本發(fā)明涉及一種微小井眼電機驅動CT牽引器控制系統(tǒng)，適用于機械領域。

背景技術：

雖然連續(xù)管(CT)井下作業(yè)技術在油田鉆井、井、測井、完井、采油以及井下特殊作業(yè)等的應用日益廣泛，但井下CT管柱與井壁的摩阻較大引，造成微小井眼CT井下作業(yè)技術不能得到有效推廣應用的問題也亟待解決。研究用于克服井下CT與井壁摩阻，并牽引CT下入或取出的CT牽引器，對推動我國微小井眼連續(xù)管鉆井技術發(fā)展有重要意義。

20世紀90年代后期，國外許多公司相繼開發(fā)了多種水平井電纜牽引器，形成現在有代表性的牽引器產品，主要包括：丹麥Welltec公司Well Tractor輪式牽引器。挪威Maritime Well Service(MWS)公司的PowerTracAdvance輪式牽引器、PowerTracINVADER履帶式牽引器，法國Schlumberger公司的MaXTRAC伸縮式牽引器、英國Sondex有限公司的Sondex輪式牽引器、ExproGroup公司的SmarTract伸縮式牽引器、美國Western Well Tool公司的Microhole Drilling Tractor伸縮式牽引器。其中僅Microhole Drilling Tractor伸縮式牽引器可用于小井眼，能進行有效的鉆井液循環(huán)；其余的大都是輪式或履帶式，外圍尺寸較大，只適用于大直徑井眼，用電纜或鋼絲繩連接，工作時不能進行有效的鉆井液循環(huán)。國內對井下牽引器的研究起步較晚，研究也較少，且主要集中在大直徑井眼的輪式牽引器上，不適應小井眼CT的井下牽引作業(yè)要求，也沒有成熟的產品投放市場。

通過對現有國內外牽引器產品分析發(fā)現，僅美國的Microhole Drilling Tractor伸縮式牽引器可用于小井眼，能進行有效的鉆井液循環(huán)。其余的大都是輪式或履帶式牽引器，主要存在下列缺陷：①用滾輪或履帶式，整體結構不緊湊，外圍尺寸較大，只適用于大直徑井眼；②用電纜或鋼絲繩連接，工作時不能進行有效的鉆井液循環(huán)；③采用鉆井液液壓能進行驅動控制，液壓控制管路較復雜，不能有效節(jié)省液壓控制管路占據空間；④采用液壓驅動和控制時，使得牽引器對井眼循環(huán)液壓力依賴性較大，不利于實現自動控制；⑤支撐機構采用撐桿結構，使得牽引器最小適用井眼直徑較大，不適合在小井眼中牽引作業(yè)。因此，在給出的牽引器結構基礎上，研究并設計合理的CT牽引器控制系統(tǒng)方案，對推動CT井下作業(yè)的發(fā)展與應用具有重要意義。

技術實現要素：

本發(fā)明提出了一種微小井眼電機驅動CT牽引器控制系統(tǒng)，牽引器利用4個伺服電機有效驅動與控制牽引器在井下牽引CT順利下人和取出，解決了因井下連續(xù)管摩阻較大，下入和取出連續(xù)管困難等技術難題，使連續(xù)管在井下能延伸更長，從而推動我國微小井眼CT井下作業(yè)技術發(fā)展。

本發(fā)明所采用的技術方案是。

所述電機驅動CT牽引器系統(tǒng)總體結構包括上牽引器系統(tǒng)、六方中心滑管和下牽引器系統(tǒng)。上牽引器系統(tǒng)和下牽引器系統(tǒng)結構相同，分別套在六方中心滑管的上部和下部，安裝方向相同或相反，分別起交替支撐井壁和牽引六方中心滑管的控制。上卡瓦和上卡瓦鎖緊滑塊加工有相互配合的傾斜面，斜面的角度能保證在上卡瓦鎖緊滑塊向上移動時滑動膨脹開上卡瓦；上卡瓦具有一定的彈性，能在上卡瓦鎖緊滑塊的作用下膨脹開，在外力消除時閉合。

所述六方中心滑管包括上六方中心滑管螺桿、上突出法蘭、下六方中心滑管螺桿和下突出法蘭。六方中心滑管上、下兩端分別與上部連續(xù)管相連接和下部鉆具組合連接。

所述下牽引器系統(tǒng)主要由下支撐單元、下電驅動與控制單元及下牽引單元等組成。下控制模塊可通過扭矩的大小和轉數的多少對下牽引驅動電機和下卡瓦驅動電機模塊進行控制。下卡瓦和下卡瓦鎖緊滑塊加工有相互配合的傾斜面，斜面的角度能保證在下卡瓦鎖緊滑塊向下移動時滑動膨脹開下卡瓦；下卡瓦具有一定的彈性，能在下卡瓦鎖緊滑塊的作用下膨脹開，在外力消除時閉合。

