一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人制造技术

本发明专利技术属于油气开发领域，涉及一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人。该机器人由前后工作短节和控制短节组成。其主要特征是：整体结构对称布置，前后为工作短节，中间为控制短节，短节间通过螺栓锁紧。工作短节采用了一种单斜块柔性弹簧片结构，通过推杆推动单斜块支撑出弹簧片锁紧井壁，能够适应不同管径，在断电或遇阻情况可自动解锁。控制短节集成了机器人的液压系统和和控制系统。与现有牵引机器人相比的优点是：抓靠效果好、管径适应范围广、自动解锁、牵引力大、结构简单、能够承受钻具的反扭矩、特别适用于复杂的井下工况。

A traction robot for coiled tubing supported by single oblique spring sheet

【技术实现步骤摘要】
一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人
本专利技术涉及石油天然气开发设备领域，尤其涉及一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人。
技术介绍
随着水平井技术的广泛应用，其作业过程中仪器运送难的问题日益凸显。为解决井下仪器输送困难的难题，井下牵引器作为一种新型的仪器输送工具逐渐发展起来。截止到目前为止，井下牵引器已发展为轮式、伸缩式、履带式、螺旋式、偏心支撑式等多种类型，其中工程中最常用的为轮式和伸缩式。轮式牵引器如国外Welltect公司的轮式牵引器、Asker公司的PowerTrac轮式牵引器、Sondex公司的轮式牵引器、Schlumberger公司的Tufftrac轮式牵引器和国内中船重工719所的QYQ1型和MHPT-1型轮式牵引器、哈尔滨工业大学的油水井轮式牵引器等。这类牵引器通过可张开和收合的支撑臂将驱动轮推靠于套管壁上，靠转动的驱动轮与套管壁之间产生的摩擦力带动牵引器在水平井中定向移动。同时，由于轮式牵引器的驱动轮与套管接触面积小，而且是连续接触，因此此类牵引器牵引力小，仅适用于套管直径无变径或套损变形不严重的井况。伸缩式井下牵引器如国外的斯伦贝谢公司的MaxTRAC牵引器、Smart公司的SmarTract伸缩式牵引器和国内国防科技大学的凸轮自锁伸缩式管道机器人、西南石油大学的液压伸缩式井下牵引器。这类牵引器通过两组或多组可张开和收合的抓靠臂交替支撑到管壁上，一组抓靠臂撑在管壁上保持静止，另一组由油缸或电机带动相向或相背滑动，实现牵引器在水平井内的定向移动，此类牵引器井下环境适应与通过性方面具有较强优势、且能提供较大的牵引力，但目前伸缩式牵引器所采用的各种支持机构多为刚性结构，对井壁变化的适应性有限，且很容易出现牵引器卡堵的现象。从应用方面来说，国外的轮式和伸缩式井下牵引器都已成熟应用，但由于国外各大油服对我国采取了严格的技术保密措施和“只提供服务不提供设备”的战略，使得我国牵引器研究起步较晚，到目前为止，国内仅有中船重工719所的QYQ1型和MHPT-1型轮式牵引器应用成功的报道，同类型或其他类型的牵引器都停留在理论设计或是样机试验阶段，还未见有伸缩式井下牵引器应用成功的报道。从技术难点方面来说，国外的技术封锁、复杂狭小的井下空间、如何避免发生卡堵给井下牵引器的设计带来了很大的困难。尤其是卡堵问题，一旦发生，将造成及其严重的后果和巨大的经济损失。目前看来，轮式牵引机器人牵引力小，不能用来牵引连续油管，伸缩式牵引机器人牵引力较大，更适合用来牵引连续油管，伸缩式牵引机器人牵引力在井下最可靠的支撑机构是弹簧片式支撑机构，国内外主要有重庆科技学院和美国WWT公司对此类牵引机器人的支撑机构做了研究。