全平衡式伸縮鉆桿設(shè)計.doc

全平衡式伸縮鉆桿設(shè)計摘要：深海鉆井時，半潛式鉆井平臺或浮式鉆井船在波浪作用下產(chǎn)生周期性的升沉運動，使鉆柱作上、下運動，造成井底鉆壓變化，甚至鉆頭脫離井底而無法鉆進，因此需要采取措施補償升沉運動。全平衡式伸縮鉆桿在鉆鋌上方增加一根伸縮鉆桿對此進行補償，在鉆桿中間設(shè)置一平衡缸，使高壓鉆井液在液缸中產(chǎn)生的軸向力與鉆桿工作時產(chǎn)生的張開力完全平衡，使伸縮鉆桿不會自行張開。本文首先介紹了國內(nèi)外海洋石油鉆采設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，在擬定工作原理的基礎(chǔ)上，對全平衡式伸縮鉆桿進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和各組件的力學(xué)性能分析。關(guān)鍵詞：伸縮鉆桿；平衡缸；結(jié)構(gòu)設(shè)計；力學(xué)性能分析ThedesignoffullybalancedtelescopicdrillpipeAbstract：Deep-seadrilling,thesemi-submersibledrillingplatformorfloatingdrillingvesselproduceperiodicheavemotionundertheactionofthewaves,sothatthedrillstringfloatupanddown,resultinginchangesofdrillingpressureinbottomhole,andevendrillbitsfromthebottomandcannotdrill,thereforeneedtotakemeasurestocompensateforheavemotion.Fullybalancedtelescopicdrillpipeaddsatelescopicdrillpipeaboveonthedrillcollartocompensateforthis,settingabalancecylinderinthemiddleofdrillpipe,drillingfluidpressureproducedinthehydrauliccylindercanbebalancedcompletelytotheaxialopenforcegeneratedfromwhenthethedrillpipework,soflexibledrillpipewillnotautomaticallyopen.Thispaperintroducesthedevelopmentofoffshoreoildrillingandproductionequipmentstatusboththedomesticandinternational,basedonworkingouttheprinciple,designingthestructuralofthefullybalancedtelescopicdrillpipeandanalysisingthemechanicalpropertiesofthevariouscomponentsaboutthedrill.Keywords：Telescopicdrillpipe；Balancecylinder；Designofstructure；Mechanicalanalysis目錄1緒論.11.1研究背景及目的.11.2國外海洋石油鉆采設(shè)備的發(fā)展情況.21.3國內(nèi)海洋石油鉆采設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀.31.4我國海洋石油鉆采設(shè)備與國外的主要差距.71.5海洋鉆井船的幾種升沉補償裝置.81.5.1游動滑車與大鉤間裝設(shè)升沉補償裝置.81.5.2天車上裝設(shè)升沉補償裝置.101.5.3死繩上裝設(shè)升沉補償裝置.112全平衡式伸縮鉆桿工作原理設(shè)計.133全平衡式伸縮鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計.143.1總體結(jié)構(gòu)及標準件設(shè)計.143.2各組件結(jié)構(gòu)設(shè)計.154全平衡式伸縮鉆桿各組件的力學(xué)性能分析.204.1接頭的力學(xué)性能分析.204.1.1平衡缸與其兩端接頭的連接強度校核.204.1.2下工具接頭的抗扭強度.214.1.3下工具接頭聯(lián)結(jié)要素的計算和其理論上緊力矩的計算.214.2鉆桿的抗扭強度分析計算.234.3鉆桿各組件的強度校核.254.3.1心軸的強度校核.264.3.2短節(jié)的強度校核.274.3.3內(nèi)沖管的強度校核.274.3.4內(nèi)軸的強度校核.294.4鉆桿的抗擠毀強度分析計算.304.5鉆桿各組件的抗內(nèi)壓強度分析計算.324.5.1心軸的抗內(nèi)壓強度.334.5.2短節(jié)的抗內(nèi)壓強度.334.5.3內(nèi)沖管的抗內(nèi)壓強度.344.5.4內(nèi)軸的抗內(nèi)壓強度.344.6鉆桿各組件的抗拉強度分析計算.354.6.1心軸的抗拉強度.364.6.2短節(jié)的抗拉強度.364.6.3內(nèi)沖管的抗拉強度.374.6.4內(nèi)軸的抗拉強度.384.7接頭的抗內(nèi)壓強度及抗拉強度分析.394.7.1圓螺紋管類接頭的抗拉強度.394.7.2接箍的抗內(nèi)壓強度.395結(jié)論.41參考文獻.42致謝.錯誤!未定義書簽。附錄.4411緒論1.1研究背景及目的地球的表面積為5.1億平方公里，海洋覆蓋了地球約71%的表面積，即3.62億平方公里。海洋中蘊藏著豐富的石油資源，據(jù)專家預(yù)測，海洋石油資源占全球石油資源的1312。世界上的主要產(chǎn)油區(qū)基本都處于海洋地帶，如波斯灣、地中海、北海、幾內(nèi)亞灣、加勒比海、墨西哥灣等。隨著全球資源越來越緊張，陸上油氣開采已有飽和的趨勢，海洋越開越成為人類能源需求的最后依賴之地。對我國來說，隨著機械制造工業(yè)的不斷發(fā)展，石油鉆采設(shè)備也逐步改進，石油開采也隨之不斷加快步伐，從陸地到海上石油的開采量都有顯著增加。但是，由于經(jīng)濟的高速增長，石油消費也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。由于受國內(nèi)石油資源的限制，中國石油產(chǎn)量已無法滿足經(jīng)濟增長對其日益增長的需求。2008年我我國石油凈進口量達2.0067億噸，已成為全球第二大石油消費國，石油對外依存度達到51.3%。預(yù)計到2020年我國石油自給率將只有40%，2050年將有70%以上的石油從國外進口。面對當前的能源緊張情況，我國的幾大油田除西部以外都已經(jīng)接近開采的后期，然而，我國的海洋石油開發(fā)卻剛剛是個開始。為了提高我國石油的自給程度，除繼續(xù)開發(fā)陸上油田之外，還需要充分挖掘深海擁有豐富油氣資源的潛力，“向深海進軍”、“向深海要油”。近年來，中石油、中石化、中海油三大公司對海上石油開采越來越重視，均提出了“向深海要油”的課題?！跋蛏詈Ｒ汀钡谋匾允牵海?）深海水域面積的客觀存在。全球海洋平均深度為3730m，而其中水深在30006000m的就占了海洋總面積的73.83%。但是，水深200m以內(nèi)的近海大陸架水域面積卻僅僅占了海洋總面積的7.49%。這種對比懸殊的客觀存在，決定了要大力向深海找資源。（2）深海潛在的油氣資源條件。目前，世界上已在海上發(fā)現(xiàn)了油氣田1600多個，僅其中已經(jīng)投產(chǎn)的200多個油氣田年產(chǎn)量即達到12億噸，約占世界石油總產(chǎn)量的13。但應(yīng)該指出，目前已探明的海洋石油儲量80%以上均是在水深500m以內(nèi)，而水深大于500m的大面積海洋中的油氣資源，約占全球海洋石油資源的44%，尚有待探明。（3）全球海上油田的發(fā)展趨勢。近年來，全球海洋石油開發(fā)主要是向深海發(fā)展，僅2001年一年內(nèi)，全球在水深超過1000m的海域里的探井數(shù)就多達130口。據(jù)估計，在20012007年，全世界投入的海洋油氣田開發(fā)項目就有434個，其中水深大于500m的深海項目占到了48%。還有22%