一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器

技术领域

本发明涉及一种石油天然气行业测井通井领域用的井下牵引器，特别涉及一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器。

背景技术

在石油天然气行业开发过程中，特别是在完井过程中，需要将大量的测井仪器投入到井下目标位置，并对对井下情况进行检测，通常测井仪器大都是利用重力作用由电缆下放至井下工作位置，这就需要测井仪器和电缆可以顺利通过套管内钻井液，但由于颗粒沉降、底层温度，泥浆凝结放热等原因，导致钻井液变得粘稠；甚至于遇到有些深井超深井，为了防止井漏井喷，特意使用了密度较高的泥浆，高密度的泥浆也更加粘稠，有很大的结构力，导致很多测井仪器无法依靠自身的重力作用下放到目标位置，这时候就需要进行频繁的通井作业，或者是利用具备牵引功能的其他工具将测井仪器送入至井下目标位置。

目前的石油行业钻井队在需要通井时大都是采用通径规进行通井，利用钻柱机械冲压的方式打通钻井液中的泥块等粘稠物，可这种通井方式会耗费大量的人力物力和时间，且使得整个测井施工作业不连续，也就是说在通井结束后再下入测井仪器和电缆，万一遇上深井超深井，钻井液的密度很大，在通井结束后下入测井仪器的过程中又遇阻了，此时又得起出未下到位的测井工具，继续进行通井。发明专利CN108533201A提出了一种钻井液搅拌通井工具，利用电缆驱动搅拌粘稠钻井液，基本能够实现通井效果；但该工具在工作时，为了避免电缆扭转等副作用的产生，需要使用锚爪将通井工具固定在套管壁上，以克服反扭矩，这样便使得该通井工具每次只能在一定区域内进行搅拌通井作业，在完成该区域的通井作业后，需要释放锚爪，继续下放该通井工具到下一作业区域，再次打开锚爪固定通井工具，继续进行搅拌通井，这样周而复始的对钻井液进行搅拌完成通井作业，很明显，该专利结构在工作起来是不连续的，需要反复的打开锚爪和收回锚爪，且由于其搅拌头在旋转搅拌通井过程中不能自动克服反扭矩，所以该专利结构无法携带探测设备下井。

基于上述技术背景，本发明提供一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器，进一步提高通井作业及测井仪器的下入效率。

