井下機(jī)器人作為輸送測(cè)井及其他井下作業(yè)裝置的儀器,在近年來(lái)廣泛應(yīng)用于水平井井下作業(yè)中。本文以輪式井下機(jī)器人為研究對(duì)象,在分析其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,主要進(jìn)行了以下幾方面研究。（1）根據(jù)井下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理,設(shè)計(jì)搭建了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)滾滑磨損實(shí)驗(yàn)臺(tái),在模擬井下機(jī)器人的運(yùn)行過(guò)程中,利用在線鐵譜監(jiān)測(cè)儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爬行輪與套管壁接觸過(guò)程中的磨損情況。（2）建立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化力學(xué)模型,分析影響機(jī)構(gòu)牽引力的關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)參數(shù)化建模和關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),得出了爬行輪直徑、彈簧力與正壓力之間的關(guān)系式,確定在L₁=50 mm,L₂=40 mm,爬行輪直徑d=D/2時(shí),滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)牽引力足夠大、彈簧力盡可能的小的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。（3）對(duì)影響爬行輪與套管壁間摩擦力大小的因素進(jìn)行分析,通過(guò)理論分析與計(jì)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(dāng)壓力角α=20°、齒高h(yuǎn)=3mm時(shí)爬行輪輪齒的結(jié)構(gòu)尺寸,驗(yàn)證了此時(shí)輪齒應(yīng)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(dòng)機(jī)構(gòu)滾滑磨損實(shí)驗(yàn)臺(tái),運(yùn)用提取到的磨粒濃度信息,對(duì)優(yōu)化前后井下機(jī)器人... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水平井示意圖

4有四個(gè)爬行輪，爬行輪直接安裝在驅(qū)動(dòng)臂上，是設(shè)計(jì)最成功的井下機(jī)器人之一。圖1-2WELLTEC井下機(jī)器人（2）SONDEX公司牽引機(jī)器人由于中東國(guó)家豐富的石油儲(chǔ)量，Sondex公司從上世紀(jì)七十年代，就開始開發(fā)主要用于中東地區(qū)的油氣田測(cè)井工具。2003年，大慶油田在塔里木油田引入了Sondex井下機(jī)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(cè)井作業(yè)[18]。工作原理：由電纜連接組件提供動(dòng)力，地面控制系統(tǒng)發(fā)送指令以控制驅(qū)動(dòng)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(yīng)，從而產(chǎn)生足夠的摩擦力，爬行輪轉(zhuǎn)動(dòng),井下機(jī)器人沿管道軸線方向移動(dòng)，到達(dá)目的井段，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)纜芯傳至地面控制系統(tǒng)。SONDEX公司研發(fā)的牽引機(jī)器人，該機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：主要由驅(qū)動(dòng)單元和對(duì)中單元組成，一組驅(qū)動(dòng)單元有兩個(gè)爬行輪，為保證足夠的牽引力，一般采用模塊化設(shè)計(jì)，配置為兩組四個(gè)輪子，布置兩組對(duì)中器在機(jī)器人的兩端。配備有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制爬行輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)控制驅(qū)動(dòng)臂的張開與收合。主要技術(shù)參數(shù)：徑向大小為54mm，井下機(jī)器人本體長(zhǎng)約為7.4m，總重量可達(dá)85.4kg，所能攜帶的最大驅(qū)動(dòng)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(jī)器人的驅(qū)動(dòng)功能和支撐功能是相互獨(dú)立的，由不同的結(jié)構(gòu)來(lái)完成相應(yīng)的功能。支撐功能可通過(guò)扶正器來(lái)完成；而驅(qū)動(dòng)功能則是通過(guò)爬行輪在套管內(nèi)的滾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種井下機(jī)器人可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量來(lái)控制牽引力的大小，但是，缺點(diǎn)是不能很好的適應(yīng)管道直徑的變化，對(duì)于管道中的障礙物，越障性能相對(duì)較差[19]。圖1-3SONDEX井下牽引機(jī)器人（3）伸縮式井下機(jī)器人

4有四個(gè)爬行輪，爬行輪直接安裝在驅(qū)動(dòng)臂上，是設(shè)計(jì)最成功的井下機(jī)器人之一。圖1-2WELLTEC井下機(jī)器人（2）SONDEX公司牽引機(jī)器人由于中東國(guó)家豐富的石油儲(chǔ)量，Sondex公司從上世紀(jì)七十年代，就開始開發(fā)主要用于中東地區(qū)的油氣田測(cè)井工具。2003年，大慶油田在塔里木油田引入了Sondex井下機(jī)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(cè)井作業(yè)[18]。工作原理：由電纜連接組件提供動(dòng)力，地面控制系統(tǒng)發(fā)送指令以控制驅(qū)動(dòng)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(yīng)，從而產(chǎn)生足夠的摩擦力，爬行輪轉(zhuǎn)動(dòng),井下機(jī)器人沿管道軸線方向移動(dòng)，到達(dá)目的井段，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)纜芯傳至地面控制系統(tǒng)。SONDEX公司研發(fā)的牽引機(jī)器人，該機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：主要由驅(qū)動(dòng)單元和對(duì)中單元組成，一組驅(qū)動(dòng)單元有兩個(gè)爬行輪，為保證足夠的牽引力，一般采用模塊化設(shè)計(jì)，配置為兩組四個(gè)輪子，布置兩組對(duì)中器在機(jī)器人的兩端。配備有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制爬行輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)控制驅(qū)動(dòng)臂的張開與收合。主要技術(shù)參數(shù)：徑向大小為54mm，井下機(jī)器人本體長(zhǎng)約為7.4m，總重量可達(dá)85.4kg，所能攜帶的最大驅(qū)動(dòng)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(jī)器人的驅(qū)動(dòng)功能和支撐功能是相互獨(dú)立的，由不同的結(jié)構(gòu)來(lái)完成相應(yīng)的功能。支撐功能可通過(guò)扶正器來(lái)完成；而驅(qū)動(dòng)功能則是通過(guò)爬行輪在套管內(nèi)的滾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種井下機(jī)器人可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量來(lái)控制牽引力的大小，但是，缺點(diǎn)是不能很好的適應(yīng)管道直徑的變化，對(duì)于管道中的障礙物，越障性能相對(duì)較差[19]。圖1-3SONDEX井下牽引機(jī)器人（3）伸縮式井下機(jī)器人

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]水平井牽引器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 曾華軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[4]水平井牽引機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)研究[D]. 許德宇.武漢理工大學(xué) 2010
[5]伸縮式管道機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 謝惠祥.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
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[7]牽引機(jī)器人動(dòng)作單元?jiǎng)恿W(xué)仿真與關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 趙永鑄.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007



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