【正文】 動(dòng)力方案對比方案一如圖21所示，采用兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)此種方案需要兩臺液壓馬達(dá)，工作時(shí)，兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主鏈輪同時(shí)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。2 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置方案對比分析碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車起下夾持裝置是整個(gè)作業(yè)車系統(tǒng)的一部分，下面對齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案、動(dòng)力方案和夾緊方案進(jìn)行對比分析，從中選擇最佳方案。7. 截面積小 僅為鋼制抽油桿的 1/5, 從而大大減小了抽油桿服役過程中的上下沖程阻力。而碳纖維復(fù)合連續(xù)抽油桿是柔性的，在偏斜的油井中，與油管呈線性接觸，增大了接觸面積，延長了油管的使用壽命；另外在偏磨井段安裝了碳纖維扶正器，其耐磨、耐溫、耐腐方面均超過尼龍扶正器，保證了碳纖維扶正器及抽油桿有較長的使用壽命。經(jīng)過次載荷循環(huán)后碳纖維抽油桿的剩余強(qiáng)度為原來強(qiáng)度的60% ，而鋼抽油桿和玻璃鋼抽油桿的剩余強(qiáng)度分別為原來各自強(qiáng)度的40%和20%。同等條件下可降低抽油機(jī)規(guī)格，減少設(shè)備投資。 圖19 CFRPC抽油桿的端部連接結(jié)構(gòu)1CFRPC抽油桿；2加強(qiáng)帶；3螺釘；4鋼接頭碳纖維抽油桿的技術(shù)特點(diǎn)碳纖維連續(xù)抽油桿是一種帶狀矩形截面的抽油桿，其主要增強(qiáng)相是碳纖維，樹脂是基體,經(jīng)過拉擠成型，具有強(qiáng)度高、重量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，與普通抽油桿相比，碳纖維連續(xù)桿具有優(yōu)越的技術(shù)優(yōu)勢?；w為乙烯樹脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：碳纖維連續(xù)抽油桿是一種很有發(fā)展前途的特種抽油桿。 我國從1999年開始研制碳纖維抽油桿，現(xiàn)有四個(gè)制造廠：勝利石油管理局工程機(jī)械總廠、龍口博德復(fù)合材料有限公司、山東東辰集團(tuán)碳纖維科技開發(fā)公司和嘉興中寶碳纖維有限責(zé)任公司。碳素桿起升單元主要承擔(dān)碳素桿的起下作業(yè)工作；液壓控制單元主要為碳素桿起升單元、光桿起升單元、纏繞盤單元提供液壓動(dòng)力并承擔(dān)上述三個(gè)單元的控制工作；測控單元完成主要作業(yè)參數(shù)(下泵深度、懸重、工作液溫度、壓力等)的測試功能。尤其在這一技術(shù)中的產(chǎn)品性能、節(jié)能效果，與國外的專用作業(yè)車比較有一定的優(yōu)勢，顯示出了其大面積推廣的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。勝利石油管理局工程機(jī)械總廠根據(jù)該廠第一代碳纖維抽油桿作業(yè)設(shè)備的不足，研制了第二代全液壓、智能控制作業(yè)設(shè)備。2006年長慶石油勘探局井下處從美國引進(jìn)的一套連續(xù)油管作業(yè)車于同年 5月 3日正式投入靖邊氣田施工，作業(yè)深度 4500 m,主要用于抽吸，氣舉、沖砂、排液等施工，這套設(shè)備的引進(jìn)，不但對提高生產(chǎn)時(shí)效起到不可低估的作用，還大大減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。1972年，我國引進(jìn)了第一臺波恩公司生產(chǎn)的連續(xù)油管作業(yè)車。圖11 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)圖 12 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)圖13 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)圖14 拖車帶吊車式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)圖15 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)美國 Hydra Rig公司研制的復(fù)合型 CTU，除了配備常規(guī) CTU外，還裝備有鉆臺、天車、井架、游車、液壓大鉗等，注入頭、導(dǎo)向器與控制室置于鉆臺上， 采用自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對整套裝備實(shí)施全面監(jiān)控，具有自動(dòng)司鉆功能。前 2種用于陸上，后者主要用于海洋。