Тягач с гусеницами для необсаженных скважин

Тягач с гусеницами для необсаженных скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам, системам и способам транспортировки оборудования в скважине, а более конкретно - к скважинному тягачу, который может быть использован как в обсаженных, так и в необсаженных скважинах и который - при использовании в необсаженных скважинах - применим к условиям грунта и консистенциям пластов всех типов, будь то мягкие, твердые или иные.

2. Описание соответствующего уровня техники

В нефтяной и газовой промышленности известно применение скважинного тягача для транспортировки оборудования, такого как каротажное оборудование, внутри скважины, а также то, что применение скважинного тягача зачастую особенно полезно, когда желательно транспортировать оборудование в значительно наклоненных и горизонтальных стволах скважин. Примеры скважинных тягачей можно найти патенте США №4670862 (Staron и др.), выданном 2 июня 1987 г., и патенте США №6089323 (Newman и др.), выданном 18 июня 2000 г. Известные скважинные тягачи несовершенны во многих отношениях, включая области работы в необсаженных скважинах, где от тягача может потребоваться преодоление множества консистенций грунтов и/или пластов (например, мягких, твердых, жестких, и т.д.), и в стволах скважин, имеющих изменяющиеся диаметры, а также неоднородные и неправильные профили стволов. Кроме того, известные тягачи несовершенны по своей способности развивать силы, требуемые для транспортировки инструментов, используемых в необсаженных скважинах для оценки пластов, поскольку упомянутые инструменты обычно значительно тяжелее, чем инструменты, используемые в обсаженных скважинах для проведения каротажа. Еще одной областью, в которой известные тягачи несовершенны, является их способность работать при погружении в буровые растворы в скважинах с высокими температурами, превышающими 150 градусов по Цельсию; это имеет место, в частности, из-за недостаточной эффективности теплоотдачи таких известных тягачей. Однако, как будет очевидно из нижеследующих описания и рассуждений, настоящее изобретение позволяет преодолеть недостатки известных устройств и представляет собой усовершенствованный и более эффективный скважинный тягач.

Краткое изложение сущности изобретения

В широком аспекте настоящее изобретение может представлять собой скважинный тягач, содержащий гусеничный узел, включающий вращаемую гусеницу, электродвигатель, обеспечивающий вращение гусеницы, нижний рычаг, имеющий первый конец, опертый на корпус тягача, и второй конец, соединенный с гусеничным узлом, верхний рычаг, имеющий первый конец, опертый на корпус тягача, и второй конец, соединенный с гусеничным узлом, и исполнительный рычаг, установленный с возможностью перемещения гусеничного узла между открытым и закрытым положениями. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеница расположена с возможностью вращения вокруг множества катков, установленных на гусеничный узел. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеница включает множество катков. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач включает ходовой винт или шток, а исполнительный рычаг при этом включает первый конец, шарнирно соединенный с винтом или штоком, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеница вращается по траектории, определенной общей формой одного из овала, параллелограмма, трапецоида и треугольника. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач может дополнительно включать трансмиссию, подсоединенную между электродвигателем и ведомым натяжным колесом, выполненным с возможностью вращения гусеницы. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач может дополнительно включать ходовой винт, соединенный непосредственно или косвенно с исполнительным рычагом, вследствие чего этот винт заставляет исполнительный рычаг перемещать гусеничный узел в его открытое положение, когда упомянутый винт вращается в первом направлении, и перемещать гусеничный узел в его закрытое положение, когда упомянутый винт вращается во втором направлении. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач может дополнительно включать шток, соединенный с исполнительным рычагом, вследствие чего этот шток заставляет исполнительный рычаг перемещать гусеничный узел в его открытое положение, когда шток перемещается в первом направлении, и перемещать гусеничный узел в его закрытое положение, когда шток перемещается во втором направлении. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что первый конец нижнего рычага расположен с возможностью перемещения внутри паза в корпусе тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает узел ползуна, соединенный с гусеничным узлом и нижним рычагом и выполненный с возможностью допускать относительное перемещение между гусеничным узлом и нижним рычагом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач может дополнительно включать узел ползуна, имеющий внутренний элемент, расположенный с возможностью перемещения внутри расточенного канала внешнего элемента, причем один из внутреннего элемента и внешнего элемента соединен с верхним рычагом, а другой из внутреннего элемента и внешнего элемента соединен с гусеничным узлом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что исполнительный рычаг включает колесо, введенное в контакт с наклонной поверхностью, предусмотренной на корпусе тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеничный узел дополнительно включает ведомое натяжное колесо, непосредственно или косвенно подсоединенное к электродвигателю. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что электродвигатель непосредственно или косвенно подсоединен к ходовому винту, который введен в зацепление с гусеницей, вследствие чего вращение винта вызывает вращение гусеницы.

