专利名称：变管径套管水平井测井牵引装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田水平井及大斜度井的测井仪，具体地指一种变管径套管水平 井测井牵引装置。
背景技术：
在油田水平井及大斜度井的测井作业过程中，用于驱动测井仪的牵引器中设有安 全机械牵引装置。如何更有效地改善其在故障或者过载等情况下的可靠性、提高其驱动能 力，已越来越引起人们的关注并已有关于该装置的结构改进的报道。例如授权公告号为 CN200978669Y的中国实用新型专利《一种测井仪井下安全推靠装置》公开了一种具备在电 气故障时自动收回功能、机械过载保护功能和远传功能的测井仪井下安全牵引装置，它由 推靠电机、扭矩限制器、电磁离合器、滚珠螺母、滚珠丝杠、复位弹簧构成的推靠组件和由行 走电机、减速器构成的牵引动力组件以及滑套、推杆、推靠力弹簧、摇臂、推靠臂、牵引轮组 成。装置在水平井套管里的工作过程中，当发生电气故障时，电磁离合器脱开，滚珠丝杠不 受电机定位力矩的作用并在复位弹簧的作用下反向旋转，可带动推靠臂收回；当外加负载 超过扭矩限制器的设定值时，扭矩限制器打滑，确保其它零部件负载不会继续增加；当需要 安装多套推靠臂时，可利用推杆的远传功能，将多套推靠臂与推杆刚性连接，以满足复杂井 下设备的需要。然而，现有的水平井在水平段和造斜段通常存在变径，上述现有牵引装置中由于 多组驱动机构不能够分别控制，只能够同等程度地同时张开或者收拢，所以整个牵引装置 无法通过套管内径变化处的台阶或喇叭口。现有的牵引装置都仅能实现单一内径的套管中 的牵引功能，已不能满足现场实际的需要。
发明内容本实用新型的目的就是要提供一种能够通过套管内径变化处的台阶或喇叭口的 变管径套管水平井测井牵引装置，能够满足复杂水平井测量的实际需要。为实现上述目的，本实用新型提供的一种变管径套管水平井测井牵引装置主要由 推靠组件和驱动组件构成，所述推靠组件包括依次连接的推靠电机、扭矩限制器、电磁离合器和滚珠丝杠。滚 珠丝杠外侧套设有与之匹配的滚珠螺母，滚珠螺母前后的滚珠丝杠上分别套设有上复位弹 簧和下复位弹簧，滚珠螺母的外侧固设有滑套。滑套下端连接有一对推杆；所述驱动组件包括设置于滑套内的驱动电机、以及与一对推杆连接的一个以上的 第一驱动机构。所述第一驱动机构包括从上至下分别与一对推杆固连的第一连接轭和与一 对推杆滑动连接的第一滑块。第一连接轭与第一滑块之间设有第一推靠力弹簧。第一滑块 的两侧分别与一对第一推靠臂的内端铰接。所述驱动电机的传动轴穿过第一连接轭和第一 滑块，且该传动轴的两侧分别设有一对第一驱动臂；一对第一推靠臂的外端则对应地与一 对第一驱动臂的外端铰接。一对第一驱动臂的外端设有可在所述驱动电机的驱动下转动的牵引齿轮；其特别之处在于所述一对推杆上还连接有一个以上与所述第一驱动机构结构相 同、且反向设置的第二驱动机构，所述第二驱动机构设置于第一驱动机构下方。所述第二驱动机构包括从下至上分别与一对推杆固连的第二连接轭、以及与一对 推杆滑动连接的第二滑块。第二连接轭与第二滑块之间设有第二推靠力弹簧。第二滑块的 两侧分别与一对第二推靠臂的内端铰接。所述驱动电机的传动轴的端部两侧分别设有一对 第二驱动臂。一对第二推靠臂的外端则对应地与一对第二驱动臂的外端分别相连。一对第 二驱动臂的外端设有可在所述驱动电机的驱动下转动的牵引齿轮。所述第二驱动臂最好短于第一驱动臂。所述传动轴的两侧通过传动机构分别设有一对第一驱动臂，所述传动机构包括小 锥齿轮、大锥齿轮、主动链轮、链条、从动链轮、中心齿轮和一组行星齿轮，所述小锥齿轮设 置于传动轴上，所述大锥齿轮与小锥齿轮啮合，且大锥齿轮的转轴与所述第一驱动臂的内 端铰接，所述主动链轮与大锥齿轮固连，所述从动链轮与铰接在第一驱动臂外端的中心齿 轮固连，所述主动链轮与所述从动链轮通过链条配合，所述中心齿轮与一组行星齿轮啮合， 所述一组行星齿轮与所述牵引齿轮的内齿啮合。所述滚珠螺母上设置有位移传感器。与现有井下牵引装置相比，本实用新型设置了第二驱动机构，整个装置不仅具备 在电气故障时能够自动收回功能、机械过载保护功能和远传功能，而且通过分别控制两种 驱动机构的张开和收回，实现了整个牵引装置通过套管的变管径处的功能，满足了实际测
