8型碳纤维连续抽油杆作业车起下夹持装置设计
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
1引言现阶段，有杆泵抽油工艺依旧在油田抽油工作中占据着非常重要的地位。
有杆泵抽油技术的应用少不了抽油杆的支撑，D 、H 级钢制抽油杆、玻璃钢杆等抽油杆在实际的抽油工作中的应用频率是非常之高的。
但是这些抽油杆却都有着这样的通病：偏磨、断脱等问题频频发生于抽油工作中，因此，相关工作人员就必须要致力于新型抽油杆在油田抽油工作中的引进。
碳纤维是有机纤维加工而成的，是一种含碳量近乎饱和的无机高性能纤维，具有承载力较强、抗腐蚀性较强的特点，应当引起相关人员的高度重视。
2对碳纤维连续抽油杆优势的分析碳元素是碳纤维材料的重要组成部分，而每种碳纤维的含碳量都是非常之多的，这就表示碳纤维材料“继承”了碳素材料的以下优势。
2.1具有重量轻、节能方面的优势1km 碳纤维连续抽油杆的重量在200kg 范围内，而1km 杠杆的重量却大于4t 。
将碳纤维连续抽油杆引进实际的抽油工作中，有利于发挥接箍活塞的积极作用，进而在很大程度上增加了抽油机电能的使用时间，最终实现节能省电的目的。
所以说，碳纤维连续抽油杆的应用有助于帮助相关企业节约设备资源[1]。
2.2具有抗腐蚀和抗疲乏方面的优势高矿化度的地层水具有腐蚀性较强的特点，一旦钢质材料被应用到抽油工作中，那么就会加快钢材的腐蚀速度，进而减少钢质材料抽油杆的使用寿命和使用质量。
而碳纤维连续抽油杆则不会与高矿化度的地层水发生化学反应，其具有较强的耐腐蚀性特点，将碳纤维连续抽油杆推广到油田的抽油工作中，有利于提高抽油效率。
除此之外，碳纤维连续抽油杆还具有密度小、强度高的优势，而其弹性模量大于钢性抽油杆却小于玻璃钢抽油杆，通过实验我们可以得知：在以上3种材料同时承重100荷载之后，碳纤维抽油杆的强度只减少了40%左右，而钢性抽油杆的强度则减少了60%左右，玻璃钢抽油杆的强度却减少了几乎80%，所以说，碳纤维连续抽油杆的抗疲乏性较强[2]。
2.3具有耐高温方面的优势碳纤维连续抽油杆的制作需要具有耐高温特性的碳纤维以及树脂等材料的参与，而碳纤维材料是经历过1700多℃温度的洗礼的，在日常的空气环境中碳纤维材料本身自带的温度就大于500℃，而树脂基体材料在150℃温度以下不会发生任何反应。
碳纤维连续抽油杆与常规抽油机的匹配
碳纤维连续抽油杆与常规抽油机的匹配摘要：在油田采油系统方面，碳纤维连续抽油杆的应用越来越广泛。
而在碳纤维连续抽油杆和常规抽油机互相配合使用的过程当中，往往会出现地面示功图不同的情况，这是因为碳纤维连续抽油杆弹性模量不同的原因。
本文主要从常规抽油机上冲程和下冲程许用载荷的角度，对碳纤维连续抽油杆和常规抽油机的匹配进行了讨论。
关键词：碳纤维连续抽油杆；常规抽油机；匹配研究一直以来，常规抽油机都是我国油田石油开采的主要设备，而由于我国石油工业以及开采技术的发展，油田的开采也逐渐向深度越来越深、环境越来越恶劣的方向发展，越来越多的高腐蚀油井和超深油井逐渐被建成。
在这些油田中，碳纤维连续抽油杆由于具有良好的适合性，而逐渐被广泛应用。
因此，人们就开始考虑碳纤维连续抽油杆系统和常规抽油机的结合。
而当碳纤维连续抽油杆和常规抽油机互相配合使用的时候，会出现地面示功图明显不同的情况，这是因为碳纤维连续抽油杆和钢杆弹性模量不同的原因，据测算，碳纤维连续抽油杆的弹性模量只有钢杆的一半左右。
有学者从常规抽油机许用载荷的角度来对玻璃钢抽油杆和常规抽油机的匹配进行了分析，认为玻璃钢抽油杆的弹性模量太小，只有钢杆的三分之一左右，即便是采用抽油机减速器曲柄轴最大扭矩符合常规抽油机额定扭矩值的玻璃钢抽油杆，但玻璃钢抽油杆和常规抽油机的匹配性还是不够理想，很容易造成常规抽油机悬点超负荷现象，这不仅影响了玻璃钢抽油杆超长冲程的特性，同时也会降低常规抽油机的使用寿命，严重的话甚至还会引起安全事故。
而我们在进行碳纤维连续抽油杆和常规抽油机之间的匹配问题分析时，也发现了和玻璃钢抽油杆与常规抽油机匹配中出现的同样问题。
1.常规抽油机许用载荷常规抽油机的一个基本参数就是抽油机减速器曲柄轴的额定扭矩，常规抽油机的许用载荷则是在满足这个额定扭矩值的情况下，对应抽油机悬点的载荷。
常规抽油机的许用载荷和悬点的许用载荷不完全相同，它的大小主要和常规抽油机减速器额定扭矩、四杆机构杆长以及冲程长度等因素有关。
浅谈碳纤维杆作业车起下夹持装置的设计
