CN105205212B - 一种连续油管的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油设备领域，具体的是一种连续油管的设计方法；通过输入需要的参数，计算出油管滚筒对特定外径有关的容管量、油管重量、整车高度、整车载荷分配、变壁厚管径许可载荷、注入头提升力，其中包括整车容量计算、变壁油管计算、负荷分配计算和注入头计算四个计算程序；本发明的一种连续油管设计计算方法，解决了目前连续油管设计人员复杂的计算过程、查阅相关组成部件资料的问题；通过输入必要的参数，可以自动计算出油管滚筒对特定外径油管的容管量，油管重量，整车高度，整车载荷分配，变壁厚管径许可载荷，注入头提升力等；减轻了设计人员的复杂的工作过程。

Description

一种连续油管的设计方法

技术领域

本发明涉及石油设备领域，具体的是一种连续油管的设计方法。

背景技术

连续油管设备自20世纪60年代发明以来，设备的设计制造和作业工艺逐渐成熟。通过几十年的经验积累，对滚筒容管量计算，变壁厚连续油管设计，载荷分布计算有了一些经验计算公式，但这些计算方法都没有成为体系，全靠经验和现场施工环境来判断，这样使计算成本增加，效果不好。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种可以用于连续油管产品设计选型时油管滚筒容管量计算，油管重量计算，变壁厚连续油管设计，整车载荷分布计算，高度计算和注入头载荷计算的设计方法，以下是具体技术方案：

一种连续油管的设计方法，通过输入需要的参数，计算出油管滚筒对特定外径油管的容管量、油管重量、整车高度、整车载荷分配、变壁厚管径许可载荷、注入头提升力，其中包括整车容量计算、变壁油管计算、负荷分配计算和注入头计算四个计算程序。

进一步的，整车容量计算通过油管外径、油管壁厚、油管滚筒规格参数建立数学模型H-I，计算出该规格滚筒能够缠绕的油管长度、该长度油管的重量、该滚筒尺寸下车载式底盘车和拖车式底盘车的最大高度。

进一步的，变壁厚管径许可载荷计算通过油管外径分段油管长度和壁厚建立数学模型Q-P，计算出每段油管的重量、最大抗拉伸载荷、最大屈服载荷和该段油管能够承受的载荷，当每段油管能够承受的载荷不相同，则需重新设计油管外径、分段油管长度和壁厚，变壁厚管段数小于等于5。

进一步的，负荷分配计算通过前后桥允许载荷、油管滚筒及油管重量参数建立数学模型U₀-U₁，计算出前后桥实际载荷和前后桥载荷比，如果计算出的前后桥实际载荷大于前后桥允许载荷，则对油管滚筒及油管的重量进行调整直至前后桥实际载荷小于等于前后桥允许载荷。

进一步的，注入头计算通过注入头马达排量、马达工作压力、减速机速比、链轮齿数、链条节距参数建立I_D-I_V数学模型，计算出注入头速度和注入头提升力，再将计算出的注入头提升力与最小提升力相对比，如果小于最小提升力，则增加马达排量、马达工作压力和减速机速比使注入头提升力大于等于工作最小提升力。

进一步的，H-I数学模型中，设油管直径A，滚筒外径B，滚筒内径C，滚筒内宽D，法兰高度E，油管匝数F，油管层数G，油管长度H，油管重量I，油管密度J，油管壁厚K，其中：

E＝(B-C)/2，F＝int(D/A)，G＝int[(B-C)/2×A]；

进一步的，Q-P模型中，设油管的抗拉强度L，屈服强度M，抗拉载荷O，屈服载荷P，可承受载荷Q，其中：

O＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×L；

P＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×P

Q＝P-∑I

其中∑I为油管重量的总和。

进一步的，U₀-U₁数学模型中设前桥载荷T，后桥载荷U，上装重量G₀，上装距离前桥的距离L₁，上装距离后桥的距离L₂，前后桥的距离L₀，则G₀在后桥上的载荷和G₀在前桥上的载荷分别为：

F₀＝G₀×L₁/L₀，F₁＝G₀×L₂/L₀

则后桥的总载荷为U₀＝∑F₀，前桥的总载荷U₁＝∑F₁；

则前桥与后桥的载荷比为：

进一步的，I_D-I_V数学模型中，设注入头马达排量D_P，马达工作压力M_P，马达机械效率η，减速机速比RA，链轮分度圆直径D_S，注入头提升力I_D为：

I_D＝[D_P×M_P×η/63]×RA(D_S/2)

注入头驱动泵排量D_P1，工作转速PR，容积效率η₁，注入头速度为I_V，则：

I_V＝(D_P1×PR×η₁)/[(2×D_P)×RA]×D_S×3.14。

有益效果：本发明的一种连续油管设计方法，解决了目前连续油管设计人员复杂的计算过程、查阅相关组成部件资料的问题；通过输入必要的参数，可以自动计算出油管滚筒对特定外径油管的容管量，油管重量，整车高度，整车载荷分配，变壁厚管径许可载荷，注入头提升力等；减轻了设计人员的复杂的工作过程。

