目前水平井和大位移井已成为油气开发的主要井型,而水平井和大位移井中检修、检测和维护工作越来越多,对井下工具特别是井下牵引器的性能提出了更高的要求。针对以上需求,本论文在调研国内外牵引器研究现状基础上,设计了一种具有大牵引力、大功率的液压伸缩式井下牵引器,完成了液压伸缩式牵引器的工作机理研究、牵引器结构设计、力学分析、优化设计以及样机试制和实验研究。本论文围绕上述研究内容,主要开展了以下工作:(1)国内外牵引器研究现状调研与分析。通过调研国内外有关牵引器的产品、文献和现场应用情况,对国内外研究现状进行分析,提出了本文的研究思路和研究内容。(2)液压伸缩式井下牵引器设计。通过液压伸缩式井下牵引器的工作机理研究,确定了本文设计牵引器的工作机理;依据最佳工作机理,进行了液压控制系统设计、支撑机构设计、伸缩机构设计、动力系统设计和密封机构设计,由此可以确定双斜块式牵引器和弹簧片式牵引器的整体设计。(3)液压伸缩式井下牵引器力学分析。依据两种牵引器的机构设计,建立其负载力作用下的锁止力学模型,分析出牵引器的牵引锁止条件;运用ADAMS软件建立了两种牵引器的动力学模型,并对两种牵引器的锁止性能进行了分析,验证了牵引锁止条件,确定了液压伸缩式井下牵引器的最佳结构方案,确保两种牵引器在大牵引力作用下的可靠性。(4)液压伸缩式井下牵引器密封机构的性能分析。牵引器运动机构采用C形滑环组合密封,运用abaqus软件建立其二维轴对称模型,分析得到了 C形滑环密封良好的关键因素;得到了 C形滑环组合密封最佳安装间隙;分析了摩擦系数、工作压力、密封间隙和往复运动速度对密封性能的影响。(5)液压伸缩式井下牵引器弹簧片疲劳寿命分析。弹簧片的疲劳寿命直接影响弹簧片式牵引器的使用寿命,运用abaqus和fe-safe软件,建立其疲劳仿真模型,分析了设计参数下弹簧片的疲劳寿命,预估了设计参数下弹簧片可用于水平井作业的井数;同时研究了粗糙度、残余应力、弹簧片跨度、弹簧片厚度对弹簧片疲劳寿命的影响,优化出弹簧片最佳参数。(6)液压伸缩式井下牵引器实验研究。对牵引器控制短节输出压力进行了测试,并对运动机构可加工性进行了描述,并通过实验装置设计和样机加工,用实验的方法验证了理论分析得到的双斜块式牵引器和弹簧片式牵引器的牵引锁止条件,进而保证了两种液压伸缩式井下牵引器的运动性能。综上所述,本论文通过对液压伸缩式井下牵引器的工作机理研究、结构设计与优化分析、力学分析、密封机构分析和性能实验等,设计了一种大牵引力、大功率的液压伸缩式井下牵引器,其牵引力可达10000N,牵引速度400m/h,对国内大牵引力伸缩式牵引器的工程化具有一定的意义。