CN203905870U - 一种自扶正式井下牵引装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自扶正式井下牵引装置。其特点主要包括：主动单元、斜齿轮传动机构、链轮传动机构、驱动单元、支撑调节机构。所述的主动单元输出的动力和扭矩经斜齿轮传动机构分配到三组夹角为120°的链轮传动机构，带动三组驱动单元上的驱动轮旋转，实现牵引装置的自扶正稳定驱动。本实用新型能够双向牵引与之匹配的井下仪器；通过三组夹角为120°驱动单元和支撑调节机构实现牵引装置在井下自扶正稳定驱动，适应井眼内的复杂情况。该牵引装置的斜齿轮传动机构啮合性好、重合度大、传动稳定，且可以通过两组串联的形式实现井下双驱双控，能提高牵引装置在井下驱动的稳定性、越障能力和承载能力。

Description

一种自扶正式井下牵引装置

技术领域

本实用新型属于油气开发领域，具体涉及一种自扶正式井下牵引装置。

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。但是随着井眼条件越来越复杂、井斜角的增大、水平段长度的增长，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。井下仪器方便快捷的下入和取出已经成为水平井开发的重要保障。传统的井下仪器下入方式有以下几种：钻杆技术、泵入刚性铤杆技术，连续管输送等，这些方法工程量大，耗时长，地面设施复杂。而且经常的起下管柱对套管的磨损非常严重，可能损坏精密的仪器和电缆。研发操作简单，方便快捷的井下送入工具越来越收到人们的重视。

同时，水平井电缆牵引器从设计逐步走向实践，并逐步发展起来。轮式牵引器依靠驱动轮与井壁的静摩擦力来克服电缆滑动的阻力，从而将仪器推送到水平目的段。这种水平井电缆牵引器能满足测井、修井、射孔等多种井下作业的要求，并得到广泛的应用。

水平井井下牵引器又秤井下爬行器、牵引机器人等，是一种能井下提供牵引力的井下工具；按其运动原理可分为滚轮爬行式、履带爬行式和伸缩滑动式三种，其中轮式出现最早。而牵引装置是井下牵引器在井底获得牵引力的直接动力源，也是牵引器的最关键、核心的部分。国外有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(即：电缆牵引器)。代表性产品主要包括：Statoil、Maritime Well Service(MWS)与丹麦Welltec公司研制的一种实用的水平井电缆牵引器，英国SmarTract公司设计的一种伸缩式的牵引器，英国Sondex公司开发的井下轮式电缆牵引器等。

在国外严格的技术保密措施下，国内有部分高校和科研单位展开了对电缆牵引器的设计研究工作，包括：1992年石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所研究设计的爬行器(专利申请号为91103581.8)；2007年中国石油大学(华东)的高进伟等人研制出了水平井牵引机器人的样机(专利申请号20052008070.8：一种轮式自适应管道爬行器)；2008年，长城钻探测井公司研制了水平井电缆牵引器(专利申请号200720190260.5：套管水平井测井牵引器变径牵引装置)；哈尔滨工业大学的唐德威等人研制的差动式管道爬行器牵引器(专利申请号200710193562.2)；中国石油大学(北京)的高德利等人设计的井下可差速电缆牵引装置(专利申请号201120116126.7)等。由于国内对于井下牵引器的研究还处于起步阶段，所以上述的牵引器，大部分都仍处于研究试验和不断改进的阶段，或多或少存在一些缺点，不能较好的满足井下作业的要求。缺点主要表现在：牵引器的结构紧凑，外经尺寸大，井径适应能力和范围有限，不能适应井径复杂变化的井眼；依靠电缆或钢丝绳连接的双轮式电驱动，牵引力较小，在井下驱动的稳定性和越障能力不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自扶正式井下牵引装置，通过三组夹角为120°驱动单元和支撑调节机构，实现牵引装置在井下三轴轮式自扶正稳定驱动，适应井眼内的复杂情况，提高牵引装置在井下驱动的稳定性和承载能力；通过牵引装置的两组串联形式实现双驱双控，提高井下越障能力。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种自扶正式井下牵引装置包括主动单元1、斜齿轮传动机构2、链轮传动机构3、驱动单元4、支撑调节机构5。