附图说明

图1为本发明整车油管容量逻辑计算示意图；

图2为本发明油管参数逻辑计算示意图；

图3本发明底盘车载荷逻辑计算示意图；

图4本发明注入头参数逻辑计算示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

一种连续油管的设计方法，通过输入需要的参数，计算出油管滚筒对特定外径油管的容管量、油管重量、整车高度、整车载荷分配、变壁厚管径许可载荷、注入头提升力，其中包括整车容量计算、变壁油管计算、负荷分配计算和注入头计算四个计算程序。

进一步的，整车容量计算通过油管外径、油管壁厚、油管滚筒规格参数建立数学模型H-I，计算出该规格滚筒能够缠绕的油管长度、该长度油管的重量、该滚筒尺寸下车载式底盘车和拖车式底盘车的最大高度。

进一步的，变壁厚管径许可载荷计算通过油管外径分段油管长度和壁厚建立数学模型Q-P，计算出每段油管的重量、最大抗拉伸载荷、最大屈服载荷和该段油管能够承受的载荷，当每段油管能够承受的载荷不相同，则需重新设计油管外径、分段油管长度和壁厚，变壁厚管段数小于等于5。

进一步的，负荷分配计算通过前后桥允许载荷、油管滚筒及油管重量参数建立数学模型U₀-U₁，计算出前后桥实际载荷和前后桥载荷比，如果计算出的前后桥实际载荷大于前后桥允许载荷，则对油管滚筒及油管的重量进行调整直至前后桥实际载荷小于等于前后桥允许载荷。

进一步的，注入头计算通过注入头马达排量、马达工作压力、减速机速比、链轮齿数、链条节距参数建立I_D-I_V数学模型，计算出注入头速度和注入头提升力，再将计算出的注入头提升力与最小提升力相对比，如果小于最小提升力，则增加马达排量、马达工作压力和减速机速比使注入头提升力大于等于工作最小提升力。

实施例1

油管长度和油管重量计算：

H-I数学模型中，设油管直径A，滚筒外径B，滚筒内径C，滚筒内宽D，法兰高度E，油管匝数F，油管层数G，油管长度H，油管重量I，油管密度J，油管壁厚K，其中：

E＝(B-C)/2，F＝int(D/A)，G＝int[(B-C)/2×A]；

由图1，通过计算后得出的计算结果如果该油管滚筒尺寸不能满足缠绕使用者希望的油管长度的要求，则调整油管滚筒的外径和内宽，直至能够满足要求为止。

计算结果往往非圆整尺寸，例如希望油管滚筒能够容纳1.5”油管5长度为5000m，但实际计算出来的结果是5150m以及5150m长度油管的重量，则可通过设定期望的油管长度，再自动计算出期望长度油管的重量。

计算出的整车高度和拖车高度，如果该值超过特定地区交通法规的要求，那么需要重新修改油管滚筒的规格，则必须在整车高度和油管容量之间做取舍。

实施例2

油管抗拉载荷，屈服载荷及可承受载荷计算：

在Q-P模型中，设油管的抗拉强度L，屈服强度M，抗拉载荷O，屈服载荷P，可承受载荷Q，其中：

O＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×L；

P＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×P

Q＝P-∑I

其中∑I为油管重量的总和。

变壁油管计算能够实现选择油管强度等级，输入油管外径，输入分段油管长度和壁厚，计算程序能够自动计算出每段油管的重量，最大抗拉伸载荷，最大屈服载荷和该段油管能够承受的载荷。

该方法能够计算的变壁厚油管段数最多达到了5段。

可以通过查看每段油管最大可承受载荷输出结果，确定变壁厚油管的设计是否合适。如果输出结果不能满足要求，则需要对油管强度等级，油管长度和壁厚进行重新设计。

得到的计算结果包括油管总长和油管总重，油管总重超重，则需对管径进行再次设计。

实施例3

整车高度计算及分布载荷计算：

U₀-U₁数学模型中设前桥载荷T，后桥载荷U，上装重量G₀，上装距离前桥的距离L₁，上装距离后桥的距离L₂，前后桥的距离L₀，则G₀在后桥上的载荷和G₀在前桥上的载荷分别为：

