CN203129999U - 一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于油气开发领域，具体地，涉及一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统。电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，包括控制系统壳体、电机模块、液压管路模块、电子控制模块；其特征在于：控制系统壳体内从上到下依次安装有电机模块、液压管路模块、电子控制模块；电机模块包括牵引控制伺服电机、支撑控制伺服电机；牵引控制伺服电机和支撑控制伺服电机由电子控制模块发送指令进行控制。牵引器控制系统的灵活性较好、可适用于小井眼井下牵引控制作业，在控制牵引过程中能保证正常的井下液体循环，能实现牵引速度的有效控制，并能实现有效地断电保护、双向牵引控制，能实现牵引速度的有效控制。

Description

一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统

技术领域

本实用新型属于油气开发领域，具体地，涉及一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统。

背景技术

20世纪90年代后期，国外许多公司相继开发了能够在井下独立作业的水平井牵引装置(也就是电缆牵引器)。经过多年的发展，到目前为止，有代表性的牵引器产品主要包括：丹麦Welltec公司Well Tractor轮式牵引器，英国Sondex有限公司的Sondex轮式牵引器，挪威Maritime Well Service(MWS)公司的PowerTrac Advance轮式牵引器、PowerTrac INVADER履带式牵引器，英国ExproGroup公司的SmarTract伸缩式牵引器、法国Schlumberger公司的MaxTRAC伸缩式牵引器、美国Western Well Tool公司的MicroholeDrilling Tractor伸缩式牵引器。其中美国Western Well Tool公司的Microhole Drilling Tractor伸缩式牵引器是连续油管式的靠地面高压钻井液驱动的、可用于小井眼的牵引器，工作时可保持有效地钻井液循环；其余的牵引器大都是轮式或履带式，外围尺寸较大，只适用于大直径井眼，用电缆或钢丝绳连接，电驱动，牵引力较小，工作时不能进行有效的钻井液循环，一般限于测井行业的应用。

但无论是那种牵引器，对国内而言，国外都采取了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刚起步的阶段：自2002年8月，塔里木油田通过技术合作的方式，采用井下牵引器技术进行了水平井产业剖面测井的探索，取得了一定的效果。此后，国内的少数科研院所也相继开展了井下牵引器的研究，主要有中国石油大学、哈尔滨工业大学、西南石油学院、大庆石油学院、西安石油大学等，也申请了一些牵引器的专利，但这些牵引器或多或少的存在一些缺点，并且大都局限于利用循环液压进行驱动控制，没有直接用伺服步进电机进行牵引器驱动与控制的，不能较好的满足井下作业的要求。

中国石油大学高进伟、刘猛等人在文献(高进伟，刘猛，闫相祯.水平井井下轮式自适应管道爬行器：中国)中提出了一种轮式拖动器的结构方案，并申请了实用新型专利(200520008070.8.2006-08-16，套管水平井测井牵引器变径牵引装置)；哈尔滨工业大学也研制了一款电缆轮式拖动器(唐德威，王新杰，邓宗全.水平油井检测仪器拖动器.哈尔滨工业大学学报.2007，39(9)：1395-1397)，并进行了地面试验；西安石油大学朱林、吴松平自行设计了一种轮式牵引器(朱林，吴松平.水平井测井仪器牵引爬行器的设计.新技术新工艺，2007，(12)：32-34)；辽河石油勘探局提出了具有自主知识产权的轮式牵引器(200720190260.5，套管水平井测井牵引器变径牵引装置)，并且2008年长城钻探测井公司在辽河油田的四口水平井对其研制的牵引器进行了的井下试验，还有些其他科研院所也进行了轮式牵引器相关方面的研究，但这些牵引器都有一些共同点：都是轮式牵引器，都是电缆连接无循环，都是测井、修井等牵引力不大的井下作业用牵引器，因此存在很多缺陷，主要缺陷如下：(一)依靠电缆或钢丝绳连接的电驱动控制系统，不能有效连接连续油管靠地面液压进行驱动和实现有效的钻井液循环与控制；(二)大部分牵引器控制系统不能实现双向驱动；(三)大部分牵引器控制系统不能实现断电支撑机构自动收回的保护措施；(四)大部分牵引器控制系统对地面泵压依耐性强，启动工作压差和最大工作压差不能实现有效控制。

大庆石油学院邵守君、常玉连提出了一种涨闸活塞式行走的伸缩式拖动器(邵守君.基于虚拟样机的石油井故障探测机器人研究.大庆石油学院硕士论文.2007：5～7)主要由电气组件、液压组件、上支撑行走组件、下支撑行走组件及探测组件组成，通过电磁换向阀对四个液压缸控制，使上、下支撑行走组件实现按要求的交替撑紧或收回，伸出与缩进，从而实现自主行进，但该牵引器存在很大的缺陷：(一)用连接电缆给电气组件供电来驱动电机使液压机构进行工作，牵引器中没有提供钻井液循环通道，无法实现作业过程中井下液体与地面的有效循环；(二)控制系统用电磁换向阀控制四个液缸，不能实现牵引速度大小的有效控制；(三)牵引控制系统无过载保护和断电卡瓦收回的自动保护措施。

西南石油大学祝效华、胡志强、石昌帅等申请的(201110081197.2，连续油管爬行器及其爬行方法)连续油管爬行器及其爬行方法是由前爬行装置、控制器和后爬行装置组成，虽然是采用连续油管连接，利用地面液压装置进行驱动，但是该专利明显存在不足之处：(一)牵引部分采用上下两个牵引液缸进行牵引驱动和控制，使得牵引部分过长，支撑机构采用单液缸驱动和弹簧复位装置，使得牵引器液压管路复杂，最小适用井眼直径较大，不适合在小井眼中牵引前进；(二)由于连续油管井下作业使连续油管内循环压耗较大，采用纯液压驱动和控制，对牵引器内外压差最小值有一定要求，只有地面泵压达到一定值以后才能驱动牵引器正常工作，使得该牵引器对地面压力依赖性比较大，牵引控制不灵活；(三)只是提出用液压进行驱动控制概念，但并未给出具体的液压驱动与控制的管路实施方案；(四)无调速节流阀，不能实现牵引速度大小的有效控制；(五)牵引控制无过载保护和断电卡瓦收回的自动保护措施。

随着井下牵引器应用日益广泛，石油钻采行业从国外引进了多种井下牵引器产品进行井下作业，国内虽然对牵引器的研究起步较晚，而且仅限于电机轮式井下牵引器、液压驱动连续管井下牵引器、纯机械凸轮式井下牵引器等单一驱动的研究，没有成熟的产品走向市场，牵引器控制系统还存在很多缺陷，不能较好的满足井下作业的要求。主要原因由：

(一)国外对井下牵引器技术采取了严格的技术保密措施，使得国内牵引器控制系统的研究完全处在自主研发状态；

(二)国内牵引器研究限于测井用，钻井作业牵引器研究较少，小井眼或微小井眼井下牵引作业的牵引器国内还没有，因此小井眼或微小井眼井下牵引器控制系统研究难度较大；

(三)国内牵引器：单一液压驱动控制用的阀门较多，结构较复杂，稳定性差，无启动压差、过载压差和断电支撑机构自动收回保护的控制，对地面输入泵压依赖性较大；

(四)牵引器控制系统只能实现单向向下牵引入井控制，不能双向牵引控制；

(五)有循环管通道，能进行地面与井下液体有效循环的液压驱动牵引器的控制系统只给出概念，没有具体液压驱动控制方案，没有试验样机，也没有成熟产品；

(六)大多侧重于大直径井眼牵引器控制系统研究，对小井眼控制系统研究受井眼空间小的限制，研究和实施难度较大。

实用新型内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其利用电子控制模块控制伺服电机使两个五位五通换向阀精确控制液压回路，并配合控制其他阀，实现有效液压驱动牵引器在井下牵引连续油管柱顺利下入和取出，解决了因连续油管在井下摩阻较大，下入和取出困难、钻压难于施加等技术难题，使连续油管在井下能延伸更长。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下方案：

