【正文】 我國的江漢機械研究所、中國石油大學、西安石油大學均對連續(xù)油管作業(yè)車及配套裝置進行過理論研究，并取得一定進展，但受制造工藝局限，仍然不能滿足現(xiàn)場要求。海洋上使用的也有少數(shù)幾臺。國內(nèi)開展連續(xù)油管技術與裝備的研究與開發(fā)始于 20世紀 90年代初，主要由中國石油集團科學技術研究院江漢機械研究所承擔。 圖16 專用連續(xù)油管鉆井裝備我國引進和利用連續(xù)油管作業(yè)技術始于 20世紀70年代。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。圖 1至圖 6展示了幾種典型的地面設備，其中圖 1所示的車裝式連續(xù)油管作業(yè)機結構相對較為簡單，移運方便靈活，適合我國的道路和井場條件，較小直徑的連續(xù)油管作業(yè)設備通常采取這種結構形式； 圖 2所示的拖車式連續(xù)油管作業(yè)機將各個工作機構集中布置在拖車上，采用通用的牽引車移運，適合較好的道路和井場條件，較大直徑的連續(xù)油管作業(yè)設備通常采取這種結構形式；圖 3所示的橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機采用模塊化結構形式，根據(jù)連續(xù)油管作業(yè)機的機構特點，將其主要部件劃分為合適的模塊，因此制造相對較為簡單，用于海上平臺的連續(xù)油管作業(yè)設備通常采用這種結構形式； 圖 4和圖 5所示的自帶吊車和井架的連續(xù)油管作業(yè)機結構較為復雜，其突出特點是，作業(yè)時不需要另外的起吊設備，但移運時對道路和井場條件的要求較高； 圖 6所示的專用連續(xù)油管鉆井裝備結構齊全而復雜，造價昂貴，移運困難，其突出的結構特點是，這種裝置將 CT滾筒置于注入頭上方，作業(yè)時，省去了注入頭的導向器，消除了因?qū)蚱饕鸬?CT彎曲和疲勞破壞，因此能大大提高 CT的使用壽命。復合型 CTU可用 CT和鉆桿柱進行作業(yè)。CTU可分為常規(guī)型和復合型 2種型式，以適應不同的作業(yè)用途、工況和道路條件的要求，其中，常規(guī)型主要有拖車式、車裝式、橇裝式 3種型式。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)抽油桿的應用情況 1 作業(yè)車基本功能結構 5 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車的應用前景 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的特點及應用前景 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的發(fā)展歷史 5 碳纖維連續(xù)抽油桿的結構、特點及應用前景 62 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置方案對比分析 9 動力方案對比 9 動力源選擇 9 動力方案對比 9 夾緊方案對比分析 9 雙油缸夾緊 10 單缸夾緊 10 本設計所采用的方案 11 本設計的工程背景： 11 本設計擬定的初步方案 113 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置設計分析 12 夾持裝置的工作原理 12 鏈傳動設計 13 夾持塊整體結構受力分析 13 鏈條設計 14 鏈輪設計 15 鏈傳動的張緊與潤滑 16 齒輪組設計 16 齒輪扭矩 17 彎曲疲勞許用應力 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 齒輪尺寸計算 18 齒輪的校核 19 主動鏈輪軸設計 20 基本參數(shù) 20 鏈輪上的力 20 初步確定軸直徑 20 主動鏈輪軸結構設計 20 軸受力分析簡圖 22 求軸上載荷 22 按彎扭合成應力校核軸的強度 24 液壓馬達選擇 25 液壓馬達功率 25 液壓馬達轉(zhuǎn)速 26 液壓馬達扭矩 26 液壓馬達選擇 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 夾持塊支架設計 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)的平衡設計 31經(jīng)濟性評價 34結 論 35參考文獻 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”，并用于墨西哥灣岸區(qū)用做油井沖洗砂堵試驗，當時所用的 C連續(xù)油管外徑為 33 . 4 mm。此后，開始有各式各樣的連續(xù)油管作業(yè)車在油氣田作業(yè)。前 2種用于陸上，后者主要用于海洋。此外，一些專用連續(xù)油管設備的相繼問世，如處理大直徑連續(xù)油管完井管柱的連續(xù)油管完井作業(yè)機、能夠操作連續(xù)油管和接頭連接管柱的連續(xù)油管鉆井作業(yè)機、湖泊和沼澤地區(qū)使用的駁船式作業(yè)機、北極地區(qū)使用的全封閉式作業(yè)機等 , 使得地面設備的品種和型式更加豐富。圖11 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖 12 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機圖13 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖14 拖車帶吊車式連續(xù)油管作業(yè)機圖15 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機美國 Hydra Rig公司研制的復合型 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、導向器與控制室置于鉆臺上， 采用自動控制技術、傳感技術和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對整套裝備實施全面監(jiān)控，具有自動司鉆功能。該型 CTU適合于 45～+45℃ 的環(huán)境下作業(yè)，各部件封裝在防碰框架結構內(nèi)，液壓動力系統(tǒng)采用封閉和隔音結構。