В еще одном аспекте изобретение может представлять собой скважинный тягач, содержащий гусеничный узел, включающий множество катков и непрерывную гусеницу, расположенную с возможностью вращения вокруг катков, электродвигатель, обеспечивающий вращение гусеницы вокруг катков, нижний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, верхний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, ходовой винт или шток и узел звеньев, содержащий первое звено, имеющее первый конец, шарнирно соединенный с винтом или штоком, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, и второе звено, имеющее первый конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, и второй конец, шарнирно установленный на корпус тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что второй конец первого звена и первый конец второго звена шарнирно установлены на гусеничный узел в точке поворота на гусеничном узле. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что первый конец нижнего рычага расположен с возможностью перемещения внутри паза в корпусе тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеница вращается по траектории, определенной общей формой одного из овала, параллелограмма, трапецоида и треугольника. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач может дополнительно включать трансмиссию, подсоединенную между электродвигателем и ведомым натяжным колесом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает гидравлическую систему, выполненную с возможностью перемещения штока между первым положением, при котором гусеничный узел находится в закрытом положении, и вторым положением, при котором гусеничный узел находится в открытом положении. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает второй электродвигатель, обеспечивающий вращение винта в первом направлении для перемещения гусеничного узла в открытое положение и втором направлении для перемещения гусеничного узла в закрытое положение. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что винт или шток выполнен с возможностью перемещения первого конца первого звена в направлении, в общем параллельном центральной оси корпуса тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает узел ползуна, соединенный с гусеничным узлом и нижним рычагом и выполненный с возможностью допускать относительное перемещение между гусеничным узлом и нижним рычагом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеничный узел дополнительно включает ведомое натяжное колесо, непосредственно или косвенно подсоединенное к электродвигателю. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что электродвигатель непосредственно или косвенно подсоединен ко второму ходовому винту, который введен в зацепление с гусеницей, вследствие чего вращение второго ходового винта вызывает вращение гусеницы.

В еще одном аспекте изобретение может представлять собой скважинный тягач, содержащий гусеничный узел, включающий множество катков и непрерывную гусеницу, расположенную с возможностью вращения вокруг катков, электродвигатель, выполненный с возможностью вращения гусеницы вокруг катков, нижний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, верхний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, ходовой винт или шток и исполнительный рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с винтом или штоком, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, и колесо, введенное в контакт с наклонной поверхностью, соединенной с корпусом тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что первый конец нижнего рычага расположен с возможностью перемещения внутри паза в корпусе тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает трансмиссию, подсоединенную между электродвигателем и ведомым натяжным колесом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает гидравлическую систему, выполненную с возможностью перемещения штока между первым положением, при котором гусеничный узел находится в закрытом положении, и вторым положением, при котором гусеничный узел находится в открытом положении. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает второй электродвигатель, обеспечивающий вращение винта в первом направлении для перемещения гусеничного узла в открытое положение и втором направлении для перемещения гусеничного узла в закрытое положение. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что винт или шток выполнен с возможностью перемещения первого конца первого звена в направлении, в общем параллельном центральной оси корпуса тягача. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что тягач дополнительно включает узел ползуна, соединенный с гусеничным узлом и нижним рычагом и выполненный с возможностью допускать относительное перемещение между гусеничным узлом и нижним рычагом. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что гусеничный узел дополнительно включает ведомое натяжное колесо, непосредственно или косвенно подсоединенное к электродвигателю. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что электродвигатель непосредственно или косвенно подсоединен ко второму ходовому винту, который введен в зацепление с гусеницей, вследствие чего вращение второго ходового винта вызывает вращение гусеницы. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что дополнительно используют второй скважинный тягач, отделенный от упомянутого скважинного тягача расстоянием, превышающим длину размытой секции ствола скважины.

