构
23减速器 51液压泵
3行进机构 52离合液压缸
31开合组件 521第一缸体
311转接块 522第一活塞杆
312拉杆 53开合液压缸
313调节轴 531第二缸体
314调节弹簧 532第二活塞杆
315连接块 54储能器
32牵引组件 55控制阀
321连杆 56液压管线
322支撑臂 57复位弹簧
323滚轮 P套管
324传动件
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器。
参照图1和图2，根据本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器包括外壳1、动力机构2、行进机构3、离合机构4以及液压机构5。
外壳1收容动力机构2、行进机构3、离合机构4以及液压机构5。外壳1用于保护、密封、抗压和固定动力机构2、行进机构3、离合机构4以及液压机构5。
动力机构2包括电机21以及由电机21驱动的传动轴22。电机21可为潜油电机。电机21通过电缆与外部电源连接。
行进机构3包括开合组件31以及两个牵引组件32。各牵引组件32包括连杆321、支撑臂322及滚轮323，连杆321的一端与开合组件31枢转连接，连杆321的另一端与支撑臂322的一端枢转连接，支撑臂322的另一端枢转设置；滚轮323枢转地设置在支撑臂322上并由传动轴22驱动。开合组件31通过连杆321带动两个支撑臂322向中央收拢或向相反的两侧张开，且两个支撑臂322张开时滚轮323移动到外壳1外。外壳1上设有供滚轮323穿出的开口。
离合机构4包括两个相对设置的配合齿盘41，其中一个配合齿盘41固定于传动轴22的自由端。传动轴22驱动配合齿盘41转动。
液压机构5包括液压泵51、离合液压缸52、开合液压缸53、储能器54、控制阀55以及液压管线56。离合机构4的另一个配合齿盘41固定于液压泵51。离合液压缸52固定于外壳1并包括第一缸体521以及第一活塞杆522，且第一活塞杆522与液压泵51相连。开合液压缸53固定于外壳1并包括第二缸体531以及第二活塞杆532，且第二活塞杆532与开合组件31相连。控制阀55通过液压管线56和液压泵51、离合液压缸52、开合液压缸53及储能器54连通。
在初始状态时，离合机构4的两个配合齿盘41合在一起，两个牵引组件32的支撑臂322收拢在外壳1内。在本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器进入水平井的水平段后，地面控制电机21转动，动力通过传动轴22、两个配合齿盘41传递到液压泵51，液压泵51工作并通过液压管线56和控制阀55将液压油压入第二缸体531，储能器54随着第二缸体531内油压上升而上升并将油压储存起来(储能器是始终有油的，只是初始时没有压力)。进入第二缸体531的液压油推动第二活塞杆532移动(图中为向右移动)，进而推动开合组件31水平移动。连杆321、支撑臂322及开合组件31形成连杆滑块机构，因此，两个支撑臂322会在开合组件31的推动下向相反的两侧张开，从而使两个滚轮323移动到外壳1外并与套管P接触，同时，开合组件31的推力也保证滚轮323紧压在套管P上。传动轴22的动力传递到滚轮323并带动滚轮323转动，从而整个由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器沿套管P行进。而通过控制电机21的正反转，可以控制由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的前进或后退。
当储能器54储存有足够的油压后，就可以为开合液压缸53保压，而为了降低能耗，可以停止液压泵51的工作。具体地，当储能器54储存有足够的油压后，储能器54可通过控制阀55和液压管线56将液压油通入第一缸体521，进而带动第一活塞杆522移动(图中为向右移动)；第一活塞杆522通过液压泵51带动其中一个配合齿盘41移动，从而使两个配合齿盘41分离；两个配合齿盘41分离后，电机21的动力也就无法传递到液压泵51，液压泵51停止工作。当系统检测到开合液压缸53的第二缸体531内的油压不足时，控制阀55打开，第一缸体521内的液压油流回储能器54和液压泵51，第一活塞杆522反向移动(图中为向左移动)，从而使两个配合齿盘41合在一起，液压泵51重新工作并将液压油注入到第二缸体531内，提高第二缸体531内的油压。这种循环调节方式既可以保证由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器的正常工作，还能够降低能耗。
当本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器完成牵引任务而需要收回时，电机21停止转动，控制阀55打开，第二缸体531内的液压油流回储能器54和液压泵51，第二活塞杆532反向移动(图中为向左移动)，并通过开合组件31将两个支撑臂322收拢在外壳1内；第一缸体521内的液压油流回储能器54和液压泵51，第一活塞杆522反向移动(图中为向左移动)，两个配合齿盘41合在一起，由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器恢复到初始状态。通过电缆可将由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器拉出水平井。
由于滚轮323转动的动力以及液压机构5的动力均来自于电机21，因此本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器仅利用一个电机21就可以实现滚轮323的转动和支撑臂322的开合(即张开和收拢)，简化了水平井爬行器的结构，提高可靠性并降低成本。
本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器能够将测井线缆、仪器牵引到水平井的指定位置，以完成水平井测试。
参照图1和图2，传动轴22依次穿过行进机构3以及开合液压缸53。为了简化结构、节省空间，行进机构3以及开合液压缸53可套设在传动轴22上，也就是说，传动轴22从行进机构3和开合液压缸53中间穿过。具体地，传动轴22可为一条细长轴，也可为连接在一起的多个细长轴。
参照图1和图2，动力机构2还包括减速器23，连接电机21和传动轴22。
参照图1和图2，开合组件31包括转接块311和拉杆312，转接块311连接于连杆321，拉杆312水平延伸并连接转接块311和第二活塞杆532。第二活塞杆532通过拉杆312带动转接块311水平滑动。连杆321可直接枢转连接于转接块311，也可通过其它部件连接于转接块311。
