一种连续油管水力牵引爬行器的制作方法

本发明涉及油气田开发领域，尤其是涉及一种连续油管牵引爬行器。

背景技术：

在使用连续油管作业时，需要将其下入到水平井段的端部作业，因水平井通常存在水平段较长或者井眼轨迹多变等问题，导致作用在连续油管上的力不能有效地传递到其端部而引发自锁，使其无法达到预定措施作业位置，严重制约了连续油管现场施工进度，增加了施工等停时间成本。

连续油管井下牵引器即井下爬行器，是一种能在井下为连续油管管体提供牵引力的井下工具。按其运动原理可分为滚轮爬行式、履带爬行式(链轨式)和抓靠臂伸缩滑动式(步进式)3种。目前国内现有爬行器由于设计原因，普遍存在可靠性差、摩阻大、下入困难，牵引力不足等问题，制约了其在水平井施工作业中的推广应用；此外，国内外现有的水力驱动爬行器功能比较单一，仅能起到增加连续油管在井底输送距离的作用，尚未解决连续油管被输送到井底目标位置后牵引器如何关闭的问题，当连续油管被输送到井底目标位置，在管柱内流体的作用下，牵引器会在连续油管管柱底端施加一个拖曳力，相应地增大了自井底向上继续拖动作业时的阻力，这给拖动酸化作业造成了一定的困难。

因此，急需研制一种能够解决水平井长井段连续油管输送问题的水力牵引爬行器。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种连续油管水力牵引爬行器，克服现有爬行器存在的可靠性差、摩阻大、下入困难、牵引力不足及被输送到井底目标位置后无法关闭等问题，将水力脉冲振荡减摩和水力涡轮驱动牵引两大功能集成为一体。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种连续油管水力牵引爬行器，包括投球滑套部、水力脉冲振荡减摩部和水力涡轮驱动牵引部；

水力脉冲振荡减摩部包括振荡减摩部壳体、螺杆马达定子、螺杆马达转子、活塞、碟簧、碟簧下挡片、芯轴、连接器，水力脉冲振荡减摩部的最外部为振荡减摩部壳体，壳体流体进出口两端均带有连接丝扣，与投球滑套通过流体进口处丝扣相连，通过出口处丝扣经连接器和水力涡轮驱动牵引部相连；在振荡减摩部壳体内，自流体过流方向依次安装有螺杆马达定子和螺杆马达转子组合、活塞、芯轴、碟簧及碟簧下挡片；螺杆马达定子固定在振荡减摩部壳体内腔中，螺杆马达转子一端内置于螺杆马达定子内腔中，另一端除底端紧贴活塞靠近流体进口处的端面外，大多悬空于振荡减摩部壳体内腔中；活塞本体为圆盘状，在活塞本体环向的中部，周向安放有o型密封圈，在活塞本体径向中部靠近中心开有用于使流体通过的过流孔，活塞径向上靠近流体进口处的活塞端面紧贴马达转子底端，通过马达转子的周期性旋转来控制其过流孔的开度，来周期性地改变振荡减摩部壳体内腔中的流体压力，产生脉冲振荡；芯轴为空心结构，其内腔流体进口端外部车削有用于和活塞相连接的丝扣，内腔流体出口端的外表面光滑；碟簧下挡片为中部开有圆形通孔的钢板；芯轴通过内腔流体进口端外部的丝扣与活塞连为一体，其余部位的外部环向上套有碟簧，内腔流体出口端经碟簧下挡片中部的圆形通孔伸出，与连接器内腔相通；

水力涡轮驱动牵引部包括中心管、节流筒、节流筒滚轮滑套、滚轮、复位弹簧、滚轮座、后端盖、前端盖、推力轴承组、扶正器、联轴器、涡轮组壳体、涡轮组、涡轮驱动装置旋转轴，中心管内腔流体进口端外侧车削有用于和连接器连接的丝扣，在内腔流体出口端外侧车削有用于和后端盖相连的丝扣；节流筒位于中心管的内部靠近流体进口端，节流筒为内部开有锥形通孔的圆柱体，在节流筒外侧的两端与中心管的内壁之间分别设置有密封圈；在中心管的中间靠流体进口端互成90°开有四道椭圆形纵向槽孔，用于放置连接节流筒滚轮滑套与节流筒的销钉，提供滑动空间；节流筒滚轮滑套为内部中空、外径不一的钢筒，外壁在靠近流体流入方向端在外观呈圆柱状，外壁在靠近流体流出方向外观上呈锥状且开有两道用于放置滚轮座的互成180°凹槽，滚轮座在外观上同样呈锥状且开有两道用于放置滚轮的互成180°的凹槽；在中心管的内部靠近流体出口端安放有复位弹簧，复位弹簧位于节流筒下端被节流筒与后端盖夹在中间；后端盖通过丝扣与中心管和前端盖相连，后端盖与前端盖在外观上均为锥形结构，且二者中间均开有贯通的过流通道，二者结合后围成一个圆形的中空内腔，内腔里面包裹有推力轴承组；推力轴承组包括推力轴承后盖、推力轴承、推力轴承前盖，推力轴承后盖为沿轴向互成90°开有四道椭圆形槽孔的圆盘型构件，轴承组通过防掉螺母与涡轮驱动装置旋转轴相连；前端盖通过丝扣与涡轮组壳体相连，在涡轮组壳体的内部自流体过流方向依次连接了固定在涡轮驱动装置旋转轴上的扶正器、联轴器、涡轮组壳体和涡轮组；与推力轴承组连接在一起的涡轮驱动装置旋转轴用来传输涡轮组旋转输出的动力，为整个爬行器行进提供动力。