В еще одном аспекте изобретение может представлять собой способ транспортировки объекта в стволе скважины, заключающийся в том, что обеспечивают скважинный тягач, включающий гусеничный узел, имеющий вращаемую гусеницу, электродвигатель, обеспечивающий вращение гусеницы, нижний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, верхний рычаг, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с корпусом тягача, и второй конец, шарнирно соединенный с гусеничным узлом, и исполнительный рычаг, установленный с возможностью перемещения гусеничного узла между открытым и закрытым положениями, подсоединяют объект к тягачу, вводят гусеницу в контакт с внутренней поверхностью ствола скважины, включают электродвигатель и перемещают тягач по упомянутой поверхности. Еще один признак этого аспекта изобретения может заключаться в том, что способ может включать обеспечение второго скважинного тягача, отделенного от упомянутого скважинного тягача расстоянием, превышающим длину размытой секции ствола скважины.

Другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут ясными из нижеследующего рассмотрения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет вид сбоку конкретного варианта осуществления тягача для необсаженных скважин, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет более подробный вид сбоку тягача для необсаженных скважин, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 представляет вид сбоку, иллюстрирующий гусеничный узел, который может входить в состав тягача, показанного на фиг.2.

Фиг.4 - один вариант осуществления механизма изменения направления движения.

Фиг.5 - один вариант осуществления механизма изменения направления движения.

Фиг.6 - вид сбоку, иллюстрирующий способ, которым можно подсоединить гусеничный узел посредством рычага, шарнирно установленного в пазу для перемещения в основном вдоль центральной оси тягача.

Фиг.7 - вид сбоку, иллюстрирующий исполнительный рычаг, подсоединенный к гусеничному узлу (показанному в закрытом положении), для использования при перемещении гусеничного узла между открытым и закрытым положениями и приложения, по существу, постоянной, направленной наружу силы к гусеничному узлу.

Фиг.8 - вид, аналогичный фиг.7, но иллюстрирующий гусеницу в открытом положении или положении контакта.

Фиг.9 - вид сверху, иллюстрирующий исполнительный рычаг и другие компоненты, изображенные на фиг.7 и 8.

Фиг.10 - поперечное сечение, иллюстрирующее конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором тягач включает два гусеничных узла.

Фиг.11 - поперечное сечение, иллюстрирующее еще один конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором тягач включает три гусеничных узла.

Фиг.12 - еще одно поперечное сечение, иллюстрирующее конкретный вариант осуществления, показанный на фиг.10, в котором тягач может быть выполнен с возможностью использования в эллиптическом стволе скважины.

Фиг.13 - вид сбоку, который иллюстрирует часть конкретного варианта осуществления тягача согласно настоящему изобретению и узел ползуна.

Фиг.14 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий применение двух тягачей, соединенных последовательно.

Фиг.15 - вид сбоку еще одного конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий электродвигатель и редуктор, установленные на рычаге, который может быть шарнирно соединен с тягачом, для применения при перемещении гусеницы между открытым и закрытым положениями.

Фиг.16 - продольное сечение ствола скважины с размытой секцией, в которой друг с другом соединены три тяговых модуля.

Фиг.17 - график, иллюстрирующий зависимость между силой и скоростью при последовательном соединении нескольких тягачей (модулей) согласно настоящему изобретению.

Фиг.18 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий один пример гусеничного узла.

Фиг.19 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, который аналогичен фиг.18, но иллюстрирует гусеничный узел в форме параллелограмма.

Фиг.20 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, который аналогичен фиг.18-19, но иллюстрирует гусеничный узел в форме трапецоида.

Фиг.21 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, который аналогичен фиг.18-20, но иллюстрирует гусеничный узел в форме треугольника.

Фиг.22 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, который аналогичен фиг.19.

Фиг.23 - вид сбоку конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, который аналогичен фиг.22 и показан в открытом или выдвинутом положении.

Фиг.24 - перспективный вид варианта осуществления, показанного на фиг.23.

Фиг.25 - вид с торца, иллюстрирующий вариант осуществления согласно фиг.23 и 24, расположенный в стволе скважины и введенный в контакт с ним.

Фиг.26 - совокупность видов сбоку и поперечных сечений, иллюстрирующих вариант осуществления согласно фиг.23-25 в закрытом положении.

Фиг.27 - вид сверху гусеницы, которая может быть использована с вариантами осуществления, показанными на фиг.23-26.

Фиг.28 - вид гусеницы, аналогичный фиг.27.

Фиг.29 - сечение, выполненное по линии 29-29, показанной на фиг.28.

