套管井牵引器爬行装置的制作方法

本发明涉及水平井测井仪器技术领域，具体涉及一种套管井牵引器爬行装置。

背景技术：

随着水平井钻井技术的飞速发展，水平井完井数量急剧增加，近年来国家页岩气的大规模开发进一步推动了水平井技术的发展，测井仪器或井下工具在页岩气水平井中的输送成为油田测井领域的一个迫切需要解决的技术问题。

套管井牵引器作为一种新型的测井仪器输送工具，与常规的输送技术相比较，它克服了井眼弯曲使测井仪器难以下放的困难，并且极大的提高了测井的质量和测井的可靠性，因此套管井牵引器的研究与开发有广泛的应用前景。其中，爬行装置作为套管井牵引器极为重要的一个环节，它是井下套管中套管井牵引器向前和向后运动的动力来源，它的性能的好坏直接影响到套管井牵引器的性能。

目前套管井牵引器的爬行装置存在以下问题：

1、由于套管井牵引器长期在水平井内恶劣的环境下进行工作，而现有技术中的爬行装置的耐高温高压性能不好，且不能够承受井下强腐蚀性泥浆的长期腐蚀；

2、有的井下作业需要输送很重很长的测井仪或者井下工具比如射孔枪、井下作业拖拽的电缆，且存在油井的水平段套管内壁很脏、油井井下泥浆太稠、油井套管变形等情况，作为输送工具，套管井牵引器的负载很大，而爬行装置往往不能够提供足够的驱动力；当油井水平段井斜特别大如超过105°，爬行装置不能够提供足够的驱动力，且传动系统也传动效率也不高；

3、有的油井水平段特别长爬行距离超过2000米，并且有时需要来回多次爬行，而爬行装置的可靠性不高、耐磨性也不好，不能够适用多次长距离往复爬行要求；

4、水平井空间较小使得套管井牵引器工作的空间也有限，而现有技术中爬行装置的体积较大，适用范围有限。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种套管井牵引器爬行装置，能够适应井下作业的恶劣环境，具有结构简单、体积小、爬行动力强和高效稳定的优点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种套管井牵引器爬行装置，用于在套管内爬行，其特征在于，包括：

齿轮套组件，其包括主动锥齿轮、啮合于主动锥齿轮一侧的第一从动锥齿轮和啮合于主动锥齿轮另一侧的第二从动锥齿轮；

与所述齿轮套组件相连的驱动臂组件，所述驱动臂组件包括第一传动机构、第二传动机构、第一爬行装置和第二爬行装置，所述第一传动机构连接所述第一从动锥齿轮和第一爬行装置，所述第二传动机构连接所述第二从动锥齿轮和所述第二爬行装置，所述第一爬行装置和第二爬行装置相对设置，所述第一爬行装置和第二爬行装置的转速相同、转向相反，所述第一爬行装置和第二爬行装置用于与套管内壁抓紧或松开；

与所述驱动臂组件相连的撑杆组件，驱动装置对所述撑杆组件持续施加外力，驱动所述第一爬行装置和第二爬行装置相对错开。

在上述技术方案的基础上，所述驱动臂组件包括第一臂压盖和第二臂压盖，所述第一臂压盖和第二臂压盖沿所述套管的轴线方向相对平行设置，且所述撑杆组件分别与所述第一臂压盖和第二臂压盖铰接，所述撑杆组件沿套管轴向滑动，从而驱动所述第一臂压盖和第二臂压盖相对移动错开或合拢；

所述第一从动锥齿轮与所述第一臂压盖转接，第一传动机构与所述第一臂压盖固定连接，所述第二从动锥齿轮与所述第二臂压盖转接，第二传动机构与所述第二臂压盖固定连接。

在上述技术方案的基础上，所述撑杆组件包括推杆、与所述推杆相连的撑杆，所述撑杆远离所述推杆的一端铰接有两连杆，且所述撑杆与两所述连杆沿所述套管轴线方向呈Y型布置，其中一所述连杆连接所述第一臂压盖，另一所述连杆连接所述第二臂压盖。

在上述技术方案的基础上，所述第一臂压盖设有容纳所述第一从动锥齿轮和所述第一传动机构的容纳空间，第二臂压盖上设有容纳所述第二从动锥齿轮与所述第二传动机构的容纳空间，且所述第一臂压盖和第二臂压盖的中部相对位置处均设有一中间突起；