量的需要。
图1为本实用新型的变管径套管水平井测井牵引装置在套管中依靠第一套驱动 臂运动时的整体结构示意图；图2为本实用新型的变管径套管水平井测井牵引装置在通过套管内径变化处的 整体结构示意图；图3为本实用新型的变管径套管水平井测井牵引装置在套管中依靠第二套驱动 臂运动时的整体结构示意图；图4为图1中A段的放大结构示意图；图5为图1中B段的放大结构示意图；图中，推靠电机1，扭矩限制器2，电磁离合器3，上复位弹簧4，滚珠螺母5，滚珠丝 杠6，下复位弹簧7，滑套8，驱动电机9，推杆10，第一连接轭11，第一推靠力弹簧12，第一滑 块13，第一推靠臂14，第一驱动臂15，第二驱动臂16，第二推靠臂17，第二滑块18，第二推 靠力弹簧19，第二连接轭20，上居中器21，下居中器22，电子线路段23，套管24，传动轴25， 小锥齿轮26，大锥齿轮27，主动链轮28，链条29，从动链轮30，中心齿轮31，行星齿轮32，牵 引齿轮33、34。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的变管径套管水平井测井牵引装置作进一步的详细描述 如图1、图4和图5所示，本实施例中的变管径套管水平井测井牵弓I装置由推靠组 件和驱动组件构成推靠组件包括依次连接的推靠电机1、扭矩限制器2、电磁离合器3和滚珠丝杠6。 推靠电机1与电磁离合器3之间设有扭矩限制器2，是为了通过设置扭矩限制器2来限制最 大扭矩。当推靠电机1或外部负载超出设定的最大值，扭矩限制器2将发生打滑，可保证既 不损坏推靠电机1，也不损坏牵引装置中的其它机械部件。通电后，电磁离合器3离合，使电 磁离合器3的输出轴与滚珠丝杠6连接，以便推靠电机1输出的扭矩向滚珠丝杠6传递；一 旦断电，电磁离合器3将脱开，推靠电机1的扭矩就无法再到达滚珠丝杠6。滚珠丝杠6外 侧套设有与之匹配的滚珠螺母5，滚珠螺母5前后的滚珠丝杠6上分别套设有上复位弹簧4 和下复位弹簧7。滚珠螺母5的外侧固设有滑套8。滑套8下端连接有一对推杆10 ；驱动组件包括设置于滑套8内的驱动电机9、与一对推杆10连接的一个第一驱动 机构和与第一驱动机构结构相同、反向设置的一个第二驱动机构。驱动电机9设置于上述 滚珠丝杠6的下方。第一驱动机构包括从上至下分别与一对推杆10固连的第一连接轭11 和与一对推杆10滑动连接的第一滑块13，第一连接轭11与第一滑块13之间设有第一推 靠力弹簧12。第一滑块13的两侧分别与一对第一推靠臂14的内端铰接。驱动电机9的 传动轴25穿过第一连接轭11和第一滑块13后，在传动轴25的两侧分别通过传动机构设 有一对第一驱动臂15。一对第一推靠臂14的外端则对应地与上述一对第一驱动臂15的 外端两两分别铰接。传动机构包括小锥齿轮26、大锥齿轮27、主动链轮28、链条29、从动链 轮30、中心齿轮33、一组行星齿轮32和牵引齿轮33。小锥齿轮26设置于传动轴25上，每 个大锥齿轮27与小锥齿轮26啮合，将转动方向变换90°。主动链轮28与大锥齿轮27固 连，从动链轮30与中心齿轮31固连，链条29将转动间接传递给中心齿轮31。中心齿轮31 与四个行星齿轮32啮合，且行星齿轮32与设置在第一驱动臂15外端的牵引齿轮33的内 齿啮合，通过行星传动将动力传递给牵引齿轮33的外齿。牵引齿轮33的转动最终向外输 出动力。第二驱动机构设置于第一驱动机构下方，它包括从下至上分别与一对推杆10固连 的第二连接轭20、以及与一对推杆10滑动连接的第二滑块18。第二连接轭20与第二滑块 18之间设有第二推靠力弹簧19。第二滑块18的两侧分别与一对第二推靠臂17的内端铰 接。驱动电机9的传动轴25的端部两侧分别通过上述传动机构设有一对第二驱动臂16， 为了最好的实现大管径变小管径的需要，本实施例中的第二驱动臂16短于第一驱动臂15。 