夹持装置是本设计的独到之处 ． 是起 杆缠 绕器的核心部分 在起 杆缠绕器单元 由液压马达驱 动 ． 带动两挂链 轮的同步反 向转 动 ： 由张 紧油缸 张紧链 轮 ， 使夹持装 置来控制链条 的张紧与放松 ： 紧油缸提 夹 供夹紧力 ， 使夹 紧卡块牢 固的夹紧碳纤维杆 ． 而达到控制碳 纤维杆 从 的起 升 与 下 放 的 安 全 夹持装置安装 在链条链节处 ． 其上嵌有非金 属的夹持块 ． 夹持碳 纤维杆 将其从 油井 中起 出 （ 下人 ） 并控制碳 纤维杆 的起出 （ ， 下人 ） 速 度， 它主要 由小齿轮、 大齿轮、 张紧油缸 、 紧链轮 、 张 非金 属卡块 、 条 、 链 主动链轮 、 夹紧油缸、 夹紧滑轨、 碳纤维连续抽 油杆等组 成 基 本原理 为： 由一 台液压 马达驱 动 ， 带动链 条 ； 链条 的外侧嵌 装碳纤维杆卡块 ． 夹紧油缸夹持 滑轨夹住链条 内侧 ．使碳纤维杆 夹紧卡块夹紧碳纤 维 杆， 将碳纤 维杆从井 里起 出（ 下入 ） 。夹持卡块结构简图见图 ３ 。
夹持卡块 中部
卡块滑轨
图 ４ 夹持卡块各部分简图（ 下转第 ２ ７页 ） ９
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图 ３夹持卡块简图 ３２夹持装置的结构设计 ． 整个夹持装置的核心是滚子链 ， 夹紧卡块 和滑轨。其中夹持卡块 分为三部分 ， 分别为夹持卡块的上部、 中部 和下部 。 面就其之 间的配 下 合与结构和作用详细的进行描述 在夹持装 置的具体结构 中 ， 滑轨是安装在 夹紧油缸上 ． 由夹紧油 缸提供夹紧力推动链条 ， 使安装 在链条上 的夹 持卡块 装置靠 近碳纤维 杆， 并夹持住 。夹持卡块的下部 与中部被一个连 接螺 钉定位 在环状链 的中间链节上 ， 夹持卡块 的上 部安装在夹持块 的中部上面 ． 夹持 块 在 的上部安装有非金属的卡块 。在夹持卡块 的两端装轴承处 ． 紧钉螺 用 母进行轴承的固定。夹持卡块 的详细结构见 图 ４
碳纤维连续抽油杆作业车光杆起升系统的优化设计与动态仿真的开题报告
碳纤维连续抽油杆作业车光杆起升系统的优化设计与动态仿真的开题报告一、研究背景在油田采油工程中，采用连续抽油杆技术来实现油井的稳定生产是一种常见的方式。
在连续抽油杆系统中，作业车光杆起升系统是实现泵杆调心、上下拉实现阀门控制的关键部分，其操作稳定性和精度直接影响到整个系统的稳定性和生产效率。
传统作业车光杆起升系统由于杆件重量大、结构复杂和润滑方式不佳等因素，容易出现杆件弯曲、卡钩、磨损等问题，导致操作不稳定、寿命短等问题。
因此，开发一种新型的作业车光杆起升系统，提高操作稳定性和杆件使用寿命，是当前工程领域的一个研究热点。
碳纤维材料具有轻质高强、刚度好、耐腐蚀、抗疲劳等优点，在工程实践中得到了广泛应用。
因此，采用碳纤维作为作业车光杆起升系统的主要材料是一种理想的解决方案。
二、研究目的本研究旨在通过优化碳纤维连续抽油杆作业车光杆起升系统的设计和加工工艺，提高系统的操作稳定性和杆件寿命。
具体研究目标如下：1.建立作业车光杆起升系统的三维建模，对其进行优化设计，使得系统结构更加紧凑、重量更轻、操作更便捷。
2.使用ANSYS等有限元软件对作业车光杆起升系统进行力学仿真分析，验证其结构强度和稳定性，并优化系统设计。
3.进行碳纤维材料的工艺研究，制定加工工艺路线，保证杆件加工质量、避免碳纤维断裂等问题。
4.对优化设计后的作业车光杆起升系统进行动态仿真，验证其操作稳定性和精度，以实现系统的优化设计和性能提升。
三、研究内容及方法1.设计方法(1) 系统结构设计：采用CATIA软件对作业车光杆起升系统进行三维建模和优化设计，通过CAD/CAM仿真辅助设计，达到轻量化、紧凑化、操作方便化。
(2) 有限元仿真分析：采用ANSYS等有限元软件对系统进行力学仿真分析，优化杆件的结构强度和稳定性，并进行虚拟试验，找出系统的弱点。
(3) 工艺研究：针对碳纤维材料的特性，制定合理的加工工艺路线，优化加工方法和设备，保证工艺稳定性和加工质量。
八杆飞剪机构设计方案
八杆飞剪机构设计方案咱来唠唠八杆飞剪机构的设计方案哈。
一、设计目标。
首先呢，咱得明确这个八杆飞剪机构是要干啥的。
那肯定是要像个超级剪刀手一样，快速又精准地剪断东西呗，比如说金属板材或者卷材啥的。
这就要求它剪东西的时候，既要有足够的剪切力，又得能在合适的时间和位置下刀，就像大厨切菜得切得恰到好处。
二、机构选型。
1. 八杆结构的确定。
为啥是八杆呢？这就好比组建一个篮球队，每个队员（杆件）都有自己的作用。
八杆结构能够提供比较复杂又稳定的运动关系。
