用于水平油井的測(cè)井儀器拖動(dòng)器的設(shè)計(jì)

唐德威，閆 澤，尚青松，鄧宗全，于偉真

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001，dwtang@hit.edu.cn)

用于水平油井的測(cè)井儀器拖動(dòng)器的設(shè)計(jì)

唐德威，閆 澤，尚青松，鄧宗全，于偉真

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001，dwtang@hit.edu.cn)

為解決水平油井內(nèi)測(cè)井儀器送進(jìn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種伸縮式拖動(dòng)器.利用超越離合原理，使用三組蠕動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)器連續(xù)行走，采用液壓驅(qū)動(dòng)方案，拖動(dòng)器斷電自動(dòng)與井壁解鎖.介紹拖動(dòng)器的組成及工作原理，設(shè)計(jì)拖動(dòng)器行走機(jī)構(gòu)，給出液壓控制回路原理圖，利用pro/e和ADAMS建立包括液壓閥及管路的拖動(dòng)器虛擬樣機(jī)，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了該拖動(dòng)器的結(jié)構(gòu)合理性和可行性.

水平井測(cè)井;伸縮式拖動(dòng)器;超越離合原理;斷電解鎖

水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)的日益成熟及水平井?dāng)?shù)量的逐年增多使得水平井測(cè)井在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中越來(lái)越受到重視.由于受到井眼條件的限制，水平井測(cè)井中測(cè)井儀器的送進(jìn)方法是關(guān)系到測(cè)井是否成功的關(guān)鍵［1］.常規(guī)的測(cè)井儀器送進(jìn)法分為鉆桿送進(jìn)法、泵送剛性挺桿法和撓性管送進(jìn)法.這3種送進(jìn)方法有明顯的缺點(diǎn):作業(yè)費(fèi)用高，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)并且需要占用較大的場(chǎng)地和較多的人員.為了進(jìn)一步節(jié)省費(fèi)用，降低作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速作業(yè)，拖動(dòng)器送進(jìn)法應(yīng)運(yùn)而生.拖動(dòng)器送進(jìn)法是指:使用一種能夠在油井中運(yùn)動(dòng)的機(jī)器主動(dòng)地將測(cè)井儀器送到油井中預(yù)定位置的方法.井下高溫、高壓，充滿泥漿，可在如此惡劣環(huán)境中可靠運(yùn)行的拖動(dòng)器成為實(shí)施這一方法的關(guān)鍵.

1997年進(jìn)行了拖動(dòng)器的首次測(cè)井作業(yè)［2］，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，拖動(dòng)器技術(shù)逐步成熟.目前，有代表性的拖動(dòng)器包括:丹麥Welltec公司的Well Tractor?輪式拖動(dòng)器［3］，英國(guó)Sondex有限公司的Sondex輪式拖動(dòng)器［4］，挪威 Maritime Well Service(MWS)公司的PowerTrac? AdvanceTM輪式拖動(dòng)器［5］、PowerTrac ? INVADER 履帶式拖動(dòng)器［6］，Expro公司的 SmarTractTM伸縮式拖動(dòng)器［7］，法國(guó)Schlumberger公司的MaxTRAC伸縮式拖動(dòng)器［8］，美國(guó)Western Well Tool公司的Microhole Drilling Tractor伸縮式拖動(dòng)器［9］.國(guó)內(nèi)的部分大學(xué)也相繼開(kāi)展了拖動(dòng)器的研究與設(shè)計(jì)［10－12］.

目前，我國(guó)對(duì)水平油井測(cè)井儀器拖動(dòng)器的研究還處于起步階段，針對(duì)井下的特殊環(huán)境條件，本文提出的水平油井檢測(cè)儀器拖動(dòng)器是一種伸縮式液壓驅(qū)動(dòng)有纜拖動(dòng)器，可在具有確定井徑的油井內(nèi)將測(cè)井儀器運(yùn)送到目的井段.