Фиг.30 - сечение, выполненное по линии 30-30, показанной на фиг.28.

Фиг.31 - перспективный вид гусеницы, показанной на фиг.27-30.

Хотя изобретение будет описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления, следует понять, что описание не предназначено для ограничения изобретения этими вариантами осуществления. Наоборот, оно предназначено для охвата всех альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые могут быть заключены в рамках сущности и объема притязаний изобретения, ограниченных прилагаемой формулой изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан конкретный вариант осуществления тягача 10 для необсаженных скважин, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может включать пять основных секций: секцию 12 электроники, секцию 14 привода, гусеничную секцию 16, систему 18 открывания и закрывания, предназначенную для открывания и закрывания гусеничной секции, и систему 20 компенсации для создания внутреннего давления, необходимого для компенсации воздействия скважинного давления с помощью этой системы. Более подробная иллюстрация конкретного варианта осуществления настоящего изобретения изображена на фиг.2, где показано, что секция 14 привода может включать электродвигатель 22 и редуктор 24, соединенные последовательно и заключенные внутри корпуса 26 тягача. Электродвигатель 22 и редуктор 24 предпочтительно погружены в масло, которое поддерживается под надлежащим давлением системой 20 компенсации. Выходная мощность редуктора 24 используется для привода одного или нескольких гусеничных узлов 28.

Как показано на фиг.3, в конкретном варианте осуществления каждый гусеничный узел 28 может включать непрерывную гусеницу 30 (например, ленточное, цепное или иное гибкое устройство), расположенную вокруг ведомого натяжного колеса 32 и множества катков 34. Помимо катков можно использовать другие средства приложения давления гусениц на стволе скважины в той мере, в какой они распределяют прилагаемую силу по всей площади гусеницы. В конкретном варианте осуществления каждое ведомое натяжное колесо 32 может включать локализованную систему подвески для облегчения контакта гусеницы 30 со стволом скважины. Длина гусеницы 30 является доминирующим фактором, влияющим на силу тяги гусеницы. Другими параметрами, которые влияют на рабочую характеристику гусеницы, являются диаметры натяжных колес, промежуток между натяжными колесами, количество катков и относительное расстояние между катками. Все эти факторы предпочтительно учитывать при определении размеров тягача 10.

Как показано на фиг.2, тягач 10 может дополнительно включать верхние рычаги 36 для шарнирного соединения верхних концов гусеничных узлов 28 с корпусом 26 тягача. В конкретном варианте осуществления каждый из верхних рычагов 36 может включать систему передачи мощности любого известного типа, предназначенную для передачи мощности вращения от редуктора 24 к ведомым натяжным колесам 32, включая, например, такой механизм 33 перемены направления движения, как тот, который показан на фиг.4 и 5. Тягач 10 может дополнительно включать нижние рычаги 38 для шарнирного соединения нижних концов гусеничных узлов 28 с корпусом 26 тягача. В еще одном конкретном варианте осуществления, который будет подробнее описан ниже в связи с фиг.15, электродвигатель 22 и редуктор 24 могут быть установлены на одном или более нижних или верхних рычагов 36 и 38 либо внутри одного или более таких рычагов. В конкретном варианте осуществления, как показано на фиг.6, нижние концы 40 нижних рычагов 38, которые соединены с корпусом 26, могут быть шарнирно установлены в пазу 41 для перемещения в основном вдоль центральной оси тягача 10, обеспечивая введение гусеничных узлов 28 в контакт со стволом скважины и их отвод. В еще одном конкретном варианте осуществления, подробнее поясняемом ниже, нижние концы 40 могут быть шарнирно прикреплены к корпусу 26 тягача, а тягач может дополнительно включать узел ползуна, обеспечивающий выдвижение и отвод гусеничных узлов 28.

