大牽引力連續油管牽引器設計及仿真

鄭 杰， 竇益華， 任豐偉， 萬志國， 畢 成， 楊 旭

(1.西安石油大學機械工程學院， 西安 710065； 2.西安特種設備檢驗檢測院， 西安 710065； 3.西北工業大學動力與能源學院， 西安 710072)

連續油管作業技術已成為長慶區域井下作業不可或缺的重要技術，近年來，部分水平井在連續油管下入、鉆塞等施工過程中，連續油管頻繁出現自鎖現象(如蘇東42-54H2井)，導致連續油管無法達到預定位置，不僅降低了施工效率，且增加了復雜故障處理成本[1-2]。Sondex、Welltec、Maritime Well Service、Schlumberger、ExproGroup、Western Well Tool等公司已研制了多種井下牽引器[3]。Liu等[4-5]和劉清友等[6-7]對水平井爬行器的控制模塊、驅動模塊、牽引模塊等做了大量系統的研究；張書揚[8]、曾華軍[9]、祝效華等[10]針對水平井牽引器相關的關鍵技術展開了相關研究；孫文[11]、常玉連等[12]、白相林等[13]基于虛擬樣機的井下牽引器進行了仿真模擬；鄭杰等[14]基于流體力學原理提出了井下連續油管液壓渦輪式牽引器；侯學軍等[15]設計了一種適合于微小井眼連續油管鉆井牽引機器人；何俊江[16]針對伸縮式井下牽引器，研究了井下無線通信及控制系統。此外，大部分井下牽引器的動力驅動機構一直受限于井下的高溫高壓及小尺寸等因素[17]。受井下空間的限制，液壓伸縮式可為牽引器提供較大牽引力，但均需使用下入井電纜控制牽引器的動作，且單節牽引器長度較長，因此，現創新提出自激式液壓控制回路，無需電纜，采用純機械位置的限制，來實現牽引器協調控制相關動作，工作液在牽引器中心管內過液，外部反排，在井下作業時有效地保證了液體循環，不僅能滿足鉆磨，施加鉆壓。……