1 工作環(huán)境和技術(shù)指標(biāo)

1.1 工作環(huán)境

所設(shè)計(jì)的拖動(dòng)器用于水平套管油井測(cè)井儀器送進(jìn)作業(yè).拖動(dòng)器工作環(huán)境:井內(nèi)充滿泥漿，密度1 400 kg/m3，溫度 120 ℃，壓力 100 MPa，油井套管直徑為φ124 mm.

圖1 拖動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 技術(shù)指標(biāo)

拖動(dòng)器前部連接測(cè)井儀器，后部連接測(cè)井電纜，在油井內(nèi)的最大水平行走距離1 000 m，拖動(dòng)器外徑為φ 80 mm，移動(dòng)速度v=400 m/h，最大出力 F=2 400 N，七芯鎧裝電纜直徑 φ 10.8 mm，單位長(zhǎng)度質(zhì)量0.5 kg/m.

2 拖動(dòng)器行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理

圖1為拖動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖，拖動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)部分由3組相同的蠕動(dòng)單元組成，3組蠕動(dòng)單元可按照一定的時(shí)序交替行走.蠕動(dòng)單元采用3組可使拖動(dòng)器跨越更長(zhǎng)的凹形障礙.

單個(gè)蠕動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示，每個(gè)單元可以分為3個(gè)部分:鎖緊機(jī)構(gòu)、推靠機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu).其中，構(gòu)件1～7及10為推靠機(jī)構(gòu)，構(gòu)件8～10為鎖緊機(jī)構(gòu)，構(gòu)件12、13為行走機(jī)構(gòu).在單節(jié)中，構(gòu)件4～10有3組，周向120°均布(圖2中只示意出2組).

圖2 單個(gè)蠕動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

鎖緊機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)器的超越行走，即在拖動(dòng)器后退時(shí)自動(dòng)與井壁鎖緊，前進(jìn)時(shí)自動(dòng)解鎖.推靠機(jī)構(gòu)的作用是使鎖緊輪與井壁接觸，在出現(xiàn)斷電等突然故障時(shí)，依靠彈簧2的作用，能夠使支撐塊10收縮到拖動(dòng)器的殼體內(nèi)，便于將拖動(dòng)器拉出井外.行走機(jī)構(gòu)的作用是通過(guò)缸體和活塞桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成拖動(dòng)器整體的向前運(yùn)動(dòng).

拖動(dòng)器的工作過(guò)程為:

1)各蠕動(dòng)單元的推靠機(jī)構(gòu)處于收縮狀態(tài)，通過(guò)地面提升裝置將拖動(dòng)器下放至水平井的大斜度井段上端.

2)拖動(dòng)器開(kāi)機(jī)，油泵將油液輸送到推靠缸的左腔，活塞桿相對(duì)缸體右移，由4～7及10構(gòu)件組成的推靠架展開(kāi)，達(dá)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的行程后，鎖緊輪在支撐彈簧8的作用下與井壁接觸，此后電磁閥將推靠缸的油口封閉.

3)油液在液壓泵的作用下進(jìn)入第I節(jié)行走缸的右腔，行走缸活塞桿受到向左的推動(dòng)力，使鎖緊機(jī)構(gòu)與井壁鎖緊，鎖緊后活塞桿不能左移，于是油液推動(dòng)行走缸的缸體右移，實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)器的本體(連同負(fù)載)右移;當(dāng)活塞桿右移到缸體的末端時(shí)，換向閥使油液進(jìn)入行走缸的左腔，活塞桿帶動(dòng)推靠架迅速右移，此時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)與井壁自動(dòng)解鎖.第II節(jié)和第III節(jié)的工作過(guò)程與第I節(jié)相同，但在I～I(xiàn)II節(jié)之間存在運(yùn)動(dòng)時(shí)序差.3個(gè)單元按照一定的時(shí)序運(yùn)動(dòng)，在同一時(shí)刻，至少有一節(jié)的行走缸處于推(拉)動(dòng)負(fù)載狀態(tài).

