CN202249866U - 井下可差速电缆牵引装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井下可差速电缆牵引装置，其特点是：包括主动轴、差速器机构，两套传动机构，驱动轮机构和支撑推靠机构。主动轴输入的扭矩经差速器分配到两侧的驱动轮上，实现牵引器两侧驱动轮可差速前进。本实用新型能够与相配的井下仪器相连，沿井眼牵引电缆，可根据井眼弯曲度实时地调整两侧驱动轮的速度，实现井下自适应差速调节，避免了现有牵引器经过弯曲井段时而产生的运动干涉现象，减小了驱动轮与井壁之间的滑动摩擦损失。

Description

井下可差速电缆牵引装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于井下仪器运送的可差速电缆牵引装置，归类于石油工程井下工具。 

背景技术

20世纪90年代以来，水平井、大位移井、多底井钻井技术得到了迅猛的发展，在石油勘探开发过程中扮演着越来越重要的角色。由于受到井眼条件的限制，随着井斜角的增大、水平段长度的增加，井下仪器的下入变得越来越困难，难以靠自身重力下到井底。特别是在弯曲井眼和长水平井中表现得尤为突出。 

因此，开发能够沿井眼轴线方向灵活运动，在弯曲井眼段提供一定驱动力的电缆牵引器，是亟待解决的问题。 

目前，地面管道牵引器已经很多种类，也出现了不少用于井下管道的牵引器，并且已有不少专利。这些专利包括：1992年石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所研究的爬行器(专利申请号：91103581.8)。2007年中国石油大学(华东)的高进伟等人研制的牵引器样机(申请专利号20052008070.8：一种井下轮式自适应管道爬行器)。长城钻探测井公司研制开发的水平井牵引器(申请专利号200720190260.5：套管水平井测井牵引器变径牵引装置)。哈尔冰工业大学研制的三轴差动式管道爬行器(申请专利号200710193562.2：三轴差动式管道爬行器)。 

尽管上述牵引器通过不断地改进，能满足部分井下作业要求，但是它们也都存在缺陷和不足。主要表现在： 

牵引器变径能力差，不能适应井径变化的井眼，如1992年石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所研究的爬行器。 

井下电缆牵引器在经过弯曲井段的时候，内侧的轮子比外侧的轮子走的距离多，如果限制两边轮子的转速相同的话，如长城钻探测井公司研制开发的水平井牵引器，那么不可避免的有一侧的轮子将产生滑动摩擦，从而降低了牵引器的性能。由于牵引器的这些不足，常规的牵引器难以在曲率半径较小的井眼段提供牵引力。 

还有的尺寸较大，难以用于细长的石油管柱内。如哈尔冰工业大学研制的三轴差动式管道爬行器。通过文献调研该牵引器最小作业井眼直径超过300mm，而且该牵引器的驱动臂不能完全闭合，难以适应复杂的井下仪器牵引环境。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种井下可差速电缆牵引器，旨在现有的牵引器基础上提出改进方案，以增强牵引器的作业能力和环境适应能力。该井下可差速电缆牵引装置不仅能够在直井眼内提供动力，而且其差速的特征也能在井眼弯曲井段提供动力。该井下可差速电缆牵引器两侧驱动轮能按负载状况自动分配扭矩，避免只有单轮驱动，提高牵引器的牵引能力。由于该牵引器具有在弯曲井眼内提供动力的特性，在采用特殊的柔性连接组合后，能通过曲率半径更小的井眼，理论上计算通过的曲率半径最小能达到10米左右。 

本实用新型技术细节如下： 

整个井下可差速电缆牵引器包括：驱动电机密封腔(B)、差速传动箱(C)、驱动臂(D)、连接板(E)、支撑推靠装置(F)、支撑电机密封腔(G)。其中差速传动箱(C)是该实用新型最主要的关键件。 

驱动电机密封腔(B)安装有驱动电机，该电机为井下可差速电缆牵引器提供前进的动力。根据地面指令，控制电机的转速、转动方向等以实现井下可差速电缆牵引器的加速、减速、前进、后退、停止。 

差速传动箱(C)是该实用新型最核心的部分，主要是差速器和机械传 动机构的设计，主要功能是将电机输出的动力进行换向，通过差速器分配力矩，经过变速和转换，最后分别输入到两驱动臂中。 

