CN108625806A - 一种间歇式井下牵引器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种间歇式井下工具牵引器，属石油天然气井下工具技术领域。内管内安装有涡轮轴，涡轮轴下方的内管内通过输出轴轴承安装有输出轴，输出轴的另一端端头装有小锥齿轮，小锥齿轮下方的内管内设置有传动机构，小锥齿轮与传动机构啮合连接，传动机构下方的内管内安装有油缸，油缸内通过弹簧装有活塞杆，活塞杆的一端延伸至油缸外端，延伸至油缸外端的活塞杆与传动机构间歇连接；该间歇式井下牵引器具有结构简单，动力源单一，越障能力强，牵引力大的特点，能有效解决现有牵引器牵引力小，越障能力弱，导致水平井和大位移井测井仪器等施放时摩擦阻力大，施放困难的问题；特别适用于恶劣井下条件工作。

Description

一种间歇式井下牵引器
技术领域
本发明涉及一种间歇式井下工具牵引器，属石油天然气井下工具技术领域。
背景技术
井下牵引器器又称为井下爬行器，是当前水平井测井的主要运输工具，且逐渐向微小井眼钻井和井下作业等应用方面发展。恶劣的地层条件对牵引器的性能提出很高的要求，国内目前还没有成熟的高水平的产品。常用的轮式牵引器的驱动轮因为与套管接触面积小，导致牵引力小，越障能力弱。伸缩式牵引器虽然能提供大的牵引力，但是因为尺寸较长，遇到一定斜度的井段容易被卡住。因此，研发一种越障能力强，尺寸小且动力源稳定持续的牵引器极有必要。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有越障能力强，牵引力大的特点，能有效解决现有牵引器牵引力小，越障能力弱，导致水平井和大位移井测井仪器等施放时摩擦阻力大，施放困难问题的间歇式井下牵引器。
本发明的技术方案是：
一种间歇式井下牵引器，包括上接头、内管、涡轮轴、外套管、输出轴、扶正支撑器、油缸和活塞杆构成，其特征在于：内管上端螺纹安装有上接头，内管内通过涡轮组件和对称设置的涡轮轴承安装有涡轮轴，涡轮轴下方的内管内通过输出轴轴承安装有输出轴，输出轴的一端与涡轮轴固定连接，输出轴的另一端端头装有小锥齿轮，小锥齿轮下方的内管内设置有传动机构，小锥齿轮与传动机构啮合连接，传动机构下方的内管内安装有油缸，油缸内通过弹簧装有活塞杆，活塞杆的一端延伸至油缸外端，延伸至油缸外端的活塞杆与传动机间歇连接。
传动机构对应的内管上设置有滑孔，与滑孔对应的内管上活动套装有外套管，传动机构通过滑孔与外套管啮合连接，外套管上方的内管上通过扶正弹簧安装有扶正支撑器，外套管下端圆周上装有支撑装置，支撑装置下方的外套管上固装有伸缩缸，伸缩缸一端与支撑装置连接，伸缩缸另一端通过柔性管与油缸连通。
所述的传动机构由传动轴A、传动轴B、大锥齿轮、凸轮、不完全齿轮、传动齿轮A和传动齿轮B构成，内管内径向安装有传动轴A，传动轴A上装有大锥齿轮和传动齿轮A，大锥齿轮与小锥齿轮啮合连接，大锥齿轮和传动齿轮A之间的传动轴A上装有不完全齿轮；传动轴A下方的内管内通过传动轴B装有传动齿轮B，传动齿轮B与传动齿轮A啮合连接，传动齿轮B一侧的传动轴B上安装有凸轮，凸轮与活塞杆间歇连接。
所述的不完全齿轮对应的外套管内壁上设置有传动齿，不完全齿轮通过滑孔与传动齿啮合连接。
所述的内管为变径管，内管的底部呈封堵状。
滑孔上方的内管上设置有滑槽，外套管上设置有限位钉，外套管通过限位钉与滑槽的配合滑动套装在内管上。