Далее приведено описание способа выдвижения и отвода гусеничных узлов 28. Показанная на фиг.2 система 18 открывания и закрывания может содержать электродвигатель, обеспечивающий вращение ходового винта 42, который подсоединен к узлу 44 звеньев. Узел 44 звеньев соединен с гусеничным узлом 28. В конкретном варианте осуществления каждый узел 44 звеньев может включать нижнее звено (или исполнительный рычаг) 46 и верхнее звено 48. Нижний конец каждого нижнего звена 46 соединен любым известным способом, например с помощью гайки, выполненной с возможностью перемещения по ходовому винту за счет резьбового зацепления с ним. Верхний конец каждого нижнего звена 46 и нижний конец каждого верхнего звена 48 в конкретном варианте осуществления шарнирно подсоединены к каждому гусеничному узлу 28, например, в точке 50 поворота. Верхний конец каждого верхнего звена 48 шарнирно прикреплен к корпусу 26 тягача. Таким образом, когда ходовой винт 42 вращается в первом направлении, вызывая перемещение вверх нижних концов нижних звеньев 46, узел 44 звеньев будет прикладывать направленную наружу силу к гусеничным узлам 28, перемещать их в выдвинутое положение и вводить в контакт со стволом скважины (не показан), в котором может находиться тягач 10. Точно так же, когда ходовой винт 42 вращается во втором направлении, нижние концы нижних звеньев 46 перемещаются вниз, заставляя узел 44 звеньев отводить гусеничные узлы 28 в их закрытое положение (не показано). В конкретном варианте осуществления ходовой винт 42 может включать систему подвески для компенсации всех неровностей пласта.

Настоящее изобретение не следует считать ограниченным каким-либо конкретным механическим узлом для открывания и закрывания гусеничных узлов 28 и для предпочтительного приложения, по существу, постоянной силы, направленной наружу, к гусеничным узлам 28, когда те находятся в открытом положении (положении контакта). Другие варианты осуществления также находятся в рамках притязаний настоящего изобретения. Например, в другом конкретном варианте осуществления ходовой винт 42 может быть винтом привода с шариковой винтовой парой. В другом конкретном варианте осуществления система 18 содержит гидравлическую систему, выполненную с возможностью выдвижения и отвода штока 42, который может быть шарнирно соединен с нижними концами нижних звеньев 46 для открывания и закрывания гусеничных узлов 28 так же, как пояснялось выше. В еще одном конкретном варианте осуществления тягач 10 может включать исполнительный механизм для приложения постоянной силы, относящийся к тому типу, который описан в находящейся в процессе рассмотрения заявке №10/321858 на патент США, поданной 17 декабря 2002 г. под названием "Constant Force Actuator" («Исполнительный механизм для приложения постоянной силы») и опубликованной под номером US 2003/0173076 (далее в тексте - «заявка №10/321858»), которая в обычном порядке переуступлена обладателю прав на настоящую заявку и во всей ее полноте упоминается здесь для справок. Например, как показано на фиг.7-9, вместо снабжения узла 44 звеньев двумя звеньями (т.е. нижним и верхним звеньями 46 и 48), этот узел можно снабдить только нижним звеном 46, которое в данном случае выполнено как исполнительный рычаг 45. В этом варианте осуществления исполнительный рычаг 45 может включать колесо 47, установленное на нем с возможностью вращения и предназначенное для вступления в контакт качения с наклонной поверхностью 49 на клиновом элементе 51, который установлен на корпус 26 тягача. На одном конце исполнительный рычаг 45 может быть шарнирно соединен с ходовым винтом или штоком 42, а на противоположном конце - с гусеничным узлом 28. На фиг.7 колесо 47 показано на нижнем конце наклонной поверхности 49, при этом гусеничный узел 28 находится в закрытом или отведенном положении. На фиг.8 колесо 47 показано на верхнем конце наклонной поверхности 49, при этом гусеничный узел 28 находится в открытом или выдвинутом положении.

Фиг.9 представляет собой вид сверху и иллюстрирует, что этот вариант изобретения может предусматривать наличие исполнительного рычага 45, клинового элемента 51 и колеса 47 на обеих сторонах гусеничного узла 28.

В конкретном варианте осуществления тягача 10 возможно применение способов, описанных в находящейся в процессе рассмотрения заявке №10/751599 на патент США, поданной 5 января 2004 г. под названием "Improved Traction Control For Downhole Tractor" («Усовершенствованное управление тягой скважинного тягача») (далее в тексте - «заявка №10/751599»), которая в обычном порядке переуступлена обладателю прав на настоящую заявку и во всей ее полноте упоминается здесь для справок. Способы согласно заявке №10/751599 можно применять в настоящем изобретении для управления направленной наружу нормальной силой, прикладываемой посредством узла 44 звеньев к гусеничным узлам 28.

