随着页岩气开发工作的进行,页岩气装备制造产业将迎来重大发展,取心工具的研制也势必得到更大的重视与投入。旋转式井壁取心工具利用自身携带的取心钻头从井壁上切取一段圆柱形岩心,并将其储存至储样机构中。井壁取心所取岩心质量好,可直接进行岩性、电性、含油性分析化验,且施工简便、成本较低,发展前景较大。川渝地区页岩气的地质条件复杂,致使长水平段钻完井作业难度大、耗时长、成本高。目前,国内外已有的旋转式井壁取心工具不适宜于川渝地区复杂地质条件的页岩气勘探开发,因此研制新型水平段取心工具对提高我国取心装备技术的发展有重要的意义。本文在国内外旋转式取心工具研究的基础上,为解决水平井长水平段取心问题,开展针对性研究。研究内容包括旋转式井壁取心机器人的总体方案设计、主要组成单元的整体设计、动作机构设计及虚拟样机的仿真。具体体现在以下几个方面:充分查阅国内外相关文献、专利,深入调研相关工具的发展现状。在此基础上,根据目前长水平段井壁取心研究的不足,提出了本文研究的主要内容及研究路线。介绍了井壁取心机器人的结构组成、工作原理,完成了机器人总体方案的设计,并结合弯道通过性进行了机器人总体尺寸设计和总体布局设计。开展了取心机器人主要机械系统的设计。首先,对扶正、牵引与取心机构进行了受力分析;其次,利用Matlab优化工具箱对扶正、牵引单元的关键尺寸进行了优化;最后,使用SolidWorks建立了机器人的三维样机模型。建立了井壁取心机器人的ADAMS虚拟样机模型,开展了直管行走越障、取心、折心等多种井下动力学仿真实验,验证了机器人工作时各部分的动态性能。