所述中间突起靠近边缘处设有与所述连杆铰接的销孔，且两所述中间突起的所述销孔分别位于两侧边缘处。

在上述技术方案的基础上，齿轮套组件还包括齿轮套、竖轴和横轴，所述齿轮套套设于所述竖轴上，所述竖轴的轴线与所述套管的轴线平行，且所述竖轴的输出端连接所述主动锥齿轮；

所述横轴与所述竖轴垂直设置，所述第一从动锥齿轮和所述第二从动锥齿轮对称安装于所述竖轴靠近两端处。

在上述技术方案的基础上，该装置还包括与所述撑杆组件相连的驱动装置，所述驱动装置可对所述撑杆组件持续施加外力。

在上述技术方案的基础上，所述第一传动机构包括啮合的第一圆柱齿轮、第一传动齿轮，所述第一圆柱齿轮与所述第一从动锥齿轮啮合，所述第一传动齿轮与所述第一爬行装置固定连接；

所述第二传动机构包括啮合的第二圆柱齿轮、第二传动齿轮，所述第二圆柱齿轮与所述第二从动锥齿轮啮合，所述第二传动齿轮与所述第二爬行装置固定连接；

所述第一圆柱齿轮与所述第二圆柱齿轮相对平行设置，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮相对平行设置。

在上述技术方案的基础上，所述第一爬行装置包括第一爬行齿轮，所述第一爬行齿轮和第一传动机构固定连接；

第二爬行装置包括第二爬行齿轮，所述第二爬行齿轮与所述第二传动机构固定连接；

所述第一爬行齿轮与第二爬行齿轮相对平行设置，且所述第一爬行齿轮与第二爬行齿轮的转向相反。

在上述技术方案的基础上，所述第一传动机构包括啮合的第一圆柱齿轮、第一传动齿轮，所述第一圆柱齿轮与所述第一从动锥齿轮啮合，所述第一传动齿轮与所述第一爬行齿轮固接；

所述第二传动机构包括啮合的第二圆柱齿轮、第二传动齿轮，所述第二圆柱齿轮与所述第二从动锥齿轮啮合，所述第二爬行齿轮与所述第二传动齿轮固接。

在上述技术方案的基础上，所述第一传动齿轮与所述第一爬行齿轮的连接面上设置有凹槽，所述第一爬行齿轮与所述第一传动齿轮的连接面上设有突起，所述凹槽与所述突起匹配。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的一种套管井牵引器爬行装置，在有限的空间内，采用可靠性非常高的齿轮来传动，取代现有技术的链条传动，使得其传递扭矩大，可靠性高，且大大减小了转动摩擦力、提高了传动效率。

(2)本发明的一种套管井牵引器爬行装置，由于套管井下情况非常复杂，比如套管变形、套管内壁含有水泥块等，使得常规爬行装置在井下工作时两边撑开的驱动臂组件受力不均，导致爬行效率下降甚至出现机械故障，本发明的撑杆组件相对撑开述第一爬行装置和第二爬行装置，撑开的角度一致受力相等，使得其行走的可靠性更高。

(3)本发明的一种套管井牵引器爬行装置，套管井牵引器根据需要可以安装多套爬行装置，与常规套管井牵引器相比，本发明中多个套管井牵引器爬行装置之间是相互独立的，故各组爬行装置的两个驱动臂组件撑开的大小也是独立的，它是随周围套管内径的大小而变化的，使得其自适应套管内径，越障能力强。

(4)本发明的一种套管井牵引器爬行装置，本发明中撑杆在液压力等外力的作用下将驱动臂组件撑开，与现有技术相比，其外力为持续施加的力，最终将力传递到爬行轮，使其沿套管内壁行走，相较于常规爬行装置将驱动臂组件撑开到一定尺寸后撑杆上的外力消失，仅靠复位弹簧的力量使其爬行轮压紧套管内壁。本发明的爬行装置工作时爬行更加平稳，并且压紧套管内壁的正压力更容易控制，爬行力量大，越障能力强。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的轴侧爆炸图；