Как показано на фиг.2, конкретный вариант осуществления настоящего изобретения включает два гусеничных узла 28. Это также проиллюстрировано на фиг.10, где представлено поперечное сечение, иллюстрирующее гусеничные узлы 28 в закрытых положениях. Но настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным количеством гусеничных узлов 28. Например, как показано на фиг.11, тягач 10 может включать три гусеничных узла 28, расположенных под углами 120 градусов друг к другу. В конкретном варианте осуществления можно использовать конфигурацию с тремя гусеничными узлами, когда только один гусеничный узел 28 включает ведомое натяжное колесо 32, а другие два гусеничных узла 28 пассивны и служат только для центрирования тягача 10 в стволе скважины и минимизации трения посредством качения вместо скольжения. В другом варианте осуществления конфигурацию с тремя гусеничными узлами можно использовать, когда все три гусеничных узла 28 включают ведомое натяжное колесо 32. Количество гусеничных узлов 28 можно определять, по меньшей мере, частично на основании внешнего диаметра тягача 10 и ширины гусениц 30. Как показано на фиг.12, настоящее изобретение также можно выполнить с возможностью использования в стволах скважин, которые, вообще говоря, не являются круглыми, например в эллиптических стволах скважин.

В другом конкретном варианте осуществления, как вкратце упоминалось выше, верхние и нижние рычаги 36 и 38, которые подсоединены на каждом конце гусеничных узлов 28, могут быть шарнирно прикреплены к корпусу 26 тягача. В этом случае требуется некоторый механизм, чтобы обеспечить поворот верхних и нижних рычагов 36 и 38 внутрь к центральной оси тягача 10 и друг к другу. В соответствии с этим аспектом настоящего изобретения в конкретном варианте осуществления, как показано на фиг.13, между нижним концом каждого гусеничного узла 28 и верхним концом каждого нижнего рычага 38 может быть подсоединен узел 52 ползуна. В конкретном варианте осуществления узел 52 ползуна может включать внутренний элемент 54 и внешний элемент 56, имеющий расточенный канал 58. Внутренний элемент 54 может быть соединен с гусеничным узлом 28 и расположен с возможностью перемещения внутри канала 58 внешнего элемента 56. Внешний элемент 56 может быть шарнирно соединен с верхним рычагом 38.

Другой конкретный вариант осуществления узла 52 ползуна показан на фиг.22, обсуждаемой ниже. Одно преимущество механизма ползуна заключается в том, что он обеспечивает шарнирное соединение верхних и нижних рычагов 36 и 38 с корпусом 26 тягача. Это значительно упрощает подсоединение электродвигателя 22 к гусеницам, поскольку они неподвижны относительно друг друга, тогда как в типичных звеньях, которые можно найти в скважинных инструментах, как верхние, так и нижние рычаги выполнены с возможностью скольжения с целью плавного вхождения в сужения.

В другом конкретном варианте осуществления вместо передачи вращательного движения от редуктора 24 к ведомым натяжным колесам 32 гусеничных узлов 28 ведомые натяжные колеса 32 могут быть заменены катками, а вращательное движение может передаваться на гусеницу 30 посредством ходового винта того типа, который описан в находящейся в процессе рассмотрения заявке на патент США №10/857395, поданной 28 мая 2004 г. под названием "Chain Drive System" («Система привода гусеничной цепи»), которая в обычном порядке переуступлена обладателю прав на настоящую заявку и во всей ее полноте упоминается здесь для справок.

Независимо от способа сообщения движения гусенице 30, когда гусеница 30 вращается, значительная часть ее поверхности контактирует со стволом скважины (не показан), в котором находится тягач 10. Взаимодействие гусеницы 30 со стволом скважины создает силы тяги, которые перемещают тягач 10 внутри ствола. Эти силы тяги обычно характеризуются двумя параметрами: величиной мощности, прикладываемой секцией 14 привода к гусенице 30, и величиной направленной наружу или нормальной силы, прикладываемой к гусеничным узлам 28. Эти два параметра предпочтительно являются регулируемыми для оптимизации работы и перемещения тягача 10 в зависимости от характера пласта, в котором находится проходимый ствол. Формула, которая дает желаемый результат, изменяется в случае мягких пластов по сравнению с жесткими. Например, когда пласт, в котором находится ствол, является мягким, тягач 10 создает силу тяги, сдвигая пласт. Нижеследующее обсуждение уравнений 1, 2 и 3 применимо к приложению тяги на грунте при использовании внедорожных транспортных средств, которое концептуально аналогично приложению тяги в мягких пластах. Обсуждение уравнений 4 и 5 применимо к приложению тяги в жестких пластах, а также концептуально аналогично обсаженным скважинам. Настоящее изобретение можно также реализовать в виде тягача в трубе, и в этом случае применимы уравнения для жестких пластов.

