12000米鉆機井架底座有限元新模型建立與強度分析.doc

本科畢業(yè)設計（論文）本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：12000米鉆機井架底座有限元新模型建立與強度分析學生姓名：院（系）：機械工程學院專業(yè)班級：指導教師：完成時間：20年月日本科畢業(yè)設計（論文）1.課題的意義近年來鉆機的發(fā)展有了長足的進步，以液壓盤式的剎車，電動鉆機，頂部驅動鉆機系統(tǒng)，液壓自動鉆機為代表的新技術裝備成為鉆井機械的亮點，而DZ900/12-X底座用于特深井鉆機ZJ120/9000DB的配套使用底座，用以安放鉆機井架、絞車、轉盤及放置立根和鉆井工具，提供鉆井作業(yè)操作的場所和井口裝置的安裝空間。由于這種鉆機與底座的系統(tǒng)中，鉆井過程中，底座的振動與井架的振動相互影響，相互耦合，對鉆井的質量和鉆機都產生一定的影響，因此，研究底座對于結構設計理論，提高設計水平，提供優(yōu)秀的鉆井設備都是有很大的理論意義及現實意義。這些年來，我國的石油裝備水平已有了大的提高，特別是鉆機工程，為了追求安全，穩(wěn)定，沒有事故發(fā)生并且在國際上有好的聲譽，我們必須做好做強我們的石油工業(yè)，這是關系我國石油事業(yè)的大事，我們不能有任何的馬虎，認真做好每一個環(huán)節(jié)，分析任何一種情況。2.國內外研究現狀陸地用的9000m及以上超深井鉆機的井架底座而言，底座以彈弓式，旋升式構成的自升式結構為主，少量輔助箱疊式結構。2.1箱疊式箱疊式結構主要以左右箱座及鉆臺構件組成，超深井鉆機12m高的滿足陸上運輸，其箱座一般分為四層。箱疊式結構盡管節(jié)奏緊促，承載性能及整體穩(wěn)定性較好，但因高位安裝工作量大，尤其是支腳處于較高位置的井架，鉆臺面的絞車及鉆盤等設備均須在高位安裝，為此需動用多臺大噸位的起吊設備，其安裝周期和費用相對較高，另外，井架，絞車這些大噸位設備安裝時對臺吊車同時起吊的安全性較差，鑒于此，近年在超深井鉆機中的箱疊式結構的使用相對較少。2.2彈弓式彈弓式底座是根據平行四邊形機構的運動原理，利用鉆井絞車的動力通過游吊系統(tǒng)拉動底座起升大繩或通過專配動力拉動底座起升繩系，使底座及臺面設備從低位整體起升到工作位置的結構。該結構的明顯優(yōu)點在于可實現全部高臺面工作設備的低位安裝，同時因經濟愛，人字架支腳及絞車均位于鉆臺面，使得鉆臺以下結構比較簡捷，但其主要缺點是絞車等設備工作位置及井架支腳均在鉆臺高位，整機的重心較高，鉆井時整體穩(wěn)定性差，另外，起升底座時井架及絞車均隨之起升，因而底座起升載荷相本科畢業(yè)設計（論文）對較大，這一點在超深井鉆機中表現的更加突出。2.3旋升式旋升式底座結構的顯著特點是井架支腳位于底座的下基座中，在保留彈弓底座平行四邊形機構運動原理的同時，克服了彈弓式底座穩(wěn)定性相對較差的缺點，該型結構包括井架扒桿起升和人字架起升。2.3.1扒桿起升的井架底座扒桿用來替代傳統(tǒng)井架的人字架，且只承擔對井架的起升，扒桿質量比人字架要輕，另外井架下段可作為底座的一部分，該結構源于美國金字塔公司，對扒桿起升的底座來說，按絞車位于后臺低位或位于鉆臺面工作的不同，其結構又分為2種。1.底座后臺高度在2m以下，用于安放，連接絞車，前臺為平行四邊形結構并與井架連接，其主要構件隨井架的起升從低位位置升至工作位置，其優(yōu)點是質量較大的絞車勿需上鉆臺，另外，井架起升繩可通過采用多股繩系降低其受力，使繩徑減小。缺點是可司偏方及鉆臺有關偏房及鉆臺有關鋪臺等構件不能在低位一次完成安裝，仍需在鉆臺高位安裝。2.鉆臺分為前后2部分，前半部分由立根臺及立柱組成并與井架相連，隨井架的起升由低位升至工作位置。后半部分由絞車梁及立柱組成，在低位時先將絞車安裝在絞車梁上，用絞車動力通過專配的起升繩系將安裝絞車的鉆臺后半部分整體由低位升至工作位置。其優(yōu)點在于可滿足絞車位于高于的鉆臺結構，另外由于將鉆臺分為一部分，因此盡管后半部分帶著絞車起升，但相對整個鉆機整體起升的結構，其起升力要小一些。缺點是結構相對復雜，構件多，鉆盤梁，司鉆偏房及鉆臺有關鋪臺還需在高位安裝。2.3.2人字架起升的傳統(tǒng)旋升式底座該結構類似上述絞車高位工作的扒桿起升式井架，底座，前后臺也是分次起升。不同的井架采用人字架起升，此結構也存在構件多，起升過程復雜，鉆盤及司鉆偏房等需在底座起升后進行高位安裝等缺點。3.畢業(yè)設計的主要內容第一部分主要對石油鉆機底座的組成及工況進行劃分與描述。根據自升式底座的結構特點，技術要求以及在各種狀態(tài)下的工作特點，研究了鉆機底座的正常工作狀態(tài)，即正常鉆進工況和起下鉆工況，并對此工況進行描述。本科畢業(yè)設計（論文）第二部分主要實現對鉆機井架及其底座承受的載荷進行分析。分析研究底座可能承受的載荷情況，根據結構分析所用載荷組合的基本原則，確定其主要載荷工況是鉆井工況，鉆井工況又可分為大鉤靜載荷工況和鉆盤梁靜載荷工況，考慮到所有可能出現的載荷對底座產生的最不利影響，底座的靜力分析主要按最大鉤工況和最大的轉盤梁載荷工況計算分析。第三部分主要研究鉆井底座有限元理論與方法。底座是一個空間剛架結構，對其進行結構分析最有效的方法是有限元方法，對于底座的復雜的結構，應用有限元軟件可以輕松進行結構分析。第四部分主要研究底座的結構組成，實現計算模型的建立，在井架底座有限元模型的建立，詳細地分析了井架底座的結構組成及連接關系，把它看成多個框架的組合體，建立框架結構單元分析的概念。井架底座的有限元模型基本上反映了井架及底座的有限元模型基本上反映了井架及底座的實際結構特點。第五部分重點實現底座的力學分析，采用有限元方法，應用ANSYS軟件對底座主要進行結構靜力學計算。通過對有限元模型進行約束，加載，求解，得出計算結果，并對其詳細分析。4.所采用的方法、手段以及步驟等隨著計算機技術的不斷發(fā)展和可供大型空間剛架結構分析的計算機輔助分析軟件與測試軟件的逐漸成熟與完善，對空間結構的受力分析大都采用有限元方法，使得分析過程更細，求解精度更高，對象底座這樣的大型復雜結構進行靜力學分析成為可能，并為本課題的探索和研究創(chuàng)造了極為有利的條件。5.階段進度計劃。結合導師的要求和自身的實際情況，決定以下設計進度第一階段查閱