井下机器人驱动机构结构优化与实验研究
发布时间：2021-07-28 20:23
井下机器人作为输送测井及其他井下作业装置的仪器,在近年来广泛应用于水平井井下作业中。本文以轮式井下机器人为研究对象,在分析其驱动机构工作原理及特点的基础上,主要进行了以下几方面研究。（1）根据井下机器人驱动机构的工作原理,设计搭建了驱动机构滚滑磨损实验台,在模拟井下机器人的运行过程中,利用在线铁谱监测仪器实时监测爬行轮与套管壁接触过程中的磨损情况。（2）建立驱动机构简化力学模型,分析影响机构牵引力的关键参数。通过参数化建模和关键参数的优化设计,得出了爬行轮直径、弹簧力与正压力之间的关系式,确定在L1=50 mm,L2=40 mm,爬行轮直径d=D/2时,满足驱动机构牵引力足够大、弹簧力尽可能的小的优化设计目标。（3）对影响爬行轮与套管壁间摩擦力大小的因素进行分析,通过理论分析与计算。确定影响爬行轮压入套管壁深度,摩擦因数等因素,得出了当压力角α=20°、齿高h=3mm时爬行轮轮齿的结构尺寸,验证了此时轮齿应力集中情况较之前得到很大程度的改善,提高了爬行轮使用寿命。（4）利用驱动机构滚滑磨损实验台,运用提取到的磨粒浓度信息,对优化前后井下机器人...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平井示意图
4有四个爬行轮，爬行轮直接安装在驱动臂上，是设计最成功的井下机器人之一。图1-2WELLTEC井下机器人（2）SONDEX公司牵引机器人由于中东国家丰富的石油储量，Sondex公司从上世纪七十年代，就开始开发主要用于中东地区的油气田测井工具。2003年，大庆油田在塔里木油田引入了Sondex井下机器人（如图1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生产测井作业[18]。工作原理：由电缆连接组件提供动力，地面控制系统发送指令以控制驱动臂的打开，从而使爬行轮与套管壁紧密接触，发生犁沟效应，从而产生足够的摩擦力，爬行轮转动,井下机器人沿管道轴线方向移动，到达目的井段，测井数据通过缆芯传至地面控制系统。SONDEX公司研发的牵引机器人，该机器人在结构上具有以下特点：主要由驱动单元和对中单元组成，一组驱动单元有两个爬行轮，为保证足够的牵引力，一般采用模块化设计，配置为两组四个轮子，布置两组对中器在机器人的两端。配备有两个电机，一个控制爬行轮的转动，另一个控制驱动臂的张开与收合。主要技术参数：径向大小为54mm，井下机器人本体长约为7.4m，总重量可达85.4kg，所能携带的最大驱动力为2.73KN，平均速度为540m/h，适用于直径范围约57244mm的套管内。Sondex井下机器人的驱动功能和支撑功能是相互独立的，由不同的结构来完成相应的功能。支撑功能可通过扶正器来完成；而驱动功能则是通过爬行轮在套管内的滚动来实现。这种井下机器人可以通过改变驱动单元的数量来控制牵引力的大小，但是，缺点是不能很好的适应管道直径的变化，对于管道中的障碍物，越障性能相对较差[19]。图1-3SONDEX井下牵引机器人（3）伸缩式井下机器人
4有四个爬行轮，爬行轮直接安装在驱动臂上，是设计最成功的井下机器人之一。图1-2WELLTEC井下机器人（2）SONDEX公司牵引机器人由于中东国家丰富的石油储量，Sondex公司从上世纪七十年代，就开始开发主要用于中东地区的油气田测井工具。2003年，大庆油田在塔里木油田引入了Sondex井下机器人（如图1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生产测井作业[18]。工作原理：由电缆连接组件提供动力，地面控制系统发送指令以控制驱动臂的打开，从而使爬行轮与套管壁紧密接触，发生犁沟效应，从而产生足够的摩擦力，爬行轮转动,井下机器人沿管道轴线方向移动，到达目的井段，测井数据通过缆芯传至地面控制系统。SONDEX公司研发的牵引机器人，该机器人在结构上具有以下特点：主要由驱动单元和对中单元组成，一组驱动单元有两个爬行轮，为保证足够的牵引力，一般采用模块化设计，配置为两组四个轮子，布置两组对中器在机器人的两端。配备有两个电机，一个控制爬行轮的转动，另一个控制驱动臂的张开与收合。主要技术参数：径向大小为54mm，井下机器人本体长约为7.4m，总重量可达85.4kg，所能携带的最大驱动力为2.73KN，平均速度为540m/h，适用于直径范围约57244mm的套管内。Sondex井下机器人的驱动功能和支撑功能是相互独立的，由不同的结构来完成相应的功能。支撑功能可通过扶正器来完成；而驱动功能则是通过爬行轮在套管内的滚动来实现。这种井下机器人可以通过改变驱动单元的数量来控制牵引力的大小，但是，缺点是不能很好的适应管道直径的变化，对于管道中的障碍物，越障性能相对较差[19]。图1-3SONDEX井下牵引机器人（3）伸缩式井下机器人
