12000米鉆機(jī)井架底座有限元新模型建立與強(qiáng)度分析.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：12000米鉆機(jī)井架底座有限元新模型建立與強(qiáng)度分析學(xué)生姓名：院（系）：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：20年月日本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.課題的意義近年來(lái)鉆機(jī)的發(fā)展有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，以液壓盤(pán)式的剎車，電動(dòng)鉆機(jī)，頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)，液壓自動(dòng)鉆機(jī)為代表的新技術(shù)裝備成為鉆井機(jī)械的亮點(diǎn)，而DZ900/12-X底座用于特深井鉆機(jī)ZJ120/9000DB的配套使用底座，用以安放鉆機(jī)井架、絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)及放置立根和鉆井工具，提供鉆井作業(yè)操作的場(chǎng)所和井口裝置的安裝空間。由于這種鉆機(jī)與底座的系統(tǒng)中，鉆井過(guò)程中，底座的振動(dòng)與井架的振動(dòng)相互影響，相互耦合，對(duì)鉆井的質(zhì)量和鉆機(jī)都產(chǎn)生一定的影響，因此，研究底座對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，提高設(shè)計(jì)水平，提供優(yōu)秀的鉆井設(shè)備都是有很大的理論意義及現(xiàn)實(shí)意義。這些年來(lái)，我國(guó)的石油裝備水平已有了大的提高，特別是鉆機(jī)工程，為了追求安全，穩(wěn)定，沒(méi)有事故發(fā)生并且在國(guó)際上有好的聲譽(yù)，我們必須做好做強(qiáng)我們的石油工業(yè)，這是關(guān)系我國(guó)石油事業(yè)的大事，我們不能有任何的馬虎，認(rèn)真做好每一個(gè)環(huán)節(jié)，分析任何一種情況。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀陸地用的9000m及以上超深井鉆機(jī)的井架底座而言，底座以彈弓式，旋升式構(gòu)成的自升式結(jié)構(gòu)為主，少量輔助箱疊式結(jié)構(gòu)。2.1箱疊式箱疊式結(jié)構(gòu)主要以左右箱座及鉆臺(tái)構(gòu)件組成，超深井鉆機(jī)12m高的滿足陸上運(yùn)輸，其箱座一般分為四層。箱疊式結(jié)構(gòu)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(tái)面的絞車及鉆盤(pán)等設(shè)備均須在高位安裝，為此需動(dòng)用多臺(tái)大噸位的起吊設(shè)備，其安裝周期和費(fèi)用相對(duì)較高，另外，井架，絞車這些大噸位設(shè)備安裝時(shí)對(duì)臺(tái)吊車同時(shí)起吊的安全性較差，鑒于此，近年在超深井鉆機(jī)中的箱疊式結(jié)構(gòu)的使用相對(duì)較少。2.2彈弓式彈弓式底座是根據(jù)平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，利用鉆井絞車的動(dòng)力通過(guò)游吊系統(tǒng)拉動(dòng)底座起升大繩或通過(guò)專配動(dòng)力拉動(dòng)底座起升繩系，使底座及臺(tái)面設(shè)備從低位整體起升到工作位置的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的明顯優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)全部高臺(tái)面工作設(shè)備的低位安裝，同時(shí)因經(jīng)濟(jì)愛(ài)，人字架支腳及絞車均位于鉆臺(tái)面，使得鉆臺(tái)以下結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)捷，但其主要缺點(diǎn)是絞車等設(shè)備工作位置及井架支腳均在鉆臺(tái)高位，整機(jī)的重心較高，鉆井時(shí)整體穩(wěn)定性差，另外，起升底座時(shí)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(shè)計(jì)（論文）對(duì)較大，這一點(diǎn)在超深井鉆機(jī)中表現(xiàn)的更加突出。2.3旋升式旋升式底座結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的同時(shí)，克服了彈弓式底座穩(wěn)定性相對(duì)較差的缺點(diǎn)，該型結(jié)構(gòu)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(lái)替代傳統(tǒng)井架的人字架，且只承擔(dān)對(duì)井架的起升，扒桿質(zhì)量比人字架要輕，另外井架下段可作為底座的一部分，該結(jié)構(gòu)源于美國(guó)金字塔公司，對(duì)扒桿起升的底座來(lái)說(shuō)，按絞車位于后臺(tái)低位或位于鉆臺(tái)面工作的不同，其結(jié)構(gòu)又分為2種。1.