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。