4)拖動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置后，斷開(kāi)電源，解鎖彈簧推動(dòng)推靠缸的活塞桿左移，油液流回油箱，從而使推靠架收縮到拖動(dòng)器的殼體內(nèi)，地面提升裝置通過(guò)測(cè)井電纜將拖動(dòng)器拉回到井口，并在拉回的過(guò)程中完成測(cè)井作業(yè).

3 拖動(dòng)器行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 蠕動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)時(shí)序的設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)時(shí)序的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是:必須保證在同一時(shí)刻至少有一個(gè)單元的行走缸處于推(拉)動(dòng)負(fù)載狀態(tài).實(shí)際設(shè)計(jì)中，在同一時(shí)刻，有兩個(gè)單元的行走缸處于推(拉)動(dòng)負(fù)載狀態(tài)，如圖3所示.其中高位為鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，低位為鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài).

圖3 蠕動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖

在圖3中，豎直虛線代表對(duì)應(yīng)行走缸開(kāi)始工作的起始時(shí)刻.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拖動(dòng)器的行走速度v=400 m/h=111.1 mm/s，設(shè)計(jì)中取行走缸的活塞的工作長(zhǎng)度L=300 mm，可得

3.2 支撐塊自鎖角的確定［13－14］

拖動(dòng)器實(shí)現(xiàn)超越行走的關(guān)鍵在于鎖緊機(jī)構(gòu)必須與井壁之間實(shí)現(xiàn)可靠的自鎖，鎖緊機(jī)構(gòu)與井壁之間能否自鎖取決于3個(gè)參數(shù):鎖緊輪與支撐塊斜面之間的摩擦因數(shù)μ1，鎖緊輪與井壁之間的摩擦因數(shù)μ2以及支撐塊自鎖角α(支撐塊斜面與井壁之間的傾斜角).

在μ1，μ2恒定的情況下，α過(guò)大會(huì)破壞拖動(dòng)器自鎖條件，因此支撐塊自鎖角α存在一個(gè)臨界值α0，當(dāng)α ＞α0時(shí)，自鎖條件被破壞.

圖4是當(dāng)鎖緊機(jī)構(gòu)與井壁之間自鎖時(shí)，鎖緊輪的受力情況.

圖4 鎖緊輪受力圖

圖中:G為鎖緊輪自身重力，F(xiàn)k為支撐彈簧力，N1為斜面對(duì)鎖緊輪的正壓力，N2為管道對(duì)鎖緊輪的正壓力，f1為斜面與鎖緊輪之間的摩擦力，f2為管道與鎖緊輪之間的摩擦力.r為鎖緊輪半徑.

當(dāng)α=α0，即斜面與井壁之間的夾角處于臨界值時(shí)，鎖緊輪與井壁之間的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力，有f2=μ2N2，此時(shí)鎖緊輪處于臨界平衡狀態(tài)，在X軸上列平衡方程得

鎖緊輪的力矩平衡方程為

當(dāng)拖動(dòng)器自鎖時(shí)，N2與f2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于G，F(xiàn)k，可以忽略G和Fk的作用，式(3)可以化簡(jiǎn)為

由式(4)可以看出，在忽略支撐彈簧力FK和鎖緊輪自身重力G的情況下，斜面與井壁之間的臨界夾角α0與μ2的反正切值成正比.

根據(jù)鎖緊輪與油井套管的材質(zhì)，查閱手冊(cè)，可取 μ2=0. 15，由式(4)得 α0=17°.