多几根杆，可以让整个机构在运动的时候更加灵活多样，能满足不同的剪切需求。
这八根杆可不是随便凑在一起的。
咱们得像搭积木一样，把它们组合得合理又牢固。
2. 杆件的材料选择。
对于杆件的材料，这就像给战士选武器一样重要。
如果是用来剪比较薄的材料，像纸张之类的（开个玩笑，飞剪一般不剪纸啦），那可能铝合金就够了，轻便又便宜。
但要是剪金属板材，那就得选高强度的钢材了，比如45号钢之类的，这样才能承受住剪切时的巨大力量，不至于在干活的时候“胳膊折了”。
三、运动分析。
1. 轨迹规划。
这个飞剪的剪切刃啊，得像个听话的小宠物一样，按照我们规定的路线走。
我们要设计好它的运动轨迹，就像给它画好跑道一样。
这个轨迹得保证在剪切的时候，刀刃能垂直地切入材料，而且在剪切前后能快速地离开，不能在那儿磨磨蹭蹭的。
比如说，在卷材向前运动的时候，飞剪的刀刃要先加速到和卷材速度差不多，然后“咔嚓”一下剪下去，再迅速减速回到初始位置，准备下一次剪切。
这就像运动员跑步，起跑、冲刺、减速，每个环节都得控制好。
2. 速度和加速度分析。
速度可不能太慢了，不然就不叫飞剪了。
但是也不能太快，太快了机构可能会散架或者控制不住。
要根据剪切材料的速度和厚度来确定飞剪刀刃的速度。
加速度也很关键呢。
如果加速度太大，机构会受到很大的冲击力，就像开车突然猛踩油门一样，对车（机构）不好。
所以要合理地规划加速度，让机构在平稳的状态下完成快速的剪切动作。
碳纤维连续抽油杆的应用及节能效果分析
抽油机举升系统所使用的金属抽油杆，存在以下几方面问题：一是杆管偏磨严重，目前为钢-钢摩擦，采取扶正器预防后，活塞效应加剧，悬点载荷加大；二是钢制抽油杆密度大，杆断脱概率增大、能耗高；三是三元驱和深井等特殊井还存在腐蚀断裂、漏失、举升难等问题。
为了缓解金属抽油杆的上述问题，近年来，逐渐应用了碳纤维复合材料抽油杆。
碳纤维连续抽油杆是一种新型抽油杆，是由碳纤维、树脂、玻璃纤维等原材料按照合适配比，以耐高温树脂作为基体，以碳纤维作为增强材料，经拉挤工艺制成的复合材料制品，具有密度小、耐磨、耐腐蚀、强度高的特点[1-3]。
该技术最早起源于美国，国内对碳纤维连续抽油杆的研究从21世纪开始，在新疆油田、胜利油田等有所应用，取得了明显的节能降载效果。
为此，开展碳纤维连续抽油杆现场试验应用，进一步研究碳纤维连续抽油杆的适应性，设计配套技术，优化杆柱结构，实现抽油机井降载、节电。
1碳纤维连续抽油杆特性为确定碳纤维连续抽油杆的性能，验证该材质的抽油杆与钢质抽油杆相比有哪些优势，通过与国碳纤维连续抽油杆的应用及节能效果分析白羽（大庆油田有限责任公司第四采油厂）摘要：碳纤维连续抽油杆是一种新型材料，具有密度小、强度高、耐磨性好的特点，为此开展碳纤维连续抽油杆现场试验，以降低抽油机井悬点载荷，提高杆柱耐磨、抗拉强度以及抗腐蚀性能，降低抽油机井能耗，实现抽油机井高效、低成本运行。
现场试验应用了106口井，平均最大悬点载荷下降9.87kN，节电率达到24.39%，年节约电费97.07万元，为抽油机节能高效举升提供了新的技术途径。
关键词：碳纤维连续抽油杆；悬点载荷；系统效率；节能DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2023.10.007Analysis of the application and energy conservation effect of carbon fiber continuous sucker rods BAI YuNo.4Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co ．，Ltd ．Abstract：The carbon fiber continuous sucker rod is a new material，which has the characteristics of low density，high strength and good wear resistance．Therefore，field tests of carbon fiber continuous sucker rod are carried out to reduce the suspended point load of pumping Wells，improve the wear re-sistance，tensile strength and corrosion resistance properties of rod string，reduce energy consumption of pumping wells，and realize the high-efficiency and low-cost operation of pumping wells．