一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构

本实用新型属于钻井工具技术领域，特别涉及一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构。

背景技术：

专利号为cn2020109883782的一种自行走自变向导向钻进系统使井下有缆电动钻具能够在井内实现自主加压行走、自动变向和导向、近钻头原位监测、实时数据传输及对钻进系统的精准控制。但是当该钻进系统进行定向钻进时，缆管会与井壁接触产生摩擦阻力，且随着钻进深度的加大、裸眼段的增长，缆管与井壁的接触阻力累积变大，这样不仅容易损坏缆管外壁，还会使很大一部分原本用于驱动钻头碎岩进尺的能量损耗在缆管克服与井壁间阻力上，从而增大能耗和影响钻进深度。

由于自行走自变向导向钻进系统属于一种特殊的连续管钻进系统，经调研，目前国内外连续管钻进系统的给进主要依靠连续管注入头，国外在连续管装备上发展较早，如novhydrarig公司、双s(stewart&stevenson)公司以及asep公司等，这些公司的连续管技术较为成熟和先进，但其连续管注入原理都是基于地面设备的给进，通过井口中心上方链条的驱动实现连续管的注入和起出，不能解决连续管与井壁摩擦的问题；为打破国外对连续管设备的技术垄断，国内公司主要采用技术引进和自主研发相结合的方式，如中石油钻井工程技术研究院江汉机械研究所、四川宏华石油设备有限公司等单位进行了连续管装备的研发并取得一定成果，但其创新点主要基于简化注入头结构和提高作业效率，并不能从根本上解决连续管与井壁的摩擦问题。

针对以上问题，为减小自行走自变向导向钻进系统在进行非竖直定向钻进时缆管与井壁的摩阻力、降低能耗和提高给进效果，有必要提出一种用于自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自行走自给进导向钻进系统的缆管中继推拉机构，旨在减小使用自行走自给进导向钻进系统进行非竖直定向钻进过程中缆管与井壁存在的摩阻力，并实现缆管跟随钻具系统同步给进的功能。

一种自行走自给进导向钻进系统的缆管中继推拉机构，包括缆管和多个行走支撑组件；

行走支撑组件包括行走支撑外壳电机定子、电机转子、旋转导轨、导轨固定板、运动推杆、滑动支腿、自适应支撑脚和电机转子键；

行走支撑外壳固定连接在缆管外壁，行走支撑外壳内壁与缆管外壁之间形成环形空腔，缆管外壁与电机定子固定连接，电机转子通过电机转子键与旋转导轨和固连于旋转导轨下端的导轨固定板连接，旋转导轨外侧壁上沿其轴向方向延伸有多组封闭式周向环绕的周期性波形导槽，多个运动推杆首端套合在旋转导轨导槽内并可沿导槽滑动，运动推杆末端与滑动支腿首端铰接，滑动支腿滑动连接在行走支撑外壳的窗口内，滑动支腿末端与自适应支撑脚铰接。

本实用新型的有益效果：

在自给进自变向导向钻进系统进行非竖直定向钻进时，该机构可以将钻具系统中与井壁接触的缆管支撑起来，使得缆管与井壁分离，从而大幅减小缆管与井壁的摩阻力，从而降低能耗。同时，该机构还可以实现缆管与钻具系统的同步给进，有效地降低钻头动力输出端的负荷，提高钻头的给进效率。

附图说明

图1本实用新型的立体示意图。

图2本实用新型的纵向剖视图。

图3为图2中a处局部放大示意图。

图4本实用新型的横向剖视图。

图5为旋转导轨立体示意图。

图6本实用新型一个运动周期内运动状态示意图。

具体实施方式

请查阅图1至图6，一种自行走自给进导向钻进系统的缆管中继推拉机构，包括缆管1和多个行走支撑组件；

行走支撑组件包括行走支撑外壳3、电机定子4、电机转子5、旋转导轨6、导轨固定板7、运动推杆8、滑动支腿9、自适应支撑脚10和电机转子键11；

行走支撑外壳3固定连接在缆管1外壁，行走支撑外壳3内壁与缆管1外壁之间形成环形空腔13，缆管1外壁与电机定子4固定连接，电机转子5通过电机转子键11与旋转导轨6和固连于旋转导轨6下端的导轨固定板7连接，旋转导轨6外侧壁上沿其轴向方向延伸有多组封闭式周向环绕的周期性波形导槽14，多个运动推杆8首端套合在旋转导轨6导槽14内并可沿导槽14滑动，运动推杆8末端与滑动支腿9首端铰接，滑动支腿9滑动连接在行走支撑外壳3的窗口12内，滑动支腿9末端与自适应支撑脚10铰接。