3.3 斜面水平長(zhǎng)度和鎖緊輪直徑的確定

鎖緊輪在支撐塊斜面上的滑動(dòng)能夠引起其在油井直徑方向的位移變化，而拖動(dòng)器就是靠鎖緊輪的徑向位移變化來(lái)適應(yīng)井徑的微觀變化.拖動(dòng)器在行走過(guò)程中，鎖緊輪在鎖緊彈簧的作用下始終與井壁接觸.當(dāng)鎖緊輪處于斜面的最高端時(shí)(圖4中實(shí)線表示的位置)，油井套管的內(nèi)徑為拖動(dòng)器所適應(yīng)的最大內(nèi)徑.當(dāng)鎖緊輪處于斜面的最底端時(shí)(圖4中虛線表示的位置)，套管的內(nèi)徑為拖動(dòng)器所能適應(yīng)的最小內(nèi)徑.鎖緊輪在套管徑向的位移變化范圍即是能夠適應(yīng)的套管內(nèi)壁的微觀半徑變化范圍.

套管內(nèi)徑dG=(φ124±3.1)mm，則鎖緊輪在套管徑向的位移變化范δ≥3.1 mm，取δ=5 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證足夠的變徑余量.由此可以得到鎖緊輪在水平方向上的位移變化范圍為

則支撐塊斜面的水平長(zhǎng)度為

考慮到鎖緊輪的安裝和固定，設(shè)定當(dāng)鎖緊輪處于最高端時(shí)，其圓心低于支撐塊的頂端，而當(dāng)鎖緊輪處于最低端時(shí)，其頂點(diǎn)是高于支撐塊頂端的，于是可以從圖4中得出δ＜r，即r＞δ=5 mm.實(shí)際設(shè)計(jì)中取r=10 mm，將ΔY= δ=5 mm，α =17°，r=10 mm，代入式(5)得L=36.4 mm.

3.4 推靠機(jī)構(gòu)受力分析及參數(shù)的確定

3.4.1 推靠缸輸出力的計(jì)算

當(dāng)推靠機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，推靠液壓缸輸出力最大.可將推靠機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)以及行走機(jī)構(gòu)的活塞桿看作整體進(jìn)行受力分析.在水平方向上，只受行走缸右腔高壓油和井壁的作用(忽略推靠缸缸體與拖動(dòng)器外殼之間的摩擦力)，受力情況如圖2所示，圖中f為單個(gè)鎖緊輪與油井內(nèi)壁之間的摩擦力;FX為行走缸的輸出力，F(xiàn)X=0.5F=1 200 N.

在水平方向進(jìn)行受力平衡分析得

油井內(nèi)壁作用在單個(gè)鎖緊輪上的摩擦力為

當(dāng)推靠機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，對(duì)推靠架和推靠缸活塞桿進(jìn)行整體受力分析(忽略解鎖彈簧的作用力)，并且將支撐塊和鎖緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成一個(gè)桿件，井壁對(duì)鎖緊輪的正壓力和摩擦力轉(zhuǎn)化為對(duì)這個(gè)桿件的正壓力和摩擦力，如圖5所示.由于推靠機(jī)構(gòu)共有3組周向成120°對(duì)稱分布的推靠架，為簡(jiǎn)化受力分析，只考慮1組.

圖5 推靠缸活塞桿及推靠架整體受力圖

圖5中，機(jī)架1為推靠缸的缸體，F(xiàn)2為只考慮一組推靠架情況下推靠缸的輸出力，N和f為管道內(nèi)壁對(duì)鎖緊輪的正壓力和摩擦力;α為桿1與水平線之間的夾角.

首先，對(duì)圖5中簡(jiǎn)化桿3進(jìn)行受力分析，圖中，力P1，P2，P3，P4分別為桿件A，B，C，D對(duì)簡(jiǎn)化桿的作用力.在x軸和y軸上分別列平衡方程.

