CN216406746U - 牵引器的井下变径环境自适应调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油工程设备制造技术领域，具体涉及一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置。包括井径监测传感器、控制器、柱塞泵、驱动臂、牵引臂和用于连接牵引轮组的剪刀式连杆，驱动臂的空腔内设有过油中心杆，过油中心杆上套设有可沿过油中心杆轴向滑动的蓄能活塞，蓄能活塞将空腔分隔为低压腔和高压腔，过油中心杆上套设有位于低压腔的蓄能弹性件，牵引臂内轴向设有高压油舱，高压油舱内设有推靠活塞杆，推靠活塞杆上设有复位弹性件。通过电路和机械结合的控制方法，使牵引器能够根据井径的变化，自动调整牵引臂张开角度，从而提升牵引器的变径通过能力，满足多种管柱组合复杂井的施工需求。

Description

牵引器的井下变径环境自适应调节装置

技术领域

本实用新型涉及石油工程设备制造技术领域，具体涉及一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置。

背景技术

随着石油工程技术的不断发展，牵引器作业时面临的井筒环境日益复杂。多种尺寸的套(油)管组合的井筒，对牵引器的变径通过能力的要求大大提升。牵引器的推靠装置是将牵引器的驱动臂张开与套管壁接触、并对套管施加正压力，从而产生牵引力的主要部件。

常规采用液压或机械推靠方式工作的牵引器，由于液体压力或机械弹簧力为恒定力矩输出，无法跟随响应井眼尺寸的变化。当牵引器需从大尺寸的管柱进入小尺寸管柱时，需要牵引臂张开角度变小，但现有的牵引臂无法自动缩小张开角度，牵引器将会在变径处阻死。当牵引器需要从小尺寸的管柱进入大尺寸管柱时，牵引臂张开角度变大，由于液压空间的变化会导致牵引臂支撑力不足，导致牵引轮打滑，牵引器无法顺利通过变径段。上述问题均可能造成无效作业时间的增加或施工任务失败。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置。通过电路和机械结合的控制方法，使牵引器能够根据井径的变化，自动调整牵引臂张开角度，从而提升牵引器的变径通过能力，满足多种管柱组合复杂井的施工需求。

本实用新型一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置，包括井径监测传感器、控制器、柱塞泵、驱动臂、牵引臂和用于连接牵引轮组的剪刀式连杆，所述驱动臂一端与牵引臂固连，所述驱动臂内轴向设有空腔，所述驱动臂的空腔内设有过油中心杆，所述过油中心杆上套设有可沿过油中心杆轴向滑动的蓄能活塞，所述蓄能活塞将所述空腔分隔为低压腔和高压腔，所述过油中心杆上套设有位于低压腔的蓄能弹性件，所述牵引臂内轴向设有第二高压油舱，所述第二高压油舱内设有推靠活塞杆，所述推靠活塞杆上设有复位弹性件，所述推靠活塞杆尾部延伸至牵引臂外并与剪刀式连杆一端固连，所述过油中心杆内设与所述第二高压油舱连通的轴向贯穿式过油通道，所述过油中心杆一端延伸至驱动臂外并与柱塞泵连接，所述过油中心杆与高压腔对应位置处径向设有过油通孔，所述井径监测传感器数据输出端与所述控制器的数据接收端电性连接，所述控制器的控制信号输出端与所述柱塞泵的控制信号输入端电性连接。

较为优选的，所述驱动臂还包括用于连接牵引臂的连接段，所述连接段沿轴向设有第一高压油舱和与第一高压油舱连通的多个油道，所述第一高压油舱一端与过油中心杆端部密封连接，所述油道一端与第二高压油舱密封连接。

较为优选的，所述连接段的端部延伸至牵引臂的壳体内并与壳体内壁固连，所述连接段与所述驱动臂的壳体内壁之间设有密封圈。

较为优选的，所述蓄能弹性件为碟簧组件，所述复位弹性件为复位弹簧。

较为优选的，所述碟簧组件包括沿轴向紧密排列的若干个碟簧组，相邻的碟簧组间背靠背贴合设置，每个碟簧组均包括第一碟簧和第二碟簧，所述第一碟簧与第二碟簧间面与面贴合设置，所述第一碟簧和/或第二碟簧包括一个或多个碟簧单体。

