8型碳纤维连续抽油杆作业车开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告题目：8型碳纤维连续抽油杆作业车起下夹持装置设计学生姓名：院（系）：专业班级：指导教师：完成时间：1．课题的意义抽油杆的工作条件异常恶劣，油田开发进入中后期，综合含水上升，地层能量衰减，泵挂深度不断加深，这样更加恶化了抽油杆的工作条件。长期被广泛使用的合金钢抽油杆也由于本身结构、材料等问题而存在难以克服的缺陷比如疲劳断裂严重、接头多易断脱、“活塞”效应明显等以及作业施工时间长，安全系数低等不利因素[1]。针对常规抽油杆的缺点，特制了一种碳纤维复合材料或称碳纤维增强塑料连续抽油杆（简称碳纤维杆）。该抽油杆呈带状，可缠绕到滚筒上。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分布，以提高抽油杆的耐磨性能。安装抽油杆柱时，先用普通油井作业设备将一定长度的钢抽油杆或加重杆下入井内，接着将抽油杆下端的钢接头与钢抽油杆或加重杆相连接，再用的油井作业设备，以一定速度将抽油杆下入井内，最后将普通光杆与碳纤维抽油杆的上端钢接头相连[2]。对碳纤维杆的起下有两种方案。一种是通过两个导轮将井中的碳纤维杆连接在缠绕盘单元上，用缠绕盘单元直接缠绕，该方案使缠绕盘的扭矩很大，动力要求也就很大，对动力设备要求就很高。一种是在井口设置一夹持装置，将碳纤维杆起下，再用缠绕盘收集。经过对比分析可知，后者所需动力明显小于前者，且能满足更高的工作要求。胜利石油管理局工程机械总厂与西安石油大学机械工程学院联合研制出与碳纤维杆相配套的全液压智能作业车。该作业车采用计算机控制，作业过程全程自动监控，设计集机、电、液一体化，可用于起下泵、修井、采油的各个作业阶段[3]。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纤维杆的缠绕工作；光杆起升单元主要承担光杆和加重杆的起下作业工作；碳纤维杆起升单元主要承担碳纤维杆的起下作业工作；液压控制单元主要为碳纤维杆起升单元、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。对碳纤维杆起升单元设计是本次设计主要任务。具体方案是将碳纤维杆的起下杆装置由缠绕式驱动改为夹紧摩擦式驱动的方案，解决了缠绕盘驱动扭矩过大的问题，同时大大改善了碳纤维杆在起下过程中的受力状态，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，为碳纤维杆在国内油井大面积推广应用提供高效、可靠的作业配套设备，填补了国内空白[4]。2．国内外研究现状碳纤维杆用于有杆泵系统采油的应用研究起源于美国，美国利用其航空航天和材料技术的优势，于20世纪90年代初研制成功碳纤维杆、专用的油井作业设备和碳纤维杆-钢抽油杆的混合抽油杆柱设计软件。1991年至1995年美国在33口抽油井中使用碳纤维杆，平均泵挂深度为1444m，碳纤维杆的长度占整个抽油杆柱长度的平均比例为56.8%，井底的平均温度42.7℃，平均日产液91.7t。其中有1口井正常运行了4a，另1口含HS的井正常运行了3a。这33口井在4年半的矿场试验中共作业45井次，最主要的失效形式是钢接头疲劳断裂和碳纤维柔性连续抽油杆端部连接失效，其次是由于碳纤维柔性连续抽油杆受压应力引起的失效[5，6]。试验结果表明：碳纤维连续抽油杆具有足够的抗疲劳强度可以达到延长检泵周期和节电的目的[7]。国内1998年前后开始研制该产品。1999年我国开始研制碳纤维复合材料连续抽油杆，现有四个制造厂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[7]。2000年陈厚等介绍了以环氧树脂作为树脂基体，以碳纤维作为增强材料，采用拉挤成型工艺生产树脂基碳纤维杆，并分析和讨论了该连续生产过程中易出现的问题。他们提出的工艺可连续成型，自动化程度高，且成型制品力学性能优异，是生产连续抽油杆的一种较好的工艺方法。2000年开始，顾雪林和杨小平等进行了碳纤维杆的制造和作业工艺及装备的研究，已制备出耐温等级分别为90、120和150℃的碳纤维杆，其中耐温等级为90℃的杆已正常生产并投入现场使用。在乙烯基酯树脂2碳纤维拉挤复合材料方面申请了具有自主知识产权的专利，在碳纤维杆与金属接头的连接方面取得了突破性进展，在产品实验室疲劳实验和所有下井的工况试验中获得100%的成功。