连续管缠绕滚筒设计.doc

中国石油大学（华东）毕业设计开题报告连续管缠绕滚筒设计 学生姓名： 孟 焕 学 号： 08041415 专业班级： 机械设计制造及其自动化08-4班 指导教师： 盖永革 张作龙2012年3月19日1 研究的目的及意义随着水平井技术的蓬勃发展, 如何快捷有效地进行水平井的测井和作业成为一个新课题有关专家认为连续管（Coiled Tubing，简称CT）测井技术[1-2]是目前解决水平井测井作业难题的最经济、安全、有效的方法，是未来水平井生产测井的发展方向连续管缠绕滚筒作为连续管钻机的重要组成部分，其结构及功能的合理和创新是连续管钻井技术和连续管测井技术的发展的重要因素 滚筒总成是连续管测井机的重要组成部分它由滚筒体、排管器、连续管接口及动力传动系统等组成，如图1图1.滚筒总成 2 连续管缠绕滚筒的国内外研究现状2.1连续管缠绕滚筒的研究现状 20世纪90年代以来，世界一些生产钻井装备的公司，都在从事连续管钻井装置的研究工作，目前已研究出许多新型连续管钻井装置。

目前最新型的滚筒装置具有可升降机构[3] ( 如图2)，即滚筒相对于卡车( 拖车) 底盘可以升降,对于有限高要求的路段,可以将滚筒下降到限高指标之下,卡车再通过；遇到路面情况不好的山路或泥泞小路时,将滚筒升至最高,以保持最大的离地间隙有效地解决了道路对滚筒凸缘外径尺寸的限制,可以使滚筒凸缘外径在道路限高条件下达到最大,进而使滚筒容量达到最大 国外研制新型的Transocean Ensign钻井连续管装置[3]将连续管滚筒放置在注入头的上 图2 Hydra Rig 升降式滚筒方，在连续管作业时省去了注入头上的导向架，消除了因导向架引起的连续管疲劳破坏，因此能大大提高连续管的使用寿命，如图3图3. Transocean Ensign钻井连续管装置 2.2 国内连续管缠绕滚筒研究现状 国内关于连续管钻井技术应用始于70年代，但是在以后一段时间内大多都是引进的技术，对于连续管钻机作业的研究也比较晚，在2008年我国首台连续管作业机研制成功滚筒所能缠绕连续油管的长度和直径的大小主要取决于滚筒的外径、宽度、滚筒筒芯的直径、运输设备及公路的承载能力的要求等。

如何能够在以上种种限制条件下使得滚筒容量最大, 是国内外各大连续油管作业机生产商研发的重点之一而国内研究人员进行了连续油管可更换速装滚筒[4]设计，如图4、图5 图4.可更换速装滚筒部件 图5.装配后滚筒外形2.3目前连续管作业机应用及其优缺点 连续油管作业机用于钻井与水平井测井连续管钻井的优点[5]：1）井场占地小，适合于地面条件受限制的地区或海上平台作业； 2）特别适用于小井眼钻井； 3）在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，因连续管管径小，可进行过油管作业，而且无需取出老井中的现有生产设备，可实现边钻边采的目的； 4）可安全地进行欠平衡钻井作业，其最大的优势是可以确保井下始终处于欠平衡状态，减少泥浆漏失，防止地层伤害的发生； 5）小井眼钻井可以减了硬件和人力需求，降低作业成本根据国外的经验，与常规钻井或修井设备相比，连续管钻井可以节约费用25％（挪威北海Ula油田）至40％（ARCO阿拉斯加公司在普鲁德霍湾）在钻机动迁费高的地区，连续管无钻机过油管重钻甚至比常规重钻节约50％以上的成本； 6) 连续管不需接单根可以实现连续循环泥浆，减少起下钻时间和作业周期，提高起下钻速度和作业安全性，避免因接单根可能引起的井喷和卡钻事故； 7) 连续管内置电缆后可改善信号的随钻传输，实现随钻测井，有利于实现闭环钻井； 8) 最小限度地冲蚀地层，可以得到良好的录井质量(连续进行，无接管)；连续管钻井的缺点： 1）必须借助常规钻机或修井机才能下入长段套管； 2）连续管作业装置钻井前，需要借助常规钻机或修井机做下井前的准备工作； 3）连续管不能旋转，因而增加了卡钻的可能性； 4）需要频繁起下钻以更换井下钻具组合或调整马达的弯曲角度。

结果是连续管过早疲劳，降低使用寿命； 5）因直径小而限制了井眼尺寸和泥浆排量； 6）钻压、转矩、水力参数和井下钻具组合受到限制，可能出现螺杆钻具故障、压差卡钻、钻压传递和钻头泥包等问题；7）庞大的滚筒不易运输和提升3 课题的研究目标、研究内容拟解决的关键问题3.1研究目标本课题将综合利用SolidWorks、CAD、ANSYS等造型设计及分析软件，结合专业相关设计知识，来完成连续管缠绕滚筒设计的研究及试验3.2研究内容(1) 机组三维设计与二维图纸设计；(2) 受力分析计算； (3) 液压系统原理设计4 课题拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及其可行性分析4.1研究方法、技术路线及实验方案(1) 采用计算机辅助设计软件CAD进行二维尺寸的设计和确定参照相关手册和滚筒所要求的功能，对滚筒总成进行二维尺寸的初步设计和确定2) 采用SolidWorks实体造型软件(3) 对滚筒受力进行分析(4) 动力传递系统二维图纸设计4.2可行性分析近年来连续管作业机的广泛应用，已经证明了连续管作业机相对于其他作业机的优势，使得其在各种范围内使用，各种的复杂的环境就要求连续管作业机有各自的特点，对连续管缠绕滚筒的设计和优化能够使其适应恶劣环境。

应用大学所学的各种理论分析和计算机辅助设计软件可以对所设计的结构及功能进行有效分析5 课题的创新性合理结构可以减少连续管的弯曲次数及作用力，对滚筒的直径、大小的改变可以改变滚筒上连续管的长度进而适合各种井深的钻井作业6 课题的计划进度和预期成果 6.1课题的计划进度1-5周 查阅国内连续管作业机和滚筒设计的各种资料，并进行综合分析，提出连续管缠绕滚筒的设计方案，撰写开题报告6-7周 完成机械装置总体设计8-10周 主要部件设计11-12周 标准零部件的选型13-17周 撰写毕业论文，准备答辩6.2预期的研究成果完成连续管缠绕滚筒的设计，同时对滚筒结构进行合理优化（力学分析合理）参考文献[1] 王峻乔. 连续油管技术分析与研究[ J] . 石油矿场机械, 2005, 34( 5) : 34- 36.[2] 罗丽华, 綦耀光, 王子磊, 等. 弯曲井段内连续油管稳定问题的存在性分析[ J] . 石油矿场机械, 2007, 36( 9) : 24- 27.[3] 刘新会, 张兴平. 连续油管设备及技术的发展[ J] . 国外油田工程, 2007, 23( 6) : 27-28.[4] 刘英莲，韩景山，胡淳，等. 连续油管可更换速装滚筒设计[J] . 石油矿场机械，2011, 40( 6) : 80~ 83.[5] 孙宁. 难动用储量开发实用钻井技术[M] . 北京：石油工业出版社，2006.3 .1。