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有岑只W乂揮本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目: 前開口鉆井井架設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 院(系): 專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師: 完成時(shí)間:課題的意義與目的石油和天然氣是寶貴的能源和化工原料,是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的“血液”,是當(dāng)今最重要的能源之一。它與人們的衣食住行密切相關(guān),它是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn),它能夠影響一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)展,直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定,更能導(dǎo)致一個(gè)國(guó)家或地區(qū)政治經(jīng)濟(jì)的安定。它們埋藏在地下幾百米、上千米甚至超過萬米的巖層中。為了尋找油氣藏,開采石油天然氣,需要鉆井,需要一整套俗稱鉆機(jī)的鉆井機(jī)械及設(shè)備。而鉆井井架又是石油鉆機(jī)的重要組成部分,用于安放天車、游車大鉤等起升設(shè)備與工具,承受起下鉆、下套管及其他作業(yè)產(chǎn)生的載荷,提供起下鉆及存放管柱操作的高度與空間,是一大型復(fù)雜的金屬鋼架結(jié)構(gòu),其桿件多、受力復(fù)雜,。近年來,隨著不同地貌條件和地質(zhì)條件下的油氣天的勘探開發(fā),以及鉆井深度的不斷增加,國(guó)內(nèi)外正在不斷地設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)、自動(dòng)化程度更高的各種鉆機(jī),這對(duì)井架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求會(huì)越來越高,同時(shí)提高可靠性,降低成本,對(duì)井架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)變的越來越重要,因此針對(duì)這種現(xiàn)狀本文將對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀井架結(jié)構(gòu)組成1) 井架主體:空間桁架結(jié)構(gòu),是承受載荷的支柱和安放其他設(shè)備的基礎(chǔ),通常上部截面小,下部截面大,鋼件之間采用焊接或螺栓連接;2) 天車臺(tái):用于安置天車和天車架,位于井架頂部;3) 二層臺(tái):包括井架工進(jìn)行起下操作的二層臺(tái),以及存靠立根的指梁;4) 立管平臺(tái):固定立管和安裝、拆卸水龍帶的工作平臺(tái);5) 工作梯:井架工上下井架的通道。井架的基本類型目前國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)井架主要有塔型、前開口型、A型、桅型等結(jié)構(gòu)形式,其主要特點(diǎn)如下:塔型井架特征:1)井架本體是封閉的整體結(jié)構(gòu),整體穩(wěn)定性好,承載能力大;2)整個(gè)井架是由單個(gè)構(gòu)件用螺栓連接而成的可拆結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn):井架尺寸可不受運(yùn)輸條件限制,允許井架內(nèi)部空間大,起下操作方便、安全;缺點(diǎn):?jiǎn)渭鹧b工作量大,高空作業(yè),不安全。前開口(口形)井架特征:1)整個(gè)井架本體分成4?5段,一般各段為焊接的整體結(jié)構(gòu),段間采用錐銷定位、螺栓聯(lián)接,地面或接近地面水平安裝,整體起放,分段運(yùn)輸;2) 受運(yùn)輸尺寸限制,井架本體截面尺寸比塔型井架?。?) 采用人字架起升,之后人字架成為井架本體的一部分;4) 一般采用液壓千斤頂調(diào)整井架位置,對(duì)正井眼中心。優(yōu)點(diǎn):水平拆裝,整體起放,分段運(yùn)輸,運(yùn)移性好。缺點(diǎn):承載能力和總體穩(wěn)定性相對(duì)于塔型井架略有下降,內(nèi)部空間比塔型井架小。A形井架特征:1)兩根大腿通過天車臺(tái)、二層臺(tái)及附加桿件連成“A”字形采用撐桿或人字架支撐;整個(gè)井架在地面或接近地面水平組裝,整體起放,分段運(yùn)輸;2)大腿可以是空間桿件結(jié)構(gòu)或管柱式結(jié)構(gòu),其斷面依所選用型材不同,一般分為矩形(角鋼)和三角形(管材)優(yōu)點(diǎn):A形井架的每根大腿都是封閉的整體結(jié)構(gòu),承載能力和穩(wěn)定性好。