[发明专利]一种液压伸缩式井下牵引器的运动机构

说明书

本发明公开了一种液压伸缩式井下牵引器的运动机构，包括中心轴、抓靠机构和伸缩机构，抓靠机构由抓靠缸、复位弹簧、斜块A和斜块B组成，抓靠缸包括抓靠缸壁、抓靠缸左端盖、抓靠缸右端盖和抓靠缸活塞；伸缩机构由伸缩缸壁和伸缩缸右端盖组成；中心轴由左往右依次贯穿抓靠缸左端盖、滑套、斜块B、伸缩缸右端盖，中心轴上固定有位于伸缩缸壁内的伸缩缸活塞。本发明的牵引器抓靠机构是一种基于斜面自锁的锁止机构，通过该机构克服了牵引力受限于恒定静摩擦力的问题，同时可以配合不同摩擦系数、不同厚度的摩擦块，且具有较大的管径适用范围，从而达到提高牵引器牵引能力的目的。

技术领域

本发明涉及石油天然气开发设备领域，特别是一种液压伸缩式井下牵引器的运动机构。

背景技术

水平井技术广泛运用于深部、深海及复杂油气资源的勘探开发，其应用过程中仪器输送的难题逐渐成为油气田开发和油气储运的技术关键。常规的油管输送、泵入输送、连续管输送在面对水平井、大位移井、定向井时存在效率低、成本高和连续管屈曲变形等问题。因此，井下牵引器作为一种新型输送方式逐渐发展起来。

对于井下牵引器，按不同的运动方式可分为：轮式、伸缩式、履带式、冲击式，其中伸缩式井下牵引器具有越障能力强、牵引力大等优点，具备较强的水平井段设备输送作业能力。

伸缩式井下牵引器通常包含抓靠机构和伸缩机构，抓靠机构与井壁之间的最大静摩擦力等于最大牵引力，它表征着牵引器牵引能力的高低。根据摩擦力计算公式可知，最大静摩擦力等于正压力与静摩擦系数的乘积，因抓靠机构与井壁之间的静摩擦系数可视为恒定值，故欲提高最大牵引力则需通过增大抓靠机构与井壁之间正压力来增大最大静摩擦力，其实施方式有两种：通过增大动力设备功率来增大正压力，但井下高温、高压环境和狭小空间限制了设备功率，故正压力大小受限；通过改变抓靠机构的机械结构来增大正压力，由此基于自锁原理的抓靠机构被提出，自锁机构的运用使得抓靠机构与井壁间的正压力与载荷呈正相关，克服了最大静摩擦力受恒定正压力的限制，进而克服了牵引力受恒定静摩擦力的限制。如2003年斯伦贝谢研制的井下牵引器产品MaxTRAC，利用凸轮向半径变大方向的转动趋势来增大抓靠臂对井壁的正压力，使得抓靠机构与井壁自锁，从而实现井下单向牵引。

自锁原理在管道机器人中的运用与井下牵引器具有相似性。1995年哈尔滨工业大学于殿勇等研制的基于超越离合器自锁的管道机器人，实现了机器人在管内单方向超越自锁行走。2010年国防科技大学乔晋崴等研制的基于凸轮自锁原理管道机器人，实现了微小管道中机器人的单方向凸轮自锁行走；2012年该团队研制的一种基于斜面自锁的管道机器人，利用永磁铁相互排斥使楔块单方向自锁，实现管内单方向斜面自锁行走；同年，该团队提出一种可在管道内部双向行走的管道机器人概念设计，通过调整电磁铁极性的方式对左右楔块进行吸引和排斥，使得左右楔块与管壁均可实现斜面自锁，从而实现双向自锁行走。

常见的自锁方式有斜面自锁、柱面自锁、凸轮自锁、超越离合器自锁、推杆导轨自锁等，依据接触形式可分为点接触自锁、线接触自锁和面接触自锁。在正压力相同时大接触面积上的压强小，能有效避免接触面受压变形。因此，面接触形式的斜面自锁和柱面自锁较之线接触形式的凸轮自锁、棘轮自锁和超越离合器自锁对井壁具备更好的保护性。

在上述研究的基础上，创新性地研制了一种液压式伸缩式井下牵引器的运动结构，提出一种基于斜面自锁的锁止机构，使得牵引器的牵引力不受恒定静摩擦力的限制，并且可以配合不同厚度、不同摩擦系数的摩擦块，使牵引器具有较大的管径适用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种牵引力不受恒定静摩擦力的限制、结构紧凑、提高牵引器牵引能力的效果液压伸缩式井下牵引器的运动机构。