图4为本发明实施例的使用状态图；

图5为本发明实施例中传动齿轮的结构示意图；

图6为本发明实施例中爬行齿轮的结构示意图；

图7为本发明实施例的驱动原理图；

图8为本发明实施例的撑开原理图。

图中：1-齿轮套组件，10-主动锥齿轮，11-螺纹环，12a-第一从动锥齿轮，12b-第二从动锥齿轮，13-齿轮套，14-竖轴，15-横轴，2-驱动臂组件，20a-第一传动机构，20b-第二传动机构，21a-第一爬行装置，21b-第二爬行装置，22a-第一齿轮轴，22b-第二齿轮轴，23a-第一臂压盖，23b-第二臂压盖，231-容纳空间，232-中间突起，233-销孔，24a-第一圆柱齿轮，24b-第二圆柱齿轮，25a-第一传动齿轮，25b-第二传动齿轮，251-凹槽，26a-第一爬行齿轮，261-突起，26b-第二爬行齿轮，3-撑杆组件，30-推杆，31-撑杆，32-连杆，4-滚针轴承，5-角接触球轴承，6-套管，7-电机，8-减速器，9-弹簧。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图8所示，本发明实施例提供一种套管井牵引器爬行装置，用于在套管6内爬行，包括：

齿轮套组件1，其包括主动锥齿轮10、齿轮套13、竖轴14、横轴15、第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b，齿轮套13套设于竖轴14上，竖轴14与齿轮套13之间设置有角接触球轴承5，竖轴14的轴线与套管6的轴线平行，竖轴14的输入端经减速器8连接电机7，竖轴14的输出端连接主动锥齿轮10，竖轴14远离主动锥齿轮10的尾端设有一对大小螺纹环11。

横轴15与竖轴14垂直设置，第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b对称安装于竖轴14靠近两端处，第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b相对独立，主动锥齿轮10的两侧分别与第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b啮合，且第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b的转向相反；

第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b与横轴15之间均设置有角接触球轴承，第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b的内圈均设置有一止推台阶，止推台阶的两侧分别抵持角接触球轴承。

驱动臂组件2，其包括第一臂压盖23a和第二臂压盖23b，第一臂压盖23a和第二臂压盖23b沿套管6的轴线方向相对平行设置，第一臂压盖23a设有容纳空间231，第二臂压盖23b上设有容纳空间231，且第一臂压盖23a和第二臂压盖23b的中部相对位置处均设有一中间突起232，中间突起232靠近边缘处设有与连杆32铰接的销孔233，且两中间突起232的销孔233分别位于两侧边缘处。第一臂压盖23a和第二臂压盖23b分别位于第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b的旁侧，且横轴15的两端端部设有端头螺母，第一臂压盖23a和第二臂压盖23b分别绕端头螺母转动。

还包括第一传动机构20a和第二传动机构20b，第一传动机构20a包括啮合的第一圆柱齿轮24a和第一传动齿轮25a，与第一圆柱齿轮24a相连的第一齿轮轴22a与第一臂压盖23a固定连接，第一圆柱齿轮24a与第一齿轮轴22a之间通过深沟球轴承相连，第一圆柱齿轮24a与第一从动锥齿轮12a啮合，第一圆柱齿轮24a和第一从动锥齿轮12a位于第一臂压盖23a的容纳空间231内，第一传动齿轮25a通过角接触球轴承安装在第一臂压盖23a的容纳空间231内，第一传动齿轮25a与第一爬行装置21a固定连接；第二传动机构20b包括啮合的第二圆柱齿轮24b和第二传动齿轮25b，与第二圆柱齿轮24b相连的第二齿轮轴22b与第二臂压盖23b相连，第二圆柱齿轮24b与第二齿轮轴22b之间通过深沟球轴承相连，第二圆柱齿轮24b与第二从动锥齿轮12b啮合，第二圆柱齿轮24b与第二从动锥齿轮12b位于第二臂压盖23b容纳空间231内，第二传动齿轮25b通过角接触球轴承安装在第二臂压盖23b的容纳空间231内，第二传动齿轮25b与第二爬行装置21b固定连接；其中第一圆柱齿轮24a与第二圆柱齿轮24b的安装位置相对设置，第一传动齿轮25a与第二传动齿轮25b的安装位置相对设置。