这里提炼控制系统：

也就是控制系统包括哪些部件，各部件之间的关系如何。

一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，包括控制系统壳体、电机模块、液压管路模块、电子控制模块；其特征在于：控制系统壳体内从上到下依次安装有电机模块、液压管路模块、电子控制模块；电机模块包括牵引控制伺服电机、支撑控制伺服电机；牵引控制伺服电机和支撑控制伺服电机由电子控制模块发送指令进行控制。

优选地，液压管路模块包括上卡瓦液缸二位三通阀、进口限压二位三通阀、支撑液缸四位五通阀、进口弹簧溢流阀、牵引液缸三位五通阀。

优选地，上卡瓦液缸二位三通阀的三通接口管线分别为：入口端接钻井液压力管线，其余两通出口端分别接第一上卡瓦液缸压力管路和第二上卡瓦液缸压力管路；其中二位靠弹簧和电磁阀进行控制。

优选地，进口限压二位三通阀为二位三通弹簧电磁液控阀，三通接口管线分别为：入口端接钻井液入口腔压力管线，两出口端分别接高压钻井液压力管线和钻井液回流井眼环空管线；进口限压二位三通阀一端装有电磁铁，另一端装有弹簧；电磁铁端高压液控入口接钻井液入口腔压力管线，弹簧端低压液控入口接钻井液回流井眼环空管线；其中二位靠弹簧、电磁铁磁力、钻井液入口腔压力管线与钻井液回流井眼环空管线的压差进行控制。

优选地，进口弹簧溢流阀是二位二通弹簧电磁溢流阀，进口弹簧溢流阀一端装有电磁铁，另一端装有弹簧，进口弹簧溢流阀的入口接高压钻井液压力管线，进口弹簧溢流阀的出口端接钻井液回流井眼环空管线，弹簧端低压液控入口接钻井液回流井眼环空管线，电磁铁端高压液控入口接高压钻井液压力管线；进口弹簧溢流阀的二位是靠高压钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线的压差和弹簧推力来进行控制，使高压钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线连通或断开。

优选地，支撑液缸四位五通阀一入口接高压钻井液压力管线，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线，两出口分别接钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路；支撑液缸四位五通阀的阀芯的上端接支撑控制伺服电机，阀芯的下端接弹簧；支撑液缸四位五通阀从上到下分四位：第一位，钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线连通，高压钻井液压力管线与下卡瓦液缸压力管路连通；第二位，高压钻井液压力管线分别同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，钻井液回流井眼环空管线与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路断开；第三位，高压钻井液压力管线与接钻井液压力管线连通，下卡瓦液缸压力管路与钻井液回流井眼环空管线连通；第四位，钻井液回流井眼环空管线分别同时与接钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，高压钻井液压力管线同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路断开；支撑液缸四位五通阀的第一位、第二位、第三位的连通方式都采用可调节流连通方式：阀芯位置变化，通道过流断面大小变化，流过通道液体流速大小不同，通过支撑控制伺服电机精确控制阀芯的位置，从而精确控制上三位连通接口过流断面大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制。

优选地，牵引液缸三位五通阀一入口接高压钻井液压力管线，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线，另外两出口分别接牵引液缸压力管路和牵引液缸压力管路；牵引液缸三位五通阀阀芯的上端接牵引控制伺服电机，牵引液缸三位五通阀阀芯的下端接弹簧；牵引液缸三位五通阀从上到下有三位：上位，高压钻井液压力管线与牵引液缸压力管路连通，牵引液缸压力管路与钻井液回流井眼环空管线连通；中位，高压钻井液压力管线，钻井液回流井眼环空管线，牵引液缸压力管路，牵引液缸压力管路分别断开成断路状态；下位：高压钻井液压力管线与牵引液缸压力管路连通，牵引液缸压力管路与钻井液回流井眼环空管线连通；牵引液缸三位五通阀上位和下位连通方式采用可调节流连通方式：精确控制阀芯的位置可控制上三位连通接口大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制；牵引液缸三位五通阀阀芯的上端接牵引控制伺服电机，牵引控制伺服电机能精确控制牵引液缸三位五通阀阀芯的位置。

优选地，牵引控制伺服电机可精确控制牵引液缸三位五通阀阀芯的位移，牵引液缸三位五通阀的上位和下位阀芯通道过流截面大小随阀芯位移进行调节，控制牵引控制伺服电机可精确控制牵引液缸三位五通阀的上位和下位阀芯通道过流截面大小，控制流量大小，控制牵引速度大小；支撑控制伺服电机可精确控制支撑液缸四位五通阀阀芯的位移，支撑液缸四位五通阀的四位阀芯通道过流截面大小随阀芯位移进行调节，控制牵引控制伺服电机可精确控制牵引液缸三位五通阀的上位和下位阀芯通道过流截面大小，控制流量大小，控制上卡瓦和下卡瓦张开和收缩的速度的大小。

优选地，支撑液缸四位五通阀下端接复位弹簧，断电后支撑液缸四位五通阀阀芯移动至第四位泄压回路状态：钻井液回流井眼环空管线同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，通过循环液管路同时使上卡瓦液缸和下卡液缸中的循环液体回流到低压井眼环空，上卡瓦和下卡瓦同时离开井壁，防止断电导致卡钻。

优选地，上中心滑管沿管壁分别加工有第一上卡瓦液缸压力管路、第二上卡瓦液缸压力管路、上牵引液缸压力管路、下牵引液缸压力管路；第一上卡瓦液缸压力管路的下端出口、第二上卡瓦液缸压力管路的下端出口、上牵引液缸压力管路的下端出口，下牵引液缸压力管路的下端出口都在上中心滑管的下端外圆面，并分别与液压管路模块相连接；第一上卡瓦液缸压力管路的上端出口在上支撑系统处在上中心滑管最上端时上卡瓦液缸在上中心滑管上的覆盖范围内，第二上卡瓦液缸压力管路的上端出口在上支撑系统处在上中心滑管最下端时上卡瓦液缸在上中心滑管上的覆盖范围内；上下两牵引液缸压力管路的上端出口分别在牵引液缸活塞的上下两侧面；液压管路模块控制第一上卡瓦液缸压力管路断开或连通、第二上卡瓦液缸压力管路的连通或断开，对上卡瓦液缸的输入或输出循环液体；液压管路模块控制牵引液缸压力管路给上牵引液缸输入或输出循环液体，液压管路模块控制牵引液缸压力管路给下牵引液缸输出或输入循环液体，推动牵引液缸活塞向下或向上移动。

本实用新型与现有技术相比，具有的优点有：

(一)牵引器控制系统的灵活性较好：国内研究的牵引器控制系统主要侧单纯重液压控制或单纯电控制，对液压依赖性较高，驱动控制系统比较复杂；本实用新型牵引器控制系统采用液压驱动控制，配合电子控制模块、伺服电机集成控制的方法，减少纯液压控制的管路的复杂性，无论地面泵压有多大，只要井下牵引器内外存在压差并通电，就能够启动牵引器工作，同时，进出液阀采用三位五通换向阀和四位五通换向阀，可通过伺服步进电机对阀芯位置进行精确控制，调整进出口阀门大小，控制流量，达到灵活控制牵引速度的目的，控制的灵活性较好。

(二)牵引器控制系统可适用于小井眼井下牵引控制作业：国内很多牵引器控制系统适用于井眼直径较大的连杆支撑结构或管轮式结构的牵引器控制，不适用于小直径井眼牵引器的控制；本实用新型牵引器控制系统采用的支撑系统是斜面滑动外推卡瓦膨胀式结构，支撑部分较紧凑，有效减小了牵引器最小适用井眼直径，使控制系统能适用于小井眼甚至微小井眼的井下牵引器牵引控制作业。

(三)牵引器控制系统在控制牵引过程中能保证正常的井下液体循环：国内大部分牵引器控制系统是针对测井牵引器设计的，工作中不能保证正常钻井液或洗井液循环；本实用新型牵引器控制系统预留内循环通道，在井下作业过程中能有效保证流体循环。

(四)牵引器控制系统能实现有效地断电保护：国内大部分牵引器控制系统没有断电或无液压时的自动保护装置；本实用新型牵引器控制系统采用断电时靠弹簧推动四位五通阀对卡瓦液缸泄压，使支撑系统依靠弹簧复位装置，在断电或无泵压的情况下能依靠弹簧作用力自动收回卡瓦，减少牵引器井下卡钻等复杂情况的发生。

