CN102374360B

CN102374360B - 一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置

Info

Publication number: CN102374360B
Application number: CN 201110385740
Authority: CN
Inventors: 叶哲伟; 梁政; 李现东; 文涛; 蒋发光; 张梁; 田家林; 赵广慧; 邓雄; 肖仕红
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN102374360A

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井中水平井的管道内运行的液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置。它解决水平井井下工具的送入问题。其技术方案：电缆通过电缆接头与液压动力站连接，另一端与电机连接；液压动力站与后扶正机构连接，扶正臂a一端固定在送入装置，另一端与扶正轮a及扶正臂b铰链连接，扶正臂b的另外一侧与滑块a连接；后扶正机构与后锁定机构外壳相连接，锁定臂a与锁定卡瓦a及锁定臂b铰链连接；后锁定机构由锁定卡瓦、锁定臂组成，后锁定机构与伸缩机构连接；前、后锁定机构、前后扶正机构结构相同。本装置机械系统机构简单，液压系统可靠，效率高，驱动力大；本装置能实现双向爬行，在井下遇卡时能反向运行解卡。

Description

一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井中水平井的管道内运行并将井下工具仪器送入水平段内的液压驱动伸缩式水平井井下送入装置。

技术背景

近年来，由于采用水平井开发油气藏的独特优越性，使其得到越来越广泛应用。但在水平井的开发中，有不少问题有待解决，其中将水平井井下作业仪器送入水平井的水平段便是一个典型的问题，在常规井中可以利用仪器自身重力下至井底，在水平井中只有借助外力。

借助外力使井下工具在水平段内运行，必须设计一种专门能在水平井管道内爬行的装置。由于水平井井下可能有高达几十兆帕的压力或者高达120°C温度等极端条件，一般的驱动装置难以在这样的恶劣环境下可靠工作。

目前用于地面的管道爬行器种类繁多，也有用于水平井作业的专用爬行器，多采用电驱动方式运行。不论是用于地面的管道爬行器还是水平井作业的专用爬行器都存在一定的缺陷，主要表现在：用于地面的管道爬行器，径向尺寸都比较大，不能在油、水以及高温高压等恶劣环境下工作；采用电驱动井下专用爬行器，主要有如下缺陷：电驱动井下专用爬行器由于径向尺寸受到限制，机械传动结构复杂；靠爬行轮与管内壁之间的正压力产生相应的驱动力，遇到管道内壁油污较多时易打滑；牵引速度和牵引力受到限制。

发明内容

本发明的目的是：为了解决水平井井下工具在水平段的送入问题，满足大负载情况下井下工具的送入或小负载下井下工具的快速送入问题，特提供一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置，它包括电缆接头、液压动力站、后扶正机构、后锁定机构、伸缩机构、前锁定机构、前扶正机构和液压系统；电缆通过电缆接头与液压动力站连接，被电缆接头密封好的电缆与电机连接，电缆内含动力传输电缆和信号传输电缆；液压动力站与后扶正机构的外壳体之间用标准丝扣连接，扶正臂a一端用铰链固定在送入装置壳体上，另一端与扶正轮a及扶正臂b用复合铰链连接，扶正臂b的另一侧与滑块a用铰链连接，扶正臂a、扶正臂b均能绕各自的铰链转动；后扶正机构由三个扶正轮a、三个扶正臂a、三个扶正臂b组成，三个扶正轮a在圆周方向均布120°布局；安装时，后扶正机构中的弹簧a处于压缩状态，后扶正机构的外壳与后锁定机构的外壳用标准丝扣连接，锁定臂a与缸筒a用铰链形式连接，锁定臂a与锁定卡瓦a及锁定臂b之间用复合铰链连接；锁定臂b的另外一端与活塞杆a的端部用铰链形式连接，活塞杆a的端部安装有弹簧b，安装时，弹簧b处于压缩状态，后锁定机构由三个锁定卡瓦a、三个锁定臂a、三个锁定臂b组成，三个锁定卡瓦a在圆周方向均布120°布局；锁定卡瓦a收回时藏于缸筒a的凹槽内；后锁定机构外壳体与伸缩机构外壳体之间以标准丝扣连接，伸缩机构由缸筒b、活塞杆组件组成，伸缩缸的进出油管均藏于缸筒b外表面的凹槽内，活塞杆组件的端部与缸筒c的端部以标准丝扣连接；前锁定机构中的锁定臂c与活塞杆b的端部用铰链形式连接，锁定臂c与锁定卡瓦b及锁定臂d之间用复合铰链连接；锁定臂d的另外一端与缸筒c用铰链形式连接，活塞杆b的端部安装有弹簧c，安装时，弹簧c处于压缩状态，前锁定机构由三个锁定卡瓦b、三个锁定臂c、三个锁定臂d组成，三个锁定卡瓦b在圆周方向均布120°布局；锁定卡瓦b收回时藏于缸筒c的凹槽内；前锁定机构外壳体与前扶正机构的外壳体以标准丝扣连接；前扶正机构的扶正臂c一端用铰链固定在滑块b上，另一端与扶正轮b及扶正臂d用复合铰链连接，扶正臂d的另一侧与工具接口的外壳体用铰链连接，扶正臂c、扶正臂d均能绕各自的铰链转动；前扶正机构由三个扶正轮b、三个扶正臂c、三个扶正臂d组成，三个扶正轮b在圆周方向均布120°布局；安装时，前扶正机构中的弹簧d处于压缩状态；扶正轮a和扶正轮b均与井壁接触；电缆接头与液压系统相连接。