缺點(diǎn):因僅有兩腿,且腿間聯(lián)系較弱,井架整體穩(wěn)定性不理想。桅形井架由一節(jié)或幾節(jié)桿件結(jié)構(gòu)或管柱結(jié)構(gòu)組成的單柱式井架,有整體式和伸縮式兩種;一般采用液缸或絞車整體起放,整體或分段運(yùn)輸;工作時(shí)向井口方向傾斜,需利用繃?yán)K保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便,一般只用于車裝輕便鉆機(jī)和修井機(jī)(承載能力?。?。例如:XJ250修井機(jī)用的就是口形伸縮式桅形井架。動(dòng)力井架安裝于海上浮式鉆井裝置上,因設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須計(jì)入動(dòng)力載荷,通稱為動(dòng)力井架;一般是塔架或前開口井架,必須有控制游車運(yùn)行的導(dǎo)軌。3.井架的基本參數(shù)井架的基本特性參數(shù)主要包括最大鉤載、井架高度、二層臺(tái)容量、井架的抗風(fēng)能力及理論自重等。1最大鉤載最大鉤載是修井機(jī)的主參數(shù)。井架的最大鉤載是指定繩固定在指定位置,用規(guī)定的修井繩數(shù),在沒有風(fēng)載和立根載荷的前提下,井架所能承受大鉤的最大起重量。在此最大鉤載中包括游車、大鉤和游繩的重量,這一參數(shù)表明井架承受垂直載荷的能力。2井架高度井架高度指的是井架大腿支腳底板底面到天車梁底面的垂直距離,但這個(gè)參數(shù)并不能完全反映井架提供游動(dòng)系統(tǒng)操作空間高度的指標(biāo)。為了表明游動(dòng)系統(tǒng)可上下運(yùn)動(dòng)的空間,規(guī)定了井架的有效高度,其定義為:鉆臺(tái)面到天車梁底面的垂直距離。3二層臺(tái)容量二層臺(tái)容量是指在二層臺(tái)內(nèi)所能靠放的鉆桿、油管的數(shù)量,通常以一定尺寸的鉆桿、油管的總長(zhǎng)度表示。二層臺(tái)指梁應(yīng)能滿足存放鉆進(jìn)到名義井深時(shí)所需要規(guī)定尺寸的全部立根,所以二層臺(tái)容量主要取決于指梁的包圍面積S,在指梁高度確定后,有效面積S就可根據(jù)所要存放的立根數(shù)和鉆桿直徑(取接頭直徑)計(jì)算確定??紤]處理事故及附加作業(yè)需要,應(yīng)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上增大15%。4井架的最大抗風(fēng)能力井架的最大抗風(fēng)能力是指井架在一定工況下抵抗最大風(fēng)載荷的能力,常用Km/h表示。井架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀本世紀(jì)初到40年代,世界上幾乎全部石油鉆機(jī)都采用塔型井架,這種井架的安裝和搬遷工作量大,高空作業(yè)危險(xiǎn)性大,因此逐漸趨于被淘汰的境地。但從70年代以來隨著海洋鉆采工程的發(fā)展,這種井架又顯示出承載能力大,穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì),在當(dāng)代海洋鉆井中已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。A型井架是美國(guó)艾迪科公司在1948年開始研制的一種自升式井架。由于具有視野廣闊、鉆臺(tái)空間大、整套井架低位水平安裝及整體起升等優(yōu)點(diǎn),這種井架很快被廣泛使用。美國(guó)十多家井架制造公司生產(chǎn)這種井架。當(dāng)前世界上從事鉆機(jī)井架生產(chǎn)的國(guó)家除了俄羅斯、羅馬尼亞及西德部分生產(chǎn)A型井架外,其余國(guó)家的陸地井架全部為K型井架。70年代以前高位裝K型井架獨(dú)占鰲頭。但70年代以后低位裝K型井架發(fā)展很快,并出現(xiàn)了與之配套的旋升式底座,井架在鉆臺(tái)下面的部分為井架和底座所共用,這類井架目前在超深井鉆機(jī)中使用數(shù)量最多。目前國(guó)外井架正向高鉆臺(tái)、低位安裝、整體起升、重量輕、移運(yùn)性好和車裝化方向發(fā)展,同時(shí)提高可靠性,降低成本,確保快速鉆井也是井架的設(shè)計(jì)原則。頂部驅(qū)動(dòng)裝置系列國(guó)外已廣泛用于海上鉆井,近年來在陸上油田也推廣很快。還出現(xiàn)一些新的鉆機(jī)井架,如新型的沙漠鉆機(jī)井架,意大利的新型小井眼鉆機(jī)等適合于特殊環(huán)境使用的鉆機(jī)井架。國(guó)內(nèi)50年代開始制造塔式井架,由于存在安裝中高空作業(yè)多、危險(xiǎn)性大等致命缺陷,這種井架待改進(jìn)。國(guó)內(nèi)自60年代開始制造A型井架,如AD-45型井架等。