目 錄1 緒論 1 連續(xù)抽油桿作業(yè)車的發(fā)展背景 1 連續(xù)抽油桿的應(yīng)用情況 1 作業(yè)車基本功能結(jié)構(gòu) 5 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車的應(yīng)用前景 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的特點(diǎn)及應(yīng)用前景 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的發(fā)展歷史 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用前景 62 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置方案對比分析 9 動(dòng)力方案對比 9 動(dòng)力源選擇 9 動(dòng)力方案對比 9 夾緊方案對比分析 9 雙油缸夾緊 10 單缸夾緊 10 本設(shè)計(jì)所采用的方案 11 本設(shè)計(jì)的工程背景： 11 本設(shè)計(jì)擬定的初步方案 113 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置設(shè)計(jì)分析 12 夾持裝置的工作原理 12 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13 夾持塊整體結(jié)構(gòu)受力分析 13 鏈條設(shè)計(jì) 14 鏈輪設(shè)計(jì) 15 鏈傳動(dòng)的張緊與潤滑 16 齒輪組設(shè)計(jì) 16 齒輪扭矩 17 彎曲疲勞許用應(yīng)力 17 齒高比 17 載荷系數(shù) 18 齒形系數(shù) 18 比較選擇系數(shù) 18 齒輪尺寸計(jì)算 18 齒輪的校核 19 主動(dòng)鏈輪軸設(shè)計(jì) 20 基本參數(shù) 20 鏈輪上的力 20 初步確定軸直徑 20 主動(dòng)鏈輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 軸受力分析簡圖 22 求軸上載荷 22 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 24 液壓馬達(dá)選擇 25 液壓馬達(dá)功率 25 液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 26 液壓馬達(dá)扭矩 26 液壓馬達(dá)選擇 26 液壓缸選擇 26 夾緊液壓缸 26 張緊液壓缸 27 缸體材料及固定 28 夾持塊支架設(shè)計(jì) 28 夾持塊軸承的選用 29 起桿纏繞器單元的橫、縱向位移 29 橫向位移 30 縱向位移 30 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車下放作業(yè)的平衡設(shè)計(jì) 31經(jīng)濟(jì)性評價(jià) 34結(jié) 論 35參考文獻(xiàn) 36致 謝 381 緒論 連續(xù)抽油桿作業(yè)車的發(fā)展背景 連續(xù)抽油桿的應(yīng)用情況 1962年美國 Bowen Tool公司制造了首臺連續(xù)油管作業(yè)車(Coiled Tubing Unit，CTU)，叫做“ 連續(xù)油管輕便修井機(jī)”，并用于墨西哥灣岸區(qū)用做油井沖洗砂堵試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)所用的 C連續(xù)油管外徑為 33 . 4 mm。復(fù)合型 CTU可用 CT和鉆桿柱進(jìn)行作業(yè)。加拿大 Dreco公司開發(fā)的用于北極或沙漠地區(qū)使用的 CTU，安裝在該公司制造的重型自走式車上。國內(nèi)開展連續(xù)油管技術(shù)與裝備的研究與開發(fā)始于 20世紀(jì) 90年代初，主要由中國石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所承擔(dān)。我國的江漢機(jī)械研究所、中國石油大學(xué)、西安石油大學(xué)均對連續(xù)油管作業(yè)車及配套裝置進(jìn)行過理論研究，并取得一定進(jìn)展，但受制造工藝局限，仍然不能滿足現(xiàn)場要求。該作業(yè)設(shè)備具有起下井速度快、安全、可靠、具有起下加重桿的功能，并能對起下井作業(yè)的大部分功能進(jìn)行智能化控制；具有數(shù)據(jù)顯示、計(jì)算、存儲、全程錄像等功能；整個(gè)系統(tǒng)安裝在66越野車底盤上，其越野性、機(jī)動(dòng)性很好。 作業(yè)車基本功能結(jié)構(gòu)碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車是可移動(dòng)式液壓驅(qū)動(dòng)的連續(xù)碳纖維抽油桿的起下、運(yùn)輸設(shè)備。 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車的應(yīng)用前景我國目前碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車數(shù)量較少，但其應(yīng)用需求很大，因此其應(yīng)用前景很好，具有很好的市場開發(fā)價(jià)值。