2001年吴则中等人详细介绍了美国碳纤维杆碳纤维杆的研究、生产、油田应用等情况，指出：碳纤维杆抽油杆适用于高含水油井、深井、超深井和腐蚀井的原油开采，目前我国有抽油井约8万口，原油平均含水80%以上，泵挂深度2000m以深的井数占总井数的15%以上，腐蚀井的井数也占总井数15%以上，因此，碳纤维杆抽油杆在我国有广阔的应用前景。2003年李颖等人介绍了碳纤维杆在胜利油田胜利采油厂的试验情况，使用表明碳纤维杆能带来明显的节能效果，同时油井产量还有明显增加的现象，碳纤维杆有很好的应用前景。顾雪林、李颖等人共进行了19井次16口油井的矿场试验，解决了接头可靠性和下井作业的可靠性等应用难题，实际节能超过35%，一般可接近50%；悬点最大载荷可减少25%左右，载荷幅度减小，可降低抽油机型号1～2个等级，直接节约固定资产投入约10万元/口油井；最大泵径56mm；部分油井使用碳纤维抽油杆提高的油井产量达到原金属抽油杆的110%，平均提高泵效24%；还可解决大泵深抽的采油技术难题。最大下泵深度为2800m，其中碳纤维抽油杆为1850m，最长的油井使用时间已超过1a[3]。3．毕业设计（论文）的主要内容1)翻译15000字的专业英文资料2)综述国内外连续干，管作业车的发展现状3)完成碳纤维杆作业车起下夹持装置方案对比分析4)进行碳纤维杆作业车起下夹持装置的设计5)惊醒碳纤维杆作业车下方作业的平衡设计6)惊醒整个装饰的经济性评价7)完成20000~30000字论文正文8)完成合计三张零号图纸的设计图纸4．所采用的方法手段及步骤本次设计为碳纤维连续抽油杆作业车起下夹持装置的结构设计，设计的步骤及方法如下：1)通过查阅大量相关文献了解常规抽油杆与碳纤维抽油杆的异同；2)查看文献，了解抽油杆作业车工作情况及该装置的功能作用、工作情况；3)确定几套夹紧机构的结构方案，进行对比，选择最佳方案；4)对最佳方案进行计算分析说明，确定工作情况具体参数；5)利用AutoCAD绘制夹紧机构的装配图；6)利用AutoCAD绘制主要零部件的零件图。5．阶段进度计划2011年3月23日至2011年6月2日，结合导师的要求和自身的情况，设计进度计划如下：第一阶段：1-3周查找资料，熟悉题目，完成开题报告和英文翻译；第二阶段：4-14周进行设计说明，绘制图纸，撰写论文；第三阶段：15-16周答辩。参考文献[1]李颖，孙希庆，孟光玉,等.碳纤维复合材料柔性抽油杆技术性能及应用[J].石油机械，2003，31（3）：42-43.[2]吴则中，田丰，张海宴,等.碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用前景[J].石油机械，2002，30（2）：53-56.[3]彭勇，顾雪林，常德友.碳纤维连续抽油杆的应用现状及研究方向[J].石油机械，2005，33（10）：76-78.[4]彭勇，闫文辉，职黎光，等.碳纤维连续抽油杆作业车的研制[J].钻采工艺，29（4）：81-82.[5]闫文辉，程元林，彭勇等.碳纤维连续抽油杆作业车自动调平系统设计[J].石油机械，2006，34（9）：20-24.[6]廉冬.碳纤维连续抽油杆的研究与应用[J].西部探矿工程.1004—57162006增刊—0351—03：351-352.[7]吴则中，田丰，顾雪林，等.我国碳纤维复合材料连续抽油杆的研制及应用[J].纤维复合材料，3：30-35.[8]FoleyWL，HensleyHN.RibbonRod-ImprovementinSuckerRodTechnologyShowsNeedtoRe-EvaluateCurrentArtificialLiftInstallations.SPE35708，1996.[9]朱波，蔡华苏，孙乃武.碳纤维复合材料柔性连续抽油杆开发及应用[J].石油机械,2003，31（1）：29-31.[10]张东，彭勇.碳纤维连续抽油杆与常规抽油机的匹配分析[J].石油机械，2008，36（5），14，24，34.[11]朱小平，高纪念,等.连续油管注入器结构设计及载荷分析[J].钻采工艺,1999.22（4）：38-43.[12]王志刚等.碳纤维连续抽油杆在纯梁油田的应用[J].石油钻探技术.2005.7.4（33）：58-59.[13]JenningsJW，LaineRE.AMethodforDesigningFiberglassSuckerRodStrings.SPE18188，1988.[14]牛云峰，孙建荣，王兴朴.连续油管作业车主要功能装置的结构特点[J].专用汽车.2001（4）：26-27.[15]陈厚，刘建军，张旺玺,等.新型碳纤维抽油杆的研制[J].化工科技，2001，9（2）：13-151.