(五)牵引器控制系统能实现双向牵引控制：国内大部分牵引器只能实现单向牵引控制；本实用新型牵引器控制系统能顺利控制牵引器牵引管柱进行取出和下入作业，灵活性好。

附图说明

图1为电控液压驱动连续油管井下牵引器主视示意图；

图2为电控液压驱动连续油管井下牵引器俯视示意图；

图3a为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦张开时上半部分沿图2中A-A剖面示意图；

图3b为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦闭合时上半部分沿图2中A-A剖面示意图；

图4a为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦张开时下半部分沿图2中A-A剖面示意图；

图4b为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦闭合时下半部分沿图2中A-A剖面示意图；

图5a为电控液压驱动连续油管井下牵引器工作时初始状态液压控制原理示意图；

图5b为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦闭合离开井壁液压控制原理示意图；

图5c为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦与牵引液缸整体向下牵引液压控制原理示意图；

图5d为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦张开抓紧井壁液压控制原理示意图；

图5e为电控液压驱动连续油管井下牵引器下卡瓦闭合离开井壁液压控制原理示意图；

图5f为电控液压驱动连续油管井下牵引器中心滑管和下卡瓦整体向下移动液压控制原理示意图；

图5g为电控液压驱动连续油管井下牵引器下卡瓦张开抓紧井壁液压控制原理示意图；

图6a为电控液压驱动连续油管井下牵引器工作时初始状态断电保护液压控制原理示意图；

图6b为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦闭合离开井壁断电保护液压控制原理示意图；

图6c为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦与牵引液缸整体向下牵引断电保护液压控制原理示意图；

图6d为电控液压驱动连续油管井下牵引器上卡瓦张开抓紧井壁断电保护液压控制原理示意图；

图6e为电控液压驱动连续油管井下牵引器下卡瓦闭合离开井壁液压控制原理示意图；

图6f为电控液压驱动连续油管井下牵引器中心滑管和下卡瓦整体向下移动断电保护液压控制原理示意图；

图6g为电控液压驱动连续油管井下牵引器下卡瓦张开抓紧井壁断电保护液压控制原理示意图；

图中：1、上卡瓦支撑系统，2、中心滑管总成，3、控制系统，4、下卡瓦支撑系统；21、牵引液缸壳体，22a、外螺纹，23b、内螺纹，23、牵引液缸盖，24、牵引液缸盖密封；31、控制系统壳体，32、电机模块，33、液压管路模块，34、电子控制模块，35、密封圈，36、循环液过滤器，37、循环液过滤器密封，38a、外螺纹，38b、内螺纹；111、上中心滑管，112、牵引液缸压力管路，113、牵引液缸活塞，114、牵引液缸压力管路，115、牵引液缸活塞密封，116、牵引液缸活塞位移传感器，117、牵引液缸压差传感器，118、第一上卡瓦液缸压力管路，119、第二上卡瓦液缸压力管路；121、上卡瓦支座，122、上卡瓦支座刮泥器，123a、上卡瓦固定插销槽和插销孔，123b、上卡瓦固定销，124、上卡瓦，125、上卡瓦支撑套；131、上卡瓦液缸盖，132、上卡瓦盖密封，133a、外螺纹，133b、内螺纹，134、上卡瓦复位弹簧座，135、上卡瓦复位弹簧；141、上卡瓦液缸活塞，142、上卡瓦液缸活塞位移传感器，143、上卡瓦液缸活塞密封，144、上卡瓦液缸，145、上液缸壳体，146、上卡瓦液缸壳体密封，147、牵引液缸；321、牵引控制伺服电机，322、支撑控制伺服电机；331、钻井液入口腔压力管线，332、上卡瓦液缸二位三通阀，333、进口限压二位三通阀，334、支撑液缸四位五通阀，335、进口弹簧溢流阀，336、钻井液回流井眼环空管线，337、钻井液输入压力管线，338、牵引液缸三位五通阀，339、钻井液压力管线；411、下中心滑管，412、下卡瓦液缸压力管路，413a、外螺纹，413b、内螺纹；421、下卡瓦支座，422、下卡瓦支座刮泥器，423a、上卡瓦固定插销槽和插销孔，423b、下卡瓦固定销，424、下卡瓦，425、下卡瓦支撑套；431、下卡瓦液缸盖，432、下卡瓦盖密封，433a、外螺纹，433b、内螺纹，434、下卡瓦复位弹簧座，435、下卡瓦复位弹簧；441、下卡瓦液缸活塞，442、下卡瓦液缸活塞位移传感器，443、下卡瓦液缸活塞密封，444、下卡瓦液缸，445、下卡瓦液缸壳体，446、下卡瓦液缸壳体密封。

具体实施方式

如图1所示，电控液压驱动连续油管井下牵引器，包括上卡瓦支撑与牵引系统1、中心滑管总成2、控制系统3、下卡瓦支撑系统4。上卡瓦支撑与牵引系统1滑套在中心滑管总成2的上部，可沿中心滑管总成2上下滑动；控制系统3、下卡瓦支撑系统4固定在中心滑管总成2的下部。上卡瓦支撑与牵引系统1的主要作用是：抓紧井壁支撑牵引器、并产生轴向摩擦力为牵引器的牵引力提供反作用力。控制系统3的主要作用是通过接收地面信号，控制井下牵引器工作运行状态。下卡瓦支撑系统4的主要作用是：抓紧井壁支撑牵引器、并产生轴向摩擦力为牵引器的牵引力提供反作用力。

如图1-2，3a，3b，4a，4b所示，中心滑管总成2包括：上中心滑管111、循环液过滤器36、下中心滑管411。

如图1-2，3a，3b所示，上中心滑管111为一长圆管，上中心滑管111沿管壁分别加工有第一上卡瓦液缸压力管路118、第二上卡瓦液缸压力管路119、上牵引液缸压力管路112、下牵引液缸压力管路114；上中心滑管111上加工有直径较大的牵引液缸活塞113，上牵引液缸压力管路112和下牵引液缸压力管路114的上出口分别位于牵引液缸活塞113的上下两侧，牵引液缸活塞113上安装有两个牵引液缸活塞密封115、一个牵引液缸活塞位移传感器116、一个牵引液缸压差传感器117；上中心滑管111下端加工有密封连接外螺纹38a、下端端面设有环形定位凸缘。

如图1，4a，4b所示，下中心滑管411为一上端外径小下端外径大的阶梯形长圆管，下中心滑管411的上端端面设有环形定位凸缘，在下中心滑管411的上端附近加工有外螺纹413a，下中心滑管411管壁内加工有下卡瓦液缸压力管路412。

如图1，3a，3b，4a，4b所示，循环液过滤器36为具有斜向筛孔的圆筒；循环液过滤器36的上下两端有环形定位凹槽，循环液过滤器36上端通过环形定位凹槽和两个循环液过滤器密封37与上中心滑管111密封连接，循环液过滤器36下端通过环形定位凹槽和两个循环液过滤器密封37与下中心滑管411密封连接。循环液过滤器36的主要作用是过滤掉钻井循环液中直径较大的颗粒，防止堵塞液压管路。

如图3a，3b所示，上卡瓦支撑与牵引系统1包括上卡瓦支座121、上卡瓦124、上卡瓦支撑套125、上卡瓦液缸盖131、上卡瓦复位弹簧座134、上卡瓦复位弹簧135、上液缸壳体145、牵引液缸盖23。

如2，3a，3b所示，上卡瓦支座121为厚壁短圆筒，上卡瓦支座121通过圆筒内孔滑套在上中心滑管111上，上卡瓦支座121和上中心滑管111之间安装有上卡瓦支座刮泥器122；上卡瓦支座121下端外圆周向均布三套卡瓦固定插销槽和插销孔123a。

如图3a，3b所示，上液缸壳体145通过中部的通孔滑套在上中心滑管111上，上液缸壳体145上部内径小，中部内径最小，下部内径最大；上液缸壳体与上中心滑管之间形成位于上部的上卡瓦液缸144和位于下部的牵引液缸147；上卡瓦液缸壳体144的外径小、牵引液缸壳体21的外径大；上液缸壳体145和上中心滑管111之间通过两个上卡瓦液缸壳体密封146进行密封；上液缸壳体145中部沿外圆周向均布三套卡瓦固定插销槽和插销孔。上卡瓦液缸壳体144的上端加工有内螺纹133b；牵引液缸壳体21的下端加工有内螺纹22b。