F₀＝G₀×L₁/L₀，F₁＝G₀×L₂/L₀

则后桥的总载荷为U₀＝∑F₀，前桥的总载荷U₁＝∑F₁；

则前桥与后桥的载荷比为：

由图3，分布载荷计算能够实现设定前后桥允许载荷，输入油管滚筒及油管的重量后，计算程序自动计算并输出前后桥实际载荷和前后桥载荷比关系。

如果车型或上装布局发生变化，可以重新设置参数，即可进入重新计算。

如果计算结果超出底盘车车桥所能够承受的载荷，则需要对油管滚筒及油管的重量和上装参数进行调整，直至计算结果能够满足车桥载荷要求。

实施例4

注入头计算：

在I_D-I_V数学模型中，设注入头马达排量D_P，马达工作压力M_P，马达机械效率η，减速机速比RA，链轮分度圆直径D_S，注入头提升力I_D为：

I_D＝[D_P×M_P×η/63]×RA(D_S/2)

注入头驱动泵排量D_P1，工作转速PR，容积效率η₁，注入头速度为I_V，则：

I_V＝(D_P1×PR×η₁)[(2×D_P)×RA]×D_S×3.14。

由图4，注入头计算能够实现注入头马达排量，马达工作压力，减速机速比，链轮齿数，链条节距后，计算程序自动计算并输出减速机输出扭矩和注入头提升力。

如果提升力不能满足要求，则调整马达排量，马达工作压力和减速机速比，得到要求的提升力。马达排量，马达工作压力，减速机速比和减速机输出扭矩可以在设计注入头时设计选型。

通过输入注入头驱动液压泵的排量和转速，可以计算出减速机输出转速，注入头工作速度，协助进行设计选型，根据输出注入头速度的大小，可以调整泵的排量和转速。

Claims (2)

1.一种连续油管的设计方法，其特征在于，通过输入需要的参数，计算出油管滚筒对特定外径油管的容管量、油管重量、整车高度、整车载荷分配、变壁厚管径许可载荷、注入头提升力，其中包括整车容量计算、变壁油管计算、负荷分配计算和注入头计算四个计算程序；所述的整车容量计算通过油管外径、油管壁厚、油管滚筒规格参数建立数学模型H-I，计算出该规格滚筒能够缠绕的油管长度、该长度油管的重量、该滚筒尺寸下车载式底盘车和拖车式底盘车的最大高度；所述的变壁厚管径许可载荷计算通过油管外径分段油管长度和壁厚建立数学模型Q-P，计算出每段油管的重量、最大抗拉伸载荷、最大屈服载荷和该段油管能够承受的载荷，当每段油管能够承受的载荷不相同，则需重新设计油管外径、分段油管长度和壁厚；所述的负荷分配计算通过前后桥允许载荷、油管滚筒及油管重量参数建立数学模型U₀-U₁，计算出前后桥实际载荷和前后桥载荷比，如果计算出的前后桥实际载荷大于前后桥允许载荷，则对油管滚筒及油管的重量进行调整直至前后桥实际载荷小于等于前后桥允许载荷；所述的注入头计算通过注入头马达排量、马达工作压力、减速机速比、链轮齿数、链条节距参数建立I_D-I_V数学模型，计算出注入头速度和注入头提升力，再将计算出的注入头提升力与最小提升力相对比，如果小于最小提升力，则增加马达排量、马达工作压力和减速机速比使注入头提升力大于等于工作最小提升力；所述的H-I数学模型中，设油管直径A，滚筒外径B，滚筒内径C，滚筒内宽D，法兰高度E，油管匝数F，油管层数G，油管长度H，油管重量I，油管密度J，油管壁厚K，其中：

E＝(B-C)/2，F＝int(D/A)，G＝int[(B-C)/2×A]；

H＝3.14×F×G×(C+A×G)；

I＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×H×J；所述的Q-P模型中，设油管的抗拉强度L，屈服强度M，抗拉载荷O，屈服载荷P，可承受载荷Q，其中：

O＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×L；

P＝{[A×A-(A-2K)×(A-2K)]/4}×3.14×P

Q＝P-∑I

其中∑I为油管重量的总和；所述的U₀-U₁数学模型中设前桥载荷T，后桥载荷U，上装重量G₀，上装距离前桥的距离L₁，上装距离后桥的距离L₂，前后桥的距离L₀，则G₀在后桥上的载荷和G₀在前桥上的载荷分别为：

F₀＝G₀×L₁/L₀，F₁＝G₀×L₂/L₀

则后桥的总载荷为U₀＝∑F₀，前桥的总载荷U₁＝∑F₁；

则前桥与后桥的载荷比为：

所述的I_D-I_V数学模型中，设注入头马达排量D_P，马达工作压力M_P，马达机械效率η，减速机速比RA，链轮分度圆直径D_s，注入头提升力I_D为：

I_D＝[D_P×M_P×η/63]×RA(D_S/2)

注入头驱动泵排量D_P1，工作转速PR，容积效率η₁，注入头速度为I_V，则：

I_V＝(D_P1×PR×η₁)/[(2×D_P)×RA]×D_S×3.14。

2.根据权利要求1所述的一种连续油管的设计方法，其特征在于，变壁厚管段数小于等于5。