一种内外双锚定液压伸缩式牵引器

1.本发明属于油气田井下工具技术领域，特别涉及一种内外双锚定液压伸缩式牵引器。


背景技术：

2.水平井和大位移井作为油气开采的重要井型，需要定期对其进行检测和维修来提高油气采收率，经常需要将测井或维修时所需仪器输送到指定地点作业。由于大斜度井生产测井过程和水平井水平段的增加，导致测井仪器无法依靠自身重力到达指定工作点。
3.传统的钴杆传输可将仪器传送到任意位置，由于钴杆提放过程会造成仪器和电缆的损害；油管传输和连续管传输在面对大位移水平井时会出现电缆损坏、水平段传输受限和成本过高的问题并且，由于水平段的延长连续油管会出现屈曲问题，使得水平段作业长度受到限制。
4.现有技术中，公开号为cn104343404a的一种牵引器，存在牵引力不足、牵引速度慢的问题。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，能够达到将测井仪器输送的指定地点作业的目的，具有大牵引力、井下适应性强、越障能力高的特点；克服测井仪器长距离输送困难的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，包括前外锚定机构、后外锚定机构、锯齿型支撑片、内锚定机构和伸缩机构；
8.所述前外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；
9.所述后外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；
10.所述内锚定机构用于夹持中心管；
11.所述锯齿形支撑片用于提高锚定机构和井壁之间的摩擦力，用于运动中防止打滑并提供较大的牵引力；
12.所述伸缩机构用于配合前外锚定机构、后外锚定机构的运动，用与控制牵引器的前进和后退。
13.所述前外锚定机构、后外锚定机构、内锚定机构、伸缩机构依次通过螺纹连接组成牵引器整体；伸缩机构和控制系统用于完成牵引动作；
14.所述控制系统用于控制换向阀来控制液压缸的进出液，从而达到控制前外锚定机构、后外锚定机构的张合用以夹紧管壁、控制内锚定机构的锚爪张合完成对中心管的夹持。
15.所述前外锚定机构包括前锚定机构液压缸缸体1，所述前锚定机构液压缸缸体1通
过铆钉固定于前外锚定机构外壳2内部；
16.所述前锚定机构液压缸缸体1的底座和前外锚定机构外壳2的前端通过螺栓紧固连接，位于前锚定机构液压缸缸体1内部位置设置带有外螺纹的液压缸活塞3的活塞杆与带有内螺纹的锚定机构支撑架4的螺纹侧通过螺纹连接，带有内螺纹的锚定机构支撑架4的无螺纹侧与前锚定机构连杆架5的连杆通过销钉连接，前锚定机构连杆5、前锚定机构连杆7和曲面锯齿型支撑片6通过销钉连接，前锚定机构连杆7与带有内螺纹的锚定机构支撑架5的无螺纹侧通过销钉连接，前外锚定机构外壳2的后端和带有内螺纹的锚定机构支撑架8通过螺栓紧固连接。
17.所述前锚定机构连杆架5和前锚定机构连杆7的一端呈对称状分别通过销钉连接于曲面锯齿形支撑片6的下方。这样设置可以更加平稳的控制曲面锯齿形支撑片6于井壁之间的接触与分离，从而达到使牵引器平稳运行的效果。
18.所述后外锚定机构包括后外锚定机构液压缸缸体22，后锚定机构液压缸缸体22的底座和后外锚定机构外壳23的后端通过螺栓紧固连接，位于后外锚定机构液压缸缸体22内部位置设置带有外螺纹的液压缸活塞21的有螺纹侧与带有内螺纹的锚定机构支撑架20的有螺纹侧通过螺纹连接，带有内螺纹的锚定机构支撑架16的无螺纹侧与锚定机构连杆架19的连杆通过销钉连接，锚定机构连杆19、锚定机构连杆17和锯齿型支撑片18通过销钉连接，锚定机构连杆17与带有内螺纹的锚定机构支撑架16的无螺纹侧通过销钉连接，前外锚定机构外壳23的靠近连杆架19侧和带有内螺纹的锚定机构支撑架20通过螺栓紧固连接。
19.所述锚定机构连杆17和前锚定机构连杆19的一端呈对称状分别通过销钉连接于曲面锯齿形支撑片18的下方。这样设置可以更加平稳的控制曲面锯齿形支撑片18于井壁之间的接触与分离，从而达到使牵引器平稳运行的效果。