在本实施例中第一传动机构20a和第二传动机构20b分别封装在第一臂压盖23a和第二臂压盖23b的容纳空间231内，第一传动机构20a和第二传动机构20b不与套管6内的腐蚀性泥浆直接接触，能够适应恶劣的工作环境，具有较好的耐高温、耐高压和耐腐蚀的性能。在力的传递过程中第一齿轮轴22a与第二齿轮轴22b的位置相对设置，第一圆柱齿轮24a与第二圆柱齿轮24b的安装位置相对设置，第一传动齿轮25a与第二传动齿轮25b的安装位置相对设置保证通过了两路传输力的大小一致，使得其可靠性较高，且本实施例中通过齿轮副代替传统的链传动，使得其传递扭矩大，进一步增大运行可靠性高。

还包括第一爬行装置21a和第二爬行装置21b，第一爬行装置21a包括第一爬行齿轮26a，第一爬行齿轮26a与第一传动齿轮25a同轴固定连接，第一爬行齿轮26a与第一臂压盖23a之间设置一滚针轴承4，减少第一爬行齿轮26a的转动摩擦力；第二爬行装置21b包括第二爬行齿轮26b，第二爬行齿轮26b与第二传动齿轮25b同轴固定连接，第二爬行齿轮26b与第二臂压盖23b之间设置一滚针轴承4，减少第二爬行齿轮26b的转动摩擦力；第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b相对平行设置，且第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b的转向相反；第一传动齿轮25a与第一爬行齿轮26a的连接面上设置有十字形凹槽251，第一爬行齿轮26a与第一传动齿轮25a的连接面上设有十字形突起261，凹槽251与突起261匹配锁紧。

撑杆组件3包括推杆30、与推杆30相连的撑杆31，撑杆31远离推杆30的一端设有U型连接端，该连接端上并排设有两连接孔，连接端通过连接孔分别铰接有两连杆32，且撑杆31与两连杆32沿套管6轴线方向呈Y型布置，其中一连杆32通过销轴连接第一臂压盖23a的销孔233，另一连杆32通过销轴连接第二臂压盖23b的销孔233，推杆30远离撑杆31的一端通过弹簧9连接驱动装置，驱动装置可对推杆30持续施加外力，使得推杆30沿套管6的轴向滑动，从而驱动第一臂压盖23a和第二臂压盖23b以横轴15为支点旋转相对错开或合拢，第一臂压盖23a和第二臂压盖23b带动第一爬行齿轮26a和第二爬行齿轮26b相对错开或合拢。

参见图7，电机7的输出端经减速器8连接主动锥齿轮10的竖轴14，驱动主动锥齿轮10转动，主动锥齿轮10分别与第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b啮合，进而带动第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b转动，且第一从动锥齿轮12a和第二从动锥齿轮12b的转向相反，其中第一从动锥齿轮12a与第一圆柱齿轮24a啮合，第一圆柱齿轮24a和第一传动齿轮25a啮合，使得电机7的驱动力一路经第一从动锥齿轮12a、第一圆柱齿轮24a和第一传动齿轮25a传递下去至与第一传动齿轮25a相连的第一爬行齿轮26a，驱动第一爬行齿轮26a转动；其中第二从动锥齿轮12b与第二圆柱齿轮24b啮合，第二圆柱齿轮24b和第二传动齿轮25b啮合，使得电机7的驱动力二路经第二从动锥齿轮12b、第二圆柱齿轮24b和第二传动齿轮25b传递下去至与第二传动齿轮25b相连的第二爬行齿轮26b，驱动第二爬行齿轮26b转动，第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b受到大小相同的驱动力，使得第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b的转速相同，转向相反。

参见图8所示，驱动装置经弹簧9持续推动推杆30，驱动装置施加外力压缩弹簧9，并驱动推杆30沿套管6的轴向滑动，推杆30推动与其相连的撑杆31，撑杆31远离推杆30的一端铰接两连杆32，两连杆32随撑杆31的作用力相对错开，将外力分成两路，其中一连杆32带动与其相连的第一臂压盖23a，另一连杆32带动与其相连的第二臂压盖23b，从而驱动第一臂压盖23a和第二臂压盖23b相对错开，使得分别固定于第一臂压盖23a和第二臂压盖23b上的第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b相对错开与套管6的内壁抓紧，实现第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b相对套管6的内壁锁紧爬行。当驱动装置施加的外力消失后，已压缩的弹簧9的弹性恢复力驱动推杆30反向沿套管6的轴向滑动，两连杆32随撑杆31的作用力相对合拢，带动第一臂压盖23a和第二臂压盖23b相对合拢，使得第一爬行齿轮26a与第二爬行齿轮26b相对合拢与套管6的内壁松开。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。