[发明专利]尺蠖式油井管道机器人装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械技术领域的管道机器人装置，特别是一种尺蠖式油井管道机器人装置。

背景技术

管道机器人应用于国民经济的许多行业之中，例如石油化工、天然气、核工业、给排水、管道输送等行业，起着极其重要的作用。

油气井管道内部的操作与检测一直是油气生产上的重大技术问题，围绕这一问题石油科技工作者一直在寻找和研究新的装置与工具。在油田的开发过程中无论是完井、测井还是修井作业都需要在井筒中操作，井下操作主要可分为两类：一是安装井中工作仪器，完成井中参数的测量；二是检测井的工作状态(尤其是事故井的状态)，  以做出准确的修井作业方案。

油井管道机器人装置在特定的工作环境下具有自己的独特要求.油井是一种径向尺寸窄小、深入地下、内含油、水、气、泥砂等介质的生产系统。油井管道机器人装置必须具有以下几种特征：1要求该机器人装置具有较强的动力性能和负荷能力，较高的抗热抗腐蚀能力。2同水下机器人一样在主体部件上要求全密封，而且油井管道一般有3000米左右的深度，这对爬行装置密封性能有了更高的要求。3部分油井管道在往下延伸的过程中会形成一个大圆弧，因此该机器人装置必须具有弯道爬行能力。4有些油井入口管道直径和内管直径不一致，因此该机器人装置必须具有变直径管道自适应爬行能力。

目前，大部分管道机器人只能用于空管道、气体管道或纯液体管道的各项检测任务，而无法应对三态混合且高压、高温的环境。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利(申请)号为：200610054565.3，名称为：尺蠖式爬行机器人装置，该专利技术自述为：“一种尺蠖式爬行机器人装置，由前卡紧装置、后卡紧装置、伸缩腰、安全锁紧装置等部分组成。利用交替工作的前后卡紧装置与能伸长和缩短的伸缩腰与配合，作尺蠖式前进。安全锁紧装置置于前后卡紧装置之间，在机器人失控时，起保护作用。卡紧装置由电机驱动，产生较大锁紧力，在空间任意方位均能有效工作。该机器人主要用于管内作业，作为管内运输或者检测的载体，更可广泛应用于爬行工业机器人领域。”该发明专利虽然解决了目前管道爬行普遍存在的负荷能力不足的问题，然而，其采用的锁紧方式：用电机经柱塞驱动液性介质使外圆基体四周的薄壁发生弹性变形实现，使其无法应用于油井管道三态混合的复杂环境。目前，在国内井下送进设备主要是缆绳送进和连续油管送进方式，还没有出现专门用于油井管道设备送进的尺蠖式爬行装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种基于机械尺蠖式爬行方式的油井管道机器人装置，使其能够利用三个独立的电机、丝杠螺母系统作为动力设备进行顶杆机构径向伸缩运动和传动机构轴向伸缩运动以达到高负荷、高密封性、变管径往复爬行的能力，从而很好的完成以下两类井下操作：一是安装井中工作仪器，完成井中参数的测量；二是检测井的工作状态(尤其是事故井的状态)，以做出准确的修井作业方案。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明整体结构包括上段、中段、下段，这三段相互独立。上段、下段结构相同，通过上下段交替顶紧管壁与放松，配合中段的伸缩运动，以推动上段、拖动下段。反向爬行时，运动次序刚好相反。

所述上段、下段结构相同，均包括：顶杆机构、连接管、第一管头、第一外管、第一密封圈、第二密封圈、锁定螺母、第一传动机构。其中，连接管、第一管头、第一传动机构通过螺纹方式安装在第一外管内。第一密封圈、第二密封圈分别嵌于连接管和第一管头内，采用双密封圈方式密封，锁定螺母以螺纹连接的方式固定在第一管头和第一传动机构上。顶杆机构通过螺纹方式一端固定在第一管头，一端固定在第一传动机构上。

所述传动机构包括：滚动导套、导向销、导向销套、轴承套、轴承，电机外套、步进电机、丝杠、丝杠螺母、伸缩杆。其中电机外套、轴承套、导向销套均处于外管内，轴承位于轴承套内，一端由轴承套定位，另一端由电机外套定位，步进电机固定在步进电机外套上以防止电机轴向运动和径向转动，丝杠和步进电机连接并通过轴承实现转动，伸缩杆通过螺纹与丝杠螺母连接为一体，通过丝杠的转动带动丝杠螺母与伸缩杆的轴向运动，导向销通过螺纹固定在导向销套中，滚动导套位于管头内并通过该管头和导向销套实现轴向定位。