如图3a，3b所示，上卡瓦124为中间宽两头窄的长条型轴向对称的弹性钢片，中间沿径向有三角形斜面，两端有平行插销孔。三个上卡瓦124的上端通过三套上卡瓦固定销123b固定在上卡瓦支座121上的三套卡瓦固定插销槽和插销孔123a中，三个上卡瓦124的下端通过三套上卡瓦固定销固定在上液缸壳体145上。

如图3a，3b所示，上卡瓦液缸盖131为中间有通孔的厚壁短圆柱体，下端设有密封型外螺纹133a，上卡瓦液缸盖131通过中间通孔滑套在上卡瓦支撑套125芯部的圆筒上，上卡瓦液缸盖131和上卡瓦支撑套125的芯部圆筒之间安装有两个上卡瓦盖密封132。上液缸壳体145上端与上卡瓦液缸盖131螺纹连接。

如图3a，3b所示，上卡瓦支撑套125芯部为圆筒，上卡瓦支撑套125通过芯部圆筒滑套在上中心滑管111上，上卡瓦支撑套125下端加工有上卡瓦液缸活塞141，上卡瓦液缸活塞141置于上卡瓦液缸147内；在上卡瓦支撑套125的圆筒上部沿外圆周方向均布焊接三个具有三角形斜面的长方块，三角形斜面沿径向向外，并与三个上卡瓦124上的三角形斜面相配合，上卡瓦液缸活塞141上安装有一个上卡瓦液缸活塞位移传感器142和四个上卡瓦液缸活塞密封143。上卡瓦液缸活塞141能在液缸推力作用下推动上卡瓦支撑套125在上中心滑管111上沿轴向上滑动：当向上滑动时，上卡瓦支撑套125通过三角斜面推开三个上卡瓦124抓紧支撑井壁。

如图3a，3b所示，上卡瓦复位弹簧座134为中间有通孔的薄壁杯型圆筒，杯底向上抵靠在上卡瓦液缸盖131上，上卡瓦复位弹簧135是螺旋弹簧，上卡瓦复位弹簧135坐靠在上卡瓦复位弹簧座134的内空中，上卡瓦复位弹簧135上端顶在上卡瓦复位弹簧座134的上端底面，上卡瓦复位弹簧135下端顶在上卡瓦液缸活塞141的顶面，上卡瓦复位弹簧135和上卡瓦复位弹簧座134一起滑套在上卡瓦支撑套125芯部的圆筒上。上卡瓦复位弹簧135的主要作用是在上卡瓦液缸144压力拆除时，给上卡瓦液缸活塞141提供向下的推力，使上卡瓦支撑套125向下滑动，上卡瓦支撑套125上三角斜面和上卡瓦124上三角斜面松开，确保上卡瓦124在外推力消除情况下能自动收回；当上卡瓦支撑套125收回使上卡瓦124的三角斜面外推膨胀力拆除时，三个上卡瓦124能依靠自身弹性和井壁推靠作用收回离开井壁。上卡瓦复位弹簧座134的主要作用是限定上卡瓦支撑套125上三角斜面向上移动超过上卡瓦124上的三角斜面最高点后发生锁死：上卡瓦复位弹簧座134下端为上卡瓦液缸活塞141的上侧面向上的移动极限位置，当上卡瓦支撑套125上的三角斜面向上移动达到上卡瓦124上的三角斜面最高点时，上卡瓦复位弹簧座134的下端刚好顶在上卡瓦液缸活塞141的上侧面，使卡瓦液缸活塞141以及上卡瓦支撑套125不能继续向上滑动，阻止上卡瓦124和上卡瓦支撑套125锁死。

如图3a，3b所示，上中心滑管111上的牵引液缸活塞113位于牵引液缸内，并将牵引液缸147分成上牵引液缸和下牵引液缸。牵引液缸盖23为中间有通孔的厚壁短圆柱体，牵引液缸盖23通过中间通孔滑套在上中心滑管111的下部，上端设有密封型外螺纹22a，牵引液缸壳体21下端和牵引液缸盖23上端通过螺纹连接；牵引液缸盖23与上中心滑管111之间通过两个牵引液缸盖密封24密封。

如图1，4a，4b所示，下卡瓦支撑系统4包括：下卡瓦支座421、下卡瓦424、下卡瓦支撑套425、下卡瓦液缸盖431、下卡瓦复位弹簧座434、下卡瓦复位弹簧435、下卡瓦液缸壳体445。

如图2，4a，4b，5所示，下卡瓦支座421为中间有通孔的圆柱体，下卡瓦支座421通过通孔滑套在下中心滑管411上，下卡瓦支座421和下中心滑管411之间安装有下卡瓦支座刮泥器422；下卡瓦支座421上端外部沿圆周均布三套卡瓦固定插销槽和插销孔423a。

如图2，4a，4b，5所示，下卡瓦液缸壳体445为上粗下细中间有圆形通孔的圆柱壳体，下卡瓦液缸壳体445通过圆形通孔滑套在下中心滑管411上，下卡瓦液缸壳体445和下中心滑管411之间设有两个上卡瓦液缸壳体密封446，下卡瓦液缸壳体445和下中心滑管411中间通过两个上卡瓦液缸壳体密封446进行密封；下卡瓦液缸壳体445上端内圆面有内螺纹413b，下卡瓦液缸壳体445通过内螺纹413b与下中心滑管411相连。下卡瓦液缸壳体445上端面有环形密封槽，下卡瓦液缸壳体445上端端面通过密封圈35与控制系统壳体31下端端面密封连接。下卡瓦液缸壳体445中间外部沿圆周均布三套卡瓦固定插销槽和插销孔。

如图4a，4b，5，8，9所示，下卡瓦424为中间宽两头窄的长条型轴向对称的弹性钢片，中间沿径向有三角锥形斜面，两端有平行插销孔。三个下卡瓦424下端通过三组下卡瓦固定销423b周向均布地固定在下卡瓦支座421上；三个下卡瓦424的上端分别通过三套下卡瓦固定销固定在下卡瓦液缸壳体445的卡瓦固定插销槽和插销孔中。三个下卡瓦424能在下卡瓦支撑套425作用下张开，在外力拆除后能依靠自身弹性和井壁挤压力闭合。

如图4a，4b，5，6，7所示，下卡瓦支撑套425芯部为圆筒，在圆筒下部沿圆周方向均布焊接三个有三角锥形斜面的长方块，三角锥形斜面沿径向向外，并与三个下卡瓦424上的每个三角锥形斜面相配合，能在推力作用下做相对滑动，以张开三个下卡瓦424；下卡瓦支撑套425上端加工有下卡瓦液缸活塞441，下卡瓦液缸活塞441置于下卡瓦液缸444内；下卡瓦液缸活塞441上安装有一个下卡瓦液缸活塞位移传感器442和四个下卡瓦液缸活塞密封443，下卡瓦支撑套425通过芯部为圆筒滑套在下中心滑管411上。下卡瓦液缸活塞441能在液缸推力作用下推动下卡瓦支撑套425在下中心滑管411上做轴向滑动，当向下滑动时，下卡瓦支撑套425通过追斜面张开三个下卡瓦424抓紧支撑井壁。

如图4a，4b所示，下卡瓦液缸盖431为中间有通孔的短圆柱体，下卡瓦液缸盖431通过中间通孔滑套在下卡瓦支撑套425芯部的圆筒上，下卡瓦液缸盖431和下卡瓦支撑套425的芯部圆筒之间安装有两个下卡瓦盖密封432；下卡瓦液缸盖431上端有密封型外螺纹433a；下卡瓦液缸盖431对下卡瓦液缸壳体445起支撑作用。

