采油树rov操作工具创新设计(附件)
摘 要摘 要 水下采油树由于化合物的生成会导致管道的堵塞，因此需要对采油树系统进行修井操作。而在修井过程中需要对水下采油树阀门进行打开/关闭。目前国内外的线性覆盖装置及线性锁定装置操作过程较繁琐、操作压力较小且对水下ROV的操作要求较高。本文研发的线性覆盖装置，具有操作过程简单，操作压力大且对水下ROV动作要求低的特点，且具有机械和液压同时锁紧的能力。同时对线性覆盖装置的制造与测试技术的研发，将会提高难加工材料的加工技术及深海装备的测试技术的能力。首先，本文对比了LVOT国内外研究现状，对市面上现有的集中线性覆盖工具进行了分析和深入的了解，明确了研究内容和研究意义。接着本文介绍了LVOT的工作对象和工作原理以及总体设计方案，主要零件的选择，建立了LVOT的三维装配图和二维工程图。简述了LVOT的动力机构和快速推进机构的零部件构成和工作原理，对关键性零部件进行力学分析达到设计满足要求。 本文研发的线性覆盖装置快速对接技术，通过快速对接装置，使主活塞缸移动至阀门口，再通过动力旋转机构进行旋转锁定，实现线性覆盖装置快速平稳的运行，提高了水下机器人操作的友好性。关键词：采油树；水下机器人；线性覆盖工具；创新设计 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 线性覆盖工具研究现状 2
1.3 立题的来源、研究内容和意义 3
1.4 研究方法和步骤 4
1.5 本章总结 4
第二章 LVOT工作对象及原理 5
2.1 LVOT工作对象 5
2.2 LVOT工作原理 7
2.3 本章总结 8
第三章 LVOT总体方案设计 9
3.1 三维设计基础 9
3.2 线性覆盖工具三维模型的建立 9
3.2.1 SOLIDWORKS软件介绍 9
3.2.2 三维零件图的建立 10
3.2.3 装配图的建立 10
3.3 装配图主要机构 11
3.3.1 动力机构 13
3.3.2 快速推进机构 16
3.4 水下操作步骤 17
3.5 工程图的概述 18
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
建立 9
3.2.1 SOLIDWORKS软件介绍 9
3.2.2 三维零件图的建立 10
3.2.3 装配图的建立 10
3.3 装配图主要机构 11
3.3.1 动力机构 13
3.3.2 快速推进机构 16
3.4 水下操作步骤 17
3.5 工程图的概述 18
3.5.1 创建工程图步骤 19
3.5.2 LVOT二维图 19
3.6 本章小结 21
第四章 LVOT零件选择设计 22
4.1 创新设计 22
4.2 零件的选择 23
4.2 .1 接头的选择 23
4.2 .2 主活塞缸的选择： 24
4.2 .3 主活塞杆的选择： 25
4.2 .4 其他零件的选择： 26
4.3 本章小结 29
第五章 强度校核 30
5.1 LVOT的强度校核 30
5.1.1 轴的校核 30
5.1.2 旋转止位销的校核 32
5.1.3 螺栓的校核 33
5.1.4 键的强度校核 34
5.2 本章小结 35
总 结 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附 录 40
第一章 绪 论
1.1 引言
水下采油树（Tree Running Tool ,TRT）是水下生产系统中的重要设施，在深水工作的采油树，其打开或关闭采油树阀门的线性覆盖装置（LVOT）是十分关键的设备，已被广泛的应用于TRT的阀门操作的过程中。
水下采油树的关键性技术长久以来一直是被GE Vetco Gray、FMC Technologies、Cameron和AK Solution四大家生厂商所垄断的，这4家生产商占有全世界采油树市场百分之九十以上的份额，并且实行了对该方面的专利保护和对外的技术封锁。采油树的工作环境是在深水工作，其中控制打开或关闭采油树阀门的线性覆盖装置（LVOT）是油气开发中的关键性设备之一，这项技术在水下采油树的阀门操作过程中被广泛采用。我国的水下采油树研究处于刚刚开始起步的阶段，虽然目前国内外也出现了类似的线性覆盖工具，但是其对水下机器人的操作要求相对较高，且操作过程特别繁琐，并且其操作压力较小，没有太大的应用前景，技术的创新性不高，所以必须要对其进行创新设计来进行改善。