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元的齿轮箱惰轮端面磨损分析[J]. 杜春鹏,王佳,闵运东,刘薇,刘伟忠. 汽车科技. 2019(03)
[2]油田水平井钻井技术现状与发展趋势[J]. 许小勇. 山东工业技术. 2018(14)
[3]探究智能移动机器人的现状及展望[J]. 武雨飞. 中国战略新兴产业. 2018(12)
[4]大斜度井采油配套工艺研究[J]. 惠朋. 化工设计通讯. 2017(06)
[5]液压驱动式井下机器人的研究与设计[J]. 马认琦,陈建兵,张玺亮. 钻采工艺. 2017(01)
[6]螺旋轮式水平井牵引机器人设计与分析[J]. 吴超群,刘晨阳,刘明尧,张凤辉,张玺亮. 石油机械. 2016(11)
[7]浅谈水平井牵引器的发展及应用[J]. 景士锟. 石化技术. 2016(09)
[8]牵引器在油田应用现状及前景[J]. 刘文莉. 化学工程与装备. 2016(06)
[9]水平井机械轮式牵引器的驱动臂设计及电动机选型[J]. 张玺亮,张凤辉,马认琦,史红娟. 通用机械. 2016(04)
[10]水平井测井仪器输送技术及其应用[J]. 周亮亮. 石化技术. 2016(02)
博士论文
[1]油水井牵引器优化设计与仿真实验研究[D]. 倪晗.东北石油大学 2016
[2]水平井牵引机器人关键技术研究[D]. 白相林.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]水平井轮式牵引机器人越障性能分析与仿真[D]. 马广志.西安石油大学 2018
[2]水平井爬行器驱动机构结构优化[D]. 秦浩.西南石油大学 2017
[3]水平井牵引器驱动系统关键技术研究[D]. 曾华军.哈尔滨工业大学 2010
[4]水平井牵引机器人机械系统研究[D]. 许德宇.武汉理工大学 2010
[5]伸缩式管道机器人动力学建模与控制系统设计[D]. 谢惠祥.国防科学技术大学 2009
[6]水平井牵引器机构分析和建模仿真技术研究[D]. 刘振.哈尔滨工业大学 2008
[7]牵引机器人动作单元动力学仿真与关键部件优化设计[D]. 赵永铸.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3308582
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平井示意图
4有四个爬行轮，爬行轮直接安装在驱动臂上，是设计最成功的井下机器人之一。图1-2WELLTEC井下机器人（2）SONDEX公司牵引机器人由于中东国家丰富的石油储量，Sondex公司从上世纪七十年代，就开始开发主要用于中东地区的油气田测井工具。2003年，大庆油田在塔里木油田引入了Sondex井下机器人（如图1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生产测井作业[18]。工作原理：由电缆连接组件提供动力，地面控制系统发送指令以控制驱动臂的打开，从而使爬行轮与套管壁紧密接触，发生犁沟效应，从而产生足够的摩擦力，爬行轮转动,井下机器人沿管道轴线方向移动，到达目的井段，测井数据通过缆芯传至地面控制系统。SONDEX公司研发的牵引机器人，该机器人在结构上具有以下特点：主要由驱动单元和对中单元组成，一组驱动单元有两个爬行轮，为保证足够的牵引力，一般采用模块化设计，配置为两组四个轮子，布置两组对中器在机器人的两端。配备有两个电机，一个控制爬行轮的转动，另一个控制驱动臂的张开与收合。主要技术参数：径向大小为54mm，井下机器人本体长约为7.4m，总重量可达85.4kg，所能携带的最大驱动力为2.73KN，平均速度为540m/h，适用于直径范围约57244mm的套管内。Sondex井下机器人的驱动功能和支撑功能是相互独立的，由不同的结构来完成相应的功能。支撑功能可通过扶正器来完成；而驱动功能则是通过爬行轮在套管内的滚动来实现。这种井下机器人可以通过改变驱动单元的数量来控制牵引力的大小，但是，缺点是不能很好的适应管道直径的变化，对于管道中的障碍物，越障性能相对较差[19]。图1-3SONDEX井下牵引机器人（3）伸缩式井下机器人