20.所述内锚定机构包括液压缸缸体9，液压缸缸体9的底座和有矩形滑槽的内锚定机构外壳10的靠近前外锚定机构一侧通过螺栓紧固连接，位于带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10内部的内锚爪12与带有燕尾滑槽的活塞11、带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10相嵌连接，内锚爪12在带有燕尾滑槽的活塞11和带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10沿位于牵引器中心并贯穿于牵引器整体的中心管13方向上左右滑动，内锚爪12即可完成中心管13加紧过程。
21.所述锚定机构支撑架8和液压缸缸体9位于前外锚定机构和内锚定机构之间。
22.所述内锚爪12为楔形形状的三爪式结构，内锚爪12位于带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10和带有燕尾滑槽的活塞11之间，用于保证内锚爪12在工作时不发生偏离，三爪式的设计使得内锚爪12能够更加牢固的夹紧中心管13。
23.所述伸缩机构包括伸缩缸活塞14，伸缩杠活塞14有螺纹侧通过螺纹与带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10相连，伸缩缸缸体15底座通过螺纹与后外锚定机构外壳23左端相连。
24.所述伸缩缸活塞14的活塞杆长度和伸缩缸缸体15的腔体长度相比于前后外锚定机构液压缸较长，这样设计可以提高牵引器的单次牵引距离，并且其位置位于牵引器的中部，此设计有利于牵引器在牵引的过程中更加的平稳。
25.所述锯齿型支撑片通过液压系统提供动力，所述液压系统包括电动机27，电动机27控制液压泵26从油箱24中抽取液压油，液压油经由油滤15和单向阀30流向y型三位四通
电磁换向阀31、y型三位四通电磁换向阀32、y型三位四通电磁换向阀34和o型三位四通电磁换向阀33；
26.所述y型三位四通电磁换向阀31通过控制液压缸35来控制前外锚定机构对井壁的夹紧与放松、y型三位四通电磁换向阀32通过控制液压缸36来控制内锚定机构对中心管的夹紧与放松、o型三位四通电磁换向阀33通过控制液压缸37来控制主伸缩机构的运动、y型三位四通电磁换向阀34通过控制液压缸38来控制后外锚定机构对井壁的夹紧与放松；蓄能器29作为辅助能源弥补电动机27启停所消耗的时间从而加快了牵引速度。
27.本发明的有益效果：
28.本发明能够达到将测井仪器输送的指定地点作业的目的，具有大牵引力、井下适应性强、越障能力高的特点；克服测井仪器长距离输送困难的问题。
29.该内外双锚定牵引器结构简单，设计新颖，工作过程中以液压作为动力，通过控制系统提供的液压力控制前后锯齿型支撑片贴合在井壁上，可以提供较大的牵引力。
30.本发明为双向牵引，三位四通电磁换向阀的使用简化了液压回路，同时添加了蓄能器弥补电机启停缓慢加快了牵引速度，并大大简化了牵引器的结构，使牵引器可以适应多变的井下结构。
31.本发明液压缸活塞的一端设计有呈120
°
圆周分布的三个燕尾滑槽，且外壳与活塞杆燕尾滑槽相对应的位置同时设计有呈120
°
圆周分布的三个导向槽，在活塞杆一端的燕尾滑槽和外壳上的导向槽之间形成的空隙设计有三个内锚爪，两槽之间的空隙可以限制内锚爪的自由度，防止其位置发生偏移，使之只能沿中心管方向夹紧中心管。夹紧片设计为长条锯齿形曲面，曲面可以增大与井壁间的基础面积从而增大摩擦力，锯齿形可以防止因井壁表面不光滑二发生打滑现象。在遇到障碍物时，锚爪可收缩以适应井径的变化，使牵引器的越障能力得到显著提高。
附图说明
32.图1为本发明的总装配结构示意图。
33.图2为前外锚定结构示意图。
34.图3为内锚定结构示意图。
35.图4为主伸缩结构部分示意图。
36.图5为后外锚定结构示意图。
37.图6为外加紧片结构示意图。
38.图7为前、后锚爪结构示意图。
39.图8为内锚定结构示意图。
40.图9为内锚爪结构示意图。
41.图10为运动原理示意图。
42.图11为液缸进出液控制图。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
44.参照图1所示，一种内外双锚定液压伸缩式连续油管牵引器，由前外锚定机构、后
外锚定机构、内锚定机构、伸缩机构和四部分组成。
