[发明专利]一种微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统，适用于机械领域。

背景技术

虽然连续管(CT)井下作业技术在油田钻井、井、测井、完井、采油以及井下特殊作业等的应用日益广泛，但井下CT管柱与井壁的摩阻较大引，造成微小井眼CT井下作业技术不能得到有效推广应用的问题也亟待解决。研究用于克服井下CT与井壁摩阻，并牵引CT下入或取出的CT牵引器，对推动我国微小井眼连续管钻井技术发展有重要意义。

20世纪90年代后期，国外许多公司相继开发了多种水平井电缆牵引器，形成现在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。挪威Maritime Well Service(MWS)公司的PowerTracAdvance轮式牵引器、PowerTracINVADER履带式牵引器，法国Schlumberger公司的MaXTRAC伸缩式牵引器、英国Sondex有限公司的Sondex轮式牵引器、ExproGroup公司的SmarTract伸缩式牵引器、美国Western Well Tool公司的Microhole Drilling Tractor伸缩式牵引器。其中仅Microhole Drilling Tractor伸缩式牵引器可用于小井眼，能进行有效的钻井液循环；其余的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，工作时不能进行有效的钻井液循环。国内对井下牵引器的研究起步较晚，研究也较少，且主要集中在大直径井眼的轮式牵引器上，不适应小井眼CT的井下牵引作业要求，也没有成熟的产品投放市场。

通过对现有国内外牵引器产品分析发现，仅美国的Microhole Drilling Tractor伸缩式牵引器可用于小井眼，能进行有效的钻井液循环。其余的大都是轮式或履带式牵引器，主要存在下列缺陷：①用滚轮或履带式，整体结构不紧凑，外围尺寸较大，只适用于大直径井眼；②用电缆或钢丝绳连接，工作时不能进行有效的钻井液循环；③采用钻井液液压能进行驱动控制，液压控制管路较复杂，不能有效节省液压控制管路占据空间；④采用液压驱动和控制时，使得牵引器对井眼循环液压力依赖性较大，不利于实现自动控制；⑤支撑机构采用撑杆结构，使得牵引器最小适用井眼直径较大，不适合在小井眼中牵引作业。因此，在给出的牵引器结构基础上，研究并设计合理的CT牵引器控制系统方案，对推动CT井下作业的发展与应用具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统，牵引器利用4个伺服电机有效驱动与控制牵引器在井下牵引CT顺利下人和取出，解决了因井下连续管摩阻较大，下入和取出连续管困难等技术难题，使连续管在井下能延伸更长，从而推动我国微小井眼CT井下作业技术发展。

本发明所采用的技术方案是。

所述电机驱动CT牵引器系统总体结构包括上牵引器系统、六方中心滑管和下牵引器系统。上牵引器系统和下牵引器系统结构相同，分别套在六方中心滑管的上部和下部，安装方向相同或相反，分别起交替支撑井壁和牵引六方中心滑管的控制。上卡瓦和上卡瓦锁紧滑块加工有相互配合的倾斜面，斜面的角度能保证在上卡瓦锁紧滑块向上移动时滑动膨胀开上卡瓦；上卡瓦具有一定的弹性，能在上卡瓦锁紧滑块的作用下膨胀开，在外力消除时闭合。

所述六方中心滑管包括上六方中心滑管螺杆、上突出法兰、下六方中心滑管螺杆和下突出法兰。六方中心滑管上、下两端分别与上部连续管相连接和下部钻具组合连接。

所述下牵引器系统主要由下支撑单元、下电驱动与控制单元及下牵引单元等组成。下控制模块可通过扭矩的大小和转数的多少对下牵引驱动电机和下卡瓦驱动电机模块进行控制。下卡瓦和下卡瓦锁紧滑块加工有相互配合的倾斜面，斜面的角度能保证在下卡瓦锁紧滑块向下移动时滑动膨胀开下卡瓦；下卡瓦具有一定的弹性，能在下卡瓦锁紧滑块的作用下膨胀开，在外力消除时闭合。

所述牵引器直接通过伺服步进电机来驱动，减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性，无论有无循环液压能，只要能通电，就能够在井下进行牵引爬行；国内研究的牵引器主要侧重于液压驱动的轮式和伸缩式，对液压能的依赖性较高，驱动系统比较复杂。

所述牵引器直接通过伺服步进电机来控制，包括抓紧卡瓦张开程度、抓紧力的大小，牵引爬行的距离、牵引力的大小；每个伺服步进电机直接控制一个动作，控制简单，减少了利用液压阀控制循环管路的复杂性，并能够节省大部分液压管路所占据的空间。