所述的扶正支撑器由上固定环、下滑环、上扶正杆、下扶正杆和支撑扶正杆构成，上固定环的圆周上通过销轴均布有多个上扶正杆，下滑环的圆周上与上固定环对应状通过销轴均布有多个下扶正杆；上扶正杆和下扶正杆由销轴通过支撑扶正杆相互连接。
所述的支撑装置由支撑座、连杆、上支撑杆、下支撑杆、中间杆、弹性片和支撑滑环构成，支撑座下方的外套管圆周上滑动安装有支撑滑环，支撑滑环上方的支撑座上通过连接耳和销轴呈对称状安装有多个上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆之间由销轴通过中间杆相互连接，中间杆上固装有弹性片，所述的支撑滑环上通过销轴与下支撑杆对应安装有多个连杆，连杆的一端通过销轴与下支撑杆连接。
所述的支撑座为筒状体，支撑座螺纹安装在外套管上。
所述的弹性片为弧形体，中间杆与弹性片之间设置有支撑弹簧。
所述的伸缩缸由缸体、伸缩活塞杆和伸缩缸弹簧构成，缸体内通过伸缩缸弹簧装有伸缩活塞杆，伸缩活塞杆的一端延伸至缸体外端，延伸至缸体外端的伸缩活塞杆与支撑滑环固定连接。伸缩缸通过缸体固装在外套管上。
本发明有益效果在于：
该间歇式井下牵引器在使用过程中，钻井液通过涡轮组件带动涡轮轴转动，从而通过输出轴带动大、小锥齿轮转动，由此带动不完全齿轮和凸轮转动。不完全齿轮逆时针转动过程中，与外套管内壁上的齿条接触，从而使外套管向上运动，与此同时，凸轮的推程与油缸的活塞杆接触，活塞杆向下移动，挤压油缸的液压油，液压油通过柔性管进入伸缩缸，从而推动伸缩缸活动杆向上移动，由此使支撑装置处于支撑状态并卡住井壁，使内管向下运动。如此反复，实现了牵引器间歇式的向前（向下）运动。该牵引器具有结构简单，动力源单一，越障能力强，牵引力大的特点，能有效解决现有牵引器牵引力小，越障能力弱，导致水平井和大位移井测井仪器等施放时摩擦阻力大，施放困难的问题；特别适用于恶劣井下条件工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视结构示意图；
图3是图1中的A处放大示意图；
图4是图2中的A处放大示意图；
图5是本发明的支撑装置的支撑状态示意图；
图6是本发明的支撑装置的收缩状态示意图。
图中：1、上接头，2、内管，3、涡轮轴，4、外套管，5、输出轴，6、柔性管，7、油缸，8、活塞杆，9、涡轮组件，10、涡轮轴承，11、输出轴轴承，12、出水口，13、小锥齿轮，14、传动轴A，15、传动轴B，16、大锥齿轮，17、凸轮，18、不完全齿轮，19、传动齿轮A，20、传动齿轮B，21、滑孔，22、滑槽，23、限位钉，24、传动齿，25、上固定环，26、下滑环，27、上扶正杆，28、下扶正杆，29、支撑扶正杆，30、扶正弹簧，31、弹簧，32、支撑座，33、连杆，34、上支撑杆，35、下支撑杆，36、中间杆，37、弹性片，38、支撑滑环，39、支撑弹簧，40、缸体， 41、伸缩活塞杆，42、伸缩缸弹簧。
具体实施方式
该间歇式井下牵引器包括上接头1、内管2、涡轮轴3、外套管4、输出轴5、扶正支撑器、油缸7和活塞杆8构成，内管2为变径管，内管2上端螺纹安装有上接头1，内管2的底部呈封堵状。
内管2内通过涡轮组件9和对称设置的涡轮轴承10安装有涡轮轴3，涡轮组件9包括涡轮转子和括涡轮定子。涡轮组件9下方对应的内管2圆周上均布有出水口12，出水口12用于工作时钻井液的排出。
涡轮轴3下方的内管2内通过输出轴轴承11安装有输出轴5，输出轴5的一端与涡轮轴3固定连接。工作时，在钻井液的冲击下，通过涡轮转子带动涡轮轴3转动，进而带动输出轴5转动，输出轴5的另一端端头装有小锥齿轮13，小锥齿轮13下方的内管2内设置有传动机构。