重庆科技学院申请了专利(专利号：201220404293.6，一种电控液压驱动连续油管井下牵引器)，该专利公布了一种含有弹簧片式支撑机构的连续油管牵引机器人，该牵引机器人采用伺服换向阀控制钻井液撑出三组三斜面支撑块，从而支撑出弹簧片，卡紧井壁。伺服换向阀需要电机驱动，体积庞大，在牵引机器人内布置困难，使牵引机器人难以小型化，且三斜面支撑块机构形状复杂，使对应的弹簧片结构冗长。WWT公司的OilTubingTractors伸缩式牵引器主要有两种弹簧片式支撑机构，一种是专利US6640894公布的滚轮式支撑机构，该支撑机构在弹簧片上布置有两个斜面，在支撑块上布置有两个滚轮，液压力推动支撑块径向移动，从而使滚轮推动弹簧片撑出，卡住井壁，该支撑机构滚轮和弹簧片上的斜面是点接触，接触面积很小，这样使支撑机构支撑力很小。专利US8302679在专利US6640894的基础上，采用连杆机构和滚轮机构支撑出弹簧片，连杆机构结构复杂，支撑不稳定容易失效。总之，伸缩式牵引机器人更适合牵引连续油管，而伸缩式支撑机构的刚性支撑机构容易卡堵失效，适应管径范围小。现有牵引机器人的弹簧片支撑机构有着结构复杂，不适用于小井眼，支撑不稳定，支撑力小等一系列缺陷。
技术实现思路
基于目前的伸缩式牵引机器人的容易卡堵，管径适应能力弱，结构复杂，不能抵抗钻具扭矩等问题，影响了长水平井段连续油管钻井的应用。本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种拥有适用于小井眼、支撑力大、结构简单、支撑稳定的弹簧片支撑机构的连续油管牵引机器人及其配套的控制系统。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，包括后工作短节、控制短节、控制系统和前工作短节，所述的前工作短节由中心轴、伸缩缸端盖、伸缩缸液压腔、伸缩缸缸体、双螺纹接头、支撑缸左环形液压槽、支撑推杆、支撑缸缸体、支撑缸右环形液压槽、支撑缸液压腔、弹簧片左支撑架、防转平键、高强度销、固连杆、防尘圈、单斜块、摩擦块、润滑槽活塞、润滑槽堵头、弹簧片、防尘筒、弹簧片右支撑架以及各部分相应的密封结构组成。工作短节工作时，由推杆推动摩擦块带动弹簧片产生弹性变形，逐步贴近井壁并最终锁紧。弹簧片相对于轮式支撑结构具有更大的接触面积，对井壁的凹坑和凸起适应性更强；相对于传统滑块式支撑机构，弹簧片的支撑过程中与井壁的接触面积是逐渐增大，受力更加均匀且具有一定的自调节能力，支撑机构不易卡堵；在弹簧片弹性范围内的变形都能锁紧，井径适应性更强。同时，由于弹簧片是弹性变形，在意外情况如控制机构断电的情况下，弹簧片能依靠自身弹性收回，具备意外解锁能力。所述的液压系统包括Y型中位机能三位四通电磁换向阀、O型中位机能三位四通电磁换向阀、溢流阀、油箱、油滤、液压泵、电机、单向阀、支撑缸、伸缩缸；工作短节的支撑和伸缩均由液压系统驱动，相对于电机驱动，具有更大的驱动力。所述的控制短节包括控制短节端盖、长螺钉、密封垫、导流接头、液压管接头、中空接头、液压油管、环形支撑架、电气短节外壁、电路板支撑架、电路板、电机、固定螺钉、电机支撑架、电机连杆、联轴器、支撑架、液压泵、液压泵连杆、双螺纹接头、压力补偿孔、压力补偿弹簧、孔用组合动密封、密封活塞、储液短节外壁、液压管通道、油箱、阀组短节外壁、阀体连杆、Y型中位机能三位四通电磁换向阀、单向阀、阀体、O型中位机能三位四通电磁换向阀。控制短节将所有的阀组、电气控制部分、压力补偿和油箱集中在一个短节中，不再分散在各个短节，具有更高的集成度；液压系统的控制不需受外界压力影响，不需要地面发送信号，自动化程度更高；电气控制部分传输距离更短，效率更高。所述的中心轴设计有连接螺纹、密封槽、液压流道和线缆通道。