差速传动箱(C)主要结构包括：主输入轴(C1)，差速器大锥齿轮(C2)、差速器[左半轴(C4)、右半轴(C13)、行星齿轮(C14)]，以及若干齿轮和带轮传动机构。具体示意见图2。电机输入的动力通过主输入轴(C1)，经大锥齿轮(C2)带动差速器旋转，差速器的左半轴(C4)带动带轮，差速器的右半轴(C13)带动齿轮。左半轴的传动为：带传动-齿轮传动-带传动-左驱动臂。右半轴的传动关系为：齿轮传动-齿轮传动-带传动-右驱动臂。差速器和各齿轮带轮均安装在壳体和内部支架上。 

驱动臂(D)为链传动，带轮(C8)通过方孔连接带动链轮(D1)旋转，最后带动链轮(D2)，从而驱使驱动轮(D3)旋转。驱动臂(D)一端安装在连接板(E)上，一端与支撑臂推靠装置(F)连接，支撑臂推靠装置(F)通过曲柄滑块机构使得驱动臂张开与闭合。驱动臂张开时，最大张开角度可达120°，驱动臂闭合时，能够完全闭合。 

连接架(E)用于连接差速传动箱(C)和支撑推靠装置(F)。并且装有导轨，起到引导驱动臂(D)的作用。 

支撑臂推靠装置(F)是通过曲柄滑块机构使得驱动轮(D3)紧贴井壁不打滑的重要装置。该装置的主要构成如下：步进电机(G)、压缩弹簧(F4)、螺母丝杠副(F5-F6)，电路控制器(F7)。该自适应推靠装置的原理为：1、通过弹簧的弹力实现微小位移的变化。2、通过步进电机(G)实现精确控制螺母(F5)的行程，螺母(F5)的自锁能够保持驱动轮对井壁的压力 

附图说明

下面结合附图和实施对本实用新型做进一步的说明。 

图1为本实用新型的整体结构示意图。 

图2为差速传动箱内部传动示意图 

图3为支撑推靠装置结构示意图 

图中：A扶正器；B驱动电机密封腔；C差速传动箱；D驱动臂；E连接板；F支撑推靠装置；G支撑电机密封腔。 

C1输入主轴；C2大锥齿轮；C3差速器壳体；C4差速器左半轴；C5带轮；C6带轮；C7齿轮；C8带轮；C9带轮；C10齿轮；C11齿轮；C12齿轮；C13差速器右半轴；C14差速器行星齿轮； 

D1驱动臂链轮；D2驱动臂链轮；D3驱动轮 

F1支撑臂；F2推动杆；F3装置壳体；F4弹簧；F5螺母；F6螺杆；F7电路控制器。 

具体实施方式

以下结合附图，说明本实用新型提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明入下： 

图1绘制出了该使用新型工作整体结构示意图，该差速电缆牵引器其支撑机构和驱动机构分开设计，扶正器(A)使得牵引器居中，驱动臂(D)中的驱动轮(D3)旋转，提供驱动力，推动牵引器整体移动。这种井下可差速电缆牵引器驱动机构可以串联2个或以上。 

该井下可差速电缆牵引器为细长结构，截面可以是方行或者圆形。其直径大小可以是60-200mm，一般来讲，直径越大，其中的差速机构承载能力越大，再配以功率较大的电机，可增大井下可差速电缆牵引器的牵引能力。 

图2为差速传动箱(C)内部传动示意图，为本实用新型的核心。如图2所示，电机带动主输入轴(C1)，主输入轴(C1)前端安装有锥齿轮，锥齿轮与大锥齿轮(C2)啮合，起到运动转向和减速的功能。大锥齿轮(C2)带动差速器壳体(C3)以及整个差速器旋转。差速器大锥齿轮和壳体的大小要适当，对于不同的管径配以不同的大小。电机输入的动力经过两条路劲分别输入到驱动轮(D3)上。一条路径为：动力-主输入轴(C1)-大锥齿轮(C2)-差速器壳体(C3)-差速器行星齿轮(C14)-差速器左半轴(C4)-带轮(C5)-带轮(C6)-齿轮(C7)-带轮(C8)-链轮(D1)-链轮(D2) -驱动轮(D3)。另一条路径为：动力-主输入轴(C1)-大锥齿轮(C2)-差速器壳体(C3)-差速器行星齿轮(C14)-差速器右半轴(C13)-齿轮(C12)-齿轮(C11)-齿轮(C10)-带轮(C9)-链轮(D6)-链轮(D5)-驱动轮(D4)。上述传递过程中，差速器在其中只要起到分配扭矩的作用。上述传动过程中，一边带轮传动，一边齿轮传动设计的原因是当牵引器驱动臂(D)打开以后，为实现爬行两侧驱动轮的旋转方向恰好相反。上述的所有齿轮和带轮都将安装带壳体以及其中的支架上。 