The field test has been applied to 106wells，with an average maximum suspended load reduced by 9.87kN．Even more to the point，the average power saving rate can reach 24.39%，and the annual electricity cost saving of 970700yuan，which provides a new technical approach for energy conservation and high-efficient lifting of pumping units．Keywords：carbon fiber continuous sucker rods；suspension point load；system efficiency；energy conservation作者简介：白羽，工程师，2011年毕业于东北石油大学（油气储运工程专业），从事机采井管理工作，158****7789，************************.cn，黑龙江省大庆市红岗区红岗西街6号工艺研究所，163511。
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
碳纤维连续抽油杆是一种新型的油田采油技术装备，相较于传统的金属材料抽油杆具
有更高的强度和耐腐蚀性，能够在复杂的油田环境中发挥更好的性能。
本文将对碳纤维连
续抽油杆的研究和应用进行分析，探讨其在油田开发中的潜在应用前景。
一、碳纤维连续抽油杆的研究现状
碳纤维连续抽油杆由碳纤维和树脂复合材料制成，具有高强度、轻质、抗腐蚀等特点，因此在油田开采中备受关注。
目前，国内外已经对碳纤维连续抽油杆进行了大量的研究和
开发工作。
在材料方面，已经实现了碳纤维和树脂复合材料的不断改进，使得碳纤维连续
抽油杆的性能得到了进一步提升。
针对碳纤维连续抽油杆在井下使用过程中的磨损、疲劳
等问题，也进行了大量的研究和测试，并逐渐形成了一套相对成熟的技术解决方案。
1. 高强度：碳纤维连续抽油杆的抗拉强度比传统的金属材料更高，能够承受更大的
拉力和扭矩，降低了井下作业中的损坏率。
2. 轻质：碳纤维连续抽油杆相比金属抽油杆更轻，减少了井下运输和安装的工艺难度，提高了作业效率。
3. 耐腐蚀：碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，能够适应复杂的井下环境，延长了
抽油杆的使用寿命。
碳纤维连续抽油杆的优势使得其在油田开采中具有广阔的应用前景。
碳纤维连续抽油
杆可以应用于水平井、高产井等对抽油杆材料强度和耐腐蚀性要求较高的井段。
碳纤维连
续抽油杆可以应用于老旧油田的二次开发，降低了井下维护成本，提高了油井的长期产能
和经济效益。
碳纤维连续抽油杆还可以应用于一些特殊环境下，如高含硫油气田、高含硫
化氢井等，缓解了传统金属抽油杆容易被腐蚀的问题。
一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置[实用新型专利]
![一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3093108d783e0912a3162aa6.png)
专利名称：一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置
专利类型：实用新型专利
发明人：汪云家,张中慧,姜东,郑强,刘晓玲,杭发琴,于雪林,李淑芳
申请号：CN201720275366.9
申请日：20170320
公开号：CN206785319U
公开日：
20171222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置，其中碳纤维连续抽油杆，包括碳纤维增强层、高模量玻璃纤维层、纤维编织耐磨层，所述高模量玻璃纤维层包覆在碳纤维增强层外部，所述纤维编织耐磨层编织缠绕在高模量玻璃纤维层外部。