如图4a，4b所示，下卡瓦复位弹簧座434为中间有通孔的杯型圆筒，杯底向下紧靠在下卡瓦液缸盖431上，下卡瓦复位弹簧435坐靠在下卡瓦复位弹簧座434中一起滑套在下卡瓦支撑套425芯部的圆筒上。下卡瓦复位弹簧435下端坐靠在下卡瓦复位弹簧座434上，下卡瓦复位弹簧435上端抵靠在下卡瓦液缸活塞441的下底面。下卡瓦复位弹簧座434上端为下卡瓦支撑套425上的下卡瓦液缸活塞441的向下的移动极限位置，确保下卡瓦支撑套425上三角斜面和下卡瓦424上三角斜面能达到最大张开定点，但又不能滑过锁死；下卡瓦复位弹簧435在下卡瓦液缸壳体445压力消失时，依靠弹簧弹力推动下卡瓦支撑套425向上收回。当向上滑动时，下卡瓦支撑套425收回，在外推力拆除，三个下卡瓦424能依靠自身弹性和井壁推靠作用收回离开井壁。

如图3a，3b，4a，4b所示，下卡瓦液缸压力管路412上端与电子控制模块34相连，下端与下牵引液缸相连；下卡瓦液缸压力管路412用于给下卡瓦液缸444输入和输出液体。第一上卡瓦液缸压力管路118的下端出口、第二上卡瓦液缸压力管路119的下端出口、牵引液缸压力管路112的下端出口，牵引液缸压力管路114的下端出口都在上中心滑管111的下端外圆面，并分别与液压管路模块33相连接；液压管路模块33根据上卡瓦液缸144的位置，分别控制第一上卡瓦液缸压力管路118断开或连通、第二上卡瓦液缸压力管路119的连通或断开，实现对上卡瓦液缸144的输入或输出循环液体；液压管路模块33控制牵引液缸压力管路112给上牵引液缸输入或输出循环液体，同时牵引液缸压力管路114给下牵引液缸输出或输入循环液体，推动牵引液缸活塞113向下或向上移动。

如图4a，4b所示，控制系统3包括控制系统壳体31、电机模块32、液压管路模块33、电子控制模块34。控制系统壳体31为有内部空腔的圆筒，控制系统壳体31下端端面设有环形密封槽。控制系统壳体31的上端具有内螺纹38b、下端均具有内螺纹413b，控制系统壳体31上端通过内螺纹38b与上中心滑管111上的外螺纹38a连接，控制系统壳体31下端通过内螺纹413b与下中心滑管411上的外螺纹413a连接。控制系统壳体31空腔内从上到下依次安装有电机模块32、液压管路模块33、电子控制模块34。控制系统壳体31作用有两点：装配和支撑电机模块32、液压管路模块33、电子控制模块34；连接上中心滑管111和下中心滑管411。液压管路模块33的主要作用提供上卡瓦液缸144、下卡瓦液缸444、牵引液缸147的牵引液缸压力管路112和牵引液缸压力管路114等输入与输出管路的控制液压回路，并进行控制，实现牵引器的正常工作。

如图4a，4b，5，6所示，电机模块32包括牵引控制伺服电机321，支撑控制伺服电机322；牵引控制伺服电机321和支撑控制伺服电机322分别由电子控制模块34发送指令进行控制；牵引控制伺服电机321的主要作用是实现准确控制牵引液缸三位五通阀338的阀芯准确的位移，支撑控制伺服电机322的主要作用是实现准确控制支撑液缸四位五通阀334的阀芯准确的位移。

如图5，6所示，液压管路模块33包括上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，支撑液缸四位五通阀334，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338。

如图5，6所示，上卡瓦液缸二位三通阀332，主要作用是控制钻井液压力管线339与第一上卡瓦液缸压力管路118连接或断开状态，与第二上卡瓦液缸压力管路119的断开或连接状态；三通接口管线分别为：入口端接钻井液压力管线339，其余两通出口端分别接第一上卡瓦液缸压力管路118和第二上卡瓦液缸压力管路119；其中二位靠弹簧和电磁阀进行控制，二位运动过程分别为：

(一)二位三通阀332上的电磁铁通电时，电磁铁产生磁力克服靠弹簧作用，推动阀芯右移，钻井液压力管线339与第一上卡瓦液缸压力管路118连通，与第二上卡瓦液缸压力管路119断开，使第二上卡瓦液缸压力管路119断路；

(二)二位三通阀332上的电磁铁断电时，靠弹簧作用，阀芯左移，使钻井液压力管线339与第二上卡瓦液缸压力管路119连通，与第一上卡瓦液缸压力管路118断开，使第一上卡瓦液缸压力管路118断路。

如图5，6所示，进口限压二位三通阀333，主要作用是控制高压钻井液压力管线337与钻井液入口腔压力管线331断开或连通；三通接口管线分别为：入口端接钻井液入口腔压力管线331，两出口端分别接高压钻井液压力管线337和钻井液回流井眼环空管线336；电磁铁端液控入口接钻井液入口腔压力管线331，弹簧端液控入口接钻井液回流井眼环空管线336；其中二位靠弹簧、电磁铁磁力、钻井液入口腔压力管线331与钻井液回流井眼环空管线336的压差进行控制，工作状态分别为：

(一)钻井液入口腔压力管线331与接钻井液回流井眼环空管线336的压差达到预定值时，二位三通阀333在压差和电磁铁产生磁力推动下，克服靠弹簧作用力，推动阀芯右移，钻井液入口腔压力管线331与高压钻井液压力管线337连通，钻井液回流井眼环空管线336与高压钻井液压力管线337断开；

(二)钻井液入口腔压力管线331与接钻井液回流井眼环空管线336的压差没有达到预定值时，二位三通阀333在弹簧作用下克服压差推力和电磁铁的磁力，推动阀芯左移，钻井液入口腔压力管线331与高压钻井液压力管线337断开，钻井液入口腔压力管线331与钻井液回流井眼环空管线336连通。钻井液入口腔压力管线331与高压钻井液压力管线337的压差预定值的大小可通过电子控制模块34控制输入电磁铁的电流的大小来进行设定。

如图5，6所示，进口弹簧溢流阀335是二位二通弹簧电磁溢流阀，主要作用是限制高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差不能超过最大预设值，对液压管路模块33起安全保护作用。进口弹簧溢流阀335的入口接高压钻井液压力管线337，进口弹簧溢流阀335的出口端接钻井液回流井眼环空管线336，弹簧端液控入口接钻井液回流井眼环空管线336，电磁铁端液控入口接高压钻井液压力管线337。进口弹簧溢流阀335的二位是靠高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差和弹簧推力来进行控制，使高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336连通或断开，工作状态如下：

(一)高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差达到预设最大值时，阀芯左移，高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336连通，高压钻井液压力管线337向钻井液回流井眼环空管线336泄压，高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差随之降低，直至低于最大压差预设值；

(二)当高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差降低直至低于最大压差预设值时，阀芯右移，高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336断开。高压钻井液压力管线337与钻井液回流井眼环空管线336的压差最大预设值的大小可通过电子控制模块34控制输入电磁铁的电流的大小进行设定。

如图5，6所示，支撑液缸四位五通阀334的一入口接高压钻井液压力管线337，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线336，另外两出口分别接钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412。支撑液缸四位五通阀334从上到下分四位：第一位时，钻井液压力管线339与钻井液回流井眼环空管线336连通，高压钻井液压力管线337与下卡瓦液缸压力管路412连通；第二位时，高压钻井液压力管线337分别同时与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412连通，钻井液回流井眼环空管线336与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412断开；第三位时，高压钻井液压力管线337与接钻井液压力管线339连通，下卡瓦液缸压力管路412与钻井液回流井眼环空管线336连通；第四位时，钻井液回流井眼环空管线336分别同时与接钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412连通，高压钻井液压力管线337同时与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412断开。支撑液缸四位五通阀334上三位连通方式采用可调节流连通方式：精确控制阀芯的位置可控制上三位连通接口大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制。支撑液缸四位五通阀334阀芯的上端接支撑控制伺服电机322，阀芯的下端接弹簧；支撑控制伺服电机322的主要作用是控制支撑液缸四位五通阀334阀芯的位置，确保阀芯分别在四位上的精确位移，阀芯的下端接弹簧的主要作用是断电时能自动推动阀芯回到泄压状态。