图3为支撑推靠装置结构示意图，该装置的作用在于控制牵引器支撑臂的张开与闭合。如图所示，井下可差速电缆牵引器正常工作时，曲柄滑块机构推动杆(F2)伸出，牵引器的驱动臂(D)向两侧展开，驱动轮(D3-D4)与井壁接触，产生足够的压力，确保驱动轮(D3、D4)在井壁上不打滑，这是牵引器能够产生足够推动力的必要条件。当牵引器遇到故障，或者需要拉出的时候，推动杆(F2)收回，驱动臂(D)也随之收回。在这种情况下，驱动臂(D)能够完全收回，减小遇阻遇卡的风险。压缩弹簧(F4)，在这里起到缓冲的作用。这里的缓冲主要是指，保持驱动臂驱动轮紧贴井壁，遇到较小障碍(凸块或者凹坑)能顺利通过，不需要频繁的启动和关闭电机。该压缩弹簧还有一个重要特征在于它安装在一个套筒里面，对该弹簧(F4)有一个预压缩的过程。也就是说，当压力到达某个预定值以上的时候，弹簧缓冲装置才起作用。螺母(F5)、螺杆(F6)是一组简单的螺母丝杆结构，把旋转运动变为简单的直线进给运动。螺母丝杆的自锁能够保持驱动轮对井壁的压力。 

除扶正器(A)外，驱动电机密封腔(B)、差速传动箱(C)、驱动臂(D)、连接板(E)、支撑推靠装置(F)、支撑电机密封腔(G)，共同组成了该牵引器的驱动短节。理论上讲，根据负载的不同，可以串联任意多个驱动短节。串联的驱动短节的工作面应该是不同的，例如串联两节驱动短节，两 个驱动短节的工作平面应该互成90°。 

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化和修改，均应属于本实用新型保护的范围。 

Claims (3)

1.本实用新型涉及一种井下可差速电缆牵引装置，其特征在于，该井下可差速电缆牵引装置为细长结构，沿轴线依次装有以下几部分：驱动电机密封腔(B)、差速传动箱(C)、驱动臂(D)和连接板(E)、支撑推靠装置(F)、支撑电机密封腔(G)；连接板(E)两端分别连接差速传动箱(C)与支撑推靠装置(F)，驱动臂(D)一端安装在连接板(E)上，另一端与支撑推靠装置(F)的支撑臂(F1)连接，支撑推靠装置(F)通过曲柄滑块机构使得驱动臂(D)张开与闭合，差速传动箱(C)中安装有差速器和传动机构，起到动力换向和差速传动的作用，是实现该实用新型功能的关键部件。

2.根据权利要求1所述的一种井下可差速电缆牵引装置，其特征在于所述的差速传动箱(C)包括：主输入轴、差速器、传动机构；电机输入的动力通过主输入轴(C1)，经大锥齿轮(C2)带动差速器旋转，差速器的左半轴带动带轮，差速器的右半轴带动齿轮；左半轴的传动关系为：带传动-齿轮传动-带传动-左驱动臂，右半轴的传动关系为：齿轮传动-齿轮传动-带传动-右驱动臂。

3.根据权利要求1所述的一种井下可差速电缆牵引装置，其特征在于所述的支撑推靠装置(F)有以下主要部分：步进电机(G)、压缩弹簧(F4)、螺母丝杠副(F5-F6)、电路控制器(F7)；其压缩弹簧采用预压缩模式，通过曲柄滑块机构调整驱动臂的张开与闭合，驱动臂张开时，最大张开角度可达120°，驱动臂闭合时，能够完全闭合。 

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