机器人的伸缩和结构围绕中心轴运动和设计，将密封槽、液压流道、线缆通道等集成在中心轴上，有利于缩减体积，提高系统集成度；使用螺纹连接便于拆装。所述支撑推杆设计有密封沟槽、环形液压孔、支撑缸右液压腔进液口、止转键槽和螺纹孔。支撑缸推杆是位于中心轴与外壁间，在支撑缸推杆上设计环形液压孔，使其与中心轴外壁组成环形空间，使从中心轴流出的油液能够缓冲后进入支撑缸，并在避免伸缩缸带动中心轴运动时影响支撑缸的进液。设计了止转键槽，防止推杆带动斜块发生转动，提高了运行安全性。所述的单斜块设计有沉头孔、支撑斜面(21b)，斜面斜度14～25°。沉头孔设计使单斜块安装即美观又牢靠。支撑斜面斜度过小则推动力较小，支撑缸行程过长，斜度过大则推动阻力大易卡堵，该角度范围经验证是相对合适的。所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，包括后工作短节(1)、控制短节(3)、前工作短节(5)，前工作短节和后工作短节结构包括支撑机构和伸缩机构，其特征在于：所述支撑机构包括支撑缸(15)、支撑缸推杆(12)、单斜块(21)、弹簧片左支撑架(16)和弹簧片右支撑架(28)，弹簧片两端分别连接在弹簧片左支撑架(16)和弹簧片右支撑架(28)上，支撑缸内的支撑缸推杆，通过推动单斜块，撑出弹簧片卡紧井壁。

【技术特征摘要】
1.一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，包括后工作短节(1)、控制短节(3)、前工作短节(5)，前工作短节和后工作短节结构包括支撑机构和伸缩机构，其特征在于：所述支撑机构包括支撑缸(15)、支撑缸推杆(12)、单斜块(21)、弹簧片左支撑架(16)和弹簧片右支撑架(28)，弹簧片两端分别连接在弹簧片左支撑架(16)和弹簧片右支撑架(28)上，支撑缸内的支撑缸推杆，通过推动单斜块，撑出弹簧片卡紧井壁。2.根据权利要求1所述的一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，所述控制短节内布置有该牵引机器人的液压控制系统，其特征在于：液压控制系统包括Y型中位机能三位四通电磁换向阀，Y型中位机能三位四通电磁换向阀控制液压油推出和收回单斜块，从而撑出和收回弹簧片。3.根据权利要求2所述的一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，其特征在于：所述液压控制系统高度集成，由有控制电路板(54)、由Y型(31、37、74)和O型(80、34)中位机能三位四通电磁换向阀以及泄压阀组成的阀组(77)、集成油箱(69)、电机(55、42)、液压泵(60、41)、压力补偿弹簧(65)、压力补偿孔(64)等核心结构及各类密封件组成。其液压控制系统依次分为三个部分，分别是：电气部分、储液部分、阀组部分；各部分由双螺纹接头(63、70)间隔并与外壁(52、67、71)通过螺纹连接组成筒体外形，并通过内部相应的各类支撑架(51、56、59)、连接架(53、62、72)组成内部连接结构，并设置有密封结构密封。4.根据权利要求1所述的一种单斜块弹簧片支撑式连续油管牵引机器人，所述前工作短节(5)和后工作短节(1)还包括中心轴(6)，其特征在于：所述中心轴(6)左端设计有连接控制短节(3)的连接螺纹(6a)，右端设计有连接工具串或连续油管的连接螺纹(6f)，活塞处设计有密封伸缩缸左右两端液压腔的密封槽(6e)，内部设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海燕，代继樑，肖晓华，曾杰，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51