较为优选的，当所述第一碟簧和/或第二碟簧包括多个碟簧单体时，多个所述碟簧单体之间采用背与面贴合的方式紧密设置。

较为优选的，所述牵引臂朝向牵引轮组的一端固设有密封端盖，所述密封端盖中部设有供推靠活塞杆通过的贯穿孔，所述密封端盖设有轴向突出部，所述轴向突出部延伸至牵引臂内部并与所述高压油舱的内壁密封接触。

本实用新型的有益效果为：

1、通过监测井径变化，并根据井径变化率调节目标液压，同时结合本装置的机械结构，当井筒半径由大变小时，井壁对牵引臂的压力变大，在牵引臂压力的作业和柱塞泵的加压下，高压腔的压力增大；蓄能活塞左右侧压力失去平衡，并在高压油的作用下向左侧移动，低压油腔的压力开始升高并使蓄能弹性件蓄能；当井筒半径由小变大时，井壁对牵引臂的压力变小，在牵引臂压力和柱塞泵的减压下，高压油腔的压力减小；蓄能活塞左右侧压力失去平衡，并在低压油腔的作用下向右侧移动，低压油腔的压力开始降低，蓄能弹性件释放能量，复位弹性件蓄能，为后续牵引臂的收回提供助力。本装置通过电路和机械结合的控制方法，使牵引器能够根据井径的变化，自动调整牵引臂张开角度，从而提升牵引器的变径通过能力，满足多种管柱组合复杂井的施工需求。

2、蓄能弹性件采用碟簧，相较于普通弹簧，使蓄能段工作时超过阈限压力产生压缩形变，当高压油压力小于阈限压力时，蓄能部件不产生形变，能够保证推靠轮对井壁产生稳定的推靠力，使牵引器可靠运动。

3、复位弹性件采用压缩弹簧，相较于其余弹性件，能保证在高压的作用下，灵活压缩，在高压时弹簧复位快。对高压响应灵敏，同时其复位力大，能保证复位彻底，能有效为牵引臂的收回提供助力。同时，压缩弹簧具有复位力线性可调，结构简洁，性能稳定，使用寿命长的优点。

4、碟簧采用沿轴向紧密排列的若干个碟簧组背靠背贴合设置，并在每个碟簧组中，采用面与面贴合设置的第一碟簧和第二碟簧，能极大的提高形变空间，具有更高的蓄能效率，进一步保证推靠轮对井壁产生稳定的推靠力，使牵引器可靠运动。

附图说明

图1为本实用新型驱动臂轴向剖视结构示意图；

图2为本实用新型驱动臂与牵引臂连接示意图；

图3为本实用新型牵引臂结构示意图；

图4为本实用新型控制碟簧布置示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1-3示出了本申请较佳实施例的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置，

包括井径监测传感器、控制器、柱塞泵、驱动臂1、牵引臂2和用于连接牵引轮组4的剪刀式连杆3，驱动臂1一端与牵引臂2固连，驱动臂1内轴向设有空腔，驱动臂1的空腔内设有过油中心杆101，过油中心杆101上套设有可沿过油中心杆101轴向滑动的蓄能活塞102，蓄能活塞102将空腔分隔为低压腔103和高压腔104，过油中心杆101上套设有位于低压腔103的蓄能弹性件105，牵引臂2内轴向设有第二高压油舱201，第二高压油舱201内设有推靠活塞杆202，推靠活塞杆202上设有复位弹性件203，推靠活塞杆202尾部延伸至牵引臂2外并与剪刀式连杆3一端固连，过油中心杆101内设与第二高压油舱201连通的轴向贯穿式过油通道106，过油中心杆101一端延伸至驱动臂1外并与柱塞泵连接，过油中心杆101与高压腔104对应位置处径向设有过油通孔107，井径监测传感器数据输出端与控制器的数据接收端电性连接，控制器的控制信号输出端与柱塞泵的控制信号输入端电性连接。