1972年，我國引進了第一臺波恩公司生產(chǎn)的連續(xù)油管作業(yè)車。至今，國內(nèi)共引進連續(xù)油管作業(yè)車已超過29臺，主要分布在大慶、 四川、 吉林、 吐哈、 塔里木等油田。2006年長慶石油勘探局井下處從美國引進的一套連續(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，這套設備的引進，不但對提高生產(chǎn)時效起到不可低估的作用，還大大減輕了員工勞動強度。勝利機械廠試組裝了一臺連續(xù)油管作業(yè)車，其注入頭、滾筒等主要部件均是從大慶油田 80 年代進口的一臺連續(xù)油管作業(yè)車上拆裝的。勝利石油管理局工程機械總廠根據(jù)該廠第一代碳纖維抽油桿作業(yè)設備的不足，研制了第二代全液壓、智能控制作業(yè)設備。西安石油大學研制了一種將桿柱起升(下放)與桿柱纏繞分別驅(qū)動的新型碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車。尤其在這一技術中的產(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)濟價值。作業(yè)車采用全液壓控制，引入了智能控制技術進行作業(yè)過程的監(jiān)控，作業(yè)車主要包括纏繞盤單元、光桿起升單元、碳素桿起升單元、液壓控制單元、測控單元。碳素桿起升單元主要承擔碳素桿的起下作業(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力并承擔上述三個單元的控制工作；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。 碳纖維連續(xù)抽油桿的特點及應用前景 碳纖維連續(xù)抽油桿的發(fā)展歷史為了克服普通鋼抽油桿質(zhì)量大、耗能高、失效頻繁、活塞效應大、起下作業(yè)速度慢、易偏磨的缺點，20 世紀 80年代初美國利用獨特的航空航天材料和工程技術，開始研制碳纖維抽油桿。 我國從1999年開始研制碳纖維抽油桿，現(xiàn)有四個制造廠：勝利石油管理局工程機械總廠、龍口博德復合材料有限公司、山東東辰集團碳纖維科技開發(fā)公司和嘉興中寶碳纖維有限責任公司。試驗結果表明:應用碳纖維抽油桿可以達到節(jié)電和增產(chǎn)的效果，非常適用于深井的原油開采。實驗結果表明：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。 碳纖維連續(xù)抽油桿的結構、特點及應用前景碳纖維抽油桿的結構碳纖維復合材料或稱碳纖維增強塑料連續(xù)抽油桿(簡稱:CFRPC抽油桿)，呈帶狀，可纏繞到滾筒上(見圖7)，它的橫截面為矩形(見圖8)?；w為乙烯樹脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)。鋼接頭的一端符合API抽油桿規(guī)范，以便和鋼抽油桿、抽油光桿相連接；另一端開一個槽，有3個內(nèi)螺紋孔。 圖19 CFRPC抽油桿的端部連接結構1CFRPC抽油桿；2加強帶；3螺釘；4鋼接頭碳纖維抽油桿的技術特點碳纖維連續(xù)抽油桿是一種帶狀矩形截面的抽油桿，其主要增強相是碳纖維，樹脂是基體,經(jīng)過拉擠成型，具有強度高、重量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕等優(yōu)點，與普通抽油桿相比，碳纖維連續(xù)桿具有優(yōu)越的技術優(yōu)勢。極大地減少了中間接頭(鋼桿平均8米一個接頭，而碳纖維連續(xù)桿只有兩個接頭)減少了接頭斷脫事故的幾率，延長了桿的使用壽命和修井周期。同等條件下可降低抽油機規(guī)格，減少設備投資。碳纖維抽油桿為高分子復合材料，在90℃的酸堿溶液和原油中浸泡3個月，無任何變化，具有很強的耐腐蝕作用。經(jīng)過次載荷循環(huán)后碳纖維抽油桿的剩余強度為原來強度的60% ，而鋼抽油桿和玻璃鋼抽油桿的剩余強度分別為原來各自強度的40%和20%。加之碳纖維熱膨脹系數(shù)低(接近于零)，尺寸穩(wěn)定性好，在高溫油井中會大大減少沖程損失。而碳纖維復合連續(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。 抽油桿的連續(xù)特性 , 有利于實現(xiàn)機械化作業(yè) , 節(jié)省作業(yè)時間 , 降低勞動強度。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。碳纖維連續(xù)抽油桿采油系統(tǒng)在我國油田的應用獲得了初步的成功，尤其是產(chǎn)品性能和節(jié)能效果，均超過了國外的技術水平，顯示出其大面積推廣的巨大經(jīng)濟價值。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作業(yè)車系統(tǒng)的一部分，下面對齒輪組傳動機構方案、動力方案和夾緊方案進行對比分析，從中選擇最佳方案。為適應流動作業(yè)，采用汽車內(nèi)燃機作為動力源，提供一套液壓系統(tǒng)，工作機選擇液壓馬達和液壓缸。 動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驅(qū)動此種方案需要兩臺液壓馬達，工作時，兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達驅(qū)動兩個主鏈輪同時向相反的方向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。此外，此種方案采用兩臺液壓馬達無疑會增加系統(tǒng)的復雜性及成本，同時夾持裝置的結構尺寸也會隨之增大。此種方案采用一臺液壓馬達通過中間裝置實現(xiàn)夾持裝置中兩個主動鏈輪同時向相反方向的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。同時采用此種方案也可以消除采用雙液壓馬達驅(qū)動所帶來的系統(tǒng)的復雜性和高成本，同時也會大大減小裝置的結構尺寸。 夾緊方案對比分析常用的典型方案起桿纏繞器夾緊機構的設計：由起桿纏繞器的工作原理可知，夾緊機構的功能是提供足夠的夾緊力以保證抽油桿夾持塊可以可靠的夾緊抽油桿。 雙油缸夾緊