CN1034599C - 爬行器 - Google Patents
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本发明涉及一种在窄长空间内连续爬行进退的爬行器，该爬行器采用被驱动的凸轮轴的周面上具有一个以上的回旋槽，每一回旋槽内分别嵌装有一个以上的可在回旋槽内滑动的支撑脚，凸轮轴的转动可以带动多排支撑脚依次交替变换支撑脚的支撑位置，从而达到装置本身的行进或带动其它装置的送入。它可用于石油钻井中水平井水平段的钻进，水平井测量仪器的送入以及在细长管道内管道的疏通、检测、清洁等。
Description
本发明涉及一种在窄长空间内连续爬行进退的装置，该装置采用被驱动的凸轮轴的周面上具有一个以上的回旋槽，每一回旋槽内分别嵌装有一个以上的可在回旋槽内滑动的支撑脚，凸轮轴的转动可以带动多排支撑脚依次交替变换支撑脚的支撑位置，从而达到装置本身的行进或带动其它装置的送入。它可用于石油钻井中水平井水平段的钻进，水平井测量仪器的送入以及在细长管道内管道的疏通、检测、清洁等。
在目前的水平井钻进中，水平井段钻进是需要对钻头施加水平方向的钻压，这时由于重力不起作用，只得由钻头后的钻柱施加横向推力。目前采用的方法是倒置钻铤，即将钻铤安装在竖直井段或小斜度井段处，然后用承压钻杆联接钻头与钻铤，将钻铤的重力传递给钻头。这种方法由于钻铤以下的钻杆受压，需使用特制的加厚钻杆。在水平段中，钻杆躺在井壁上，推进时需克服摩擦阻力，随着水平段增加，摩阻增大，水平井段的长度受到限制。这对于打短曲率半径的井来说尤为突出，因为短曲率半径的水平井的水平段一般使用挠性(柔性)钻具打出，该钻具不能承受很大的压力，所以采用上述方法打短曲率半径水平井的水平段都很短，一般只在60～130米之内。对于水平井水平段测量仪器的送入，目前一般采用泵送法进行。即由下井仪器连接在由管接头连在一起组成的挺杆上，挺杆又与一个推进器连接，这个推进器将油管柱体积密封。推进器悬挂在标准的测井电缆上，所有这些装置保证电的连通。测井仪、挺杆和扶正器总成首先借助于重力下入油管柱中，当该总成的重力不足以使其继续下沉时，为了继续把仪器推进井下水平段，则需要给挺杆总成上方油管液体加压，使推进器推进挺杆顶部，当挺杆总成朝井底延伸时，可进行井下测井。这种测井方法需要特殊的设备，即挺杆，推进器和压力设备，在操作过程中需增加工人的劳动强度，而且在给井下挺杆施加力的时候，要求也比较严格，否则会造成挺杆弯曲的现象。
本发明的目的在于提供一种管道爬行器，该管道爬行器可以通过轮轴径向的转动而变为沿管段轴向的爬行位移，从而带动井下测量仪器的送入或钻具的加压等。
本发明提供的爬行器是中外壳、凸轮轴和支撑脚构成，特征是，被驱动转动的凸轮轴的周面上具有一个以上封闭的回旋槽，所述每一封闭的回旋槽由左螺旋槽，右螺旋槽和二槽之间的过滤槽构成，左螺旋槽的底面距凸轮轴的中心线距离大于右螺旋槽的底面距凸轮轴中心线的距离，每一回旋槽内分别嵌装有一个以上的可滑动地限制在螺旋槽中的支撑脚；
凸轮轴为一中空筒状，其空心体内装设有驱动叶轮，中空凸轮轴通过两端的轴承装设在筒形外壳中，外壳体的一端螺接一接头，使凸轮轴在外壳体中轴向固定定位；
支撑脚的两端具有凸缘，下端凸缘嵌设在回旋槽中，上端凸缘通过外壳上对应的轴向延伸的条形孔中伸出，所述条形孔的长度大于回旋槽的轴向最大行程，所述回旋槽的断面呈“T”字型，且与两端具有凸缘的支撑脚相适配；