在水下生产系统中，由于油气在生产的过程中会产生水化物，这个水化物特别容易堵塞采油树的连接管道以及采油树树体内部的管道，因此修井/完井系统是水下生产系统里必不可少的系统之一。而在修井/完井系统中，将涉及到水下采油树阀门的打开或关闭以及如何可靠的保证阀门保持打开或关闭状态的问题，而线性覆盖装置就是操作阀门打开或关闭必不可少的装置之一，同时它具有保证水下阀门保持处于打开或关闭状态的能力，对于修井/完井系统来说，线性覆盖装置是具有非常关键性的意义的。若是其不能正常的打开或关闭采油树阀门和保持采油树阀门打开与关闭的状态，水下采油树将不能正常完成修井/完井的过程，严重的会引起水下采油树泄漏从而导致灾难性后果，造成非常巨大的经济损失，更严重的甚至会危害国家的海洋的战略利益。
图11： 线性覆盖装置及线性锁定装置技术路线图
1.2 线性覆盖工具研究现状
线性覆盖装置及线性锁定装置是水下生产系统修井/完井必不可少的工具之一，其主要功能是打开/关闭水下采油树阀门，并保证采油树阀门保持着打开/关闭的状态。线性覆盖装置主要包括动力机构、主活塞缸机构等，其中动力机构中的快速对接技术是本装置的较为创新的地方之一，线性锁定装置，主要功能是实现机械式的锁定水下阀门阀芯的位置，保证阀门的操作状态。
从国内竞争者来看，国内目前已开始研究水下生产系统的主要厂商有：江汉石油机械，宝鸡石油机械等，而研究水下生产系统的高校主要有：中国石油大学和哈尔滨工程大学。但是他们对于水下生产配套装置的树体下放装置，井口连接器、导向基座下放装置、线性覆盖装置等等的研究都较为少。其中中国石油大学主要研究的是水下采油树的树体机构与井口头系统，而哈尔滨工程大学目前主要研究的是深水连接器及相关配套装置。
目前国内外公知的深水线性覆盖装置基本原理是通过液压油注入主活塞缸内推动活塞杆运动从而完成水下采油树阀门的打开/关闭，通过即插式插头完成水下液压管道的连接，其中的液压油路通过一个滑阀组件从而可以达到液压油路保压与泄压。而公知的深水线性覆盖工具具有如下缺点：
（1）深水线性覆盖装置对水下ROV操作要求较高。由于线性覆盖装置对水下ROV操作性能要求较高，因此需要具有更为先进灵活的水下ROV才能满足线性覆盖装置的水下操作要求，这样使得水下生产的成本增加。线性覆盖装置水下ROV操作不友好，导致操作过程比较繁琐。如此不能确保水下生产能够有较高的可靠性与安全性。
（2）深水线性覆盖装置操作压力较小，不能打开/关闭水下阀门内芯或不能保证水下阀门处于打开或关闭状态，这样的结果会导致水下生产系统的修井/完井过程失败，严重到影响水下生产系统的安全性。
1.3 立题的来源、研究内
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 线性覆盖工具研究现状 2
1.3 立题的来源、研究内容和意义 3
1.4 研究方法和步骤 4
1.5 本章总结 4
第二章 LVOT工作对象及原理 5
2.1 LVOT工作对象 5
2.2 LVOT工作原理 7
2.3 本章总结 8
第三章 LVOT总体方案设计 9
3.1 三维设计基础 9
3.2 线性覆盖工具三维模型的建立 9
3.2.1 SOLIDWORKS软件介绍 9
3.2.2 三维零件图的建立 10
3.2.3 装配图的建立 10
3.3 装配图主要机构 11
3.3.1 动力机构 13
3.3.2 快速推进机构 16
3.4 水下操作步骤 17
3.5 工程图的概述 18
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
建立 9
3.2.1 SOLIDWORKS软件介绍 9
3.2.2 三维零件图的建立 10
3.2.3 装配图的建立 10
3.3 装配图主要机构 11
3.3.1 动力机构 13
3.3.2 快速推进机构 16
3.4 水下操作步骤 17
3.5 工程图的概述 18
3.5.1 创建工程图步骤 19
3.5.2 LVOT二维图 19
3.6 本章小结 21
第四章 LVOT零件选择设计 22
4.1 创新设计 22
4.2 零件的选择 23
4.2 .1 接头的选择 23
4.2 .2 主活塞缸的选择： 24
4.2 .3 主活塞杆的选择： 25