支撑液缸四位五通阀334的主要作用是：控制高压钻井液压力管线337与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412的连通或断开，对钻井液压力管线339或下卡瓦液缸压力管路412输入高压液体或停止输入；控制钻井液回流井眼环空管线336与高压钻井液压力管线337和钻井液输入钻井液压力管线339的连通或断开，对高压钻井液压力管线337和钻井液输入钻井液压力管线339进行泄压或断开；在断电情况下能自动对钻井液输入钻井液压力管线339或下卡瓦液缸压力管路412进行泄压，使上卡瓦124和下卡瓦424能自动回复到收缩状态，防止卡钻现象发生。

如图5，6所示，支撑液缸四位五通阀334分别在不同的四位情况下实现的功能如下：

(一)第一位：钻井液回流井眼环空管线336与钻井液压力管线339连通，钻井液压力管线339与第一上卡瓦液缸压力管路118或第二上卡瓦液缸压力管路119连通，使上卡瓦液缸144循环液体回流到低压井眼环空，上卡瓦复位弹簧135推动上卡瓦液缸活塞141和上卡瓦支撑套125向下移动，上卡瓦支撑套125和上卡瓦124三角斜面滑动分开，上卡瓦124在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁；同时高压钻井液压力管线337与下卡瓦液缸压力管路412连通，向下卡瓦液缸444输送高压循环液体，下卡瓦液缸活塞441克服下卡瓦复位弹簧435的阻力带动下卡瓦支撑套425向下推动，下卡瓦支撑套425在三角斜面的作用下迫使下卡瓦424张开抓紧支撑井壁；输入和输出的循环液流速可通过支撑控制伺服电机322精确控制使得使下卡瓦支撑套425下移时三角斜面滑动张开下卡瓦424抓紧支撑井壁的速度和上卡瓦124在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁的速度能得到有效控制；

(二)第二位：高压钻井液压力管线337同时与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412连通，通过循环管路同时向上卡瓦液缸144和下卡液缸444输送高压循环液体，使上卡瓦124和下卡瓦424同时张开抓紧支撑井壁；输入和输出的循环液流速可通过支撑控制伺服电机322精确控制，使得上卡瓦124和下卡瓦424同时张开抓紧支撑井壁的速度能得到有效控制。

(三)第三位：高压钻井液压力管线337与钻井液压力管线339连通，钻井液压力管线339通过上卡瓦液缸二位三通阀332对第一上卡瓦液缸压力管路118或第二上卡瓦液缸压力管路119输送高压液体，推动上卡瓦液缸活塞141克服上卡瓦复位弹簧135阻力向上移动，使上卡瓦支撑套125上移时三角斜面滑动张开上卡瓦124抓紧支撑井壁。同时，钻井液回流井眼环空管线336与下卡瓦液缸压力管路412连通，使下卡瓦液缸444循环液体回流到低压井眼环空，下卡瓦复位弹簧435推动下卡瓦液缸活塞441和下卡瓦支撑套425向上推动，下卡瓦支撑套425和下卡瓦424三角斜面滑动分开，下卡瓦424在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁。输入和输出的循环液流速可通过支撑控制伺服电机322精确控制，使得使上卡瓦支撑套125上移时三角斜面滑动张开上卡瓦124抓紧支撑井壁的速度和下卡瓦424在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁的速度能得到有效控制。

(四)第四位：在断电的情况下，支撑液缸四位五通阀334在弹簧作用下自动回到泄压回路状态：钻井液回流井眼环空管线336同时与钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412连通，通过循环液管路同时使上卡瓦液缸144和下卡液缸444中的循环液体回流到低压井眼环空，使得上卡瓦124和下卡瓦424同时离开井壁，防止断电或卡钻等特殊情况的发生。

如图5，6所示，牵引液缸三位五通阀338的一入口接高压钻井液压力管线337，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线336，另外两出口分别接牵引液缸压力管路112和牵引液缸压力管路114。牵引液缸三位五通阀338从上到下分三位：上位，高压钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路114连通，牵引液缸压力管路112与钻井液回流井眼环空管线336连通；中位，高压钻井液压力管线337，钻井液回流井眼环空管线336，牵引液缸压力管路114，牵引液缸压力管路112分别断开成断路状态；下位：高压钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路112连通，牵引液缸压力管路114与钻井液回流井眼环空管线336连通。牵引液缸三位五通阀338上位和下位连通方式采用可调节流连通方式：精确控制阀芯的位置可控制上三位连通接口大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制。牵引液缸三位五通阀338阀芯的上端接牵引控制伺服电机321，下端接弹簧，牵引控制伺服电机321的主要作用是控制牵引液缸三位五通阀338阀芯的位置，确保阀芯分别在四位上的精确位移。

牵引液缸三位五通阀338的主要作用是使钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路112连通，对牵引上液缸输入液体进行充压，同时使钻井液回流井眼环空管线336与牵引液缸压力管路114连通，对牵引下液缸输出液体进行泄压；或者使钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路114连通，对牵引下液缸输入液体进行充压，同时使钻井液回流井眼环空管线336与牵引液缸压力管路112连通，对牵引上液缸输出液体进行泄压；或者使钻井液压力管线337，钻井液回流井眼环空管线336，牵引液缸压力管路112，牵引液缸压力管路114分别断开处于断路状态，保持牵引液缸活塞113在牵引液缸147中的位置不变。

牵引液缸三位五通阀338分别在上、中、下三位情况下实现的功能如下：

(一)上位：高压钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路114连通，对牵引液缸147的下液缸输入高压循环液体，压力升高；同时，牵引液缸压力管路112与钻井液回流井眼环空管线336连通，使牵引液缸147的上液缸循环液回流到低压井眼环空，压力降低，牵引液缸活塞113在牵引上下液缸压差的作用下向上移动，使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向上移动；但输入和输出的循环液流速可通过牵引控制伺服电机321精确控制，使得牵引液缸活塞113向上移动的速度和牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向上移动的速度能得到有效控制。

(二)中位：钻井液输入压力管线337，牵引液缸压力管路112，牵引液缸压力管路114，钻井液回流井眼环空管线336分别断开，使得牵引液缸活塞113和牵引上中心滑管111相对上卡瓦124保持静止状态。

(三)下位：高压钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路112连通，对牵引液缸147的上液缸输入高压循环液体，压力升高；同时，牵引液缸压力管路114与钻井液回流井眼环空管线336连通，使牵引液缸147的下液缸循环液回流到低压井眼环空，牵引液缸活塞113在牵引上下液缸压差的作用下向下移动，使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向下移动，但输入和输出的循环液流速可通过牵引控制伺服电机321精确控制，使得牵引液缸活塞113向下移动的速度和使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向下移动的速度能得到有效控制。

电子控制模块34接收电缆从地面传来的信号后，分别转化为动作指令输送给牵引控制伺服电机321和支撑控制伺服电机322。牵引控制伺服电机321接收动作指令后，对牵引液缸三位五通阀338的阀芯移动位置精确控制，来实现牵引液缸的开启和停止、牵引力大小、牵引速度大小、牵引方向的精确控制；支撑控制伺服电机322接收动作指令后，对支撑液缸四位五通阀334的阀芯移动位置精确控制，来实现上卡瓦124和下卡瓦424的张开的先后顺序、张开的程度、张开的速度、张开力的大小的精确控制。

随着连续油管作业深度的增加，尤其在大位移井、水平井等，仅仅靠地面的注入系统已经不能使井底工具继续下入或起出，必须利用地面钻井泵给循环液提供液压能，并通过地面给控制系统3发送指令，使牵引器开启正常工作，如图10a所示：牵引器的上卡瓦支撑系统1的三个上卡瓦124与下卡瓦支撑系统4的三个下卡瓦424全部张开抓紧井壁，牵引液缸活塞113向下移动到牵引液缸盖23附近。以图5a中牵引器的状态为工作起始状态其工作流程分以下6个步骤如下：

