新型碳纤维连续抽油杆作业机的研制

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。     

环境介质及表面结构对夹持块摩擦性能的影响

连续管注入头夹持块在使用过程中表面会粘附钻井液、原油和石蜡等井下介质,从而对夹持块摩擦性能造成影响,另外夹持块表面结构形式的不同也会对摩擦性能造成影响。为此,用自行设计的测试设备对夹持块与连续管在不同条件下的当量摩擦因数进行测试及分析。分析结果表明,对于光面夹持块,在无介质条件下,其当量摩擦因数为0.443;原油对当量摩擦因数影响较小,石蜡对夹持块摩擦性能影响最大,其当量摩擦因数下降至0.074;对于无介质环境下的表面刻槽夹持块,齿宽和槽宽越窄,夹持性能越好;在石蜡环境下,23型夹持块有效减少了接触面上的石蜡,摩擦性能大幅度提高。     

连续管钻机注入头夹紧系统载荷均布设计方法

为了使连续管钻机注入头链条和夹持块平稳进入推板,防止夹持块咬管等问题,开展了注入头夹紧系统的载荷均布设计。通过建立注入头驱动系统和夹持系统的相关力学模型进行计算分析,得到半圆形夹持块具有最优异的综合力学性能。采用单因素分析法,分别对半圆形夹持块的径向间隙、夹持块曲率半径、夹持块倒角曲率半径、夹持块环槽数、环槽宽度、环槽倒角曲率半径等参数进行优化设计,获得注入头具有较好的驱动性能和夹持性能的主要结构参数。形成的注入头夹持块几何尺寸设计方法可用于指导ZR5803型注入头的设计。     

连续管注入头驱动方式优化设计

目前连续管注入头驱动方式在实际使用过程中均存在一定的缺陷。为弥补这些缺陷,同时提高注入头的使用性能,从注入头的结构特征和运转特性着手,在阐述各种驱动方式的基础上进行优化设计,提出了一种基于液压辅助的柔性同步驱动系统。运转及测试研究结果表明:柔性同步驱动系统可彻底杜绝未夹持连续管状态下运转注入头而出现链条单边转的现象,更便于链条维护、夹持块更换及连续管穿管操作。改进后的驱动方式在保留现有优点的情况下,链条运转同步性更好,连续管作业机在实际作业过程中的深度计量更准确,有效保证了连续管作业机的安全施工。     

连续管注入头夹持块结构优化研究

注入头是连续管装备中控制连续管上提和下注的主要装置,而夹持块是注入头与连续管直接接触的关键部件,结构合理的夹持块不仅能满足注入头作业质量要求,而且对连续管的伤害也较小。以夹持块和连续管的接触模型为研究对象,探索夹持块结构参数与连续管应力和变形之间的变化规律。研究结果表明,夹持块采用圆弧形结构可减轻对连续管的伤害,圆弧形夹持块的组合式设计可缩短其更换而造成的停工时间;当夹持块圆周包角在160°～175°、内径在88.75～88.90 mm范围内取值时,连续管的应力和变形情况均较好,夹持块的夹持能力也较强,能够收到较好的优化效果。     

CT38连续管作业车研制与应用

面对我国日益繁重艰巨的油气勘探开发生产任务和与日俱增的水平井改造及后期作业问题,连续管技术和装备所具有的独特优势得到了进一步认识,对连续管技术与装备的需求迅速扩张。依托国家863计划的重点课题,攻克了整机动力系统设计与优化、整机电-液系统集中控制、注入头与滚筒协同动作、注入头夹持机构与夹持块表面特殊处理工艺、注入头起下时的载荷自适应控制等关键技术,成功研制了拥有自主知识产权的国内首台连续管作业机。现场试验表明,整机各项指标达到设计要求,运行安全平稳,防喷系统在高套压工况下的动密封性能符合现场要求,可以实施带压作业,整机越野性能和移运能力经受了泥泞道路和井场恶劣条件的严峻考验,并取得了良好的增产效果。     

连续油管注入头夹块力学分析及结构优化

基于弹性力学理论,提出了一种组合材料的连续油管注入头夹块结构。利用ABAQUS对比分析了常规和组合材料夹块在相同条件下的接触压力分布规律,并对组合材料夹块结构的端面倒圆角半径、环向倒圆角半径进行了优选。分析表明:组合材料夹块结构更加有效地将夹持力传递给连续油管,使得连续油管的接触压力提高且分布均匀,有效地提高了夹持的可靠性。     

注入头链条传动中各夹持块提升力的分布

连续管在作业过程中,依靠注入头链条带动夹持块夹持连续管进行起升和下入操作,各夹持块提升力的均衡对安全作业和防止连续管损伤有重大意义。鉴于此,分析了连续管-夹持块-链条传动结构,在假定夹持块和连续管之间无滑移情况下,提出了连续管-夹持块-链条力学模型,分析了夹持块与链条之间连接的线性弹簧和非线性弹簧对夹持块载荷均衡的影响。分析结果表明:具有开平方和开立方函数的弹簧更利于载荷均衡,软弹簧也有利于载荷均衡,但软弹簧可能造成连续管较大的振动激励。研究结果可为设计更加合理的连续管注入头以及正确维护和操作连续管注入头奠定理论基础。     

注入头夹持块夹持性能研究及结构优化

夹持块是注入头的核心部件,对注入头整体可靠性具有至关重要的影响。为了探讨注入头夹持块的夹持性能,基于非线性接触理论,建立了夹持块夹持力学模型,从正压力、连续管应力及管径偏差适应性等方面综合分析了夹持块性能,并提出一种高效率弹性夹持块。研究结果表明:常规夹持块正压力和效率随其与连续管外径偏差的增大而降低;同常规夹持块相比,弹性夹持块平均正压力提升20%～37%、接触面积提升6%～10%,效率提升35%～57%;弹性夹持块沟槽和底部壁厚具有一个最优值,基于选用的分析参数,建议槽宽取值40～60 mm,底部壁厚取值8～10 mm。理论分析结果与试验结果非常接近,有助于注入头和夹持块的优化设计。     

连续管夹持力学特性研究

研究连续管夹持状态下的力学特性,对夹持块设计和优化,确定最优夹紧压力等具有重要意义。建立了夹持块-连续管系统力学模型,分析了连续管在夹持状态下内部应力和表面正压力分布规律,探讨了连续管夹持椭圆系数和壁厚对连续管夹持力学特性的影响。研究结果表明:连续管与夹持块之间的正压力随夹持椭圆系数增大而增大,接触面积随夹持椭圆系数的绝对值增大而减小;当夹持椭圆系数大于3.2%时,需要调整夹紧压力或更换夹持块来避免连续管表面受损;夹持椭圆系数为0.8%时,连续管应力最小,且表面正压力较大;壁厚越大的连续管,夹持椭圆系数对其夹持力学特性的影响越大。研究结果对夹持块设计优化、确定夹紧压力以及提高注入头可靠性等具有积极意义。