传动机构由传动轴A14、传动轴B15、大锥齿轮16、凸轮17、不完全齿轮18、传动齿轮A19和传动齿轮B20构成，内管2内径向安装有传动轴A14，传动轴A14上装有大锥齿轮16和传动齿轮A19，大锥齿轮16与小锥齿轮13啮合连接，大锥齿轮16和传动齿轮A19之间的传动轴A14上装有不完全齿轮18。传动轴A14下方的内管2内通过传动轴B15装有传动齿轮B20，传动齿轮B20与传动齿轮A19啮合连接，传动齿轮B20一侧的传动轴B15上安装有凸轮17。传动机构下方的内管2内安装有油缸7，油缸7内通过弹簧31装有活塞杆8，活塞杆8的一端延伸至油缸7外端，延伸至油缸7外端的活塞杆8与凸轮17间歇接触连接。
传动机构的对应的内管2上套装有外套管4，传动机构的不完全齿轮18对应的内管2上呈轴向对称状设置有滑孔21，与滑孔21对应的外套管4内壁上设置有传动齿24，不完全齿18通过滑孔21与传动齿24啮合连接。滑孔21上方的内管2上设置有滑槽22，外套管4上设置有限位钉23，外套管4通过限位钉23与滑槽22的配合滑动套装在内管2上。限位钉23与滑槽22的配合目的是防止外套管4与内管2之间的滑脱。
外套管4上方的内管2上通过上卡槽、下卡槽和扶正弹簧30安装有扶正支撑器6，扶正支撑器由上固定环25、下滑环26、上扶正杆27、下扶正杆28和支撑扶正杆29构成，上固定环25的圆周上通过销轴均布有多个上扶正杆27，下滑环26的圆周上与上固定环25对应状通过销轴均布有多个下扶正杆28；上扶正杆27和下扶正杆28由销轴通过支撑扶正杆29相互连接。扶正支撑器的上固定环25固定在上卡槽内，扶正支撑器的下滑环26通过扶正弹簧30滑动安装在下卡槽内。
外套管4下端圆周上装有支撑装置，支撑装置由支撑座32、连杆33、上支撑杆34、下支撑杆35、中间杆36、弹性片37和支撑滑环38构成，支撑座32为筒状体，支撑座32螺纹安装在外套管4上。支撑座32下方的外套管4圆周上滑动安装有支撑滑环38，支撑滑环38上方的支撑座32上通过连接耳和销轴呈对称状安装有多个上支撑杆34和下支撑杆35，上支撑杆34和下支撑杆35之间由销轴通过中间杆36相互连接，中间杆36上固装有弹性片37，弹性片37为弧形体，中间杆36与弹性片37之间设置有支撑弹簧39。支撑滑环38上通过销轴与下支撑杆35对应安装有多个连杆33，连杆33的一端通过销轴与下支撑杆35连接。
支撑装置下方的外套管4上固装有伸缩缸，伸缩缸由缸体40、伸缩活塞杆41和伸缩缸弹簧42构成，缸体40内通过伸缩缸弹簧42装有伸缩活塞杆41，伸缩活塞杆41的一端延伸至缸体40外端，延伸至缸体40外端的伸缩活塞杆41与支撑滑环38固定连接。伸缩缸通过缸体40与外套管4的下端头端面固定连接；伸缩缸的缸体40通过柔性管6与油缸7连通。柔性管6具有一定的弹性，在外力的作用下可延长；外力消除后还原至原始状态。
该间歇式井下牵引器工作过程中，扶正支撑器保持对中性，工作时，在钻井液的冲击下，通过涡轮转子带动涡轮轴3转动，进而带动输出轴5转动并通过小锥齿轮13、大锥齿轮16带动传动轴A14逆时针转动，传动轴A14通过传动齿轮A19和传动齿轮B20带动传动轴B15顺时针转动，由此使不完全齿轮18逆时针转动，凸轮17顺时针转动。