液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置内设置有液压系统，它包括闭式油箱、溢流阀、电机、液压泵、顺序阀、电磁换向阀、压力开关、前锁定缸、伸缩缸、后锁定缸；闭式油箱的横截面为圆柱形，闭式油箱的端部开有油管接口；液压泵采用微型定量液压泵，电机采用高压可调速直流电机，液压泵与电机通过微型波纹管联轴器连接，液压泵的出口分别与顺序阀和溢流阀入口连接，顺序阀的出口与压力开关及电磁换向阀b的进油口相通，电磁换向阀b为二位三通电磁换向阀，电磁换向阀b的出口与伸缩缸的无杆腔相通，伸缩缸有杆腔与顺序阀出口相通；液压泵的出口另外有一油流通路与电磁换向阀a的入口相通，电磁换向阀a为Y型中位机能的三位四通电磁换向阀，电磁换向阀a出口两腔分别与前锁定缸和后锁定缸的无杆腔连接，前锁定缸和后锁定缸为单作用液压油缸，前锁定缸和后锁定缸均采用非标准设计；

本发明与现有技术相比，其有益效果是：（1）扶正机构的稳定性好，避免了装置的翻滚；（2）液压系统采用微型液压元件，定量泵与高压直流可调速电机实现流量调节，液压系统可靠，系统效率高；（3）液压驱动方式，机械系统结构简单；（4）采用锁定卡瓦锁定套管内壁，打滑的可能性极大减小，驱动力大；（5）出现过载时具有电机过载保护和溢流阀过载保护的双重保护功能；（6）该装置能实现双向爬行，特别是在井下遇卡时可反向运行解卡。

附图说明

图1是本发明一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置的结构示意图；

图2是本液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置的液压系统图；

图中：1.电缆接头，2.液压动力站，3.扶正臂a，4.扶正轮a，5.扶正臂b，6.滑块a，7.弹簧a，8.缸筒a，9.锁定臂a，10.锁定卡瓦a，11.锁定臂b，12.弹簧b，13.活塞杆a，14.缸筒b，15.活塞杆组件，16.缸筒c，17.活塞杆b，18.锁定臂c，19.锁定卡瓦b，20.锁定臂d，21.弹簧c，22.弹簧d，23.滑块b，24.扶正臂c，25.扶正轮b，26.扶正臂d，27.工具接口，28.井壁，29.前扶正机构，30.前锁定机构，31.伸缩机构，32.后锁定机构，33.后扶正机构，34.电缆，35.闭式油箱，36.溢流阀，37.电机，38.液压泵，39.顺序阀，40.电磁换向阀a，41.压力开关，42.前锁定缸，43.电磁换向阀b，44.伸缩缸，45.后锁定缸。