进一步的，开合组件31还包括：调节轴313，水平延伸并连接转接块311和连杆321；调节弹簧314，套设在调节轴313上，一端抵靠于转接块311，另一端固定于外壳1。当第二活塞杆532通过拉杆312带动转接块311向左移动时，转接块311向左推动调节轴313，进而通过连杆321带动支撑臂322张开。转接块311在向左移动时压缩调节弹簧314，当本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器完成任务而需要回收时，调节弹簧314自身的弹力可以驱动转接块311向右移动，进而将两个支撑臂322收拢在外壳1内。另外，在由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器行进的过程中，如果套管P内径变大或变小，调节弹簧314还有助于调整转接块311的位置，以保证滚轮323始终紧压在套管P上，防止滚轮323打滑或卡住。
开合组件31还可包括连接块315，连接拉杆312和第二活塞杆532。
参照图2，各牵引组件32还可包括传动件324，设置在支撑臂322上并连接传动轴22和滚轮323。传动件324可以将传动轴22的动力传递到滚轮323上。传动件324可包括锥齿轮、传动齿轮组以及行星齿轮，传动轴22通过锥齿轮和传动齿轮组将动力传递到行星齿轮，行星齿轮驱动滚轮323转动。
行进机构3还可包括固定于外壳1的保护套33，且支撑臂322枢转连接于保护套33。
参照图1和图2，液压机构5还包括复位弹簧57，套设于第一活塞杆522并夹持在液压泵51和第一缸体521之间。本发明的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器完成牵引任务而需要收回时，第一缸体521内的液压油流回储能器54和液压泵51，第一活塞杆522可在复位弹簧57的弹力驱动下反向移动(图中为向左移动)，以将配合齿盘41合在一起。
控制阀55包括一个集成阀座，其上安装各种阀(例如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等)，以实现液压机构5的控制。另外，液压泵51、离合液压缸52、开合液压缸53、储能器54以及控制阀55之间的连接方式复杂，而图1和图2仅为示意。
Claims (10)
1.一种由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，包括外壳(1)、动力机构(2)、行进机构(3)、离合机构(4)以及液压机构(5)；
外壳(1)收容动力机构(2)、行进机构(3)、离合机构(4)以及液压机构(5)；
动力机构(2)包括电机(21)以及由电机(21)驱动的传动轴(22)；
行进机构(3)包括开合组件(31)以及两个牵引组件(32)；
各牵引组件(32)包括连杆(321)、支撑臂(322)及滚轮(323)，连杆(321)的一端与开合组件(31)枢转连接，连杆(321)的另一端与支撑臂(322)的一端枢转连接，支撑臂(322)的另一端枢转设置；滚轮(323)枢转地设置在支撑臂(322)上并由传动轴(22)驱动；
开合组件(31)通过连杆(321)带动两个支撑臂(322)向中央收拢或向相反的两侧张开，且两个支撑臂(322)张开时滚轮(323)移动到外壳(1)外；
离合机构(4)包括两个相对设置的配合齿盘(41)，其中一个配合齿盘(41)固定于传动轴(22)的自由端；
液压机构(5)包括液压泵(51)、离合液压缸(52)、开合液压缸(53)、储能器(54)、控制阀(55)以及液压管线(56)；
离合机构(4)的另一个配合齿盘(41)固定于液压泵(51)；
离合液压缸(52)固定于外壳(1)并包括第一缸体(521)以及第一活塞杆(522)，且第一活塞杆(522)与液压泵(51)相连；
开合液压缸(53)固定于外壳(1)并包括第二缸体(531)以及第二活塞杆(532)，且第二活塞杆(532)与开合组件(31)相连；
控制阀(55)通过液压管线(56)和液压泵(51)、离合液压缸(52)、开合液压缸(53)及储能器(54)连通。
2.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，传动轴(22)依次穿过行进机构(3)以及开合液压缸(53)。
3.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，动力机构(2)还包括减速器(23)，减速器(23)连接电机(21)和传动轴(22)。
4.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，开合组件(31)包括转接块(311)和拉杆(312)，转接块(311)连接于连杆(321)，拉杆(312)水平延伸并连接转接块(311)和第二活塞杆(532)。
5.根据权利要求4所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，开合组件(31)还包括：
调节轴(313)，水平延伸并连接转接块(311)和连杆(321)；
调节弹簧(314)，套设在调节轴(313)上，一端抵靠于转接块(311)，另一端固定于外壳(1)。
6.根据权利要求4所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，开合组件(31)还包括连接块(315)，连接块(315)连接拉杆(312)和第二活塞杆(532)。
7.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，各牵引组件(32)还包括传动件(324)，传动件(324)设置在支撑臂(322)上并连接传动轴(22)和滚轮(323)。
8.根据权利要求7所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，传动件(324)包括行星齿轮。
9.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，行进机构(3)还包括固定于外壳(1)的保护套(33)，且支撑臂(322)枢转连接于保护套(33)。
10.根据权利要求1所述的由单电机和液压离合驱动的水平井爬行器，其特征在于，液压机构(5)还包括复位弹簧(57)，套设于第一活塞杆(522)并夹持在液压泵(51)和第一缸体(521)之间。
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