这一过程中，当不完全齿轮18的齿与外套管4右侧的传动齿24逐步啮合时；带动外套管4与内管2之间产生相对运动，即外套管4向上运动，内管2向下运动，与此同时，凸轮17逐步与活塞杆8接触并压迫活塞杆8下行；活塞杆8下行过程中，挤压油缸7内的液压油经柔性管6进入至缸体40内，从而推动伸缩活塞杆41上行，使得伸缩活塞杆41推动支撑滑环38上行，由于支撑滑环38上通过销轴与下支撑杆35对应安装有多个连杆33，且连杆33的一端通过销轴与下支撑杆35连接，支撑滑环38上行的过程中，推动支撑装置撑开，使其通过弹性片37卡住井壁，形成外套管4与井壁之间的相对固定。该支撑装置的弹性片37在压力作用下可增大与井壁的接触面积，可有效适应井壁半径的变化。外套管4与井壁之间相对固定的同时，外套管4与内管2之间的相对运动到最大行程；即内管2运动到最最低点。
当不完全齿轮18的齿与外套管4左侧的传动齿24逐步啮合时；凸轮17脱离与活塞杆8的接触，在弹簧31的作用下，活塞杆8上行复位，同时在伸缩缸弹簧42的作用下伸缩活塞杆41下行复位，由此带动支撑滑环38下行复位并挤压缸体40内的液压油回流至油缸7内，完成泄压，支撑装置的撑开状态解除。
支撑装置的撑开状态解除的同时，不完全齿轮18与外套管4左侧的传动齿24形成啮合，从而带动外套管4沿内管2下行，当外套管4下行至最大行程使，不完全齿轮18脱离与外套管4左侧的传动齿24啮合状态，此时，凸轮17再次与活塞杆8的逐步形成接触，由此，一个工作循环完成；如此反复，实现该牵引器间歇式(蠕动)的向前或者向下运动的目的。
该间歇式井下牵引器具有结构简单，动力源单一，越障能力强，牵引力大的特点，能有效解决现有牵引器牵引力小，越障能力弱，导致水平井和大位移井测井仪器等施放时摩擦阻力大，施放困难的问题；特别适用于恶劣井下条件工作。

Claims (10)

1.一种间歇式井下牵引器，包括上接头（1）、内管（2）、涡轮轴（3）、外套管（4）、输出轴（5）、扶正支撑器、油缸（7）和活塞杆（8）构成，其特征在于：内管（2）上端螺纹安装有上接头（1），内管（2）内通过涡轮组件（9）和对称设置的涡轮轴承（10）安装有涡轮轴（3），涡轮轴（3）下方的内管（2）内通过输出轴轴承（11）安装有输出轴（5），输出轴（5）的一端与涡轮轴（3）固定连接，输出轴（5）的另一端端头装有小锥齿轮（13），小锥齿轮（13）下方的内管（2）内设置有传动机构，小锥齿轮（13）与传动机构啮合连接，传动机构下方的内管（2）内安装有油缸（7），油缸（7）内通过弹簧（31）装有活塞杆（8），活塞杆（8）的一端延伸至油缸（7）内外端，延伸至油缸（7）内外端的活塞杆（8）与传动机间歇连接。
2.根据权利要求1所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的传动机构对应的内管（2）上设置有滑孔（21），与滑孔（21）对应的内管（2）上活动套装有外套管（4），传动机构通过滑孔（21）与外套管（4）啮合连接，外套管（4）上方的内管（2）上通过扶正弹簧（30）安装有扶正支撑器，外套管（4）下端圆周上装有支撑装置，支撑装置下方的外套管（4）上固装有伸缩缸，伸缩缸一端与支撑装置连接，伸缩缸另一端通过柔性管（6）与油缸（7）连通。