主动单元1包括驱动电机密封腔、驱动电机、主动轴、主动轴支撑轴承；驱动电机密封腔为圆筒形，内部空腔安装驱动电机，与连接筒通过螺栓连接；主动轴为细长圆轴，分别与主要是将驱动电机输出的扭矩和动力传送给斜齿轮传动机构，主动轴支撑轴承由一组角接触球轴承组成，起支撑和稳定主动轴的作用；主动单元1是该实用新型的驱动动力源，可根据地面的指令，控制电极的转速，转动方向等实现该牵引装置的前进、后退和停止。

斜齿轮传动机构2包括主动斜齿轮、从动斜齿轮、齿轮支撑轴；主动斜齿轮安装在主动轴上，随主动轴旋转并传动三个夹角为120°的从动斜齿轮，将动力和扭矩合理的分配到三个从动斜齿轮，三个从动斜齿轮分别与主传动链轮连接，并通过齿轮支撑轴装配在连接筒上；斜齿轮传动机构2起传动、动力换向以及扶正牵引装置的作用，是实现该实用新型在井下三轴轮式自扶正稳定驱动的关键机构。

链轮传动机构3包括主传动链轮3、从动链轮、滚柱链条；三个主传动链轮分别与从动斜齿轮连接，装配齿轮支撑轴上，从动链轮与驱动轮连接；主传动链轮将动力通过滚柱链条传递给从动链轮，驱使驱动轮旋转，链轮传动机构3同样起传动、动力换向的作用。

驱动单元4包括驱动臂、驱动轮、驱动轮支撑轴；驱动臂一端与齿轮支撑轴连接，另一端通过连接销与支撑臂连接；驱动轮为圆形滚轮，与从动链轮连接，通过驱动轮支撑轴安装在驱动臂上；三组驱动单元4的夹角为120°，是该井下牵引装置的直接驱动元件，其驱动形式为：主动轴→主动斜齿轮→从动斜齿轮→主动链轮→从动链轮→驱动轮，并且通过支撑调节结构5控制驱动单元4的张开与闭合。

支撑调节机构5包括支撑调节结构外筒单元、推靠电极、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、顶杆、推靠接头、推靠弹簧、连接筒、滑动推杆、限位滑块、连接螺钉、滑块连接销、支撑臂、连接销；滚珠丝杠与推靠电机通过联轴器连接，支撑调节结构外筒单元与连接筒通过内六角螺钉连接，推靠弹簧两端分别与推靠接头、滑动推杆连接；限位滑块前端有支撑臂的安装槽，后端有沉头螺钉孔，用以安装连接螺钉，将限位滑块紧定在滑动推杆上，三个限位滑块夹角为120°，用以连接支撑臂以及限定滑动推杆的轴向移动；推靠弹簧为矩形弹簧，两端分别与推靠接头和滑动推杆连接，起支撑和调节作用；支撑臂为长圆形杆，两端分别与驱动臂、限位滑块连接，控制驱动臂的张开与闭合；支撑调节机构5的作用是通过控制推靠电机带动滚珠丝杠旋转，推动丝杠螺母和顶杆轴向移动，进而推靠弹簧推动滑动推杆，将支撑臂撑开，控制驱动臂的张开角；支撑调节机构5能调整三组驱动臂的张开和闭合，控制驱动臂的张开角，提高牵引装置的适应性，实现该牵引装置的自扶正功能。

与现有技术相比，本实用新型的有如下优点：

1.由于目前绝大部分轮式牵引器采用双轮驱动式，牵引力和稳定性有限；而本实用新型的扭矩和动力通过斜齿轮传动机构，即安装在主动轴上的主动斜齿轮和三组夹角为120°的从动斜齿轮传动驱动轮旋转，实现牵引装置在井下三轴轮式自扶正稳定驱动；且斜齿轮传动啮合性好、重合度大、传动稳定，能提高牵引装置在井下驱动的稳定性和承载能力、适应井眼内的复杂情况。