然后，對(duì)推靠缸活塞桿進(jìn)行受力分析，圖中P′1，P′2分別為桿 A，B 對(duì)推靠缸活塞桿的作用力，且有

在水平方向上受力平衡分析得

α角的理論取值范圍在0°～90°，在此區(qū)間內(nèi)，F(xiàn)2(α)為單調(diào)減函數(shù).希望F2值不要過(guò)大，α角應(yīng)該取偏大值，取α=70°.代入式(8)得F2=285.3 N.因?yàn)楣灿?組推靠架，所以推靠液壓缸的輸出力

3.4.2 推靠缸長(zhǎng)度的確定

要確定推靠缸的長(zhǎng)度，首先要確定出當(dāng)推靠機(jī)構(gòu)由收縮變?yōu)檎归_(kāi)狀態(tài)時(shí)推靠缸活塞桿的位移.同樣將鎖緊機(jī)構(gòu)和支撐塊簡(jiǎn)化成一個(gè)桿件進(jìn)行活塞桿位移的近似計(jì)算，見(jiàn)如圖5.X為推靠桿在水平軸上的投影，Y為推靠桿在豎直軸上的投影，L為推靠桿的長(zhǎng)度.

1)推靠機(jī)構(gòu)處于展開(kāi)狀態(tài).此時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)與井壁接觸，α=70°，

2)推靠機(jī)構(gòu)處于收縮狀態(tài).假設(shè)鎖緊機(jī)構(gòu)剛好收縮到拖動(dòng)器的殼體內(nèi)，此時(shí)，

通過(guò)對(duì)這兩種情況的分析計(jì)算，可以得到推靠缸活塞桿的位移 S=2(52.5－22.6)=59.8 mm，考慮到推靠缸內(nèi)部裝有解鎖彈簧，取推靠缸的長(zhǎng)度LT=70 mm.

3.4.3 解鎖彈簧剛度的確定

解鎖彈簧的作用是在出現(xiàn)突發(fā)事故斷電后拉動(dòng)推靠缸活塞桿，使推靠機(jī)構(gòu)收縮到拖動(dòng)器殼體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)器斷電解鎖.在這個(gè)過(guò)程中，彈簧的做功使推靠缸內(nèi)的油液經(jīng)閥體和管路流回油箱，如圖6所示.

圖6 推靠缸與油箱連接示意圖

將推靠缸等效為一個(gè)液壓泵，油箱等效為一個(gè)液壓缸(油箱內(nèi)的活塞桿沒(méi)有輸出力，只起平衡井液壓力作用).忽略活塞桿和缸體之間的摩擦力，推靠缸出口處的壓力近似等于油液流經(jīng)管路和閥體的壓力損失.壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失組成.沿程壓力損失

式中:v為管內(nèi)液體平均流速，m/s;d為油管內(nèi)徑，mm;l為管道長(zhǎng)度，m.

設(shè)定推靠缸內(nèi)徑為dT=φ 15 mm，油管內(nèi)徑為d=φ 4 mm，假定這一過(guò)程所需時(shí)間為t=3 s，則管內(nèi)液體平均流速為

這個(gè)能量來(lái)源于解鎖彈簧的彈性勢(shì)能，則有W=0.5kS2，解鎖彈簧的剛度k=2W/D2=7.9×2/0.062=4.7×103N/m.

式中:S為推靠機(jī)構(gòu)從展開(kāi)狀態(tài)變?yōu)槭湛s狀態(tài)時(shí)推靠缸活塞桿的位移.管道長(zhǎng)度估算l=4 m，將數(shù)據(jù)代入式(9)得ΔPλ=0.5 MPa.

局部壓力損失一般要靠實(shí)驗(yàn)獲得，取為沿程壓力損失的0.5倍，即

則總壓力損失

在整個(gè)過(guò)程中，等效液壓泵(推靠液壓缸)的做功

4 液壓控制回路原理

在圖7中，閥1為三位三通閥，作用是實(shí)現(xiàn)左油路和右油路的切換.閥2為電磁球閥，用來(lái)控制推靠架的收縮與展開(kāi).閥3為溢流閥，為系統(tǒng)提供恒定壓力.閥4～6為三位四通電磁換向閥，在位移傳感器的控制下按照設(shè)定的時(shí)序不斷換位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)3個(gè)行走缸活塞各自的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及拖動(dòng)器的連續(xù)走.油泵為復(fù)合齒輪油泵，電機(jī)采用特制的充油兩相交流電機(jī)，工作電壓600 V，推靠缸為柱塞缸，推靠缸內(nèi)的解鎖彈簧為拉簧，各閥均為螺紋插裝閥，閥體間采用管式連接，油箱為活塞式壓力平衡油箱.電機(jī)、油泵、閥集成在油箱內(nèi)，便于散熱和回收閥泄漏的油液.