45.参照图2所示，其中前外锚定机构包括液压缸缸体1、前锚定机构外壳2、液压缸活塞3、前锚定机构支撑架4、前锚定机构连杆5、前锚定机构连杆7、曲面锯齿型支撑片6和前锚定机构支撑架4八部分组成。液压缸缸体1左端通过螺栓和前锚定机构外壳2相连接，前锚定机构连杆5、前锚定机构连杆7通过销钉与曲面锯齿型支撑片6连接，前锚定机构支撑架4的左端与液压缸活塞3右端通过螺纹连接。前锚定机构支撑架4可随着液压缸活塞3沿着液压缸缸体1沿中心管13方向上左右滑动而伸出或收缩，起到支撑作用。曲面锯齿型支撑片6曲面的设计使得支撑片更加紧密的贴合井壁，锯齿型的设计可以防止因井壁损伤而导致支撑片于井壁贴合不紧密的情况的发生锚定机构连杆5、7通过销钉对称连接于曲面锯齿型支撑片6底部，可使曲面锯齿型支撑片6与井壁贴近的过程更加平稳。
46.参照图3所示，其中内锚定机构包括液压缸缸体9、带有矩形滑槽外壳10、内锚爪12、带有燕尾滑槽的活塞11和中心管13五部分。
47.液压缸缸体9和带有矩形滑槽外壳10通过螺栓紧固连接并通过螺栓与前外锚定机构相连。内锚爪12、带有矩形滑槽外壳10和带有燕尾滑槽的活塞11三者相嵌连接，带燕尾滑槽的活塞11带动内锚爪12沿矩形滑槽外壳10的滑槽在中心管13方向上左右移动来夹持中心管。带有矩形滑槽外壳10的右端通过螺纹与主伸缩机构活塞14右端相连。位于带有矩形滑槽外壳10和有燕尾滑槽的活塞11之间的内锚爪12通过两者之间构成的通道限制内锚爪12保证其只在中心管13方向向上运动，并且内锚爪12表面也设计为曲面锯齿形可以更加紧固的夹持中心管13。
48.参照图4所示，其中主伸缩机构包括伸缩缸活塞14，、伸缩缸缸体15两部分。伸缩缸活塞14左端和伸缩缸缸体15右端分别通过螺纹与内锚定机构的带有矩形滑槽外壳10的右端和后锚定机构的支撑架16相连。伸缩缸活塞14和伸缩缸缸体15用于完成牵引器的牵引工作，其结构设计相比于其他活塞缸容积较大，此设计可以提高伸缩缸活塞14的工作行程，从而达到提高牵引器单次牵引距离的效果。
49.参照图5所示，其中后锚定机构包括液压缸缸体22、后锚定机构外壳23、液压缸活塞21、锚定机构支撑架16,锚定机构支撑架20、锚定机构连杆17、锚定机构连杆19和曲面锯齿型支撑片18八部分组成。液压缸缸体22右端通过螺栓和后锚定机构外壳23相连接，支撑架16左端通过螺纹与主伸缩缸体15相连接，支撑架16右端与连杆17通过销钉连接，支撑架20左端与连杆19通过销钉连接，支撑架20右端与液压缸活塞21通过螺纹相连接，连杆17、连杆19通过销钉与锯齿型支撑片18相连接。连杆19可通过液压缸活塞21沿中心管13方向左右移动控制后锚定机构的张合，起到支撑作用。
50.参照图6所示，曲面锯齿型支撑片，支撑片表面采用呈60
°
的梯形齿，可以紧密的贴合管壁产生更大的摩擦力从而提高牵引器的牵引力。
51.参照图7所示，前、后锚爪起到运动过程中抓靠的作用，防止运动过程中打滑。
52.参照图8所示，内锚定机构的示意图，燕尾滑槽和滑块的设计方式可以提高对中心管的夹紧力，进而提高牵引器的牵引能力。
53.参照图9所示，内锚定爪示意图，内锚爪设计为带有锯齿的曲面结构，可以增大内锚定爪与中心管之间的摩擦力。
54.参照图11所示，液压系统示意图，电动机27控制液压泵26从油箱24中抽取液压油，
液压油经由油滤15和单向阀30流向y型三位四通电磁换向阀31、y型三位四通电磁换向阀32、y型三位四通电磁换向阀34和o型三位四通电磁换向阀33。y型三位四通电磁换向阀31通过控制液压缸35来控制前外锚定机构对井壁的夹紧与放松、y型三位四通电磁换向阀32通过控制液压缸36来控制内锚定机构对中心管的夹紧与放松、o型三位四通电磁换向阀33通过控制液压缸37来控制主伸缩机构的运动、y型三位四通电磁换向阀34通过控制液压缸38来控制后外锚定机构对井壁的夹紧与放松。蓄能器29作为辅助能源弥补电机启停所消耗的时间从而加快了牵引速度。
55.本发明的工作原理：