Уравнение 1 демонстрирует зависимость между силой тяги, площадью контакта, свойствами грунта, нормальной нагрузкой, приложенной к поверхности (например, пласта, грунта), длиной гусениц и проскальзывания, когда трактор находится в мягком грунте, причем эта зависимость концептуально аналогична случаю некоторых мягких пластов. Переменные, присутствующие в уравнении 1, описаны в таблице 1.

Уравнение 1 - Результирующая сила тяги гусеницы

Уравнение 1 применимо для прогнозирования силы тяги гусеницы с равномерным нормальным распределением для грунта некоторого заданного типа.

Таблица 1
Переменные для результирующей силы тяги гусеницы
Название переменной	Символ	Единицы
Сила тяги	TF	Ньютоны
Площадь контакта гусеницы	А	м2

Коэффициент видимого сцепления	С	Ньютоны на м2
Угол внутреннего сдвига грунта	φ	Радианы
Модуль деформации сдвига	К	М
Общая длина гусеницы	l	М
Коэффициент проскальзывания	I	Безразмерная величина
Нормальная сила, действующая на пласт	NF	Ньютоны

Транспортное средство подвергается воздействию сопротивления движению, создаваемого поверхностью грунта. Это сопротивление является функцией характеристик поверхности грунта, размеров гусениц и нормальной силы, с которой транспортное средство воздействует на поверхность грунта. Уравнение 2 демонстрирует эту связь, а таблица 2 поясняет параметры уравнения 2. Результирующая тяга (равнодействующая сила тяги) транспортного средства задается уравнением 3, при этом сопротивление (уравнение 2) вычитается из силы тяги (уравнение 1). Когда тягач находится в мягких пластах, он будет испытывать сопротивление движению, аналогичное сопротивлению, выражаемому уравнением 2.

Уравнение 2 - Сопротивление движению гусеницы

Таблица 2
Переменные сопротивления движению
Название переменной	Символ	Единицы
Модуль сцепления при деформации поверхности грунта	Кс	Фунты-силы/(дюйм)^(2+n)
Модуль трения при деформации поверхности грунта	Кφ	Фунты-силы/(дюйм)^(2+n)
Экспонента деформации поверхности грунта	N	Безразмерная величина
Ширина гусениц	b	Дюймы

Уравнение 3

Результирующая сила тяги внедорожного транспортного средства

Общая формула, которая отображает приложение тяги на твердых поверхностях, определяется уравнением 4. В этом уравнении сила тяги (TF) выражена как функция коэффициента трения μ, нормальной силы (NF), функции f₁ площади контакта и еще одной функции f₂ проскальзывания. Упрощение дает уравнение 5, в котором влияние площади игнорируется, а нормальная сила является той, которая играет наиболее важную роль в силе тяги. Важно упомянуть, что в теории внедорожных транспортных средств площадь гусениц важна главным образом для мягких почв с высокими уровнями утапливаемости (малыми значениями С), а нормальная сила важнее для менее мягких почв с высокими значениями φ. Уравнение 1 позволяет понять эти формулировки.

Уравнение 4

Сила тяги на жесткой поверхности

Уравнение 5

Упрощенное выражение силы тяги на жесткой поверхности

TF=μ*NF*f₂(проскальзывание)

Фактическая тяговая мощность задается уравнением 6. В этом уравнении (i) - коэффициент проскальзывания, а Vt - теоретическая скорость, которая является скоростью ведущего натяжного колеса гусеницы.

Уравнение 6

Тяговая мощность на жесткой поверхности

Фактическая тяговая мощность = (1-i)*Vt*μ*NF*f₂(i)

Настоящее изобретение имеет ряд преимуществ, включая его модульную конструкцию, способность двигаться по стволам скважин с изменяющейся консистенцией (например, мягких, твердых, жестких, и т.д.) и способность двигаться по стволам скважин неправильного поперечного сечения, одним примером которых является ствол скважины, имеющий эллиптическое поперечное сечение. В этом случае, поскольку настоящее изобретение является модульным, как показано на фиг.14, появляется возможность использовать два или более последовательных тягачей 10 для поддержания выравнивания оси тягача 10 с о