8型碳纤维连续抽油杆作业车起下夹持装置设计

目录

1 绪论 (1)

1.1 连续抽油杆作业车的发展背景 (1)

1.1.1 连续抽油杆的应用情况 (1)

1.1.2 作业车基本功能结构 (5)

1.1.3 碳纤维连续抽油杆作业车的应用前景 (5)

1.2 碳纤维连续抽油杆的特点及应用前景 (5)

1.2.1 碳纤维连续抽油杆的发展历史 (5)

1.2.2 碳纤维连续抽油杆的结构、特点及应用前景 (6)

2 碳纤维杆作业车夹持装置方案对比分析 (9)

2.1 动力方案对比 (9)

2.1.1 动力源选择 (9)

2.1.2 动力方案对比 (9)

2.2 夹紧方案对比分析 (9)

2.2.1 双油缸夹紧 (10)

2.2.2 单缸夹紧 (10)

2.3 本设计所采用的方案 (11)

2.3.1 本设计的工程背景： (11)

2.3.2 本设计拟定的初步方案 (11)

3 碳纤维杆作业车夹持装置设计分析 (12)

3.1 夹持装置的工作原理 (12)

3.2 链传动设计 (13)

3.2.1 夹持块整体结构受力分析 (13)

3.2.2链条设计 (14)

3.2.3 链轮设计 (15)

3.2.4 链传动的张紧与润滑 (16)

3.3 齿轮组设计 (16)

3.3.1 齿轮扭矩 (17)

3.3.2 弯曲疲劳许用应力 (17)

3.3.3 齿高比 (17)

3.3.4 载荷系数 (18)

3.3.5 齿形系数 (18)

3.3.6 比较选择系数 (18)

3.3.7 齿轮尺寸计算 (18)

3.3.8 齿轮的校核 (19)

3.4 主动链轮轴设计 (20)

3.4.1 基本参数 (20)

3.4.2 链轮上的力 (20)

3.4.3 初步确定轴直径 (20)

3.4.4 主动链轮轴结构设计 (20)

3.4.5 轴受力分析简图 (22)

3.4.6 求轴上载荷 (22)

3.4.7 按弯扭合成应力校核轴的强度 (24)

3.5 液压马达选择 (25)

3.5.1 液压马达功率 (25)

3.5.2液压马达转速 (26)

3.5.3液压马达扭矩 (26)

3.5.4液压马达选择 (26)

3.6 液压缸选择 (26)

3.6.1 夹紧液压缸 (26)

3.6.2 张紧液压缸 (27)

3.6.3 缸体材料及固定 (28)

3.7 夹持块支架设计 (28)

3.7.1 夹持块轴承的选用 (29)

3.8 起杆缠绕器单元的横、纵向位移 (30)

3.9.1 横向位移 (30)

3.9.2 纵向位移 (30)

3.10 碳纤维连续抽油杆作业车下放作业的平衡设计 (31)

经济性评价 (34)

结论 (35)

参考文献 (36)

致谢 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

1 绪论

1.1 连续抽油杆作业车的发展背景

1.1.1 连续抽油杆的应用情况

1962年美国Bowen Tool公司制造了首台连续油管作业车(Coiled Tubing Unit，CTU)，叫做“连续油管轻便修井机”，并用于墨西哥湾岸区用做油井冲洗砂堵试验，当时所用的C连续油管外径为33 . 4 mm。此后，开始有各式各样的连续油管作业车在油气田作业。

CTU可分为常规型和复合型2种型式，以适应不同的作业用途、工况和道路条件的要求，其中，常规型主要有拖车式、车装式、橇装式3种型式。前2种用于陆上，后者主要用于海洋。复合型CTU可用CT和钻杆柱进行作业。此外，一些专用连续油管设备的相继问世，如处理大直径连续油管完井管柱的连续油管完井作业机、能够操作连续油管和接头连接管柱的连续油管钻井作业机、湖泊和沼泽地区使用的驳船式作业机、北极地区使用的全封闭式作业机等, 使得地面设备的品种和型式更加丰富。图1至图6展示了几种典型的地面设备，其中图1所示的车装式连续油管作业机结构相对较为简单，移运方便灵活，适合我国的道路和井场条件，较小直径的连续油管作业设备通常采取这种结构形式；

图2所示的拖车式连续油管作业机将各个工作机构集中布置在拖车上，采用通用的牵引车移运，适合较好的道路和井场条件，较大直径的连续油管作业设备通常采取这种结构形式；图3所示的橇装式连续油管作业机采用模块化结构形式，根据连续油管作业机的机构特点，将其主要部件划分为合适的模块，因此制造相对较为简单，用于海上平台的连续油管作业设备通常采用这种结构形式；图4和图5所示的自带吊车和井架的连续油管作业机结构较为复杂，其突出特点是，作业时不需要另外的起吊设备，但移运时对道路和井场条件的要求较高；图6所示的专用连续油管钻井装备结构齐全而复杂，造价昂贵，移运困难，其突出的结构特点是，这种装置将CT滚筒置于注入头上方，作业时，省去了注入头的导向器，消除了因导向器引起的CT弯曲和疲劳破坏，因此能大大提高CT的使用寿命。

图1-1 车装式连续油管作业机

图1-2 拖车式连续油管作业机

图1-3 橇装式连续油管作业机

图1-4 拖车带吊车式连续油管作业机

图1-5 拖车带井架式连续油管作业机

美国Hydra Rig公司研制的复合型CTU，除了配备常规CTU外，还装备有钻台、天车、井架、游车、液压大钳等，注入头、导向器与控制室置于钻台上，采用自动控制技术、传感技术和数据采集系统，对整套装备实施全面监控，具有自动司钻功能。加拿大Dreco公司开发的用于北极或沙漠地区使用的CTU，安装在该公司制造的重型自走式车上。该型CTU适合于-45～+45℃的环境下作业，各部件封装在防碰框架结构内，液压动力系统采用封闭和隔音结构[]23。