大牵引力连续油管牵引器设计及仿真

郑 杰， 窦益华， 任丰伟， 万志国， 毕 成， 杨 旭

(1.西安石油大学机械工程学院， 西安 710065； 2.西安特种设备检验检测院， 西安 710065； 3.西北工业大学动力与能源学院， 西安 710072)

连续油管作业技术已成为长庆区域井下作业不可或缺的重要技术，近年来，部分水平井在连续油管下入、钻塞等施工过程中，连续油管频繁出现自锁现象(如苏东42-54H2井)，导致连续油管无法达到预定位置，不仅降低了施工效率，且增加了复杂故障处理成本[1-2]。Sondex、Welltec、Maritime Well Service、Schlumberger、ExproGroup、Western Well Tool等公司已研制了多种井下牵引器[3]。Liu等[4-5]和刘清友等[6-7]对水平井爬行器的控制模块、驱动模块、牵引模块等做了大量系统的研究；张书扬[8]、曾华军[9]、祝效华等[10]针对水平井牵引器相关的关键技术展开了相关研究；孙文[11]、常玉连等[12]、白相林等[13]基于虚拟样机的井下牵引器进行了仿真模拟；郑杰等[14]基于流体力学原理提出了井下连续油管液压涡轮式牵引器；侯学军等[15]设计了一种适合于微小井眼连续油管钻井牵引机器人；何俊江[16]针对伸缩式井下牵引器，研究了井下无线通信及控制系统。此外，大部分井下牵引器的动力驱动机构一直受限于井下的高温高压及小尺寸等因素[17]。受井下空间的限制，液压伸缩式可为牵引器提供较大牵引力，但均需使用下入井电缆控制牵引器的动作，且单节牵引器长度较长，因此，现创新提出自激式液压控制回路，无需电缆，采用纯机械位置的限制，来实现牵引器协调控制相关动作，工作液在牵引器中心管内过液，外部反排，在井下作业时有效地保证了液体循环，不仅能满足钻磨，施加钻压。……