更进一步而言，所述的行走支撑外壳3为首端开口的空腔管状结构，固定盖2固定连接在行走支撑外壳3首端开口侧。

更进一步而言，所述行走支撑外壳3窗口12内固连有固定杆，滑动支腿9上设置的长圆孔滑动连接在固定杆上。

更进一步而言，所述的旋转导轨6为空心圆柱状结构。

更进一步而言，所述的多个运动推杆8环状分布在旋转导轨6导槽14内。

更进一步而言，行走支撑组件正反交替安装在缆管1上。

更进一步而言，电机的动力线路和控制线路通过缆管1的内部通道与地面设备连接。

本实用新型的工作过程基使用原理：

在实际工作中，可以根据实际情况，在有缆钻具系统的缆管1部分上，每间隔一定距离均匀设置多个行走支撑组件，行走支撑组件正反交替安装在缆管1上；

钻进时，正向安装的行走支撑组件处于运转状态；

提钻时，反向安装的行走支撑组件处于运转状态；

以此对缆管1起到支撑作用，将缆管1托离井壁，从而大幅降低缆管1与井壁的摩阻力，减小能耗，同时也可以产生运动效果，实现缆管跟随钻具系统同步给进。以下为一个运动周期内，各个运动状态之间的转化过程：

(1)结合图6，由状态1到状态2，在此过程中，电机转子5带动旋转导轨6旋转α度，进而带动运动推杆8运动，运动推杆8推动滑动支腿9滑动，使之伸出行走支撑外壳3上的窗口12，其末端运动连接的自适应支撑脚10与井壁接触，并在接触过程中与井壁紧密贴合。

(2)结合图6，由状态2到状态3。在此过程中，旋转导轨6继续旋转β度，运动推杆8推动滑动支腿9进一步伸出，达到自适应支撑脚10始终保持与井壁的紧密贴合的目的，同时，滑动支腿9发生倾斜，使得滑动支腿9与井壁之间产生相对运动，通过井壁的反作用力推动整个装置向前运动，实现缆管的给进。

(3)结合图6，由状态3到状态1。在此过程中，旋转导轨6继续旋转γ度。带动运动推杆8向着旋转导轨6内侧运动，进而将滑动支腿9拉回行走支撑外壳3内。

上述过程为一个运动周期：状态1-状态2-状态3-状态1。其中，旋转导轨6每旋转一周，该机构所经历的运动周期数目与旋转导轨6侧壁上的导槽14形状相关。具体应符合(α+β+γ)*n＝360°，n为运动周期数目。

技术特征：

1.一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：包括缆管(1)和多个行走支撑组件；

行走支撑组件包括行走支撑外壳(3)、电机定子(4)、电机转子(5)、旋转导轨(6)、导轨固定板(7)、运动推杆(8)、滑动支腿(9)、自适应支撑脚(10)和电机转子键(11)；

行走支撑外壳(3)固定连接在缆管(1)外壁，行走支撑外壳(3)内壁与缆管(1)外壁之间形成环形空腔(13)，缆管(1)外壁与电机定子(4)固定连接，电机转子(5)通过电机转子键(11)与旋转导轨(6)和固连于旋转导轨(6)下端的导轨固定板(7)连接，旋转导轨(6)外侧壁上沿其轴向方向延伸有多组封闭式周向环绕的周期性波形导槽(14)，多个运动推杆(8)首端套合在旋转导轨(6)导槽(14)内并可沿导槽(14)滑动，运动推杆(8)末端与滑动支腿(9)首端铰接，滑动支腿(9)滑动连接在行走支撑外壳(3)的窗口(12)内，滑动支腿(9)末端与自适应支撑脚(10)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：所述的行走支撑外壳(3)为首端开口的空腔管状结构，固定盖(2)固定连接在行走支撑外壳(3)首端开口侧。

3.根据权利要求1所述的一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：所述行走支撑外壳(3)窗口(12)内固连有固定杆，滑动支腿(9)上设置的长圆孔滑动连接在固定杆上。

4.根据权利要求1所述的一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：所述的旋转导轨(6)为空心圆柱状结构。

5.根据权利要求1所述的一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：所述的多个运动推杆(8)环状分布在旋转导轨(6)导槽(14)内。

6.根据权利要求1所述的一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，其特征在于：所述的行走支撑组件正反交替安装在缆管(1)上。

技术总结
一种自行走自变向导向钻进系统的缆管中继推拉机构，包括缆管和多个行走支撑组件，行走支撑外壳固定连接在缆管外壁，缆管外壁与电机定子固定连接，电机转子通过电机转子键与旋转导轨和固连于旋转导轨下端的导轨固定板连接，旋转导轨外侧壁上沿其轴向方向延伸有多组封闭式周向环绕的周期性波形导槽，多个运动推杆首端套合在旋转导轨导槽内并可沿导槽滑动，运动推杆末端与滑动支腿首端铰接，滑动支腿滑动连接在行走支撑外壳的窗口内，滑动支腿末端与自适应支撑脚铰接，在自给进自变向导向钻进系统进行非竖直定向钻进时，该机构可以将钻具系统中与井壁接触的缆管支撑起来，使得缆管与井壁分离，从而大幅减小缆管与井壁的摩阻力，降低能耗。

技术研发人员：张聪;高科;闻育民;赵研;李家晟
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.01.08
技术公布日：2021.08.20