所述投球滑套部包括滑套上接头、滑套外管、滑套流体出口、球座、内滑动套、滑套下接头，滑套上接头和滑套下接头为锥形筒结构，分别位于投球滑套部的流体进出口两端，通过丝扣与滑套外管相连；滑套外管为内部进出口两端带有丝扣，在管体上开有2道滑套流体出口；内滑动套和球座均位于滑套外管内部，二者通过丝扣相连接，并由销钉将其与滑套外管相连接。

所述振荡减摩部壳体为高强钢钢管，振荡减摩部壳体内腔流体进口端的通径要小于流体出口端。

所述螺杆马达定子为在高强钢钢管中注塑了带有纳米氧化锌+石墨烯强化相的内衬橡胶螺旋型腔的结构；马达转子为螺旋状的细长实心合金钢棒，其螺旋面经铣削后采用激光熔覆技术在外表面熔覆了一层fe-12cr-4ni-0.2v合金强化层。

所述活塞采用高强合金钢经调质加工制造而成，且采用激光熔覆技术在其表面熔覆了一层fe-16cr-2ni-0.1v合金强化层。

所述芯轴为采用高强合金钢经调质加工制造而成的钢管。

所述中心管为采用耐磨钢经调质加工制造而成的钢管，节流筒同样为由耐磨钢经调质加工制造而成的钢管。

本发明的有益效果是：本发明以连续油管内部的高压流体为动力，先由上部的脉冲振荡减摩部分产生轴向的振动打破连续油管和井筒内壁间的摩擦；再由高速流体带动下部的水力涡轮产生驱动动力，拖动牵引器和其后端的连续油管向前移动，能够防止连续油管螺旋自锁，有利于增加连续油管在水平段的输送距离，比常规蠕动式爬行器相比，摩阻更小、在水平段输送距离更远。

附图说明

图1为本发明的连续油管水力牵引爬行器的结构简图。

图2为投球滑套部i细节图。

图3为水力脉冲振荡减摩部ii细节图。

图4为碟簧下挡片结构图。

图5为水力涡轮驱动牵引部iii细节图。

图6为水力涡轮驱动牵引部iii节流筒滚轮滑套和滚轮座的a-a轴向剖视图。

图7为前、后端盖及推力轴承组细节图。

图8为推力轴承组沿图7的b-b剖视图。

图中，1-滑套上接头，2-滑套外管，3-滑套流体出口，4-球座，5-内滑动套，6-销钉，7-滑套下接头，8-振荡减摩部壳体，9-螺杆马达定子，10-螺杆马达转子，11-活塞，12-碟簧，13-碟簧下挡片，14-芯轴，15-连接器，16-中心管，17-节流筒，18-节流筒滚轮滑套，19-滚轮，20-转轴，21-复位弹簧，22-滚轮座，23-后端盖，24-前端盖，25-推力轴承组，26-扶正器，27-联轴器，28-涡轮组壳体，29-涡轮组，30-涡轮驱动装置旋转轴，31-防掉螺母，32-推力轴承后盖，33-推力轴承，34-推力轴承前盖，35-过流孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-8所示，本发明的连续油管水力牵引爬行器，由投球滑套部i、水力脉冲振荡减摩部ii和水力涡轮驱动牵引部iii三大部分组成。

投球滑套部i包括滑套上接头1，滑套外管2，滑套流体出口3，球座4，内滑动套5，滑套下接头7，滑套上接头1和滑套下接头7为锥形筒结构，分别位于投球滑套部i的进出口两端，通过丝扣与滑套外管2相连；滑套外管2为内部进出口两端带有丝扣，在管体上开有2道滑套流体出口3的钢管；内滑动套5和球座4均位于滑套外管2内部，二者通过丝扣相连接，并由销钉6将其与滑套外管2相连接。

