裸眼井检测仪器拖动器的设计与研究

论文摘要

水平裸眼井中的钻屑、沉砂以及特定的井眼几何形状使油井检测仪器无法下入预定的测量深度,而拖动器运送法则是一种将检测仪器送达目的深度经济而有效的手段。本文结合?大庆石油管理局测井公司第二分公司科研项目,对具有断电解锁功能、可在裸眼井内双向运行的拖动器进行分析与研究,设计了裸眼井拖动器虚拟样机。裸眼井拖动器采用了伸缩式运动方案,通过两个伸缩式的驱动单元接力实现了拖动器的连续行走。驱动单元液压出力装置的支撑臂组件采用具有2个自由度的7杆机构,该机构的接地臂可与起伏变化的裸眼井壁紧密接触,提供足够大的封闭正压力。通过推靠缸采用柱塞缸及特殊的中心进油方案,避免采用可靠性低的软管进油,并节省一根油管,为拖动器缩小直径提供了保障。以能适应大范围的井径尺寸变化、近似恒定增力比的推靠机构为研究对象,设计出具有4个自由度凸轮式推靠机构。利用反转法推导出使增力比为定值的凸轮实际廓线,讨论实际廓线为直线和圆弧的凸轮增力特性,确定由增力比设计实际廓线为直线和圆弧的凸轮参数计算方法。分析推靠机构在裸眼井内受力情况及考虑运动副摩擦情况下凸轮机构的受力状态,提出通过补偿增力比设计凸轮机构的方法,并最终确定推靠机构中采用实际廓线为圆弧的凸轮。围绕断电解锁功能设计拖动器液压系统,从结构与液动力两方面论证螺纹插装式三位四通换向阀改造成拖动器液压系统专用换向阀的可行性。设计活塞式压力补偿油箱,给出油箱可补偿容积的计算公式。对拖动器的断电解锁进行分析与研究,建立数学模型,通过数值方法求解模型,设计解锁弹簧的预紧力与刚度。以裸眼井壁为研究对象,分析IBL文件的格式和构成规律,提出应用数学软Mathematica 6.0自动生成*.ibl文件的方法,利用自动生成的*.ibl文件,在Pro/E中构造出用于仿真的裸眼井壁的几何模型。利用Pro/E、接口软件MPRO及ADAMS建立拖动器的虚拟样机。由拖动器的虚拟样机简化得到单组支撑臂仿真模型,利用该模型验证有关推靠机构的自由度计算、转角位移曲线、受力分析等理论推导的正确性。利用ADAMS/Hydraulics建立拖动器的液压系统的仿真模型,通过对液压系统时序仿真研究验证了所设计的液压系统的正确性。利用拖动器的虚拟样机,进行拖动器在裸眼井内的运动仿真,仿真结果表明拖动器的两驱动单元可交替出力,实现拖动器本体在裸眼井内的连续运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题背景及课题研究的目的和意义
• 1.2.1 裸眼井检测仪器拖动器的应用背景
• 1.2.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 检测仪器拖动器国内外发展现状
• 1.3.1 国外测井仪器拖动器的发展现状
• 1.3.2 国内测井仪器拖动器的发展现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 裸眼井检测仪器拖动器总体方案设计
• 2.1 拖动器的工作环境及技术条件
• 2.1.1 拖动器的工作环境
• 2.1.2 拖动器的技术条件
• 2.2 拖动器的总体方案
• 2.2.1 拖动器的结构形式及工作原理
• 2.2.2 拖动器的液压传动方案设计
• 2.2.3 拖动器总体参数计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 推靠机构设计及其增力特性研究
• 3.1 推靠机构自由度的计算
• 3.1.1 凸轮机构发挥增力作用时推靠机构自由度的计算
• 3.1.2 凸轮机构不发挥增力作用时推靠架机构自由度的计算
• 3.2 凸轮机构的受力分析与实际廓线设计
• 3.2.1 凸轮机构的受力分析
• 3.2.2 凸轮机构的反转法求解
• TF2为定值k 的凸轮实际廓线'>3.2.3 使力输出系数K_TF2为定值k 的凸轮实际廓线
• 3.2.4 使凸轮机构输入输出位移保持线性关系的凸轮实际廓线
• 3.2.5 实际廓线为一段直线时滚子位移s与凸轮转角φ的关系
• 3.2.6 实际廓线为一段圆弧时滚子位移s与凸轮转角φ的关系
• 3.2.7 由增力比确定凸轮参数
• 3.3 裸眼井内推靠机构的受力分析
• 3.3.1 凸轮机构发挥作用时推靠机构的受力分析
• 3.3.2 凸轮机构不发挥作用时推靠机构的受力分析
• 3.3.3 考虑增力比补偿后的凸轮实际廓线设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 裸眼井检测仪器拖动器液压系统设计
• 4.1 液压泵规格、电机功率计算
• 4.1.1 行走缸推靠缸工作压力、流量计算
• 4.1.2 液压泵规格及电机功率计算
• 4.2 液压缸设计
• 4.2.1 推靠缸参数计算
• 4.2.2 行走缸参数计算
• 4.3 液压阀选用及阀块设计
• 4.3.1 螺纹插装阀技术
• 4.3.2 螺纹插装式三位四通换向阀改专用换向阀的研究
• 4.3.3 螺纹插装阀阀块设计
• 4.4 液压油选择与压力平衡油箱设计
• 4.4.1 液压油选择
• 4.4.2 压力补偿油箱设计
• 4.5 拖动器断电解锁过程分析
• 4.5.1 断电解锁过程的数学模型
• 4.5.2 断电解锁过程分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 裸眼井检测仪器拖动器运动仿真研究
• 5.1 拖动器虚拟样机
• 5.1.1 ADAMS仿真流程
• 5.1.2 裸眼井井壁几何模型的构造方法
• 5.1.3 拖动器虚拟样机的建立
• 5.2 拖动器运动仿真研究
• 5.2.1 推靠机构的仿真研究
• 5.2.2 液压系统时序仿真研究
• 5.2.3 拖动器在裸眼井内的运动仿真研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历