底座后臺(tái)高度在2m以下，用于安放，連接絞車，前臺(tái)為平行四邊形結(jié)構(gòu)并與井架連接，其主要構(gòu)件隨井架的起升從低位位置升至工作位置，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量較大的絞車勿需上鉆臺(tái)，另外，井架起升繩可通過(guò)采用多股繩系降低其受力，使繩徑減小。缺點(diǎn)是可司偏方及鉆臺(tái)有關(guān)偏房及鉆臺(tái)有關(guān)鋪臺(tái)等構(gòu)件不能在低位一次完成安裝，仍需在鉆臺(tái)高位安裝。2.鉆臺(tái)分為前后2部分，前半部分由立根臺(tái)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(shí)先將絞車安裝在絞車梁上，用絞車動(dòng)力通過(guò)專配的起升繩系將安裝絞車的鉆臺(tái)后半部分整體由低位升至工作位置。其優(yōu)點(diǎn)在于可滿足絞車位于高于的鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)，另外由于將鉆臺(tái)分為一部分，因此盡管后半部分帶著絞車起升，但相對(duì)整個(gè)鉆機(jī)整體起升的結(jié)構(gòu)，其起升力要小一些。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，構(gòu)件多，鉆盤(pán)梁，司鉆偏房及鉆臺(tái)有關(guān)鋪臺(tái)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(jié)構(gòu)類似上述絞車高位工作的扒桿起升式井架，底座，前后臺(tái)也是分次起升。不同的井架采用人字架起升，此結(jié)構(gòu)也存在構(gòu)件多，起升過(guò)程復(fù)雜，鉆盤(pán)及司鉆偏房等需在底座起升后進(jìn)行高位安裝等缺點(diǎn)。3.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容第一部分主要對(duì)石油鉆機(jī)底座的組成及工況進(jìn)行劃分與描述。根據(jù)自升式底座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)要求以及在各種狀態(tài)下的工作特點(diǎn)，研究了鉆機(jī)底座的正常工作狀態(tài)，即正常鉆進(jìn)工況和起下鉆工況，并對(duì)此工況進(jìn)行描述。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第二部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)井架及其底座承受的載荷進(jìn)行分析。分析研究底座可能承受的載荷情況，根據(jù)結(jié)構(gòu)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(pán)梁靜載荷工況，考慮到所有可能出現(xiàn)的載荷對(duì)底座產(chǎn)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(zhuǎn)盤(pán)梁載荷工況計(jì)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(gè)空間剛架結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析最有效的方法是有限元方法，對(duì)于底座的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用有限元軟件可以輕松進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。第四部分主要研究底座的結(jié)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型的建立，在井架底座有限元模型的建立，詳細(xì)地分析了井架底座的結(jié)構(gòu)組成及連接關(guān)系，把它看成多個(gè)框架的組合體，建立框架結(jié)構(gòu)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(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第五部分重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)底座的力學(xué)分析，采用有限元方法，應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)底座主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算。通過(guò)對(duì)有限元模型進(jìn)行約束，加載，求解，得出計(jì)算結(jié)果，并對(duì)其詳細(xì)分析。4.所采用的方法、手段以及步驟等隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和可供大型空間剛架結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)輔助分析軟件與測(cè)試軟件的逐漸成熟與完善，對(duì)空間結(jié)構(gòu)的受力分析大都采用有限元方法，使得分析過(guò)程更細(xì)，求解精度更高，對(duì)象底座這樣的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)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(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)度第一階段查閱