外壳体的外壁上轴向地设置有滑轨，滑轨上配装有轴向滑动的滑块，滑块上具有与支撑脚上端凸缘形状相适配的孔，支撑脚的上端与凸缘套设在滑块的孔中；
由电机驱动的凸轮轴为实心体，所述回旋槽每两条相同地平行排列，回旋槽的断面呈矩形，支撑脚的端头为具有凸地平行排列，回旋槽的断面呈矩形，支撑脚的端头为具有凸缘的柱体；
支撑脚的伸出端为一顶面具有凹槽的条形块体，在支撑脚的柱体上，外壳与凸轮轴之间分别套设有一使支撑脚径向回缩的弹簧。
当被驱动的凸轮轴旋转时，例如中空筒状的凸轮轴被泥浆冲动而旋转，或以轮轴通过电机来驱动实心体的凸轮轴旋转时，位处左螺旋槽内的支撑脚由于该螺旋槽的底面推顶而向外伸出，而位处右螺旋槽内的支撑脚由于右螺旋槽的螺旋内侧面限制而向里缩回，伸出的支撑脚顶持井壁或管壁上，由于该顶持的支撑脚的限制而对左螺旋槽螺旋侧面的反作用力，迫使凸轮轴连同外壳作轴向的移动，因而使得爬行器本身向前行进。螺旋槽内的支撑脚依次地将行进后的支撑脚缩回，将进行前方的支撑脚依次伸出推卡，从而使得爬行器连续向前爬行。以上所述左螺旋槽也可以是右螺旋槽，对应的上述右螺旋槽则为左螺旋槽。
该发明的优点是可以在狭长的管道内靠自身的旋转力而变为水平段的向前运动，克服了已有技术中水平井段的钻进是靠钻挺的重力，测压需靠泵压而向前推动。该装置在水平管道内行进时，会产生向前的作用力，作用在钻头上，这样就不需倒置钻铤，钻杆的大部分为受拉状态(安全)，水平井段理论上可以无限长。由于该装置的结构，如同人抬腿行进，这样就可以跨跃小的障碍，为了在更复杂的地形下行走，在每一封闭的回旋槽内，设多个支撑脚，以便在爬行器整体翻转时仍可以行走，此外，采用该装置，送进500米水平段的井下仪器只需2小时左右，而采用泵送法的操作程序送入仪器，至少需要12小时以上。
现结合本发明的附图及实施例详细说明发明的具体结构。
图1为本发明提出的爬行器原理的示意简图，以纵向表示；
图2为图1的原理示意简图，以横向表示；
图3为本发明实施例之一，其动力源为井下泥浆循环的钻井管道爬行器；
图4为本发明实施例之二的剖面示意图，其动力源为电动机带动的井下管道爬行器；
图5为本发明爬行器凸轮轴外观示意图；
图5a为图5A-A的断面图；
图5b为图5B-B的断面图；
图5c为图5C-C的断面图。
请参阅图3，该图为本发明实施例之一的剖面示意图。中空凸轮轴1通过两端的轴承7装设在筒形外壳体2中，外壳体2的一端螺接一接头9使凸轮轴1在外壳体2中轴向固定定位。凸轮轴1的中空部内装有驱动叶轮8，在泥浆流冲击下可使凸轮轴1转动。凸轮轴1的周面上具有三条回旋槽，该回旋槽10(见图5及图5a、图5b、图5c)的槽断面形状为“T”形，且由左螺旋槽部分51和右螺旋槽部分52以及上述两部分的过渡槽53组成。左螺旋槽部分51占周向约240°，右螺旋槽部分52及过渡部分53占周向约120°，左螺旋槽部分51的底面距凸轮轴中心线的距离大于右螺旋槽部分52的底面距凸轮轴中心线的距离。所述左右螺旋槽两部分的底面及侧面以适当过渡面53过渡。所述三条回旋槽布置成依次周向错位120°。每个回旋槽10中嵌装有6个支撑脚4(见图2)，该支撑脚4为扁杆状。其二端具有凸缘，支撑脚嵌装入回旋槽一端的剖面形状与回旋槽断面的形状相适配。支撑脚4另一端由外壳体2上的对应的轴向延伸的条形孔14中伸出，条形孔14的长度大于回旋槽10的轴向最大行程，为了支撑脚4径向移动的导向扶正，在外壳体2的外壁上轴向地设置有滑轨15，滑轨15上配装有可在滑轨15上轴向滑动的滑块16。滑块16具有与支撑脚4上端即伸出端凸缘形状相适配的孔12，支撑脚4上端即伸出端有凸缘置于滑块16的孔12中。
