井下機器人作為輸送測井及其他井下作業(yè)裝置的儀器,在近年來廣泛應用于水平井井下作業(yè)中。本文以輪式井下機器人為研究對象,在分析其驅(qū)動機構工作原理及特點的基礎上,主要進行了以下幾方面研究。（1）根據(jù)井下機器人驅(qū)動機構的工作原理,設計搭建了驅(qū)動機構滾滑磨損實驗臺,在模擬井下機器人的運行過程中,利用在線鐵譜監(jiān)測儀器實時監(jiān)測爬行輪與套管壁接觸過程中的磨損情況。（2）建立驅(qū)動機構簡化力學模型,分析影響機構牽引力的關鍵參數(shù)。通過參數(shù)化建模和關鍵參數(shù)的優(yōu)化設計,得出了爬行輪直徑、彈簧力與正壓力之間的關系式,確定在L₁=50 mm,L₂=40 mm,爬行輪直徑d=D/2時,滿足驅(qū)動機構牽引力足夠大、彈簧力盡可能的小的優(yōu)化設計目標。（3）對影響爬行輪與套管壁間摩擦力大小的因素進行分析,通過理論分析與計算。確定影響爬行輪壓入套管壁深度,摩擦因數(shù)等因素,得出了當壓力角α=20°、齒高h=3mm時爬行輪輪齒的結構尺寸,驗證了此時輪齒應力集中情況較之前得到很大程度的改善,提高了爬行輪使用壽命。（4）利用驅(qū)動機構滾滑磨損實驗臺,運用提取到的磨粒濃度信息,對優(yōu)化前后井下機器人... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

水平井示意圖

4有四個爬行輪，爬行輪直接安裝在驅(qū)動臂上，是設計最成功的井下機器人之一。圖1-2WELLTEC井下機器人（2）SONDEX公司牽引機器人由于中東國家豐富的石油儲量，Sondex公司從上世紀七十年代，就開始開發(fā)主要用于中東地區(qū)的油氣田測井工具。2003年，大慶油田在塔里木油田引入了Sondex井下機器人（如圖1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生產(chǎn)測井作業(yè)[18]。工作原理：由電纜連接組件提供動力，地面控制系統(tǒng)發(fā)送指令以控制驅(qū)動臂的打開，從而使爬行輪與套管壁緊密接觸，發(fā)生犁溝效應，從而產(chǎn)生足夠的摩擦力，爬行輪轉動,井下機器人沿管道軸線方向移動，到達目的井段，測井數(shù)據(jù)通過纜芯傳至地面控制系統(tǒng)。SONDEX公司研發(fā)的牽引機器人，該機器人在結構上具有以下特點：主要由驅(qū)動單元和對中單元組成，一組驅(qū)動單元有兩個爬行輪，為保證足夠的牽引力，一般采用模塊化設計，配置為兩組四個輪子，布置兩組對中器在機器人的兩端。配備有兩個電機，一個控制爬行輪的轉動，另一個控制驅(qū)動臂的張開與收合。主要技術參數(shù)：徑向大小為54mm，井下機器人本體長約為7.4m，總重量可達85.4kg，所能攜帶的最大驅(qū)動力為2.73KN，平均速度為540m/h，適用于直徑范圍約57244mm的套管內(nèi)。Sondex井下機器人的驅(qū)動功能和支撐功能是相互獨立的，由不同的結構來完成相應的功能。支撐功能可通過扶正器來完成；而驅(qū)動功能則是通過爬行輪在套管內(nèi)的滾動來實現(xiàn)。這種井下機器人可以通過改變驅(qū)動單元的數(shù)量來控制牽引力的大小，但是，缺點是不能很好的適應管道直徑的變化，對于管道中的障礙物，越障性能相對較差[19]。圖1-3SONDEX井下牽引機器人（3）伸縮式井下機器人

4有四個爬行輪，爬行輪直接安裝在驅(qū)動臂上，是設計最成功的井下機器人之一。圖1-2WELLTEC井下機器人（2）SONDEX公司牽引機器人由于中東國家豐富的石油儲量，Sondex公司從上世紀七十年代，就開始開發(fā)主要用于中東地區(qū)的油氣田測井工具。2003年，大慶油田在塔里木油田引入了Sondex井下機器人（如圖1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生產(chǎn)測井作業(yè)[18]。工作原理：由電纜連接組件提供動力，地面控制系統(tǒng)發(fā)送指令以控制驅(qū)動臂的打開，從而使爬行輪與套管壁緊密接觸，發(fā)生犁溝效應，從而產(chǎn)生足夠的摩擦力，爬行輪轉動,井下機器人沿管道軸線方向移動，到達目的井段，測井數(shù)據(jù)通過纜芯傳至地面控制系統(tǒng)。SONDEX公司研發(fā)的牽引機器人，該機器人在結構上具有以下特點：主要由驅(qū)動單元和對中單元組成，一組驅(qū)動單元有兩個爬行輪，為保證足夠的牽引力，一般采用模塊化設計，配置為兩組四個輪子，布置兩組對中器在機器人的兩端。配備有兩個電機，一個控制爬行輪的轉動，另一個控制驅(qū)動臂的張開與收合。主要技術參數(shù)：徑向大小為54mm，井下機器人本體長約為7.4m，總重量可達85.4kg，所能攜帶的最大驅(qū)動力為2.73KN，平均速度為540m/h，適用于直徑范圍約57244mm的套管內(nèi)。Sondex井下機器人的驅(qū)動功能和支撐功能是相互獨立的，由不同的結構來完成相應的功能。支撐功能可通過扶正器來完成；而驅(qū)動功能則是通過爬行輪在套管內(nèi)的滾動來實現(xiàn)。這種井下機器人可以通過改變驅(qū)動單元的數(shù)量來控制牽引力的大小，但是，缺點是不能很好的適應管道直徑的變化，對于管道中的障礙物，越障性能相對較差[19]。圖1-3SONDEX井下牽引機器人（3）伸縮式井下機器人

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]探究智能移動機器人的現(xiàn)狀及展望[J]. 武雨飛.  中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè). 2018(12)
[4]大斜度井采油配套工藝研究[J]. 惠朋.  化工設計通訊. 2017(06)
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[6]螺旋輪式水平井牽引機器人設計與分析[J]. 吳超群,劉晨陽,劉明堯,張鳳輝,張璽亮.  石油機械. 2016(11)
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[8]牽引器在油田應用現(xiàn)狀及前景[J]. 劉文莉.  化學工程與裝備. 2016(06)
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博士論文
[1]油水井牽引器優(yōu)化設計與仿真實驗研究[D]. 倪晗.東北石油大學 2016
[2]水平井牽引機器人關鍵技術研究[D]. 白相林.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
[1]水平井輪式牽引機器人越障性能分析與仿真[D]. 馬廣志.西安石油大學 2018
[2]水平井爬行器驅(qū)動機構結構優(yōu)化[D]. 秦浩.西南石油大學 2017
[3]水平井牽引器驅(qū)動系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 曾華軍.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[4]水平井牽引機器人機械系統(tǒng)研究[D]. 許德宇.武漢理工大學 2010
[5]伸縮式管道機器人動力學建模與控制系統(tǒng)設計[D]. 謝惠祥.國防科學技術大學 2009
[6]水平井牽引器機構分析和建模仿真技術研究[D]. 劉振.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[7]牽引機器人動作單元動力學仿真與關鍵部件優(yōu)化設計[D]. 趙永鑄.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3308582