驱动臂1还包括用于连接牵引臂2的连接段108，连接段108沿轴向设有第一高压油舱1081和与第一高压油舱1081连通的多个油道1082，第一高压油舱1081一端与过油中心杆101端部密封连接，油道1082一端与第二高压油舱201密封连接。

连接段108的端部延伸至牵引臂2的壳体内并与壳体内壁固连，连接段108与驱动臂1的壳体内壁之间设有密封圈。

蓄能弹性件105为碟簧组件，复位弹性件203为复位弹簧。

如图4所示，碟簧组件包括沿轴向紧密排列的若干个碟簧组1051，相邻的碟簧组1051间背靠背贴合设置，每个碟簧组1051均包括第一碟簧1052和第二碟簧1053，第一碟簧1052与第二碟簧1053间面与面贴合设置，第一碟簧1052和/或第二碟簧1053包括一个或多个碟簧单体。

当第一碟簧1052和/或第二碟簧1053包括多个碟簧单体时，多个碟簧单体之间采用背与面贴合的方式紧密设置。

牵引臂2朝向牵引轮组4的一端固设有密封端盖204，密封端盖204中部设有供推靠活塞杆202通过的贯穿孔，密封端盖204设有轴向突出部205，轴向突出部205延伸至牵引臂2内部并与高压油舱201的内壁密封接触。

本装置机械部分的工作原理如下：

该装置的中心设置有一蓄能活塞，高压油从活塞杆中间通道输送至蓄能活塞右侧压力油腔，蓄能活塞左侧与低压油箱相连。同时在蓄能活塞左侧设置有20组碟簧，碟簧可以在高压的作用下缩小长度。牵引器的牵引臂夹角变小时，在压力油腔建立起压力，推动蓄能活塞压缩碟簧，蓄能装置储存一定量液压能，同时复位弹簧释放。在井径变化导致液压推靠系统压力油腔体积变化时，压力得变化会使得碟簧收缩的尺寸相应改变。即在井径变小时，由于受到到井壁压力，高压部分的压力上升，活塞向低压部分移动，碟簧收缩为活塞移动提供空间。当井径变小时，井壁对推靠臂的压力降低，碟簧复位，蓄能活塞向高压侧移动，同时复位弹簧蓄能。

当井筒半径由大变小时，井壁对牵引臂的压力变大，在牵引臂压力的作业和柱塞泵的加压下，高压腔的压力增大；蓄能活塞左右侧压力失去平衡，并在高压油的作用下向左侧移动，低压油腔的压力开始升高并使蓄能弹性件蓄能；

当井筒半径由小变大时，井壁对牵引臂的压力变小，在牵引臂压力和柱塞泵的减压下，高压油腔的压力减小；蓄能活塞左右侧压力失去平衡，并在低压油腔的作用下向右侧移动，低压油腔的压力开始降低，蓄能弹性件释放能量，复位弹性件蓄能，为后续牵引臂的收回提供助力。

本实施例中，蓄能弹性件采用碟簧，相较于普通弹簧，使蓄能段工作时超过阈限压力产生压缩形变，当高压油压力小于阈限压力时，蓄能部件不产生形变，能够保证推靠轮对井壁产生稳定的推靠力，使牵引器可靠运动。复位弹性件采用复位弹簧，相较于其余弹性件，能保证在高压的作用下，灵活压缩，在高压时弹簧复位快。对高压响应灵敏，同时其复位力大，能保证复位彻底，能有效为牵引臂的收回提供助力。

本实施例碟簧采用沿轴向紧密排列的若干个碟簧组背靠背贴合设置，并在每个碟簧组中，采用面与面贴合设置的第一碟簧和第二碟簧，能极大的提高形变空间，具有更高的蓄能效率，进一步保证推靠轮对井壁产生稳定的推靠力，使牵引器可靠运动。