它們研制成功碳纖維抽油桿、配套設(shè)備和碳纖維抽油桿 — 鋼抽油桿混合抽油桿柱設(shè)計(jì)軟件，并進(jìn)行了礦場試驗(yàn)。在我國，由于油田的超深井和高度腐蝕井采油逐漸增加，因此碳纖維連續(xù)抽油桿在我國的應(yīng)用前景十分廣闊。 圖17 纏繞在滾筒上的CFRPC抽油桿 1轉(zhuǎn)軸；2支承環(huán)；3滾筒；4CFRPC抽油桿 圖18 CFRPC抽油桿的橫戴面1碳纖維；2玻璃纖維布；3芳輪纖維布或玻璃纖維布碳纖維抽油桿兩端部的連接結(jié)構(gòu)見圖9，其兩表面上各貼一條用碳纖維復(fù)合材料做的加強(qiáng)帶，并打3個(gè)螺釘孔。1. 柔性好，連續(xù)可盤繞由于碳纖維抽油桿是柔性連續(xù)的，最小曲率半徑為 300 mm，可盤繞和運(yùn)輸。3. 耐腐蝕，耐疲勞表11 幾種抽油桿材料物理性能表抽油桿種類密度（g/cm）彈性模量（MPa）10次載荷循環(huán)后剩余度（％）CFRPC抽油桿1060普通鋼抽油桿1040鋼連續(xù)抽油桿1040玻璃鋼抽油桿1020高礦化度的地層水含有腐蝕介質(zhì),它們的存在對鋼材會產(chǎn)生強(qiáng)大地腐蝕作用，降低鋼桿的使用壽命。4. 耐溫高碳纖維連續(xù)桿是由耐高溫的碳纖維和樹脂復(fù)合而成,碳纖維的形成溫度高達(dá)1700℃，正?？諝猸h(huán)境下，使用溫度高達(dá)500℃,樹脂基體耐溫150℃，兩種材料復(fù)合后生產(chǎn)的碳纖維連續(xù)抽油桿耐溫可達(dá)120℃。6. 這種抽油桿為連續(xù)長桿件 , 只有上下兩個(gè)接頭 , 避免了采油過程中的活塞效應(yīng) , 并大大降低了接頭斷脫幾率。8. 廢桿可回收再利用 , 無環(huán)境污染。 動(dòng)力方案對比 動(dòng)力源選擇常用的動(dòng)力為電動(dòng)機(jī)，該起下夾持裝置安裝在作業(yè)車上，作業(yè)車常在野外作業(yè)，為其提供電源不方便，若用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電則成本較高，且效率不高。此方案不易保證兩臺液壓馬達(dá)在每一瞬時(shí)都具有相同的轉(zhuǎn)速，當(dāng)兩臺液壓馬達(dá)的工況存在差異時(shí)就會使夾持裝置兩邊驅(qū)動(dòng)鏈條的牽引力發(fā)生波動(dòng)，從而增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和不安全性。此方案保證了兩個(gè)主動(dòng)鏈輪同步的向相反的兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，消除了采用兩臺液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所帶來的波動(dòng)和不安全性。典型的夾緊機(jī)構(gòu)為雙油缸驅(qū)動(dòng)方式和單油缸驅(qū)動(dòng)方式。雙缸機(jī)構(gòu)利用活塞桿收 回夾緊油管，這時(shí)液壓力作用在活塞與活塞桿間的環(huán)形空間，由于活塞截面積大于活塞與活塞桿環(huán)空截面積，在液壓力相同的條件下，活塞桿伸出的力大于收回的力，顯然雙缸機(jī)構(gòu)沒有充分利用油缸的能力，油缸使用不夠合理。同樣，張緊機(jī)構(gòu)也可采用單缸杠桿方式。3）在抽油桿外部套有Φ56mm的油管。張緊輪分別由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，兩鏈輪中心距采用固定不可調(diào)方式。3 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置設(shè)計(jì)分析碳纖維連續(xù)抽油桿夾持裝置主要用于碳桿纖維桿的起下作業(yè)，減小纏繞盤的扭矩，保證平穩(wěn)工作。起下作業(yè)時(shí)首先夾緊液壓缸柱塞桿伸長，推動(dòng)托板，使夾持塊前移，頂住碳纖維桿，直至達(dá)到一定壓力Fn，保持定位不變。夾持塊頂在碳纖維桿上，工作時(shí)靠靜摩擦力保持相對靜止。夾持塊受力分析如圖33。設(shè)計(jì)中取鏈輪的傳動(dòng)比為1，則各鏈輪參數(shù)相同。鏈條速度n=(～)m /s，型號28A型，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9–14，選擇定期人工潤滑。 M≥ （319）圖35 齒輪組載荷分析確定公式中的各計(jì)算數(shù)值： 齒輪扭矩 （320）齒輪扭矩，Q–鏈條總拉力，d–鏈輪分度圓直徑， mm。 齒輪尺寸計(jì)算由于2號輪要帶動(dòng)兩個(gè)齒輪嚙合，故2號輪扭矩加倍。根據(jù)《機(jī)械零件手冊》表13–1，參考基本額定動(dòng)載荷比、極限轉(zhuǎn)速比，選取調(diào)心球軸承22220C/W33。查《機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊》知此齒輪傳動(dòng)的效率為η=。 求軸上載荷軸承類型為22220C/W33型調(diào)心滾子軸承。m=mN根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，以