发明内容

本发明的目的是：为了解决测井仪器能够快速有效的下放至井下，有效完成通井作业的问题，特提供一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器是由电缆、压帽、螺帽、电缆接头、连接筋、喷口、角接触球轴承a、螺旋推进器、角接触球轴承b、上隔套、上外磁瓦座、上外磁瓦、上内磁瓦、上内磁瓦座、连接销、螺钉、上减速器、上减速器固定套、限位环、上电机、上电机固定箱、减震垫套、下电机固定箱、下电机、下减速器、下减速器固定套、下隔套、下外磁瓦座、下外磁瓦、下内磁瓦、下内磁瓦座、扶正筒、锁紧螺帽、传动轴和搅拌头构成；其特征是：电缆由绝缘外皮和线芯构成，电缆一端的线芯与地面的电控平台导通，电缆另一端的线芯分别与上电机和下电机连接，电缆穿过电缆接头内孔，电缆接头上部周向均匀设置六个分瓣，六个分瓣外圆设置为圆锥面，六个分瓣内孔设置为锯齿结构；压帽内腔设置为圆锥孔，压帽内腔圆锥孔和电缆接头上部六个分瓣圆锥面贴合压紧；螺帽内腔下部与电缆接头上部螺纹连接，电缆接头中部外圆与喷口上端通过连接筋进行焊接固定；螺旋推进器上端设置有沉槽，角接触球轴承a置于沉槽内，角接触球轴承a内孔与电缆接头下部外圆过盈配合，角接触球轴承a外圆与螺旋推进器沉槽内壁过盈配合；电缆接头下端与上隔套上端螺纹连接，螺旋推进器中轴设置有通孔a，上隔套上部中轴位于通孔a内，螺旋推进器中轴外圆设置有上螺旋翼和下螺旋翼，上螺旋翼的尺寸大于下螺旋翼，螺旋翼全部置于喷口内腔，螺旋推进器下端外圆设置有螺纹，螺旋推进器下端与上外磁瓦座上端螺纹连接；螺旋推进器下端设置有阶梯孔，角接触球轴承b置于阶梯孔内，角接触球轴承b内孔与上隔套外圆过盈配合，角接触球轴承b外圆与螺旋推进器阶梯孔内壁过盈配合；上隔套中轴上端设置有螺纹孔，上隔套中轴设置有通孔b，上隔套中部内腔左右两侧对称分布有左排线槽a和右排线槽a，上隔套内腔下端与上减速器固定套外圆上端螺纹连接；上外磁瓦座和上内磁瓦座由不导磁材料制成，上外磁瓦和上内磁瓦由强磁材料制成；上外磁瓦依次置于上外磁瓦座内腔；上内磁瓦座上部设置有环形凹槽，上内磁瓦依次置于上内磁瓦座的环形凹槽内，上外磁瓦座底端内孔与上隔套中部外圆接触，上外磁瓦座与上隔套之间设置有密封件；上减速器固定套上端内部设置有沉槽，在沉槽底部左右两侧设置有两个通孔，上减速器固定套左右两侧对称分布有左排线槽b和右排线槽b，左排线槽b与沉槽底部左侧通孔连通，右排线槽b与沉槽底部右侧通孔连通，上减速器固定套上端沉槽的底平面上周向均匀分布有四个沉孔，螺钉置入四个沉孔内，上减速器固定套与上减速器通过螺钉固定；上减速器固定套下端与上电机固定箱上端外圆螺纹连接，上减速器置于上减速器固定套内部，上减速器上端传动轴插入上内磁瓦座，上内磁瓦座下端和上减速器上端传动轴用连接销固定，限位环安装在上减速器下端内孔，限位环与上电机输出轴抱死形成周向固定。上电机置于上电机固定箱内部，上电机固定箱上端面周向均匀分布四个沉头孔，四个螺钉置入上电机固定箱上端面的四个沉头孔内，上电机固定箱与上电机通过螺钉进行固定，上电机固定箱外圆下端与下电机固定箱上端内腔螺纹连接，上电机固定箱内壁右侧设置有右排线槽c，减震垫套安装在上电机固定箱内腔下端，减震垫套位于上电机和下电机之间，减震垫套右侧设置有通线孔，减震垫套上端面设置有通孔，减震垫套下端面设置有通孔，下电机置于下电机固定箱内腔，下电机固定箱下端面周向均匀设置有四个沉头孔，螺钉位于四个沉头孔内，下电机固定箱与下电机通过螺钉进行固定；下电机固定箱下端外圆与下减速器固定套上端内腔螺纹连接，下减速器置于下减速器固定套内腔，下减速器上端内孔设置有限位环，限位环与下电机输出轴抱死形成周向固定，下减速器固定套下端内腔设置有一环形沉槽，在环形沉槽平面上设置四个沉头孔，四个沉头孔内设置有螺钉，下减速器与下减速器固定套通过螺钉固定；下外磁瓦座和下内磁瓦座由不导磁材料制成，下外磁瓦和下内磁瓦由强磁材料制成。下外磁瓦依次固定在下外磁瓦座内腔；下内磁瓦座内腔设置有环形凹槽，下内磁瓦依次固定在下内磁瓦座的环形凹槽内，下减速器传动轴插入下内磁瓦座上端沉槽，下内磁瓦座上端与下减速器传动轴用连接销固定，下外磁瓦座下端与扶正筒上端外圆螺纹连接；下隔套上端与下减速器固定套下端外圆螺纹连接，下隔套上端设置有阶梯沉槽，下内磁瓦座置于下隔套的阶梯沉槽内，下隔套下部设置为光轴，下隔套下部的光轴置于扶正筒上端的阶梯孔内，一对角接触球轴承b安装在下隔套下部的光轴上，角接触球轴承b的外圆与扶正筒阶梯孔内壁接触，下隔套下部光轴下端设置有螺纹孔，锁紧螺帽与下隔套下端螺纹连接，扶正筒下端与传动轴上端螺纹连接，传动轴下端与搅拌头上端螺纹连接。