所述碳纤维增强层采用纵向拉伸模量230GPa以上的连续丙烯腈基碳纤维，高模量玻璃纤维层为纵向拉伸模量90GPa以上的高模量玻璃纤维；缠绕层纤维编织耐磨层为耐磨高模量芳纶1414纤维。
本实用新型解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题，解决高温洗井对杆体的影响、解决深井超深井采油问题为主要目的，制备出耐腐蚀和耐偏磨性能好、活塞效应小、作业使用方便的抽油杆。
申请人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院
地址：257000 山东省东营市东营区济南路125号
国籍：CN
代理机构：济南日新专利代理事务所
代理人：董庆田
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新型碳纤维连续抽油杆作业机的研制
—84 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY2018年第46卷第7期◄油气田开发工程►新型碳纤维连续抽油杆作业机的研制吴大飞李雪辉刘寿军杨志敏朱再思段文益黄林华(中石油江汉机械研究所有限公司）摘要：针对现有碳纤维连续抽油杆起下装置提升遇卡时无法完成作业、不能完全固定使得碳 纤维连续抽油杆在井筒内晃动而造成偏磨，上方和下方均无限位造成碳纤维杆夹持不稳或夹持位 置不准等问题，研制了新型碳纤维连续抽油杆作业机，并研究形成了碳纤维杆夹持、缠绕排杆及 防偏磨刮泥等关键技术。
该作业机为两车装结构形式，运移快速，成本低，适用范围广；整机系 统集成化程度高，操控性能好，响应速度快，安全快捷；各部件性能符合设计要求，实现了碳纤 维连续抽油杆的可靠夹持和整齐排杆。
现场应用结果表明：新型碳纤维连续抽油杆作业机运转正 常，高速起下、不伤杆、不偏磨；可以降低抽油井能耗，提高抽油效率，具有广阔的应用前景。
关键词：碳纤维；连续抽油杆作业机；滚筒；注入头；防偏磨中图分类号：TE933 文献标识码：A doi:10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2018.07.016 Development of New Carbon Fiber Continuous Sucker Rod Working Machine Wu Dafei Li Xuehui Liu Shoujun Yang Zhimin Zhu Zaisi Duan Wenyi Huang Linhua(Jianghan Machinery Research Institute Limited Company of CNPC)Abstract:To address the problems of the existing carbon fiber continuous sucker rod like failed operation of tripping out because of sticking of lifting device,eccentric wear of carbon fiber continuous sucker rod due to incomplete retrieving,unsteady clamp or inaccurate clamping position of carbon fiber rod without upper or lower limit mechanism,a new type of carbon fiber continuous sucker rod working machine is developed.Key technologies such as carbon fiber rod clamping,winding pipe handling,anti-eccentric wear and mud scraping are developed.The working machine is delivered by two vehicles,presenting quick transportation,low cost and wide application.The overall system has a high integration degree,good handling performance,fast response speed,and high safety and