第一步，如图5b所示，控制系统3接收到地面信号后，向电子控制模块34发出指令，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33，使牵引控制伺服电机321和支撑控制伺服电机322分别运转推动牵引液缸三位五通阀338和支撑液缸四位五通阀334：使牵引液缸三位五通阀338处于中位，钻井液输入压力管线337，牵引液缸压力管路112，牵引液缸压力管路114，钻井液回流井眼环空管线336分别断开，使得牵引液缸活塞113和牵引上中心滑管111相对上卡瓦124保持静止状态；使支撑液缸四位五通阀334处在第一位，第一上卡瓦液缸压力管路118与钻井液回流井眼环空管线336连通，第二上卡瓦液缸压力管路119关闭，上卡瓦液缸144泄压，上卡瓦液缸活塞141在上卡瓦复位弹簧135的作用下向下移动，带动上卡瓦支撑套125收回，上卡瓦124在失去上卡瓦支撑套125的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，上卡瓦124与井壁的抓紧力消失，当上卡瓦液缸活塞141复位到最下端时，上卡瓦液缸活塞141上的上卡瓦液缸活塞位移传感器142产生位移终止信号，并发送给控制系统3。

如图6b所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使上卡瓦液缸144在上卡瓦复位弹簧135作用下保持原状态不变，上卡瓦124保持收缩状态不变；使下卡瓦液缸444的循环液体在下卡瓦复位弹簧435的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，下卡瓦425在失去下卡瓦支撑套425的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使下卡瓦425在断电后能自动回到收缩状态；因此，断电后，上卡瓦124和下卡瓦425在断电后都能保持或自动回到收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

第二步，如图5c所示：控制系统3的电子控制模块34接收到信号后，发出指令，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33，使支撑液缸四位五通阀334，上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，保持原状态不变；使牵引控制伺服电机321运转推动牵引液缸三位五通阀338，使牵引液缸三位五通阀338处于上位，高压钻井液压力管线337与上中心滑管111上的牵引液缸压力管路114连通，对牵引液缸147的下液缸输入高压循环液体，压力升高；同时，上中心滑管111上牵引液缸压力管路112与钻井液回流井眼环空管线336连通，钻井液回流井眼环空管线336与牵引上液缸连通，使牵引液缸147的上液缸循环液回流到低压井眼环空，压力降低，牵引液缸活塞113在牵引上下液缸压差的作用下向上移动，使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向上移动，在下卡瓦支424抓紧井壁的摩擦力提供牵引力的反作用力，牵引上卡瓦支撑系统1整体向下移动；但输入和输出的循环液流速可通过牵引控制伺服电机321精确控制，使得牵引液缸活塞113向上移动的速度和牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向上移动的速度能得到有效控制；同时牵引液缸活塞113上的牵引液缸活塞位移传感器116和牵引液缸压差传感器117产生实时信号，并发送到控制系统3的电子控制模块34。

如图6c所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使上卡瓦液缸144在上卡瓦复位弹簧135作用下保持原状态不变，上卡瓦124保持收缩状态不变；使下卡瓦液缸444的循环液体在下卡瓦复位弹簧435的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，下卡瓦425在失去下卡瓦支撑套425的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使下卡瓦425在断电后能自动回到收缩状态；因此，断电后，上卡瓦124和下卡瓦425在断电后都能保持或自动回到收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

第三步，如图5d所示：控制系统3的电子控制模块34接收到牵引液缸活塞位移传感器116和牵引液缸压差传感器117信号后，发出指令并传递给电子控制模块34，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33：使进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，保持原状态不变；使上卡瓦液缸二位三通阀332阀芯向左移动，第二上卡瓦液缸压力管路119关闭，第一上卡瓦液缸压力管路118与339连通；使牵引控制伺服电机321运转推动牵引液缸三位五通阀338阀芯移动至中位，关闭上牵引上液缸的牵引液缸压力管路112和牵引下液缸的牵引液缸压力管路114，使牵引液缸活塞113在牵引液缸147中的位置不变；同时使支撑控制伺服电机322运转推动支撑液缸四位五通阀334阀芯移动至第二位，高压循环液通过高压循环钻井液入口腔压力管线331、高压钻井液压力管线337、钻井液压力管线339、第一上卡瓦液缸压力管路118压入上卡瓦液缸144，推动上卡瓦液缸活塞141克服上卡瓦复位弹簧135的反作用力向上移动，带动上卡瓦支撑套125上移，使的上卡瓦124张开抓紧井壁；当压力和位移达到预定值之后，上卡瓦液缸活塞位移传感器142产生信号并发送给控制系统3的电子控制模块34。

如图6d所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使上卡瓦液缸144和下卡瓦液缸444的循环液体分别在上卡瓦复位弹簧135和下卡瓦复位弹簧435的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，上卡瓦124和下卡瓦425在失去上卡瓦支撑套125和下卡瓦支撑套425的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使上卡瓦124和下卡瓦425在断电时处于收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

第四步，如图5e所示：控制系统3的电子控制模块34接收到上卡瓦液缸活塞位移传感器142的信号后，发出指令并传递给电子控制模块34，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33，使上卡瓦液缸二位三通阀332、进口限压二位三通阀333、进口弹簧溢流阀335、牵引液缸五位五通阀338保持原状态不变。使支撑控制伺服电机322运转推动支撑液缸四位五通阀334阀芯上移至第三位，使高压钻井液压力管线337与钻井液压力管线339连通，钻井液压力管线339通过上卡瓦液缸二位三通阀332对第一上卡瓦液缸压力管路118输送高压液体，使上卡瓦液缸144保持不变，上卡瓦124继续张开保持抓紧支撑井壁状态；同时，钻井液回流井眼环空管线336与下卡瓦液缸压力管路412连通，使下卡瓦液缸444循环液体回流到低压井眼环空，下卡瓦复位弹簧435推动下卡瓦液缸活塞441和下卡瓦支撑套425向上推动，下卡瓦支撑套425和下卡瓦424三角斜面滑动分开，下卡瓦424在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁。输入和输出的循环液流速可通过支撑控制伺服电机322精确控制，使得下卡瓦424在自身弹性和井壁推靠作用下收缩离开井壁的速度能得到有效控制。当下卡瓦液缸活塞441上移到预定位置时，下卡瓦液缸活塞位移传感器442同样产生并发出预定信号给控制系统3的电子控制模块34。

如图6e所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使下卡瓦液缸444在下卡瓦复位弹簧435作用下保持原状态不变，下卡瓦424保持收缩状态不变；使上卡瓦液缸144的循环液体在上卡瓦复位弹簧135的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，上卡瓦125在失去上卡瓦支撑套125的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使上卡瓦125在断电后能自动回到收缩状态；因此，断电后，上卡瓦124和下卡瓦425在断电后都能保持或自动回到收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

第五步，如图5f所示：控制系统3的电子控制模块34接收到下卡瓦液缸活塞位移传感器442的信号后，发出指令并传递给电子控制模块34，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33，保持进口限压二位三通阀333、支撑液缸六位五通阀334、进口弹簧溢流阀335原状态不变。

使牵引伺服电机321运转推动牵引液缸三位五通阀338阀芯上移至下位：高压钻井液压力管线337与牵引液缸压力管路112连通，对牵引液缸147的上液缸输入高压循环液体，压力升高；同时，牵引液缸压力管路114与钻井液回流井眼环空管线336连通，使牵引液缸147的下液缸循环液回流到低压井眼环空，牵引液缸活塞113在牵引上下液缸压差的作用下向下移动，使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向下移动，借助上卡瓦支撑系统1抓紧井壁产生的摩擦力，牵引上中心滑管111和下中心滑管总成41与下卡瓦支撑系统4一起整体向下移动。当上中心滑管111相对上卡瓦124向下移动到使119上端出口进入到上卡瓦支撑套125形成断路状态时，使上卡瓦液缸二位三通阀332阀芯向右移动，使钻井液压力管线339与第二上卡瓦液缸压力管路119连通，第一上卡瓦液缸压力管路118断开处于断路状态。但输入和输出的循环液流速可通过牵引控制伺服电机321精确控制，使得牵引液缸活塞113向下移动的速度和使得牵引上中心滑管111相对上卡瓦124向下移动的速度能得到有效控制。同时牵引液缸活塞113上的牵引液缸活塞位移传感器116和牵引液缸压差传感器117产生实时信号，并发送到控制系统3的电子控制系统34。