4有四个爬行轮，爬行轮直接安装在驱动臂上，是设计最成功的井下机器人之一。图1-2WELLTEC井下机器人（2）SONDEX公司牵引机器人由于中东国家丰富的石油储量，Sondex公司从上世纪七十年代，就开始开发主要用于中东地区的油气田测井工具。2003年，大庆油田在塔里木油田引入了Sondex井下机器人（如图1-3所示），并成功完成了第一口水平井的生产测井作业[18]。工作原理：由电缆连接组件提供动力，地面控制系统发送指令以控制驱动臂的打开，从而使爬行轮与套管壁紧密接触，发生犁沟效应，从而产生足够的摩擦力，爬行轮转动,井下机器人沿管道轴线方向移动，到达目的井段，测井数据通过缆芯传至地面控制系统。SONDEX公司研发的牵引机器人，该机器人在结构上具有以下特点：主要由驱动单元和对中单元组成，一组驱动单元有两个爬行轮，为保证足够的牵引力，一般采用模块化设计，配置为两组四个轮子，布置两组对中器在机器人的两端。配备有两个电机，一个控制爬行轮的转动，另一个控制驱动臂的张开与收合。主要技术参数：径向大小为54mm，井下机器人本体长约为7.4m，总重量可达85.4kg，所能携带的最大驱动力为2.73KN，平均速度为540m/h，适用于直径范围约57244mm的套管内。Sondex井下机器人的驱动功能和支撑功能是相互独立的，由不同的结构来完成相应的功能。支撑功能可通过扶正器来完成；而驱动功能则是通过爬行轮在套管内的滚动来实现。这种井下机器人可以通过改变驱动单元的数量来控制牵引力的大小，但是，缺点是不能很好的适应管道直径的变化，对于管道中的障碍物，越障性能相对较差[19]。图1-3SONDEX井下牵引机器人（3）伸缩式井下机器人
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元的齿轮箱惰轮端面磨损分析[J]. 杜春鹏,王佳,闵运东,刘薇,刘伟忠. 汽车科技. 2019(03)
[2]油田水平井钻井技术现状与发展趋势[J]. 许小勇. 山东工业技术. 2018(14)
[3]探究智能移动机器人的现状及展望[J]. 武雨飞. 中国战略新兴产业. 2018(12)
[4]大斜度井采油配套工艺研究[J]. 惠朋. 化工设计通讯. 2017(06)
[5]液压驱动式井下机器人的研究与设计[J]. 马认琦,陈建兵,张玺亮. 钻采工艺. 2017(01)
[6]螺旋轮式水平井牵引机器人设计与分析[J]. 吴超群,刘晨阳,刘明尧,张凤辉,张玺亮. 石油机械. 2016(11)
[7]浅谈水平井牵引器的发展及应用[J]. 景士锟. 石化技术. 2016(09)
[8]牵引器在油田应用现状及前景[J]. 刘文莉. 化学工程与装备. 2016(06)
[9]水平井机械轮式牵引器的驱动臂设计及电动机选型[J]. 张玺亮,张凤辉,马认琦,史红娟. 通用机械. 2016(04)
[10]水平井测井仪器输送技术及其应用[J]. 周亮亮. 石化技术. 2016(02)
博士论文
[1]油水井牵引器优化设计与仿真实验研究[D]. 倪晗.东北石油大学 2016
[2]水平井牵引机器人关键技术研究[D]. 白相林.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]水平井轮式牵引机器人越障性能分析与仿真[D]. 马广志.西安石油大学 2018
[2]水平井爬行器驱动机构结构优化[D]. 秦浩.西南石油大学 2017
[3]水平井牵引器驱动系统关键技术研究[D]. 曾华军.哈尔滨工业大学 2010
[4]水平井牵引机器人机械系统研究[D]. 许德宇.武汉理工大学 2010
[5]伸缩式管道机器人动力学建模与控制系统设计[D]. 谢惠祥.国防科学技术大学 2009
[6]水平井牵引器机构分析和建模仿真技术研究[D]. 刘振.哈尔滨工业大学 2008
[7]牵引机器人动作单元动力学仿真与关键部件优化设计[D]. 赵永铸.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3308582
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