efficiency performance.The performance of each component meets the design requirements and realizes reliable clamping and neat pipe handling of carbon fiber continuous sucker rods.The field application results showed that the new developed carbon fiber continuous sucker rod working machine operated smoothly,delivered high speed tripping without causing damage or eccentric wear of the rod.The working machine can reduce the energy consumption of the pumping well and improve the pumping efficiency,presenting broad application prospects.Keywords：carbon fiber；continuous sucker rod working machine；reel；injection head；anti-eccentric wear性抽油杆，具有无接箍、轻质、高强度、耐高温、〇引言耐腐蚀和阻力小等优点，是抽油井延长检泵周期和降低能耗的重要手段之一 [1_6]。
用于碳纤维连续抽油杆的起下装置[发明专利]
![用于碳纤维连续抽油杆的起下装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/af279803e009581b6ad9eb4f.png)
专利名称：用于碳纤维连续抽油杆的起下装置
专利类型：发明专利
发明人：杨志敏,刘寿军,李雪辉,杨高,张富强,段文益,刘菲申请号：CN201611232561.X
申请日：20161228
公开号：CN106593327A
公开日：
20170426
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明用于碳纤维连续抽油杆的起下装置，包括：主车，其上设有控制室、动力输出机构、液压机构和滚筒，控制室内设有工控机，工控机与动力输出机构相连，动力输出机构的一端与主车的发动机相连，动力输出机构的另一端分别与液压机构的第一泵和第二泵相连，第一泵与滚筒相连；辅车，其上能拆卸的设有井口支撑架、刮泥器和能与第二泵相连的注入头，辅车上还设有随车吊，井口支撑架能固设于井口，注入头能固设于井口支撑架上并与井口相对，注入头上设有导向器，刮泥器能固设于注入头的下端，滚筒上缠绕的碳纤维连续抽油杆能沿导向器穿设于注入头和刮泥器，并通过注入头起出或下入油井。
本发明能方便、快速的完成碳纤维连续抽油杆的下入和起出。
申请人：中国石油天然气集团公司,中国石油集团钻井工程技术研究院,中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
地址：100007 北京市东城区东直门北大街9号
国籍：CN
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
代理人：韩嫚嫚
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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。
图1-6 专用连续油管钻井装备我国引进和利用连续油管作业技术始于20世纪70年代。
1972年，我国引进了第一台波恩公司生产的连续油管作业车。
国内开展连续油管技术与装备的研究与开发始于20世纪90年代初，主要由中国石油集团科学技术研究院江汉机械研究所承担。
至今，国内共引进连续油管作业车已超过29台，主要分布在大庆、四川、吉林、吐哈、塔里木等油田。
海洋上使用的也有少数几台。
2006年长庆石油勘探局井下处从美国引进的一套连续油管作业车于同年5月3日正式投入靖边气田施工，作业深度4500 m,主要用于抽吸，气举、冲砂、排液等施工，这套设备的引进，不但对提高生产时效起到不可低估的作用，还大大减轻了员工劳动强度。