左排线槽a与上减速器固定套左排线槽b连通，右排线槽a与上减速器固定套右排线槽b连通，左排线槽b下端通过上减速器固定套下部的环槽与右排线槽b连通，右排线槽b与上电机固定箱右排线槽c相通，右排线槽c与减震垫套上的通线孔相通；所述电缆穿过通孔b并分叉为两部分，其中一部分电缆依次穿过左排线槽a和左排线槽b进入右排线槽c，另一部分电缆依次穿过右排线槽a和右排线槽b进入右排线槽c，两部分电缆穿过右排线槽c通过通线孔进入减震垫套内腔，其中一部分电缆与上电机连接，另一部分电缆与下电机连接。

减震垫套由橡胶制成；搅拌头外圆设置有螺旋叶片，螺旋叶片上设置有圆孔；扶正筒外圆周向均匀分布有扶正楞体。

本发明的有益效果是：本发明随电缆下放，实现电驱动旋转搅拌钻井液，搅拌的同时能够提供轴向的牵引力，可携带牵引测井仪器在直井段及水平井段移动，有效实现通井效果和提高测井效率；上下电机对称分布，双电机驱动，通电后双电机以大小相同的恒扭矩、不同转向输出，驱动螺旋推进器和搅拌头同时旋转，来实现驱动螺旋推进器和搅拌头上的扭矩自平衡，进而实现远距离通井和远距离牵引测井仪器，无需挂靠锚定装置就能够自动变位；双电机驱动，可实现两次搅拌，对钻井液的搅拌更充分且提高了搅拌效率；双电机驱动，可提供更大的牵引力，能够准确快速的携带测井仪器到达指定工作位置，尤其是在水平井段，本发明将更具优势，更能发挥其牵引送进的价值，能大大节省作业时间，节约施工成本；采用减速器和电机配合，能提供更大的扭矩，可面对更加复杂的井下环境；磁力传动方式，避免机械传动过程中的部分动密封问题，且可避免电机过载情况发生；电信号监控，可实时监控伺服电机的工作状态，遇到突发状况能够快速准确的检测和进行处理。

附图说明

图1是本发明一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器的结构示意图。

图2是图1中A-A截面剖视图。

图3是图1中B-B截面剖视图。

图4是图1中C-C截面剖视图。

图5是图1中D-D截面剖视图。

图6是电缆接头与喷口连接的三维结构示意图。

图7是螺旋推进器的三维结构示意图。

图8是搅拌头的三维结构示意图。

图9是本发明的三维结构示意图。

图中：1—电缆、2—压帽、3—螺帽、4—电缆接头、5—连接筋、6—喷口、7—角接触球轴承a、8—螺旋推进器、9—角接触球轴承b、10—上隔套、11—上外磁瓦座、12—上外磁瓦、13—上内磁瓦、14—上内磁瓦座、15—连接销、16—螺钉、17—上减速器、18—上减速器固定套、19—限位环、20—上电机、21—上电机固定箱、22—减震垫套、23—下电机固定箱、24—下电机、25—下减速器、26—下减速器固定套、27—下隔套、28—下外磁瓦座、29—下外磁瓦、30—下内磁瓦、31—下内磁瓦座、32—扶正筒、33—锁紧螺帽、34—传动轴、35—搅拌头、81—螺旋翼、82—通孔a、101—左排线槽a、102—右排线槽a、103—通孔b、181—左排线槽b、182—右排线槽b、211—右排线槽c、221—通线孔、351—螺旋叶片。