2.牵引装置在井下实现自扶正驱动的同时，可以通过两组串联的形式实现井下双驱双控，能提高牵引装置在井下驱动的稳定性和越障能力。

附图说明

图1为自扶正式井下牵引装置的主视示意图；

图2为自扶正式井下牵引装置的左视示意图；

图3为自扶正式井下牵引装置沿图2中A-A的剖视示意图；

图4为自扶正式井下牵引装置沿图3中B-B的剖视示意图。

图中：1主动单元，2斜齿轮传动机构，3链轮传动机构，4驱动单元，5支撑调节机构；101驱动电机密封腔，102驱动电机，103主动轴，104主动轴支撑轴承；201主动斜齿轮，202从动斜齿轮，203齿轮支撑轴；301主传动链轮，302从动链轮，303滚柱链条；401驱动臂，402驱动轮，403驱动轮支撑轴；501支撑调节结构外筒单元，502推靠电极，503联轴器，504滚珠丝杠，505滚珠丝杠螺母，506顶杆，507推靠接头，508推靠弹簧，509连接筒，510滑动推杆，511限位滑块，512连接螺钉，513滑块连接销，504支撑臂，515连接销。

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，详细说明如下：

如图1所示，自扶正式井下牵引装置为细长结构，依次包括主动单元1、斜齿轮传动机构2、链轮传动机构3、驱动单元4、支撑调节机构5。

如图1、图3所示，主动单元1包括驱动电机密封腔101、驱动电机102、主动轴103、主动轴支撑轴承104；驱动电机密封腔101为圆筒形，内部有驱动电机102的安装空腔，通过螺栓与连接筒509连接；主动轴103为细长圆轴，分别与驱动电机102、主动斜齿轮201连接，主要是将驱动电机102输出的扭矩和动力传送给斜齿轮传动机构2，主动轴支撑轴承104由一组角接触球轴承组成，起支撑和稳定主动轴103的作用，两轴承以背靠式装配，安装在轴承座环内；主动单元1是该实用新型的驱动动力源，可根据地面的指令，控制电极的转速，转动方向等实现该牵引装置的前进、后退和停止。

如图2、图3所示，斜齿轮传动机构2包括主动斜齿轮201、从动斜齿轮202、齿轮支撑轴203；主动斜齿轮201安装在主动轴103上，随主动轴旋转并传动三组夹角为120°的从动斜齿轮202，三组从动斜齿轮202分别与主传动链轮301连接，并通过齿轮支撑轴203定位在连接筒509上；斜齿轮传动机构2起传动、动力换向的作用，是实现该实用新型在井下三轴轮式自扶正稳定驱动的关键机构。

如图2、图3所示，链轮传动机构3包括主传动链轮301、从动链轮302、滚柱链条303；三组主传动链轮301分别与从动斜齿轮202连接，装配齿轮支撑轴203上，从动链轮302与驱动轮402连接；主传动链轮301将动力通过滚柱链条303传递给从动链轮302，驱使驱动轮502旋转，链轮传动机构3同样起传动、动力换向的作用。

如图2、图3所示，驱动单元4包括驱动臂401、驱动轮402、驱动轮支撑轴403；驱动臂401一端与齿轮支撑轴203连接，另一端通过连接销515与支撑臂514连接；驱动轮402中心有圆孔，外圈有齿的圆形滚轮，与从动链轮302连接，通过驱动轮支撑轴403安装在驱动臂401上；如图1、图2所示，三组驱动单元4的夹角为120°，是该井下牵引装置的直接驱动元件，其驱动形式为：主动轴→主动斜齿轮→从动斜齿轮→主动链轮→从动链轮→驱动轮，并且通过支撑调节结构5控制驱动单元4的张开与闭合。

如图3、图4所示，支撑调节机构5包括支撑调节结构外筒单元501、推靠电极502、联轴器503、滚珠丝杠504、丝杠螺母505、顶杆506、推靠接头507、推靠弹簧508、连接筒509、滑动推杆510、限位滑块511、连接螺钉512、滑块连接销513、支撑臂514、连接销515；滚珠丝杠504与推靠电机502通过联轴器503连接，支撑调节结构外筒单元501与连接筒509通过内六角螺钉连接，推靠弹簧508两端分别与推靠接头507、滑动推杆510连接；限位滑块511前端有支撑臂514的安装槽，后端有沉头螺钉孔，用以安装连接螺钉512，将限位滑块511紧定在滑动推杆510上，三个限位滑块511夹角为120°，主要是用以连接支撑臂514以及限定滑动推杆510的轴向移动；支撑臂514为长圆形杆，两端分别与驱动臂401、限位滑块511连接，控制驱动臂401的张开与闭合；支撑调节机构5的作用是通过控制推靠电机502带动滚珠丝杠504旋转，推动丝杠螺母505和顶杆506轴向移动，进而推靠弹簧508推动滑动推杆510，将支撑臂514撑开，控制驱动臂401的张开角；支撑调节机构5能调整三组驱动臂的张开和闭合，控制驱动臂的张开角，提高牵引装置的适应性，实现该牵引装置的自扶正功能。