我国的江汉机械研究所、中国石油大学、西安石油大学均对连续油管作业车及配套装置进行过理论研究，并取得一定进展，但受制造工艺局限，仍然不能满足现场要求。
胜利机械厂试组装了一台连续油管作业车，其注入头、滚筒等主要部件均是从大庆油田80 年代进口的一台连续油管作业车上拆装的。
我国已研制成功了三种碳纤维抽油杆作业设备，应用效果较好。
胜利石油管理局工程机械总厂根据该厂第一代碳纤维抽油杆作业设备的不足，研制了第二代全液压、智能控制作业设备。
该作业设备具有起下井速度快、安全、可靠、具有起下加重杆的功能，并能对起下井作业的大部分功能进行智能化控制；具有数据显示、计算、存储、全程录像等功能；整个系统安装在6×6越野车底盘上，其越野性、机动性很好。
西安石油大学研制了一种将杆柱起升(下放)与杆柱缠绕分别驱动的新型碳纤维连续抽油杆作业车。
这种作业车采用全液压控制，引入了智能控制技术进行作业过程的监控，包括作业参数(悬重、杆长等)数字化测量显示、扶正器安装位置自动控制、安全操作自动报警等，针对作业车对中井口难的实际情况，将起升(下放)装置和缠绕盘设计成可移动式；其主要特点是:起升(下放)载荷能力大，起升(下放)作业时杆柱受力状况改善，杆柱缠绕盘负载扭矩大幅降低，作业过程自动化程度高、速度快,设备对井场环境的适应性强，易损件少，便于维修，兼顾杆的运输和作业两项功能，减少设备投资，持续作业时间长。
尤其在这一技术中的产品性能、节能效果，与国外的专用作业车比较有一定的优势[]14，显示出了其大面积推广的巨大经济价值。
1.1.2 作业车基本功能结构碳纤维连续抽油杆作业车是可移动式液压驱动的连续碳纤维抽油杆的起下、运输设备。
作业车采用全液压控制，引入了智能控制技术进行作业过程的监控，作业车主要包括缠绕盘单元、光杆起升单元、碳素杆起升单元、液压控制单元、测控单元。
作业车单元主要给车上的作业设备提供原动力并承担全套作业设备的运输工作；缠绕盘单元主要承担碳素杆的缠绕工作；光杆起升单元主要承担光杆和加重杆的起下作业工作;碳素杆起升单元主要承担碳素杆的起下作业工作；液压控制单元主要为碳素杆起升单元、光杆起升单元、缠绕盘单元提供液压动力并承担上述三个单元的控制工作；测控单元完成主要作业参数(下泵深度、悬重、工作液温度、压力等)的测试功能。
1.1.3 碳纤维连续抽油杆作业车的应用前景我国目前碳纤维连续抽油杆作业车数量较少，但其应用需求很大，因此其应用前景很好，具有很好的市场开发价值。
1.2 碳纤维连续抽油杆的特点及应用前景1.2.1 碳纤维连续抽油杆的发展历史为了克服普通钢抽油杆质量大、耗能高、失效频繁、活塞效应大、起下作业速度慢、易偏磨的缺点，20 世纪80年代初美国利用独特的航空航天材料和工程技术，开始研制碳纤维抽油杆。
经过10多年的努力，于90年代初研制成功碳纤维抽油杆、专用的油井作业设备和碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合抽油杆柱设计软件，并进行了矿场试验，试验效果较好。
我国从1999年开始研制碳纤维抽油杆，现有四个制造厂：胜利石油管理局工程机械总厂、龙口博德复合材料有限公司、山东东辰集团碳纤维科技开发公司和嘉兴中宝碳纤维有限责任公司。
它们研制成功碳纤维抽油杆、配套设备和碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合抽油杆柱设计软件，并进行了矿场试验。
试验结果表明:应用碳纤维抽油杆可以达到节电和增产的效果，非常适用于深井的原油开采。
根据科技查新的结果，我国碳纤维抽油杆的研制和应用水平目前居国际领先水平。
实验结果表明：碳纤维连续抽油杆是一种很有发展前途的特种抽油杆。
在我国，由于油田的超深井和高度腐蚀井采油逐渐增加，因此碳纤维连续抽油杆在我国的应用前景十分广阔。
1.2.2 碳纤维连续抽油杆的结构、特点及应用前景碳纤维抽油杆的结构碳纤维复合材料或称碳纤维增强塑料连续抽油杆(简称:CFRPC抽油杆)，呈带状，可缠绕到滚筒上(见图7)，它的横截面为矩形(见图8)。
增强材料:心部为碳纤维；上下表面覆盖玻璃纤维布，以提高碳纤维抽油杆的横向强度；左右两侧面和棱角覆盖芳纶纤维布或玻璃纤维布，以提高抽油杆的耐磨性能。
基体为乙烯树脂，采用拉挤工艺生产。
图1-7 缠绕在滚筒上的CFRPC抽油杆1-转轴；2-支承环；3-滚筒；4-CFRPC抽油杆图1-8 CFRPC抽油杆的横戴面1-碳纤维；2-玻璃纤维布；3-芳轮纤维布或玻璃纤维布碳纤维抽油杆两端部的连接结构见图9，其两表面上各贴一条用碳纤维复合材料做的加强带，并打3个螺钉孔。