水平井开采已成为油气田提高采收率的一种重要途径。到目前为止,世界上20多个国家已钻成2万多口水平井,随着水平井钻井技术的不断发展,这一数字仍处在快速增长之中。同时,水平井水平段位移越来越大、井下工况越来越复杂,这对井下牵引器牵引力及可靠性提出了更高的要求,基于此,本文在调研分析国内外井下牵引器发展现状的基础上,设计了一种具备大牵引力、柔性贴合井壁、电液驱动的柔性液压伸缩式井下牵引器;通过CAD软件完成了牵引器整体机械结构设计、液压控制系统设计、液压元件参数计算与选型、布局方式研究和入井可行性分析;利用CAE软件完成了牵引器支撑机构锁止性能仿真分析、运动学特征研究和液压系统控制周期设计;并基于牵引器支撑机构的室内锁止实验验证了牵引器工作短节设计的合理性与可行性。针对上述几点,本论文主要开展了如下研究工作:(1)柔性液压伸缩式井下牵引器整体结构设计。在调研、分析、总结国内外现有牵引器优势与不足的基础上,提出了柔性液压伸缩式井下牵引器整体结构设计方案,并对其工作机理展开研究;通过CAD软件对牵引器工作短节、控制短节和液压控制系统进行详细设计,并利用Abaqus软件对抓靠臂(弹簧片)进行优化设计,寻求弹性恢复力最佳的弹簧片结构;通过支撑机构力学分析找出支撑缸推靠力与套管管径之间的关系,并基于此对液压元件进行参数计算和硬件选型;在牵引器机械设计和硬件选型的基础上,对牵引器整体进行虚拟装配,并对其螺纹和密封进行设计与校核;最后,对牵引器整体布局方式和入井可行性进行研究。(2)柔性液压伸缩式井下牵引器锁止性能仿真分析。利用Abaqus软件对牵引器支撑机构在支撑过程和牵引过程的运动状态进行仿真模拟,观察其支撑与锁止状态,并验证理论计算的推靠力是否满足牵引器在支撑过程和牵引过程中的推靠力要求;对牵引器支撑机构在卸载后的运动状态进行仿真模拟,观察其能否克服密封圈产生的摩擦力使推杆退回,并找出弹簧片恢复力与套管管径之间的变化规律;最后,通过仿真验证牵引器支撑机构选用的材料是否满足其在支撑及牵引过程中的力学性能要求。(3)柔性液压伸缩式井下牵引器支撑机构运动学特征研究。利用Adams软件对柔性液压伸缩式井下牵引器支撑机构进行运动学仿真,分析其在不同套管尺寸下的锁止性能及运动学特性;验证牵引器在设计的管径范围内能否满足锁止性能要求,并求得其在相应管径下的最大负载。(4)柔性液压伸缩式井下牵引器液压系统控制周期设计。利用Amesim软件对柔性液压伸缩式井下牵引器的液压系统进行建模、仿真、分析,得到牵引器各缸的运动周期和整体控制周期。(5)柔性液压伸缩式井下牵引器支撑机构室内实验研究。针对牵引器支撑机构特点和受力方式,设计出牵引器支撑机构锁止实验方案,并基于此对其实验装置进行设计与制造;对牵引器支撑机构进行锁止室内实验,验证柔性液压伸缩式井下牵引器工作短节设计是否合理、可行。