圖7 拖動(dòng)器液壓控制回路原理圖

5 拖動(dòng)器虛擬樣機(jī)及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

建立了拖動(dòng)器虛擬樣機(jī)，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，去掉殼體后的拖動(dòng)器三維裝配圖如圖8所示，拖動(dòng)器長(zhǎng)度6.8 m，殼體外徑φ 80 mm，滿足設(shè)計(jì)要求.拖動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)仿真是在內(nèi)徑為φ 124 mm，具有臺(tái)階障礙的虛擬管道里進(jìn)行的.仿真分析表明，拖動(dòng)器的速度達(dá)到118 mm/s(424 m/h)，滿足速度指標(biāo)，如圖9(a)所示，圖9(b)反映了拖動(dòng)器蠕動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)時(shí)序，圖9(c)為拖動(dòng)器跨越臺(tái)階障礙時(shí)，鎖緊輪在管道徑向的位移變化曲線，通過(guò)曲線可以看出，拖動(dòng)器能夠跨越高為5 mm的凸臺(tái).在仿真的過(guò)程中，拖動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了連續(xù)行走，沒(méi)有發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉.

圖8 拖動(dòng)器三維裝配圖及運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)圖

圖9 拖動(dòng)器運(yùn)動(dòng)仿真曲線

6 結(jié)論

1)提出了一種液壓驅(qū)動(dòng)水平油井測(cè)井儀器拖動(dòng)器.使用3組蠕動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)了拖動(dòng)器的連續(xù)行走，克服了傳統(tǒng)蠕動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)間歇的缺點(diǎn)，采用液壓驅(qū)動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)了拖動(dòng)器斷電自動(dòng)解鎖.

2)確定了3組蠕動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)時(shí)序、支撐塊自鎖角、支撐塊斜面水平長(zhǎng)度、鎖緊輪直徑、推靠缸輸出力、推靠缸長(zhǎng)度及解鎖彈簧剛度等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù).

3)建立了包括液壓閥及管路的拖動(dòng)器虛擬樣機(jī)并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了該拖動(dòng)器的結(jié)構(gòu)合理性和可行性，為該拖動(dòng)器樣機(jī)的加工、試驗(yàn)及產(chǎn)品化提供了參考依據(jù).

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Design of downhole tractor for logging tools used in horizontal well

TANG De-wei，YAN Ze，SHANG Qing-song，DENG Zong-quan，YU Wei-zhen

(State Key Laboratory of Robotics and System，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China，dwtang@hit.eud.cn)

In order to solve the problem of conveying logging tools from the surface into horizontal well，a stroke＆retract-type tractor is designed.In virtue of overrunning clutch principle and three types of inchworm unit，continuous movement of the tractor is realized.By adopting hydraulic powered scheme，the tractor automatically unlock with the well wall in the event of power failure.The structural composition and working principle of the tractor are introduced，the walking mechanism is designed，and the schematic diagram of hydraulic system is presented.A virtual prototype of the tractor including hydraulic valve and pipeline is built in Pro/e and ADAMS software.The motion simulation on it is conducted，which proves the feasibility and rationality of the tractor.

horizontal well logging;stroke＆retract-type tractor;overrunning clutch principle;power failure unlocking

TP24

A

0367－6234(2010)05－0736－06

2007－07－02.

機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(SKLRS2008-02C);高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃資助項(xiàng)目(B07018).

唐德威(1966—)，男，教授，博士生導(dǎo)師;

鄧宗全(1956—)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

(編輯 楊 波)