一对第二推靠臂17的外端则对应地与一对第二驱动臂16的外端铰接，一对第二驱动臂16 的外端亦设有可在所述驱动电机9的驱动下转动的牵引齿轮34。本实用新型的工作原理如下图1、图2和图3依次示意出了本实用新型的牵引装置通过套管24—个变管径处 的工作流程。为确保牵引装置始终位于套管24的中部，在整个牵引装置两端分别安装有上 居中器21和下居中器22。整个牵引装置通过电子线路段23获得地面控制系统的指令并执 行相应动作。如图1所示，电磁离合器3通电合上后，推靠电机1正向转动，带动滚珠丝杠6正 转，滚珠螺母5则轴向前进并压缩下复位弹簧7。该轴向推力依次通过滑套8、一对推杆10、 第一连接轭11、第一推靠力弹簧12和第一滑块13将一对第一推靠臂14推开，从而使一对第一驱动臂15张开。一对第一驱动臂15外端的牵引齿轮33接触套管24内壁后，一对第 一推靠臂14和一对第一驱动臂15停止张开。此时，轴向推力大于第一推靠力弹簧12的压 力，第一推靠力弹簧12被压缩，轴向推靠力的能量储存在第一推靠力弹簧12中。当达到一 定的推靠力储备后，即牵引齿轮33对套管24内壁保持一定的正压力后，推靠电机1停止转 动。当套管24内径发生轻微变化时，第一驱动臂15的轻微张开或收拢能通过继续压缩或 者释放第一推靠力弹簧12来得到缓解。驱动电机9工作，输出的转动通过传动轴25传递， 锥齿轮副用于减速和变换方向，主动链轮28、链条29和从动链轮30用于传动，再经行星齿 轮32减速和传动，带动一对第一牵引臂15的牵引齿轮33转动，进而使整个牵引装置移动。 在推靠电机1停转时，电磁离合器3仍然通电保持合上。由于推靠电机1的定位力矩，整个 牵引装置能保持在这一工作状态，直至牵引装置前进到变管径的悬挂处，牵引齿轮33被套 管24变管径处限制，如图2所示。通过变管径处的过程与上述过程正好相反，此时推靠电机1反向旋转，带动一对 第一驱动臂15收回；同时，已经通过变管径限制的一对第二驱动臂16张开。整个牵引装置 在第二驱动臂16上的牵引齿轮34的带动下在小管径的套管24内继续前进，如图3所示。滚珠螺母5上安装有位移传感器，用于测量滚珠螺母5的轴向位移。当到达设定 的位移时，控制系统会自动停止推靠电机1的工作。当发生电气或机械故障时，只要切断供 电电源，电磁离合器3断电自动脱开，滚珠丝杠6将不再受推靠电机1的定位力矩的作用， 滚珠螺母5在上复位弹簧4的作用下反向运动，带动第二驱动臂16自动收回；或者滚珠螺 母5在下复位弹簧7的作用下反向运动，带动第一驱动臂15自动收回。第一驱动机构和第二驱动机构根据需要均可设置多套。推杆10能够实现远传功 能，当需要安装多套驱动机构时，可增加推杆10的数量，且每对推杆10之间设置连接件，各 套驱动机构的连接轭始终保持与推杆10连接，使轴向推力传递给每套驱动机构；每套驱动 机构均安装有推靠力弹簧，即使各驱动臂接触的套管24内径存在微小差异，各驱动臂也均 能够接触到套管24内壁。驱动电机9的动力也能够实现远传，当需要安装多套驱动机构时， 增加传动轴25的数量，且每根传动轴25之间设置连接件，使动力传递给每套驱动机构的驱 动臂。相对布置的两种驱动机构能够实现分别张开或收拢。本实用新型的牵引装置能够通过变管径水平井的悬挂处，在变管径的水平井中作 业。先使用第一驱动机构牵引整个仪器串前进，当第二驱动机构已经进入较小管径的套管 24后，收拢第一驱动机构，张开第二驱动机构，再使用第二驱动机构牵引整个仪器串前进。 只要设置的驱动臂的尺寸合适，无论水平井悬挂处的变化多大，此装置都能实现穿越。