水力脉冲振荡减摩部ii包括振荡减摩部壳体8、螺杆马达定子9、螺杆马达转子10、活塞11、碟簧12、碟簧下挡片13、芯轴14、连接器15，水力脉冲振荡减摩部ii的最外部为振荡减摩部壳体8，该壳体为流体进出口两端均带有连接丝扣的高强钢钢管，与投球滑套部i通过流体进口处丝扣相连，通过出口处丝扣经连接器15和水力涡轮驱动牵引部iii相连；在振荡减摩部壳体8内，自流体过流方向依次安装有螺杆马达定子9和螺杆马达转子10组合、活塞11和芯轴14、碟簧12及碟簧下挡片13，为便于安装以上构件，振荡减摩部壳体8内腔流体进口端的通径要小于流体出口端；螺杆马达定子9为在高强钢钢管中注塑了带有纳米氧化锌+石墨烯强化相的内衬橡胶螺旋型腔的结构；马达转子10为螺旋状的细长实心合金钢棒，其螺旋面经铣削后采用激光熔覆技术在外表面熔覆了一层fe-12cr-4ni-0.2v合金强化层，其一端内置于螺杆马达定子9内腔中，另一端除底端紧贴活塞11靠近流体进口处的端面外，大多悬空于振荡减摩部壳体8内腔中；活塞11本体为圆盘状，采用高强合金钢经调质加工制造而成，且采用激光熔覆技术在其表面熔覆了一层fe-16cr-2ni-0.1v合金强化层，在活塞11本体环向的中部，周向安放有o型密封圈；在活塞11本体径向中部，开有用于使流体通过的过流孔，活塞11径向上靠近流体进口处的活塞端面紧贴马达转子10底端，通过马达转子10的周期性旋转来控制其过流孔的开度，以此来周期性地改变振荡减摩部壳体8内腔中的流体压力，进而产生脉冲振荡；芯轴14为采用高强合金钢经调质加工制造而成的钢管，其内腔流体进口端外部车削有用于和活塞11相连接的丝扣，内腔流体出口端的外表面则十分光滑；碟簧下挡片13为中部开有圆形通孔的特殊结构钢板，采用高强合金钢经调质加工制造而成；芯轴14通过内腔流体进口端外部的丝扣与活塞11连为一体，其其余部位的外部环向上套有碟簧12，其内腔流体出口端经碟簧下挡片13中部的圆形通孔伸出，用于实现马达定子9与活塞11之间的内腔与连接器15内腔之间的沟通。

水力涡轮驱动牵引部iii主要包括：中心管16、节流筒17、节流筒滚轮滑套18、滚轮19、复位弹簧21、滚轮座22、后端盖23、前端盖24、推力轴承组25、扶正器26、联轴器27、涡轮组壳体28、涡轮组29、涡轮驱动装置旋转轴30等主要组成部分。其特征在于，中心管16为采用耐磨钢经调质加工制造而成的钢管，在其内腔流体进口端外侧车削有用于和连接器15连接的丝扣，在其内腔流体出口端外侧车削有用于和后端盖23相连的丝扣；节流筒17同样为由耐磨钢经调质加工制造而成的钢管，位于中心管16的内部、靠近流体进口端；节流筒17结构为内部开有锥形通孔的圆柱体，在节流筒17外侧的两端与中心管16的内壁之间分别设置有两道密封圈；在中心管16的中间略靠流体进口端，互成90°开有四道椭圆形纵向槽孔，用于放置连接节流筒滚轮滑套18与节流筒17的销钉，并为其提供合适的滑动空间；其中，节流筒滚轮滑套18为内部中空、外径不一的高强钢筒，该节流筒滚轮滑套采用高强钢经调质加工制造而成，其外壁在靠近流体流入方向端在外观呈圆柱状，在其外壁在靠近流体流出方向外观上则呈锥状、且开有两道用于放置滚轮座22的、互成180°凹槽，滚轮座22在外观上同样呈锥状、且开有两道用于放置滚轮的、互成180°的凹槽；在中心管16的内部、靠近流体出口端，安放有复位弹簧21，该复位弹簧位于节流筒17下端、被节流筒17与后端盖23夹在中间；后端盖23通过丝扣与中心管16和前端盖24相连，后端盖23与前端盖24均采用耐磨钢经调质加工制造，二者在外观上均为锥形结构，且二者中间均开有贯通的过流通道，二者结合后围成一个圆形的中空内腔，内腔里面包裹有推力轴承组25；推力轴承组25中的所有部件均采用高强合金钢经调制工艺加工制造而成，主要由推力轴承后盖32、推力轴承33、推力轴承前盖34等部件构成，其中推力轴承后盖为沿轴向互成90°开有四道椭圆形槽孔的圆盘型构件，该轴承组通过防掉螺母31与涡轮驱动装置旋转轴30相连；前端盖24通过丝扣与涡轮组壳体28相连，在涡轮组壳体的内部自流体过流方向依次连接了固定在涡轮驱动装置旋转轴30上的扶正器26、联轴器27、涡轮组壳体28和涡轮组29等部件，所有部件均采用高强合金钢经调制工艺加工制造而成；与推力轴承组25连接在一起的涡轮驱动装置旋转轴30，其功能在于用来传输涡轮组旋转输出的动力，进而为整个爬行器行进提供动力。