56.参照图10所示：图(1)内锚定机构液压缸缸体9的f口进油，e口卸油口，带有燕尾滑槽的活塞11在液压油作用下推动位于带有矩形滑槽的内锚定机构外壳10和带有燕尾滑槽活塞11之间的内锚定爪12夹紧中心管13，牵引机器人处于初始状态。图(2)后锚定机构液压缸缸体22a口进油，b口卸油，液压缸活塞21推动锚定机构连杆架19，带动锚定机构连杆17打开推靠锯齿形支撑片18作用于井壁，对井壁进行夹紧。图(3)主伸缩缸缸体15c口进油，d口卸油，伸缩缸活塞14推动中心管内锚定机构和前锚定机构前移。图(4)前锚定机构液压缸缸体1h口进油，g口卸油，液压缸活塞3推动锚定机构连杆架4，带动锚定机构连杆5打开推靠锯齿形支撑片6作用于井壁，对井壁进行夹紧。图(5)后锚定机构液压缸缸体22b口进油，a口卸油，液压缸活塞21拉动锚定机构连杆架19，带动锚定机构连杆17使锯齿形支撑片与井壁分离，后锚定机构处于放松状态。图(6)主伸缩缸缸体15d口进油，c口卸油,液压推动主伸缩缸缸体前移。图(7)后锚定机构液压缸缸体22a口进油，b口卸油，液压缸活塞21推动锚定机构连杆架19，带动锚定机构连杆17打开推靠锯齿形支撑片18作用于井壁，对井壁进行夹紧；前锚定机构液压缸缸体1h口进油，g口卸油，液压缸活塞三拉动锚定机构连杆架4，带动锚定机构连杆5使锯齿形支撑片6与井壁分离，前端处于放松状态。实现牵引功能。完成一个牵引周期。

技术特征：
1.一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，包括前外锚定机构、后外锚定机构、锯齿型支撑片、内锚定机构和伸缩机构；所述前外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；所述后外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；所述内锚定机构用于夹持中心管；所述锯齿形支撑片用于提高锚定机构和井壁之间的摩擦力，用于运动中防止打滑并提供较大的牵引力；所述伸缩机构用于配合前外锚定机构、后外锚定机构的运动，用与控制牵引器的前进和后退。2.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述前外锚定机构、后外锚定机构、内锚定机构、伸缩机构依次通过螺纹连接组成牵引器整体；伸缩机构和控制系统用于完成牵引动作；所述控制系统用于控制换向阀来控制液压缸的进出液，从而达到控制前外锚定机构、后外锚定机构的张合用以夹紧管壁、控制内锚定机构的锚爪张合完成对中心管的夹持。3.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述前外锚定机构包括前锚定机构液压缸缸体(1)，所述前锚定机构液压缸缸体(1)通过铆钉固定于前外锚定机构外壳(2)内部；所述前锚定机构液压缸缸体(1)的底座和前外锚定机构外壳(2)的前端通过螺栓紧固连接，位于前锚定机构液压缸缸体(1)内部位置设置带有外螺纹的液压缸活塞(3)的活塞杆与带有内螺纹的锚定机构支撑架(4)的螺纹侧通过螺纹连接，带有内螺纹的锚定机构支撑架(4)的无螺纹侧与前锚定机构连杆架5的连杆通过销钉连接，前锚定机构连杆(5)、前锚定机构连杆(7)和曲面锯齿型支撑片(6)通过销钉连接，前锚定机构连杆(7)与带有内螺纹的锚定机构支撑架(5)的无螺纹侧通过销钉连接，前外锚定机构外壳(2)的后端和带有内螺纹的锚定机构支撑架(8)通过螺栓紧固连接。4.根据权利要求3所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述前锚定机构连杆架(5)和前锚定机构连杆(7)的一端呈对称状分别通过销钉连接于曲面锯齿形支撑片(6)的下方。5.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述后外锚定机构包括后外锚定机构液压缸缸体(22)，后锚定机构液压缸缸体(22)的底座和后外锚定机构外壳(23)的后端通过螺栓紧固连接，位于后外锚定机构液压缸缸体(22)内部位置设置带有外螺纹的液压缸活塞(21)的有螺纹侧与带有内螺纹的锚定机构支撑架(20)的有螺纹侧通过螺纹连接，带有内螺纹的锚定机构支撑架(16)的无螺纹侧与锚定机构连杆架(19)的连杆通过销钉连接，锚定机构连杆(19)、锚定机构连杆(17)和锯齿型支撑片(18)通过销钉连接，锚定机构连杆(17)与带有内螺纹的锚定机构支撑架(16)的无螺纹侧通过销钉连接，前外锚定机构外壳(23)的靠近连杆架(19)侧和带有内螺纹的锚定机构支撑架(20)通过螺栓紧固连接。6.根据权利要求5所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述锚定机构连杆(17)和前锚定机构连杆(19)的一端呈对称状分别通过销钉连接于曲面锯齿形支撑片(18)的下方。这样设置可以更加平稳的控制曲面锯齿形支撑片(18)于井壁之间的接触与