本实用新型的自扶正式井下牵引装置的工作过程如下：

1.初始状态：驱动臂401处于闭合状态，在垂直井段牵引装置靠自重下入井内。

2.工作状态：主动单元1提供牵引装置的驱动动力，通过控制驱动电机102工作，并通过主动轴103将动力和扭矩传送给斜齿轮传动机构2和链轮传动机构3，带动驱动轮402旋转；即：驱动电机→主动轴→主动斜齿轮→从动斜齿轮→主动链轮→从动链轮→驱动轮；支撑调节机构5控制驱动臂402的张开和闭合，给驱动单元4提供一定的推靠力，实现牵引装置的驱动；通过控制推靠电机502工作，带动滚珠丝杠504旋转，使丝杠螺母505和顶杆506做轴向移动，推动推靠接头507、推靠弹簧508、滑动推杆510轴向移动使支撑臂514撑开驱动臂402；即：推靠电机→滚珠丝杠→丝杠螺母→顶杆→推靠接头→推靠弹簧→滑动推杆→支撑臂→驱动臂。

Claims (6)

1.一种自扶正式井下牵引装置，其特征在于：包括主动单元、斜齿轮传动机构、链轮传动机构、驱动单元、支撑调节机构。

2.根据权利要求1所述的自扶正式井下牵引装置，其特征在于：所述的主动单元包括驱动电机密封腔、驱动电机、主动轴、主动轴支撑轴承；驱动电机密封腔内部有驱动电机的安装空腔，通过螺栓与连接筒连接；主动轴分别与驱动电机、主动斜齿轮连接，将主动单元输出的动力和扭矩传送给斜齿轮传动机构，主动轴支撑轴承由一组角接触球轴承组成，主要起支撑和稳定主动轴的作用；主动单元是该实用新型的驱动动力源，可根据地面的指令，控制电极的转速，转动方向等实现该牵引装置的前进、后退和停止。

3.根据权利要求1所述的自扶正式井下牵引装置，其特征在于：所述的斜齿轮传动机构包括主动斜齿轮、从动斜齿轮、齿轮支撑轴；主动斜齿轮安装在主动轴上，并传动三个夹角为120°的从动斜齿轮，将动力和扭矩合理的分配给三个从动斜齿轮，三个从动斜齿轮分别通过齿轮支撑轴定位在连接筒上；斜齿轮传动机构起传动、动力换向以及扶正牵引装置的作用。

4.根据权利要求1所述的自扶正式井下牵引装置，其特征在于：所述的链轮传动机构包括主传动链轮、从动链轮、滚柱链条；主传动链轮装配齿轮支撑轴上，并与从动斜齿轮连接，从动链轮与驱动轮连接；主传动链轮将动力通过滚柱链条传递给从动链轮，驱使驱动轮旋转。

5.根据权利要求1所述的自扶正式井下牵引装置，其特征在于：所述的驱动单元包括驱动臂、驱动轮、驱动轮支撑轴；驱动臂一端与齿轮支撑轴连接，另一端通过连接销与支撑臂连接；驱动轮通过驱动轮支撑轴安装在驱动臂上；三组驱动单元的夹角为120°，是该井下牵引装置的直接驱动元件，其驱动形式为：主动轴→主动斜齿轮→从动斜齿轮→主动链轮→从动链轮→驱动轮，并且通过支撑调节结构控制驱动单元的张开与闭合。

6.根据权利要求1所述的自扶正式井下牵引装置，其特征在于：所述的支撑调节机构通过控制推靠电机带动滚珠丝杠旋转，推动丝杠螺母和顶杆轴向移动，进而通过推靠弹簧推动滑动推杆，将支撑臂撑开；支撑调节机构能调整驱动臂的张开和闭合，控制驱动臂的张开角，提高牵引装置的适应性。