3.根据权利要求2所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的传动机构由传动轴A（14）、传动轴B（15）、大锥齿轮（16）、凸轮（17）、不完全齿轮（18）、传动齿轮A（19）和传动齿轮B（20）构成，内管（2）内径向安装有传动轴A（14），传动轴A（14）上装有大锥齿轮（16）和传动齿轮A（19），大锥齿轮（16）与小锥齿轮（13）啮合连接，大锥齿轮（16）和传动齿轮A（19）之间的传动轴A（14）上装有不完全齿轮（18）；传动轴A（14）下方的内管（2）内通过传动轴B（15）装有传动齿轮B（20），传动齿轮B（20）与传动齿轮A（19）啮合连接，传动齿轮B（20）一侧的传动轴B（15）上安装有凸轮（17），凸轮（17）与活塞杆（8）间歇连接。
4.根据权利要求3所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的不完全齿轮（18）对应的外套管（4）内壁上设置有传动齿（24），不完全齿轮（18）通过滑孔与传动齿（24）啮合连接；所述的内管（2）为变径管，内管（2）的底部呈封堵状。
5.根据权利要求2所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：滑孔（21）上方的内管（2）上设置有滑槽（22），外套管（4）上设置有限位钉（23），外套管（4）通过限位钉（23）与滑槽（22）的配合滑动套装在内管（2）上。
6.根据权利要求2所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的扶正支撑器由上固定环（25）、下滑环（26）、上扶正杆（27）、下扶正杆（28）和支撑扶正杆（29）构成，上固定环（25）的圆周上通过销轴均布有多个上扶正杆（27），下滑环（26）的圆周上与上固定环（25）对应状通过销轴均布有多个下扶正杆（28）；上扶正杆（27）和下扶正杆（28）由销轴通过支撑扶正杆（29）相互连接。
7.根据权利要求2所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的支撑装置由支撑座（32）、连杆（33）、上支撑杆（34）、下支撑杆（35）、中间杆（36）、弹性片（37）和支撑滑环（38）构成，支撑座（32）下方的外套管（4）圆周上滑动安装有支撑滑环（38），支撑滑环（38）上方的支撑座（32）上通过连接耳和销轴呈对称状安装有多个上支撑杆（34）和下支撑杆（35），上支撑杆（34）和下支撑杆（35）之间由销轴通过中间杆（36）相互连接，中间杆（36）上固装有弹性片（37），所述的支撑滑环（38）上通过销轴与下支撑杆（35）对应安装有多个连杆（33），连杆（33）的一端通过销轴与下支撑杆（35）连接。
8.根据权利要求7所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的支撑座（32）为筒状体，支撑座（32）螺纹安装在外套管（4）上。
9.根据权利要求7所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的弹性片（37）为弧形体，中间杆（36）与弹性片（37）之间设置有支撑弹簧（39）。
10.根据权利要求2所述的一种间歇式井下牵引器，其特征在于：所述的伸缩缸由缸体（40）、伸缩活塞杆（41）和伸缩缸弹簧（42）构成，缸体（40）内通过伸缩缸弹簧（42）装有伸缩活塞杆（41），伸缩活塞杆（41）的一端延伸至缸体（40）外端，延伸至缸体（40）外端的伸缩活塞杆（41）与支撑滑环（38）固定连接；伸缩缸通过缸体（40）固装在外套管（4）上。
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