本发明连续油管水力牵引爬行器克服现有爬行器存在的可靠性差、摩阻大、下入困难、牵引力不足、被输送到井底目标位置后无法关闭等问题，将水力脉冲振荡减摩和水力涡轮驱动牵引两大功能集成为一体：以连续油管内部的高压流体为动力，先由上部的脉冲振荡减摩部分产生轴向的振动打破连续油管和井筒内壁间的摩擦；再由高速流体带动下部的水力涡轮产生驱动动力，拖动牵引器向前移动，实现了防止产生螺旋屈曲、增加进尺的功能。当连续油管被输送到设定位置后，投球打压使滑套i上的销钉剪断，滑套下移堵死下部过流通道，阻止牵引器继续下行，便于后续的拖动酸化等措施作业。

使用过程如下：

首先，按照图1-4依次完成投球滑套部i、水力脉冲振荡减摩部ii和水力涡轮驱动牵引部iii的组装，具体如下：

1、先通过球座4和内滑动套5上自带的丝扣将二者连接在一起，将其塞入滑套外管2的内腔中，使其封住滑套外管2，并用销钉6将内滑动套5与滑套外管2连为一体，后在滑套外管2的左右两端拧上滑套上接头1和滑套下接头7，完成投球滑套部i的组装；

2、先将马达定子9和马达转子10组装在一起，然后将其塞入振荡减摩部壳体8内腔中；将活塞11、芯轴14、碟簧12和碟簧下挡片13组合为一体，并随后塞入振荡减摩部壳体8内腔；最后通过丝扣将连接器15拧紧在振荡减摩部壳体8的右端，完成水力脉冲振荡减摩部ii的组装；

3、先将滚轮座22安放在截流筒滚轮滑套18的卡槽上并焊接固定，滚轮滑套18套在节流筒17的外部，并通过销钉经中心管16上的椭圆形纵向槽孔与节流筒17相连，随后在中心管16的内部安放上复位弹簧21，完成水力涡轮驱动牵引部iii前半部分的组装；将推力轴承组安放与前端盖23和后端盖24之间的空腔内，并将前端盖23和后端盖24偷过丝扣拧在一起，在涡轮驱动装置旋转轴30上依次串联扶正器26、联轴器27、和推力轴承组并固定，再将涡轮驱动装置旋转轴30固定到到推力轴承组25上，最后套上涡轮组壳体28并经丝扣使涡轮组壳体28与后端盖相连，完成水力涡轮驱动牵引部iii后半部分的连接；最终，水力涡轮驱动牵引部iii前后半段经丝扣连接，将滚轮19通过转轴20等配件与滚轮座上22、滚轮滑套18和后端盖23相连接，完成水力涡轮驱动牵引部iii的组配；

然后，等依次组装完投球滑套部i、水力脉冲振荡减摩部ii和水力涡轮驱动牵引部iii后，通过自带的丝扣将三者连接在一起，即完成本连续油管水力牵引爬行器的组装。

现场使用前，首先分别根据图2、图3和图5分别组装好投球滑套部i、水力脉冲振荡减摩部ii和水力涡轮驱动牵引部iii；然后结合图1利用自带丝扣将整个牵引爬行器的上述三部分连为一体；后经爬行器投球滑套部i滑套上接头上的丝扣与其上部的酸化工具相连接，并通过连接器将整个工具串连接在连续油管的下方。

现场施工作业时，地面高压泵车经连续油管向井下工具串的内腔中泵入高压流体，高压流体带动转子周期性地转动，进而周期性地影响水力脉冲振荡减摩部ii芯轴水眼打开和闭合，使得工具的过流面积从大到小周期性变化，把液流的水力能量转化成系列的脉冲压力，受到脉冲压力的影响，由芯轴和碟簧构成的短接会延伸或者收缩，并产生轴向的振动，进而打破连续油管和套管间的摩擦并创建出液压拉力。此外，经水力脉冲振荡减摩部ii输出的高压流体带动下部的水力涡轮产生旋转和前行的驱动动力，拖动牵引器和其后端的连续油管向前移动，实现打破连续油管螺旋自锁，增加其在水平段的输送距离。

当连续油管被输送到设定极限作业位置后，投球打压使投球滑套部i上的销钉剪断，滑套下移堵死下部过流通道，阻止牵引器继续下行，同时连续油管内的流体从投球滑套部i侧面的流体出口流出，便于后续的拖动酸化等措施作业。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。