所述爬行器的工作状况请再配合图1、图2所示。当流动的泥浆冲击凸轮轴1的中腔孔内的叶轮8，凸轮轴1即在外壳2中旋转，嵌设限制在各回旋槽10中的支撑脚4将相对各回旋槽10产生相对运动，由于各回旋槽10的底面直径不同，各支撑脚4则全被径向推出或拉缩，而因各回旋槽具有左、右螺旋部分，因此支撑脚4同时会形成与滑块16一起的轴向移动，又由于伸出的支撑脚4的伸出端插入井壁面，而不能轴向位移，因此，回旋槽的左螺旋部分51的侧面将受到来自支撑脚4的作用力而使凸轮轴1连同外壳2一起轴向移动。位处右螺旋部分外52处的支撑脚4则被径向拉缩而离开推顶的井壁，随之当左螺旋部分51位处该支撑脚4处时，该支撑脚4又被径向推出而卡在井壁上，这样依次螺旋形地一个个拨除和卡设支撑脚4于井壁，凸轮轴1及其外壳2则由于卡设支撑脚的反作用力而轴向位移，达到行进的目的。
请参阅图4，该图为本发明的第二个实施例，与第一个实施例不同之处是，所述凸轮轴44为实心体，实心体由电机直接驱动或用电机通过软轴驱动，凸轮轴44上回旋槽的断面呈矩形，在该实施例中，凸轮轴上具有6条回旋槽，每两条相邻的两条组成一组的回旋槽分别相同地平行排列，支撑脚42插入回旋槽的部分为二平行的端头具有凸缘的柱体，支撑脚的伸出端为一顶面具有凹槽的条形块体43，在支撑脚42的柱体上，于外壳45与凸轮轴44之间分别套设有一使支撑脚径向回缩的弹簧41。
Claims (6)
1.一种爬行器，该爬行器包含有外壳和支撑脚，其特征在于；该爬行器具有可转动地装在壳体中的凸轮轴，被驱动转动的凸轮轴的周面上具有一个以上封闭的回旋槽，所述每一封闭的回旋槽由左螺旋槽，右螺旋槽和两槽之间的过渡槽构成，一螺旋槽的底面距凸轮轴的中心线距离大于另一螺旋槽的底面距凸轮轴中心线的距离，每一回旋槽内分别嵌装有一个以上的可滑动地限制在回旋槽中的支撑脚。
2.根据权利要求1所述的爬行器，其特征在于；凸轮轴为一中空筒体，该中空筒体内装设有驱动叶轮，中空筒体通过两端的轴承装设在筒形外壳中，外壳体的一端螺接一接头，凸轮轴在外壳体中轴向固定定位。
3.根据权利要求2所述的爬行器，其特征在于支撑脚的两端具有凸缘，下端凸缘嵌设在回旋槽中，上端凸缘通过外壳上对应的轴向延伸的条形孔中伸出，所述条形孔的长度大于回旋槽的轴向最大行程，所述回旋槽的断面呈“T”字型，且与两端具有凸缘的支撑脚相适配。
4.根据权利要求2所述的爬行器，其特征在于；外壳体的外壁上轴向地设置有滑轨，滑轨上配装有轴向滑动的滑块，滑块上具有与支撑脚上端凸缘形状相适配的孔，支撑脚的上端与凸缘套设在滑块的孔中。
5.根据权利要求1所述的爬行器，其特征在于；由电机驱动的凸轮轴为实心体，所述回旋槽每两条相同地平行排列，回旋槽的断面呈矩形，支撑脚的端头为具有凸缘的柱体。
6.根据权利要求5所述的爬行器，其特征在于；支撑脚的伸出端为一顶面具有凹槽的条形块体，在支撑脚的柱体上，外壳与凸轮轴之间分别套设有一使支撑脚径向回缩的弹簧。
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