所述牽引器直接通過伺服步進電機來驅動，減少了利用循環(huán)液驅動時對液壓能的依賴性，無論有無循環(huán)液壓能，只要能通電，就能夠在井下進行牽引爬行；國內研究的牽引器主要側重于液壓驅動的輪式和伸縮式，對液壓能的依賴性較高，驅動系統(tǒng)比較復雜。

所述牽引器直接通過伺服步進電機來控制，包括抓緊卡瓦張開程度、抓緊力的大小，牽引爬行的距離、牽引力的大小；每個伺服步進電機直接控制一個動作，控制簡單，減少了利用液壓閥控制循環(huán)管路的復雜性，并能夠節(jié)省大部分液壓管路所占據的空間。

所述牽引器直接用伺服步進電機驅動控制，而且中間傳動結構較少，使得牽引器上、下牽引的靈活性和速度快慢在很大程度上取決于伺服步進電機控制的靈活性和速度，而伺服步進電機控制相對比較方便靈活，速度控制范圍大。因此，用伺服步進電機控制的牽引器控制靈活，牽引速度快。

所述牽引器可適用于小井眼井下牽引作業(yè)。國內很多牽引器的支撐系統(tǒng)采用連桿支撐結構或管輪式結構，使得最小適用井眼直徑較大，不適用于小直徑井眼牽引作業(yè)；該牽引器采用的支撐單元是斜面滑動外推卡瓦膨脹式結構，支撐部分較緊湊，可適用于較小直徑的井下牽引作業(yè)。

所述牽引器在牽引過程中能保證井下液體正常循環(huán)。國內大部分牽引器是測井牽引器，工作中不能保證鉆井液或洗井液正常循環(huán)，該牽引器預留內循環(huán)通道，在井下作業(yè)過程中能有效保證流體循環(huán)。

本發(fā)明的有益效果是：該牽引器直接通過伺服步進電機來驅動和控制，減少了利用循環(huán)液驅動時對液壓能的依賴性和利用循環(huán)液壓閥來控制管路的復雜性，節(jié)省大部分液壓管路占據的空間；牽引器能雙向牽引，穩(wěn)定性好，牽引靈活，牽引速度快，可適用于小井眼井下牽引作業(yè)，牽引過程中能保證井下液體正常循環(huán)。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖。

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)組成剖視圖。

圖中：l.上牽引器系統(tǒng)；2.六方中心滑管；3.下牽引器系統(tǒng)；4.上支撐單元；5.上電驅動與控制單元；6.上牽引單元；7.下牽引單元；8.下電驅動與控制單元；9.下支撐單元；10.上卡瓦支座；11.上卡瓦支座滑孔插銷總成；12.內螺紋；13.上卡瓦殼體；14.上卡瓦；15.上卡瓦鎖緊滑塊；16.上卡瓦伸縮桿；17.上卡瓦殼體滑孔插銷總成；18.上螺桿推進滑塊；19.上螺桿；20.上螺桿驅動轉子；21.上卡瓦驅動電機模塊；22.上電機固定環(huán)；23.上控制模塊；24.上牽引驅動電機；25.上牽引殼體；26.上牽引轉子；27.上牽引轉子螺母；28.上六方中心滑管螺桿；29.上突出法蘭；30.上牽引殼體支座；31.下牽引殼體支座；32.下突出法蘭；33.下六方中心滑管螺桿；34.下牽引轉子螺母；35.下牽引轉子；36.下牽引殼體；37.下牽引驅動電機；38.下控制模塊；39.下電機固定環(huán)；40.下卡瓦驅動電機模塊；41.下螺桿驅動轉子；42.下螺桿；43.下螺桿推進滑塊；44.下卡瓦殼體滑孔插銷總成；45.下卡瓦伸縮桿；46.下卡瓦鎖緊滑塊；47.下卡瓦；48.下卡瓦殼體；49.下卡瓦支座滑孔插銷總成；50.下卡瓦支座。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，電機驅動CT牽引器系統(tǒng)總體結構包括上牽引器系統(tǒng)、六方中心滑管和下牽引器系統(tǒng)。上牽引器系統(tǒng)和下牽引器系統(tǒng)結構相同，分別套在六方中心滑管的上部和下部，安裝方向相同或相反，分別起交替支撐井壁和牽引六方中心滑管的控制。上卡瓦和上卡瓦鎖緊滑塊加工有相互配合的傾斜面，斜面的角度能保證在上卡瓦鎖緊滑塊向上移動時滑動膨脹開上卡瓦；上卡瓦具有一定的彈性，能在上卡瓦鎖緊滑塊的作用下膨脹開，在外力消除時閉合。