具体实施方式

如图1所示，本发明液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置，它包括电缆接头1、液压动力站2、后扶正机构33、后锁定机构32、伸缩机构31、前锁定机构30、前扶正机构29和液压系统，电缆34用电缆接头1与液压动力站2连接，被电缆接头1密封好的电缆34与电机37连接，电缆34内含动力传输电缆和信号传输电缆，为电机提供动力电及控制信号；液压动力站2与后扶正机构33的外壳体之间用标准丝扣连接，扶正臂a3一端用铰链固定在送入装置壳体上，另一端与扶正轮a4及扶正臂b5用复合铰链连接，扶正臂b5的另一侧与滑块a6用铰链连接，扶正臂a3、扶正臂b5均能绕各自的铰链转动；后扶正机构33由三个扶正轮a4、三个扶正臂a3、三个扶正臂b5组成，三个扶正轮a4在圆周方向均布120°布局；安装时，后扶正机构33中的弹簧a7处于压缩状态，后扶正机构33的外壳与后锁定机构32的外壳用标准丝扣连接，锁定臂a9与缸筒a8用铰链形式连接，锁定臂a9与锁定卡瓦a10及锁定臂b11之间用复合铰链连接；锁定臂b11的另外一端与活塞杆a13的端部用铰链形式连接，活塞杆a13的端部安装有弹簧b12，安装时，弹簧b12处于压缩状态，后锁定机构32由三个锁定卡瓦a10、三个锁定臂a9、三个锁定臂b11组成，三个锁定卡瓦a10在圆周方向均布120°布局；锁定卡瓦a10收回时藏于缸筒a8的凹槽内；后锁定机构32外壳体与伸缩机构31外壳体之间以标准丝扣连接，伸缩机构31由缸筒b14、活塞杆组件15组成，伸缩缸44的进、出油管均藏于缸筒b14外表面的凹槽内，活塞杆组件15的端部与缸筒c16的端部以标准丝扣连接；前锁定机构30中的锁定臂c18与活塞杆b17的端部用铰链形式连接，锁定臂c18与锁定卡瓦b19及锁定臂d20之间用复合铰链连接；锁定臂d20的另外一端与缸筒c16用铰链形式连接，活塞杆b17的端部安装有弹簧c21，安装时，弹簧c21处于压缩状态，前锁定机构30由三个锁定卡瓦b19、三个锁定臂c18、三个锁定臂d20组成，三个锁定卡瓦b19在圆周方向均布120°布局；锁定卡瓦b19收回时藏于缸筒c16的凹槽内；前锁定机构30外壳体与前扶正机构29的外壳体以标准丝扣连接；前扶正机构29的扶正臂c24一端用铰链固定在滑块b23上，另一端与扶正轮b25及扶正臂d26用复合铰链连接，扶正臂d26的另一侧与工具接口27的外壳体用铰链连接，扶正臂c24、扶正臂d26均能绕各自的铰链转动；前扶正机构29由三个扶正轮b25、三个扶正臂c24、三个扶正臂d26组成，三个扶正轮b25在圆周方向均布120°布局；安装时，前扶正机构29中的弹簧d22处于压缩状态；扶正轮a4和扶正轮b25均与井壁28接触；电缆接头1与液压系统相连接

如图2，为液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置的液压系统原理图，它包括闭式油箱35、溢流阀36、电机37、液压泵38、顺序阀39、电磁换向阀40、压力开关41、前锁定缸42、伸缩缸44、后锁定缸45；闭式油箱35的横截面为圆柱形，闭式油箱35的端部开有油管接口，液压泵38采用微型定量液压泵，电机37采用高压可调速直流电机，液压泵38与电机37通过微型波纹管联轴器连接，液压泵38的出口分别与顺序阀39和溢流阀36入口连接，顺序阀39的出口与压力开关41及电磁换向阀43的进油口相通，电磁换向阀43为二位三通电磁换向阀，电磁换向阀43的出口与伸缩缸44的无杆腔相通，伸缩缸44有杆腔与顺序阀39出口相通；液压泵38的出口另外有一油流通路与电磁换向阀40的入口相通，该阀为Y型中位机能的三位四通电磁换向阀，电磁换向阀40出口两腔分别与前锁定缸42和后锁定缸45的无杆腔连接，前锁定缸42、后锁定缸45为单作用液压油缸，前锁定缸42、后锁定缸45均采用非标准设计。