4.2 .4 其他零件的选择： 26
4.3 本章小结 29
第五章 强度校核 30
5.1 LVOT的强度校核 30
5.1.1 轴的校核 30
5.1.2 旋转止位销的校核 32
5.1.3 螺栓的校核 33
5.1.4 键的强度校核 34
5.2 本章小结 35
总 结 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附 录 40
第一章 绪 论
1.1 引言
水下采油树（Tree Running Tool ,TRT）是水下生产系统中的重要设施，在深水工作的采油树，其打开或关闭采油树阀门的线性覆盖装置（LVOT）是十分关键的设备，已被广泛的应用于TRT的阀门操作的过程中。
水下采油树的关键性技术长久以来一直是被GE Vetco Gray、FMC Technologies、Cameron和AK Solution四大家生厂商所垄断的，这4家生产商占有全世界采油树市场百分之九十以上的份额，并且实行了对该方面的专利保护和对外的技术封锁。采油树的工作环境是在深水工作，其中控制打开或关闭采油树阀门的线性覆盖装置（LVOT）是油气开发中的关键性设备之一，这项技术在水下采油树的阀门操作过程中被广泛采用。我国的水下采油树研究处于刚刚开始起步的阶段，虽然目前国内外也出现了类似的线性覆盖工具，但是其对水下机器人的操作要求相对较高，且操作过程特别繁琐，并且其操作压力较小，没有太大的应用前景，技术的创新性不高，所以必须要对其进行创新设计来进行改善。
在水下生产系统中，由于油气在生产的过程中会产生水化物，这个水化物特别容易堵塞采油树的连接管道以及采油树树体内部的管道，因此修井/完井系统是水下生产系统里必不可少的系统之一。而在修井/完井系统中，将涉及到水下采油树阀门的打开或关闭以及如何可靠的保证阀门保持打开或关闭状态的问题，而线性覆盖装置就是操作阀门打开或关闭必不可少的装置之一，同时它具有保证水下阀门保持处于打开或关闭状态的能力，对于修井/完井系统来说，线性覆盖装置是具有非常关键性的意义的。若是其不能正常的打开或关闭采油树阀门和保持采油树阀门打开与关闭的状态，水下采油树将不能正常完成修井/完井的过程，严重的会引起水下采油树泄漏从而导致灾难性后果，造成非常巨大的经济损失，更严重的甚至会危害国家的海洋的战略利益。
图11： 线性覆盖装置及线性锁定装置技术路线图
1.2 线性覆盖工具研究现状
线性覆盖装置及线性锁定装置是水下生产系统修井/完井必不可少的工具之一，其主要功能是打开/关闭水下采油树阀门，并保证采油树阀门保持着打开/关闭的状态。线性覆盖装置主要包括动力机构、主活塞缸机构等，其中动力机构中的快速对接技术是本装置的较为创新的地方之一，线性锁定装置，主要功能是实现机械式的锁定水下阀门阀芯的位置，保证阀门的操作状态。
从国内竞争者来看，国内目前已开始研究水下生产系统的主要厂商有：江汉石油机械，宝鸡石油机械等，而研究水下生产系统的高校主要有：中国石油大学和哈尔滨工程大学。但是他们对于水下生产配套装置的树体下放装置，井口连接器、导向基座下放装置、线性覆盖装置等等的研究都较为少。其中中国石油大学主要研究的是水下采油树的树体机构与井口头系统，而哈尔滨工程大学目前主要研究的是深水连接器及相关配套装置。
目前国内外公知的深水线性覆盖装置基本原理是通过液压油注入主活塞缸内推动活塞杆运动从而完成水下采油树阀门的打开/关闭，通过即插式插头完成水下液压管道的连接，其中的液压油路通过一个滑阀组件从而可以达到液压油路保压与泄压。而公知的深水线性覆盖工具具有如下缺点：
（1）深水线性覆盖装置对水下ROV操作要求较高。由于线性覆盖装置对水下ROV操作性能要求较高，因此需要具有更为先进灵活的水下ROV才能满足线性覆盖装置的水下操作要求，这样使得水下生产的成本增加。线性覆盖装置水下ROV操作不友好，导致操作过程比较繁琐。如此不能确保水下生产能够有较高的可靠性与安全性。
（2）深水线性覆盖装置操作压力较小，不能打开/关闭水下阀门内芯或不能保证水下阀门处于打开或关闭状态，这样的结果会导致水下生产系统的修井/完井过程失败，严重到影响水下生产系统的安全性。
1.3 立题的来源、研究内
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