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连续管夹持块力学性能试验及研究 杨晖　 马青芳　 郭慧娟　 邵强 中国石油集团钻井工程技术研究院 摘要：夹持块是整个连续管系统中的关键部件，影响着连续管的注入能力和使用寿命。通过对13对具有不同表面形状或表面处理工艺的夹持块进行详细的力学试验以及有限元分析，可得到其摩擦性能和损伤结果，从而达到优选夹持块的目的。 关键词：夹持块　表面形状　表面处理工艺　摩擦性能　损伤结果 第一章、概述 连续管技术是一项具有巨大潜力和远大前景的实用性新技术。[1]夹持块（Gripper）是连续管系统中的关键部件。夹持块安装在链条的销轴上，可调速的液压马达驱动链条，使夹持块紧紧夹在连续管(CT)周围。当链条沿连续管轴向运动时，夹持块与连续管之间的摩擦力驱动连续管以相同的速度移动。这个过程有点像徒手攀登绳索，夹持块和连续管之间的静摩擦力是连续管的唯一驱动力。对绝大多数具有双向链条驱动系统的连续管而言，夹持块直接影响着连续管的注入能力，同时对连续管本身的使用寿命也有着不容忽视的影响。优选连续管的夹持块成为了发展连续管技术急需解决的基础和关键问题。如何寻求一种既具有较好的摩擦性能，又对管子损伤较小的夹持块成为此项研究工作的重点。本文针对连续管技术应用中的热点问题，以研究适用连续管测井与作业用的１1/4 in连续管的夹持块为目标，采用理论分析和试验研究相结合的方法，对各种具有不同表面形状或表面处理工艺的夹持块的摩擦规律和损伤情况进行探讨。 第二章、国外研究现状 随着世界连续管技术的发展，国外对夹持块领域开展了深入细致的研究，各种类型的夹持块相继问世，以适应各种类型连续管注入头工作性能的需要。其设计目的主要包括：增强夹持块的负载能力；消除或是减少对连续管的擦伤以及变形；使同一夹持块能适应多种连续管尺寸；减轻夹持块的重量；降低制造夹持块的成本，等等。 美国AVAKOV在注入头夹持块方面做了比较深入的研究，在他的专利EP 0486324 B2里面，AVAKOV介绍了一种V形的夹持块，[2]它能够夹持住各种不同外径的连续管。这种夹持块能够在注入头给定的载荷下产生较大的注入力，同时管子上承受的应力比传统的夹持块所受应力要小。 John E Goode也设计了一种比较新型的注入头夹持块结构，如图１是这种夹持块的基本部分，[3]包括一个夹持块支座（161），一个弹性垫片（206），一个可移动式夹持管鞋（183）。这个可移动式夹持管鞋有一个耳柄（191a-d），用来嵌入支座上的滑槽（193b）中。通过在支座上插入一个弹性垫片可以将夹持管鞋托浮起来。在支座的一侧有一个可压式的弹簧，用来防止操作过程中夹持管鞋滑出滑槽。 Larry L. Austbo和Joshua N. Andersen发明了一种新型的夹持块。[4]这是一种改进了的V形夹持块，用以适应具有不同外径尺寸的多种材料，如电缆、塑料管、钢丝绳和管柱等。夹持块包括一个连接在链上的夹持块基体；一个带有拱弧的夹持板块，用以驱动各种直径的管子；一个弹性垫层位于夹持块和夹持基体之间，使得夹持板块的夹持面能够与基体之间形成一种相关联的运动。这种关联性的运动可以使夹持块快速地适应连续管外径的变化。在各种不同的设备中，弹性垫层也是由不同的弹性材料制成的，包括：天然或是人工合成的橡胶；由凝胶或液体密封所形成的膜板材料；以及机械式的弹性材料，比如弹簧。 第三章、试验原理及试验情况 1、试验原理及试件形状 （1）试验原理 根据试验设计的目的，对理想夹持块的要求是：需要在夹持力一定的条件下，产生尽可能大的摩擦力，同时有最小的损伤。 在试验过程中，管子受不同夹持块压力作用。此时测量拉动或压动管子所需的拉力或压力，以此来确定不同夹持力作用下管子与夹持块之间的静摩擦系数，以及静摩擦系数在不同大小夹持力作用下的变化情况；同时测量出各夹持力作用下管子的变形情况，以此来分析不同夹持块及夹持力大小对管子本身的影响。试验原理如图2： 图1　试验原理图表面粗糙度为3.2图4所示为４种具代表性的表面形状的夹持块在不同大小的夹持力作用下其最大静摩擦系数的变化曲线。 （a）圆形不带槽调质夹持块试验结果 (b) 圆形带槽调质夹持块试验结果 (c) Ｖ形不带槽调质夹持块试验结果　　　　　　　　　　　（ｄ）椭圆不带槽调质夹持块试验结果 图4 试验结果分析 （2）管子受损的目测情况 经过对１３组试验后管子受损目测情况的对比，半圆不带槽调质的夹持块对管子的损伤程度最轻微。其表面状况良好，部分锈蚀被磨，表面无明显划伤。同时夹持块表面状况也无明显损伤。