六方中心滑管包括上六方中心滑管螺桿、上突出法蘭、下六方中心滑管螺桿和下突出法蘭。六方中心滑管上、下兩端分別與上部連續(xù)管相連接和下部鉆具組合連接。

下牽引器系統(tǒng)主要由下支撐單元、下電驅動與控制單元及下牽引單元等組成。下控制模塊可通過扭矩的大小和轉數的多少對下牽引驅動電機和下卡瓦驅動電機模塊進行控制。下卡瓦和下卡瓦鎖緊滑塊加工有相互配合的傾斜面，斜面的角度能保證在下卡瓦鎖緊滑塊向下移動時滑動膨脹開下卡瓦；下卡瓦具有一定的彈性，能在下卡瓦鎖緊滑塊的作用下膨脹開，在外力消除時閉合。

一般對牽引器的上控制模塊和下控制模塊的強電和信號傳輸有3種方式，一種是連續(xù)管內置8芯電纜，既可以完成輸電，又可以實現有線信號傳輸；二是連續(xù)管管壁外埋電纜，但這種傳輸方式相對較少；三是連續(xù)管外配置多芯電纜，完成輸電功能和信號傳輸功能。針對井眼直徑較小的特性，該電驅動牽引器采用的是內置8芯電纜完成輸電和有線信號傳輸功能。其運動狀態(tài)可由地面輸入指令分別對上控制模塊和下控制模塊進行控制。

上控制模塊接收到地面信號后，可驅動上卡瓦驅動電機模塊正轉或反轉，帶動上螺桿驅動轉子和上螺桿正轉或反轉，通過上螺桿與上螺桿推進滑塊的螺桿滑塊機構推動螺桿推進滑塊前進或后退，螺桿推進滑塊通過上卡瓦伸縮桿推動上卡瓦鎖緊滑塊前進或后退，當卡瓦鎖緊滑塊前進時，通過斜錐面外推上卡瓦發(fā)生彈性變形，并沿上卡瓦支座滑孔和上卡瓦殼體滑孑L滑動，使其張開抓緊井壁，張緊力的大小可以通過驅動電機模塊的扭矩來控制，張開的程度可由上卡瓦驅動電機模塊轉動的圈數和角度來控制；當卡瓦鎖緊滑塊后退時，卡瓦鎖緊滑塊與上卡瓦的斜錐面離開，外推力消失，上卡瓦在自身彈性與井壁擠壓力的作用下收縮到最小外徑狀態(tài)。上控制模塊接收到地面信號后，同時控制上牽引驅動電機正轉或反轉、帶動上牽引轉子和上牽引轉子螺母正轉或反轉，通過六方中心滑管上的上六方中心滑管螺桿機構，推動上牽引器系統(tǒng)沿六方中心滑管向上或向下做相對滑動，完成牽引功能，其牽引力的大小、位移和方向可分別由上牽引驅動電機的輸出扭矩、轉數和正反轉來控制。

下控制模塊接收到地面信號后，可驅動下卡瓦驅動電機模塊正轉或反轉，帶動下螺桿驅動轉子和下螺桿正轉或反轉，通過螺桿與上螺桿推進滑塊的螺桿滑塊機構推動螺桿推進滑塊前進或后退，螺桿推進滑塊通過下卡瓦伸縮桿推動下卡瓦鎖緊滑塊前進或后退，當卡瓦鎖緊滑塊前進時，通過斜錐面外推下卡瓦發(fā)生彈性變形，并沿下卡瓦支座滑孑L和下卡瓦殼體滑孔滑動，使其張開抓緊井壁，張緊力的大小可以通過驅動電機模塊的扭矩來控制，張開的程度可由下卡瓦驅動電機模塊轉動的圈數和角度來控制；當卡瓦鎖緊滑塊下后退時，下卡瓦鎖緊滑塊與下卡瓦的斜錐面離開，外推力消失，下卡瓦在自身彈性與井壁擠壓力的作用下收縮到最小外徑狀態(tài)。下控制模塊接收到地面信號后，同時控制下牽引驅動電機正轉或反轉、帶動下牽引轉子和下牽引轉子螺母正轉或反轉，通過六方中心滑管上的上六方中心滑管螺桿機構，推動下牽引器系統(tǒng)沿六方中心滑管向上或向下做相對滑動，完成牽引功能，其牽引力的大小、位移和方向可分別由下牽引驅動電機的輸出扭矩、轉數和正反轉來控制。上控制模塊和下控制模塊之間相互聯系，根據工作過程先后順序的不同，上控制模塊和下控制模塊對各個電機模塊的控制存在相位差，保證牽引器工作的順利進行。