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              • 论文
              主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

              一种基于钻柱侧向弹性的增强动力轮式推进器

              2021-04-29

                井下牵引器按行走方式可以分为滚轮式、伸缩式和履带式3种。牵引器的推拉力来自于推靠臂或驱动轮与井壁的轴向接触反力,推拉力越大所需的径向压力越大。

                

                根据径向压力的来源,可以将牵引器分为主动推靠式牵引器和被动推靠式牵引器。目前,几乎所有的牵引器都采用主动式推靠机构来提高牵引力,因此都包含径向推靠机构和轴向推拉机构两部分,结构十分复杂。

                

                中国石油大学(华东)等科研人员设计一种基于钻柱侧向弹性的增强动力轮式推进器。


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                轮式推进器结构


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                底部钻具组合示意图

                

                推进器由动力系统、推进机构、密封组件、轴承组件及其他辅助系统组成。系统动力可以从螺杆钻具获取小部分能量,也可以单独配备小功率的螺杆、涡轮、液压马达或井下电机。

                

                由于钻进速度相比于测井仪器的送进速度来说很慢,因此动力系统所需的功率很小,大概在几瓦到几十瓦的量级。推进器利用减速器和动力系统的水力特性来匹配钻进速度: 钻速高时,动力系统转速快、扭矩低; 钻速很低时,动力系统阻转,输出扭矩较大。

                

                推进机构选用蜗轮蜗杆传动,蜗轮蜗杆暴露于环空钻屑环境中,蜗轮直接与井壁接触实现推拉功能。蜗杆可以与钻具外壳同轴,也可适当偏心来提高系统的输出力。推进器结构针对微小井眼连续管钻井设计,整机长度小于0. 5 m,最大外径86 mm。

                

                在外壳上打孔为钻井液提供通道,可实现较大通流面积。为降低蜗轮蜗杆的卡阻风险,在外壳上设计有吹扫孔。

                

                工作时,轮式推进器的驱动轮在钻柱结构弹性与自重的作用下紧靠井壁,由蜗轮蜗杆驱动,给钻柱提供一个向前的牵拉力,也可给钻头提供钻压。设计中蜗杆导程角大于自锁角,因此蜗轮蜗杆可反行程传动来满足起、下钻作业的要求。

                

                实践表明: 仅靠钻柱自重产生的推拉力有限,利用偏心垫块与推进器串联组合所产生的钻柱侧向弹性可大幅提高轴向推拉力; 偏心垫块-推进器组合的轴向推拉力随两者间距的减小而增大、随偏心距增大而增大,较自重式推进器提高10 倍。


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                责任编辑:宫在芹
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