如图6f所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使下卡瓦液缸444在下卡瓦复位弹簧435作用下保持原状态不变，下卡瓦424保持收缩状态不变；使上卡瓦液缸144的循环液体在上卡瓦复位弹簧135的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，上卡瓦125在失去上卡瓦支撑套125的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使上卡瓦125在断电后能自动回到收缩状态；因此，断电后，上卡瓦124和下卡瓦425在断电后都能保持或自动回到收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

第六步，如图5g所示：控制系统3的电子控制模块34接收到牵引液缸活塞113上的牵引液缸活塞位移传感器116和牵引液缸压差传感器117产生实时信号后，发出指令并传递给电子控制模块34，电子控制模块34转化成电机运动指令，促使电机模块32控制液压管路模块33，保持上卡瓦液缸二位三通阀332、进口限压二位三通阀333、进口弹簧溢流阀335原状态不变。使牵引控制伺服电机321运转推动牵引液缸三位五通阀338阀芯移动到中位：钻井液输入压力管线337，牵引液缸压力管路112，牵引液缸压力管路114，钻井液回流井眼环空管线336分别断开，使得牵引液缸活塞113和牵引上中心滑管111相对上卡瓦124保持静止状态。同时使支撑控制伺服电机322运转推动支撑液缸四位五通阀334的阀芯移动到第二位：使高压钻井液压力管线337与钻井液压力管线339连通，高压钻井液依次通过钻井液入口腔压力管线331、高压钻井液压力管线337、钻井液压力管线339、第二上卡瓦液缸压力管路119，向上卡瓦液缸144输送高压循环液体，使上卡瓦124保持支撑井壁状态不变；高压钻井液压力管线337同时与下卡瓦液缸压力管路412连通，高压钻井液依次通过钻井液入口腔压力管线331、高压钻井液压力管线337、下卡瓦液缸压力管路412，同时向下卡液缸444输送高压循环液体，使下卡液缸444压力升高，推动下卡瓦液缸活塞441克服下卡瓦复位弹簧435反作用力，带动下卡瓦支撑套425向下移动，实现外推下卡瓦424张开抓紧支撑井壁功能，但输入和输出的循环液流速可通过支撑控制伺服电机322精确控制，使得下卡瓦424张开抓紧支撑井壁的速度能得到有效控制。当下卡瓦液缸活塞441推压力和位移达到预订之后，整个牵引器又恢复到起始状态如图5a所示，下卡瓦液缸活塞位移传感器442产生信号并发送到控制系统3的电子控制模块34。

如图6g所示，当发生断电时：上卡瓦液缸二位三通阀332，进口限压二位三通阀333，进口弹簧溢流阀335，牵引液缸三位五通阀338保持原状态不变；支撑液缸四位五通阀334的阀芯在弹簧作用下自动上移至第四位，使钻井液压力管线339和下卡瓦液缸压力管路412同时与钻井液回流井眼环空管线336连通，使上卡瓦液缸144和下卡瓦液缸444的循环液体分别在上卡瓦复位弹簧135和下卡瓦复位弹簧435的作用下回流经过钻井液回流井眼环空管线336到井眼环空，上卡瓦124和下卡瓦425在失去上卡瓦支撑套125和下卡瓦支撑套425的膨胀力作用后，靠井眼作用和自身的弹性自动收回，使上卡瓦124和下卡瓦425在断电时处于收缩状态，防止井下卡钻事故的发生，有效的实现了断电的自动保护功能。

如果按“一→二→三→四→五→六→一”的顺序不断重复上述动作，使牵引器在井下向下牵引爬行功能；相反，如果按“六→五→四→三→二→一→六”的顺序操作，则可实现牵引器在井下反向牵引爬行功能。

Claims (8)

1.一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，包括控制系统壳体、电机模块、液压管路模块、电子控制模块；其特征在于： 

控制系统壳体内从上到下依次安装有电机模块、液压管路模块、电子控制模块；电机模块包括牵引控制伺服电机、支撑控制伺服电机；牵引控制伺服电机和支撑控制伺服电机由电子控制模块发送指令进行控制。 

2.根据权利要求1所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于： 

液压管路模块包括上卡瓦液缸二位三通阀、进口限压二位三通阀、支撑液缸四位五通阀、进口弹簧溢流阀、牵引液缸三位五通阀。 

3.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于： 

上卡瓦液缸二位三通阀的三通接口管线分别为：入口端接钻井液压力管线，两出口端分别接第一上卡瓦液缸压力管路和第二上卡瓦液缸压力管路；其中二位靠弹簧和电磁阀进行控制。 

4.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于： 

进口限压二位三通阀为二位三通弹簧电磁液控阀，三通接口管线分别为：入口端接钻井液入口腔压力管线，两出口端分别接高压钻井液压力管线和钻井液回流井眼环空管线；进口限压二位三通阀一端装有电磁铁，另一端装有弹簧；电磁铁端高压液控入口接钻井液入口腔压力管线，弹簧端低压液控入口接钻井液回流井眼环空管线； 

其中二位靠弹簧、电磁铁磁力、钻井液入口腔压力管线与钻井液回流井眼环空管线的压差进行控制。 

5.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于：进口弹簧溢流阀是二位二通弹簧电磁溢流阀，进口弹簧溢流阀一端装有电磁铁，另一端装有弹簧，进口弹簧溢流阀的入口接高压钻井液压力管线，进口弹簧溢流阀的出口端接钻井液回流井眼环空管线，弹簧端低压液控入口接钻井液回流井眼环空管线，电磁铁端高压液控入口接高压钻井液压力管线；进口弹簧溢流阀的二位是靠高压钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线的压差和弹簧推力来进行控制，使高压钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线连通或断开。 

6.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于： 

支撑液缸四位五通阀一入口接高压钻井液压力管线，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线，两出口分别接钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路；支撑液缸四位五通阀的阀芯的上端接支撑控制伺服电机，阀芯的下端接弹簧；支撑液缸四位五通阀从上到下分四位：第一位，钻井液压力管线与钻井液回流井眼环空管线连通，高压钻井液压力管线与下卡瓦液缸压力管路连通；第二位，高压钻井液压力管线分别同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，钻井液回流井眼环空管线与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路断开；第三位，高压钻井液压力管线与接钻井液压力管线连通，下卡瓦液缸压力 管路与钻井液回流井眼环空管线连通；第四位，钻井液回流井眼环空管线分别同时与接钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，高压钻井液压力管线同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路断开；支撑液缸四位五通阀的第一位、第二位、第三位的连通方式都采用可调节流连通方式：阀芯位置变化，通道过流断面大小变化，流过通道液体流速大小不同，通过支撑控制伺服电机精确控制阀芯的位置，从而精确控制上三位连通接口过流断面大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制。 

7.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于： 

牵引液缸三位五通阀一入口接高压钻井液压力管线，两回流出口都接钻井液回流井眼环空管线，另外两出口分别接牵引液缸压力管路和牵引液缸压力管路；牵引液缸三位五通阀阀芯的上端接牵引控制伺服电机，牵引液缸三位五通阀阀芯的下端接弹簧；牵引液缸三位五通阀从上到下有三位：上位，高压钻井液压力管线与牵引液缸压力管路连通，牵引液缸压力管路与钻井液回流井眼环空管线连通；中位，高压钻井液压力管线，钻井液回流井眼环空管线，牵引液缸压力管路，牵引液缸压力管路分别断开成断路状态；下位：高压钻井液压力管线与牵引液缸压力管路连通，牵引液缸压力管路与钻井液回流井眼环空管线连通；牵引液缸三位五通阀上位和下位连通方式采用可调节流连通方式：精确控制阀芯的位置可控制上三位连通接口大小，使得的输入和输出流体流速得到有效控制；牵引液缸三位五通阀阀芯的上端接 牵引控制伺服电机，牵引控制伺服电机能精确控制牵引液缸三位五通阀阀芯的位置。 

8.根据权利要求2所述的电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统，其特征在于：支撑液缸四位五通阀下端接复位弹簧，断电后支撑液缸四位五通阀阀芯移动至第四位泄压回路状态：钻井液回流井眼环空管线同时与钻井液压力管线和下卡瓦液缸压力管路连通，通过循环液管路同时使上卡瓦液缸和下卡液缸中的循环液体回流到低压井眼环空，上卡瓦和下卡瓦同时离开井壁，防止断电导致卡钻。 

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