本装置的控制方法流程如下：

步骤1：实时监测井筒内径，当井筒内径变化时，将当前井径值发送至控制器；

步骤2：控制器根据当前井径值CAL1，结合初始井径值CAL0计算井径变化率C；

步骤3：控制器根据井径变化率C，结合初始液压P计算目标液压P1；

步骤4：控制器控制柱塞泵加压或泄压，直至达到目标液压P1；

其中，当P1＞P时，牵引器液控单片机控制柱塞泵打压到P1后停止，当P1＜P时，牵引器液控单片机控制电磁阀泄压到P1后闭合电磁阀。

井径变化率的计算包括：

步骤201：根据当前井径值CAL1和初始井径值CAL0计算井径变化量CALx，CALx＝CAL0-CAL1；

步骤202：根据井径变化量CALx，和初始井径值CAL0计算井径变化率C，C＝Calx/CAL0。

目标液压的计算包括：

步骤401：基于公式P1＝P(1+C)计算目标液压P1；

其中，P为初始液压，C为井径变化率。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：包括井径监测传感器、控制器、柱塞泵、驱动臂(1)、牵引臂(2)和用于连接牵引轮组(4)的剪刀式连杆(3)，所述驱动臂(1)一端与牵引臂(2)固连，所述驱动臂(1)内轴向设有空腔，所述驱动臂(1)的空腔内设有过油中心杆(101)，所述过油中心杆(101)上套设有可沿过油中心杆(101)轴向滑动的蓄能活塞(102)，所述蓄能活塞(102)将所述空腔分隔为低压腔(103)和高压腔(104)，所述过油中心杆(101)上套设有位于低压腔(103)的蓄能弹性件(105)，所述牵引臂(2)内轴向设有第二高压油舱(201)，所述第二高压油舱(201)内设有推靠活塞杆(202)，所述推靠活塞杆(202)上设有复位弹性件(203)，所述推靠活塞杆(202)尾部延伸至牵引臂(2)外并与剪刀式连杆(3)一端固连，所述过油中心杆(101)内设与所述第二高压油舱(201)连通的轴向贯穿式过油通道(106)，所述过油中心杆(101)一端延伸至驱动臂(1)外并与柱塞泵连接，所述过油中心杆(101)与高压腔(104)对应位置处径向设有过油通孔(107)，所述井径监测传感器数据输出端与所述控制器的数据接收端电性连接，所述控制器的控制信号输出端与所述柱塞泵的控制信号输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：所述驱动臂(1)还包括用于连接牵引臂(2)的连接段(108)，所述连接段(108)沿轴向设有第一高压油舱(1081)和与第一高压油舱(1081)连通的多个油道(1082)，所述第一高压油舱(1081)一端与过油中心杆(101)端部密封连接，所述油道(1082)一端与第二高压油舱(201)密封连接。

3.根据权利要求2所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：所述连接段(108)的端部延伸至牵引臂(2)的壳体内并与壳体内壁固连，所述连接段(108)与所述驱动臂(1)的壳体内壁之间设有密封圈。

4.根据权利要求1所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：所述蓄能弹性件(105)为碟簧组件，所述复位弹性件(203)为复位弹簧。

5.根据权利要求4所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：所述碟簧组件包括沿轴向紧密排列的若干个碟簧组(1051)，相邻的碟簧组(1051)间背靠背贴合设置，每个碟簧组(1051)均包括第一碟簧(1052)和第二碟簧(1053)，所述第一碟簧(1052)与第二碟簧(1053)间面与面贴合设置，所述第一碟簧(1052)和/或第二碟簧(1053)包括一个或多个碟簧单体。

6.根据权利要求5所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：当所述第一碟簧(1052)和/或第二碟簧(1053)包括多个碟簧单体时，多个所述碟簧单体之间采用背与面贴合的方式紧密设置。

7.根据权利要求1所述的牵引器的井下变径环境自适应调节装置，其特征在于：所述牵引臂(2)朝向牵引轮组(4)的一端固设有密封端盖(204)，所述密封端盖(204)中部设有供推靠活塞杆(202)通过的贯穿孔，所述密封端盖(204)设有轴向突出部(205)，所述轴向突出部(205)延伸至牵引臂(2)内部并与所述高压油舱(201)的内壁密封接触。

Images