分离，从而达到使牵引器平稳运行的效果。7.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述内锚定机构包括液压缸缸体(9)，液压缸缸体(9)的底座和有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)的靠近前外锚定机构一侧通过螺栓紧固连接，位于带有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)内部的内锚爪(12)与带有燕尾滑槽的活塞(11)、带有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)相嵌连接，内锚爪(12)在带有燕尾滑槽的活塞(11)和带有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)沿位于牵引器中心并贯穿于牵引器整体的中心管(13)方向上左右滑动，内锚爪(12)即可完成中心管(13)加紧过程。8.根据权利要求7所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述锚定机构支撑架(8)和液压缸缸体(9)位于前外锚定机构和内锚定机构之间；所述内锚爪(12)为楔形形状的三爪式结构，内锚爪(12)位于带有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)和带有燕尾滑槽的活塞(11)之间，用于保证内锚爪(12)在工作时不发生偏离，三爪式的设计使得内锚爪(12)能够更加牢固的夹紧中心管(13)。9.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述伸缩机构包括伸缩缸活塞(14)，伸缩杠活塞(14)有螺纹侧通过螺纹与带有矩形滑槽的内锚定机构外壳(10)相连，伸缩缸缸体(15)底座通过螺纹与后外锚定机构外壳(23)左端相连。10.根据权利要求1所述的一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，其特征在于，所述锯齿型支撑片通过液压系统提供动力，所述液压系统包括电动机(27)，电动机(27)控制液压泵(26)从油箱(24)中抽取液压油，液压油经由油滤(15)和单向阀(30)流向y型三位四通电磁换向阀(31)、y型三位四通电磁换向阀(32)、y型三位四通电磁换向阀(34)和o型三位四通电磁换向阀(33)；所述y型三位四通电磁换向阀(31)通过控制液压缸(35)来控制前外锚定机构对井壁的夹紧与放松、y型三位四通电磁换向阀(32)通过控制液压缸(36)来控制内锚定机构对中心管的夹紧与放松、o型三位四通电磁换向阀(33)通过控制液压缸(37)来控制主伸缩机构的运动、y型三位四通电磁换向阀(34)通过控制液压缸(38)来控制后外锚定机构对井壁的夹紧与放松；蓄能器(29)作为辅助能源弥补电动机(27)启停所消耗的时间从而加快了牵引速度。

技术总结
一种内外双锚定液压伸缩式牵引器，包括前外锚定机构、后外锚定机构、锯齿型支撑片、内锚定机构和伸缩机构；所述前外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；所述后外锚定机构用于牵引器和井壁之间的固定，用于运动中固定支撑防止打滑；所述内锚定机构用于夹持中心管；所述锯齿形支撑片用于提高锚定机构和井壁之间的摩擦力，用于运动中防止打滑并提供较大的牵引力；所述伸缩机构用于配合前外锚定机构、后外锚定机构的运动，用与控制牵引器的前进和后退。本发明能够达到将测井仪器输送的指定地点作业的目的，具有大牵引力、井下适应性强、越障能力高的特点；克服测井仪器长距离输送困难的问题。测井仪器长距离输送困难的问题。测井仪器长距离输送困难的问题。


技术研发人员：郑杰 王亨通 高鑫 窦益华 马成云 张伊晨 杨旭
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/1