实施方式

如图1～图9所示，本发明一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器，是由电缆1、压帽2、螺帽3、电缆接头4、连接筋5、喷口6、角接触球轴承a7、螺旋推进器8、角接触球轴承b9、上隔套10、上外磁瓦座11、上外磁瓦12、上内磁瓦13、上内磁瓦座14、连接销15、螺钉16、上减速器17、上减速器固定套18、限位环19、上电机20、上电机固定箱21、减震套垫22、下电机固定箱23、下电机24、下减速器25、下减速器固定套26、下隔套27、下外磁瓦座28、下外磁瓦29、下内磁瓦30、下内磁瓦座31、扶正筒32、锁紧螺帽33、传动轴34和搅拌头35构成。其特征是：电缆1由绝缘外皮和线芯构成，电缆1一端的线芯与地面的电控平台导通，电缆1另一端的线芯分别与上电机20和下电机24连接，电缆1穿过电缆接头4内孔，电缆接头4上部周向均匀设置六个分瓣，六个分瓣外圆设置为圆锥面，六个分瓣内孔设置为锯齿结构；压帽2内腔设置为圆锥孔，压帽2内腔圆锥孔和电缆接头4上部六个分瓣圆锥面贴合压紧；螺帽3内腔下部与电缆接头4上部螺纹连接，电缆接头4中部外圆与喷口6上端通过连接筋5进行焊接固定；螺旋推进器8上端设置有沉槽，角接触球轴承a7置于沉槽内，角接触球轴承a7内孔与电缆接头4下部外圆过盈配合，角接触球轴承a7外圆与螺旋推进器8沉槽内壁过盈配合；电缆接头4下端与上隔套10上端螺纹连接，螺旋推进器8中轴设置有通孔a82，上隔套10上部中轴位于通孔a82内，螺旋推进器8中轴外圆设置有上螺旋翼81和下螺旋翼83，上螺旋翼81的尺寸大于下螺旋翼83，螺旋翼全部置于喷口6内腔，螺旋推进器8下端外圆设置有螺纹，螺旋推进器8下端与上外磁瓦座11上端螺纹连接；螺旋推进器8下端设置有阶梯孔，角接触球轴承b9置于阶梯孔内，角接触球轴承b9内孔与上隔套10外圆过盈配合，角接触球轴承b9外圆与螺旋推进器8阶梯孔内壁过盈配合；上隔套10中轴上端设置有螺纹孔，上隔套10中轴设置有通孔b103，上隔套10中部内腔左右两侧对称分布有左排线槽a101和右排线槽a102，上隔套10内腔下端与上减速器固定套18外圆上端螺纹连接；上外磁瓦座11和上内磁瓦座14由不导磁材料制成，上外磁瓦12和上内磁瓦13由强磁材料制成；上外磁瓦12依次置于上外磁瓦座11内腔；上内磁瓦座14上部设置有环形凹槽，上内磁瓦13依次置于上内磁瓦座14的环形凹槽内，上外磁瓦座11底端内孔与上隔套10中部外圆接触，上外磁瓦座11与上隔套10之间设置有密封件；上减速器固定套18上端内部设置有沉槽，在沉槽底部左右两侧设置有两个通孔，上减速器固定套18左右两侧对称分布有左排线槽b181和右排线槽b182，左排线槽b181与沉槽底部左侧通孔连通，右排线槽b182与沉槽底部右侧通孔连通，上减速器固定套18上端沉槽的底平面上周向均匀分布有四个沉孔，螺钉16置入四个沉孔内，上减速器固定套18与上减速器17通过螺钉16固定；上减速器固定套18下端与上电机固定箱21上端外圆螺纹连接，上减速器17置于上减速器固定套18内部，上减速器17上端传动轴插入上内磁瓦座14，上内磁瓦座14下端和上减速器17上端传动轴用连接销15固定，限位环19安装在上减速器17下端内孔，限位环19与上电机20输出轴抱死形成周向固定；上电机20置于上电机固定箱21内部，上电机固定箱21上端面周向均匀分布四个沉头孔，四个螺钉16置入上电机固定箱21上端面的四个沉头孔内，上电机固定箱21与上电机20通过螺钉16进行固定，上电机固定箱21外圆下端与下电机固定箱23上端内腔螺纹连接，上电机固定箱21内壁右侧设置有右排线槽c211，减震垫套22安装在上电机固定箱21内腔下端，减震垫套22位于上电机20和下电机24之间，减震垫套22右侧设置有通线孔221，减震垫套22上端面设置有通孔，减震垫套22下端面设置有通孔，下电机24置于下电机固定箱23内腔，下电机固定箱23下端面周向均匀设置有四个沉头孔，螺钉16位于四个沉头孔内，下电机固定箱23与下电机24通过螺钉16进行固定；下电机固定箱23下端外圆与下减速器固定套26上端内腔螺纹连接，下减速器25置于下减速器固定套26内腔，下减速器25上端内孔设置有限位环19，限位环19与下电机24输出轴抱死形成周向固定，下减速器固定套26下端内腔设置有一环形沉槽，在环形沉槽平面上设置四个沉头孔，四个沉头孔内设置有螺钉16，下减速器25与下减速器固定套26通过螺钉16固定；下外磁瓦座28和下内磁瓦座31由不导磁材料制成，下外磁瓦29、下内磁瓦30由强磁材料制成；下外磁瓦29依次固定在下外磁瓦座28内腔；下内磁瓦座31内腔设置有环形凹槽，下内磁瓦30依次固定下内磁瓦座31的环形凹槽内，下减速器25传动轴插入下内磁瓦座31上端沉槽，下内磁瓦座31上端与下减速器25传动轴用连接销15固定，下外磁瓦座28下端与扶正筒32上端外圆螺纹连接；下隔套27上端与下减速器固定套26下端外圆螺纹连接，下隔套27上端设置有阶梯沉槽，下内磁瓦座31置于下隔套27的阶梯沉槽内，下隔套27下部设置为光轴，下隔套27下部的光轴置于扶正筒32上端的阶梯孔内，一对角接触球轴承b9安装在下隔套27下部的光轴上，角接触球轴承b9的外圆与扶正筒32阶梯孔内壁接触，下隔套27下部光轴下端设置有螺纹孔，锁紧螺帽33与下隔套27下端螺纹连接，扶正筒32下端与传动轴34上端螺纹连接，传动轴34下端与搅拌头35上端螺纹连接。