Claims

1.一种液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置，它包括电缆接头、液压动力站、后扶正机构、后锁定机构、伸缩机构、前锁定机构、前扶正机构，液压系统，其特征是：电缆（34）通过电缆接头（1）与液压动力站（2）连接，被电缆接头（1）密封好的电缆（34）与电机（37）连接，电缆（34）内含动力传输电缆和信号传输电缆；液压动力站（2）与后扶正机构（33）的外壳体之间用标准丝扣连接，扶正臂a（3）一端用铰链固定在送入装置壳体上，另一端与扶正轮a（4）及扶正臂b（5）用复合铰链连接，扶正臂b（5）的另一侧与滑块a（6）用铰链连接，扶正臂a（3）、扶正臂b（5）均能绕各自的铰链转动；后扶正机构（33）由三个扶正轮a（4）、三个扶正臂a（3）、三个扶正臂b（5）组成，三个扶正轮a（4）在圆周方向均布120⁰布局；安装时，后扶正机构（33）中的弹簧a（7）处于压缩状态，后扶正机构（33）的外壳与后锁定机构（32）的外壳用标准丝扣连接，锁定臂a（9）与缸筒a（8）用铰链形式连接，锁定臂a（9）与锁定卡瓦a（10）及锁定臂b（11）之间用复合铰链连接；锁定臂b（11）的另外一端与活塞杆a（13）的端部用铰链形式连接，活塞杆a（13）的端部安装有弹簧b（12），安装时，弹簧b（12）处于压缩状态，后锁定机构（32）由三个锁定卡瓦a（10）、三个锁定臂a（9）、三个锁定臂b（11）组成，三个锁定卡瓦a（10）在圆周方向均布120⁰布局；锁定卡瓦a（10）收回时藏于缸筒a（8）的凹槽内；后锁定机构（32）外壳体与伸缩机构（31）外壳体之间以标准丝扣连接，伸缩机构（31）由缸筒b（14）、活塞杆组件（15）组成，伸缩缸（44）的进出油管均藏于缸筒b（14）外表面的凹槽内，活塞杆组件（15）的端部与缸筒c（16）的端部以标准丝扣连接；前锁定机构（30）中的锁定臂c（18）与活塞杆b（17）的端部用铰链形式连接，锁定臂c（18）与锁定卡瓦b（19）及锁定臂d（20）之间用复合铰链连接；锁定臂d（20）的另外一端与缸筒c（16）用铰链形式连接，活塞杆b（17）的端部安装有弹簧c（21），安装时，弹簧c（21）处于压缩状态，前锁定机构（30）由三个锁定卡瓦b（19）、三个锁定臂c（18）、三个锁定臂d（20）组成，三个锁定卡瓦b（19）在圆周方向均布120⁰布局；锁定卡瓦b（19）收回时藏于缸筒c（16）的凹槽内；前锁定机构（30）外壳体与前扶正机构（29）的外壳体以标准丝扣连接；前扶正机构（29）的扶正臂c（24）一端用铰链固定在滑块b（23）上，另一端与扶正轮b（25）及扶正臂d（26）用复合铰链连接，扶正臂d（26）的另一侧与工具接口（27）的外壳体用铰链连接，扶正臂c（24）、扶正臂d（26）均能绕各自的铰链转动；前扶正机构（29）由三个扶正轮b（25）、三个扶正臂c（24）、三个扶正臂d（26）组成，三个扶正轮b（25）在圆周方向均布120⁰布局；安装时，前扶正机构（29）中的弹簧d（22）处于压缩状态；扶正轮a（4）和扶正轮b（25）均与井壁（28）接触；电缆接头（1）与液压系统相连接。

2.根据权利要求1所述的液压驱动伸缩式水平井井下工具送入装置，其特征是：上述液压系统包括闭式油箱、溢流阀、电机、液压泵、顺序阀、电磁换向阀、压力开关、前锁定缸、伸缩缸、后锁定缸；闭式油箱（35）的横截面为圆柱形，闭式油箱（35）的端部开有油管接口；液压泵（38）采用微型定量液压泵，电机（37）采用高压可调速直流电机，液压泵（38）与电机（37）用微型波纹管联轴器连接，液压泵（38）的出口分别与顺序阀（39）和溢流阀（36）入口连接，顺序阀（39）的出口与压力开关（41）及电磁换向阀b（43）的进油口相通，电磁换向阀b（43）为二位三通电磁换向阀，电磁换向阀b（43）的出口与伸缩缸（44）的无杆腔相通，伸缩缸（44）有杆腔与顺序阀（39）出口相通；液压泵（38）的出口另外有一油流通路与电磁换向阀a（40）的入口相通，电磁换向阀a（40）为Y型中位机能的三位四通电磁换向阀，电磁换向阀a（40）出口两腔分别与前锁定缸（42）和后锁定缸（45）的无杆腔连接，前锁定缸（42）和后锁定缸（45）均为单作用液压油缸，前锁定缸（42）和后锁定缸（45）均采用非标准设计。