权利要求一种变管径套管水平井测井牵引装置，主要由推靠组件和驱动组件构成，所述推靠组件包括依次连接的推靠电机(1)、扭矩限制器(2)、电磁离合器(3)和滚珠丝杠(6)，滚珠丝杠(6)外侧套设有与之匹配的滚珠螺母(5)，滚珠螺母(5)前后的滚珠丝杠(6)上分别套设有上复位弹簧(4)和下复位弹簧(7)，滚珠螺母(5)的外侧固设有滑套(8)，滑套(8)下端连接有一对推杆(10)；所述驱动组件包括设置于滑套(8)内的驱动电机(9)、以及与一对推杆(10)连接的一个以上的第一驱动机构，所述第一驱动机构包括从上至下分别与一对推杆(10)固连的第一连接轭(11)和与一对推杆(10)滑动连接的第一滑块(13)，第一连接轭(11)与第一滑块(13)之间设有第一推靠力弹簧(12)，第一滑块(13)的两侧分别与一对第一推靠臂(14)的内端铰接；所述驱动电机(9)的传动轴(25)穿过第一连接轭(11)和第一滑块(13)，且该传动轴(25)的两侧分别设有一对第一驱动臂(15)；一对第一推靠臂(14)的外端则对应地与一对第一驱动臂(15)的外端铰接，一对第一驱动臂(15)的外端设有可在所述驱动电机(9)的驱动下转动的牵引齿轮(33)；其特征在于所述一对推杆(10)上还连接有一个以上与所述第一驱动机构结构相同、且反向设置的第二驱动机构，所述第二驱动机构设置于第一驱动机构下方。
2.根据权利要求1所述的变管径套管水平井测井牵引装置，其特征在于所述第二驱 动机构包括从下至上分别与一对推杆(10)固连的第二连接轭(20)、以及与一对推杆(10) 滑动连接的第二滑块(18)，第二连接轭(20)与第二滑块(18)之间设有第二推靠力弹簧 (19)，第二滑块(18)的两侧分别与一对第二推靠臂(17)的内端铰接；所述驱动电机(9)的 传动轴(25)的端部两侧分别设有一对第二驱动臂(16)，一对第二推靠臂(17)的外端则对 应地与一对第二驱动臂(16)的外端铰接，一对第二驱动臂(16)的外端设有可在所述驱动 电机(9)的驱动下转动的牵引齿轮(34)。
3.根据权利要求2所述的变管径套管水平井测井牵引装置，其特征在于所述第二驱 动臂(16)短于第一驱动臂(15)。
4.根据权利要求1所述的变管径套管水平井测井牵引装置，其特征在于所述传动 轴(25)的两侧通过传动机构分别设有一对第一驱动臂(15)，所述传动机构包括小锥齿轮 (26)、大锥齿轮(27)、主动链轮(28)、链条(29)、从动链轮(30)、中心齿轮(33)和一组行星 齿轮(32)，所述小锥齿轮(26)设置于传动轴(25)上，所述大锥齿轮(27)与小锥齿轮(26) 啮合，且大锥齿轮(27)的转轴与所述第一驱动臂(15)的内端铰接，所述主动链轮(28)与 大锥齿轮(27)固连，所述从动链轮(30)与铰接在第一驱动臂(15)外端的中心齿轮(31) 固连，所述主动链轮(28)与所述从动链轮(30)通过链条(29)配合，所述中心齿轮(31)与 一组行星齿轮(32)啮合，所述一组行星齿轮(32)与所述牵引齿轮(33)的内齿啮合。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的变管径套管水平井测井牵引装置，其特 征在于所述滚珠螺母(5)上设置有位移传感器。
专利摘要本实用新型指一种变管径套管水平井测井牵引装置，涉及油田水平井及大斜度井的测井仪，用于通过套管内径变化处的台阶或喇叭口以满足实际测量的需要。它主要由推靠组件和驱动组件构成。推靠组件包括依次连接的推靠电机、扭矩限制器、电磁离合器和滚珠丝杠，滚珠丝杠外侧套设有与之匹配的滚珠螺母，滚珠螺母前后的滚珠丝杠上分别套设有上复位弹簧和下复位弹簧，滚珠螺母的外侧固设有滑套，滑套下端连接有一对推杆；驱动组件包括设置于滑套内的驱动电机、以及与一对推杆连接的一个以上的第一驱动机构，其特别之处在于所述一对推杆上还连接有一个以上与第一驱动机构结构相同、且反向设置的第二驱动机构，第二驱动机构设置于第一驱动机构下方。
文档编号E21B47/01GK201635725SQ20102003951
公开日2010年11月17日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者周艳平, 孙扬喆, 孙涛, 程波, 范卫卫, 谢寅兵, 金为武, 高玮 申请人:武汉海王机电工程技术公司