左排线槽a101与上减速器固定套18左排线槽b181连通，右排线槽a102与上减速器固定套18右排线槽b182连通，左排线槽b181下端通过上减速器固定套18下部的环槽与右排线槽b182连通，右排线槽b182与上电机固定箱21右排线槽c211相通，右排线槽c211与减震垫套22上的通线孔221相通；所述电缆1穿过通孔b103并分叉为两部分，其中一部分电缆1依次穿过左排线槽a101和左排线槽b181进入右排线槽c211，另一部分电缆1依次穿过右排线槽a102和右排线槽b182进入右排线槽c211，两部分电缆1穿过右排线槽c211通过通线孔221进入减震垫套22内腔，其中一部分电缆1与上电机20连接，另一部分电缆1与下电机24连接。

减震垫套22由橡胶制成；扶正筒32外圆周向均匀分布有扶正楞体。

如图2所示，八个上内磁瓦13依次置于上内磁瓦座14的环形凹槽内，八个上外磁瓦12依次固定在上外磁瓦座11内腔，上隔套10开有左排线槽a101和右排线槽a102。

如图5所示，下内磁瓦30依次固定在下内磁瓦座31下端面环形凹槽内，八个下外磁瓦29依次固定在下外磁瓦座28内腔。

如图8所示，搅拌头35外圆设置有螺旋叶片351，螺旋叶片351上设置有圆孔。

本发明一种电缆驱动的扭矩自平衡井下搅拌牵引器的工作原理是：装配好本发明后，通过电缆下放本发明至井下，当下放至遇阻井段时，本发明可以开始工作，此时通过地面控制上电机20和下电机24得电，并通过上位机，经上电机20、下电机24相对应的伺服器控制两电机的旋转方向相反，其中上电机20逆时针旋转，下电机24顺时针旋转；此时，上电机20驱动上减速器17工作，上减速器17再驱动上内磁瓦座14旋转，上内磁瓦座14驱动上外磁瓦座11旋转，上外磁瓦座11最终把扭矩提供给螺旋推进器8，进而带动螺旋推进器8旋转，螺旋推进器8高速旋转搅动钻井液，并提供向下的推力；下电机24驱动下减速器25工作，下减速器25驱动下内磁瓦座31旋转，下内磁瓦座31驱动下外磁瓦座28旋转，并经扶正筒32、传动轴34，最终将扭矩传递给搅拌头35，搅拌头35高速旋转搅动钻井液，并提供向下的推力；如此上、下电机分别以不同的转向、相同的扭矩，能够自动平衡反扭矩，通过螺旋推进器8和搅拌头35上特定的螺旋扇叶形状来提供相同方向的推力，在实现搅拌功能且保证搅拌均匀的前提下，推动整个工具前进，达到连续快速通井效果的同时，还可以携带测井工具下井进行检测工作。即使在没有遇阻的水平井段，开启本发明后，也可以牵引测井工具连续在水平井段前进，将测井工具送入至指定工作区域。