較大規(guī)模的應(yīng)用是從1979年試制JJ315/43-A井架開始的,該型井架與7J45鉆機(jī)相配套的已有95套。自1981年仿制了與BY-40鉆機(jī)配套的第一套K型井架后,我國(guó)K型井架發(fā)展很快,先后研制并配套1500m,2000m,3200m,4500m及6000m五個(gè)級(jí)別鉆機(jī)的K型井架共18種。目前國(guó)內(nèi)的陸地應(yīng)用的塔型井架已基本很少應(yīng)用;A型井架的有點(diǎn)是低位安裝,整體起升,司鉆視野寬,組焊大腿為橋式靜定結(jié)構(gòu),穩(wěn)定性好,重量較輕,目前油田的應(yīng)用還比較多;K型井架的優(yōu)點(diǎn)是低位安裝,整體起升,總體剛性好,制造成本低,移運(yùn)時(shí)需要車輛少,便于維修,安裝頂驅(qū)裝置較方便,所以K型井架目前在油田的應(yīng)用最廣。國(guó)內(nèi)也研制了一些新型井架,如套裝伸縮式鉆機(jī)井架、液壓油缸起升式井架、新型車載式作業(yè)井架等,也都是以K型井架為主。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是前開口鉆井井架的設(shè)計(jì),由于前開口井架具有地位安裝,整體起升,總體剛性好,制造成本低,移運(yùn)時(shí)需要車輛少,便于維修,安裝頂驅(qū)較方便等優(yōu)點(diǎn),前開口型井架目前在油田得到了廣泛應(yīng)用,因此要保證在新設(shè)計(jì)的井架正常工作,本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)井架結(jié)構(gòu)的方案分析設(shè)計(jì),對(duì)其進(jìn)行載荷分析及簡(jiǎn)化處理,確定各桿件及連接件的材料及截面尺寸,通過有限元對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性計(jì)算,最后進(jìn)行校核計(jì)算。所采用的方法、手段以及步驟等因大多數(shù)鉆機(jī)載荷受鉆井工藝復(fù)雜性的影響,具有一定程度的不確定性。對(duì)井架的結(jié)構(gòu)通常有各種不同類型的破壞,如桿件或構(gòu)件的局部破壞、整體結(jié)構(gòu)的破壞等。因而在設(shè)計(jì)計(jì)算中需要考慮不同的計(jì)算規(guī)定。然后根據(jù)已有參數(shù)進(jìn)行井架的載荷計(jì)算,隨后進(jìn)行井架的材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),接下來進(jìn)行井架的靜力和穩(wěn)定性計(jì)算,其主要用到的方法通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行有限元分析法。階段進(jìn)度計(jì)劃結(jié)合導(dǎo)師的要求和自身的實(shí)際情況,決定以下設(shè)計(jì)進(jìn)度:第一周——第二周(2011.2.21—2011.3.13)查閱資料。第三周(2011.3.14—2011.3.20)外文翻譯,編寫開題報(bào)告。第四周——第五周(2011.3.21—2011.4.3)方案設(shè)計(jì),比較擬訂的各種方案,確定最終的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案包括工藝方案、結(jié)構(gòu)方案、強(qiáng)度方案。第六周——第七周(2011.4.4—2011.4.17)設(shè)計(jì)計(jì)算,根據(jù)設(shè)計(jì)方案,確定主要部件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸,進(jìn)行強(qiáng)度校核,編寫設(shè)計(jì)說明書,翻譯外文資料,并繪制各部分結(jié)構(gòu)的裝配草圖。第八周——第十^一周(2011.4.18—2011.5.15)利用計(jì)算機(jī)繪制總裝配圖、部裝配圖、零件圖;設(shè)計(jì)說明書、外文資料譯文的計(jì)算機(jī)錄入。第十二周——第十四周(2011.5.16—2011.6.5)設(shè)計(jì)說明書、外文資料譯文排版、打印、裝訂;設(shè)計(jì)圖的計(jì)算機(jī)輸出;第十五周 第十六周(2011.6.6—2011.6.19)整理畢業(yè)設(shè)計(jì)資料,畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。參考文獻(xiàn):【1】李繼志,陳榮振。《石油鉆采機(jī)械概論》中國(guó)石油大學(xué)出版社;【2】常玉連,劉玉泉?!躲@井井架、底座的設(shè)計(jì)計(jì)算》石油工業(yè)出版社;
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