双升式钻机井架及其底座动态特性研究

摘要

近年来,K形井架的优势被越来越多的用户所认识,自升式底座也正逐渐取代其它类型的底座,如层箱式、箱块式底座等.本文研究的双升式钻机井架及其底座就是由K形井架及自升式底座组成,它的突出特点是井架支了二底座之上,在初始位置,井架及底座折叠在一起,能实现钻井设备的低位安装,整体起升,并具有安装、运输方便,投入使用快捷的优点.本课题在现有研究基础上,与工程实际紧密结合,通过对双升式井架及底座整体的静、动态特性研究,寻找薄弱环节和安全隐患,以期为现场钻井作业提供理论规范,避免现场钻井事故的发生,进一步丰富、完善和发展井架及底座结构分析理论.按照双升式钻机井架及其底座的实际结构特点,建立有限元模型,运用ANsYS有限元软件按三种工况对其进行静态分析,得出在给定载荷作用时的应力和位移.模态分析作为结构动力特性研究的一种近代方法,逐渐成为现代工程领域动态分析与设计的核心,它所决定的结构固有频率和振型,正是结构承受动态载荷结构设计中的重要参数,故而成为其他诸如瞬态分析等动力学分析的起点.本文利用有限元方法完成了钻机井架及其底座的模态分析,获得前十阶固有频率和振型,观察计算位移与等效应力,得到井架及其底座的振动特性.本文重点实现了钻机井架及其底座瞬态动力学分析.通过到现场进行数据采集,获得了大钩的载荷值,以大钩载荷为统计变量,建立对数正态分布模型,以离散的统计特征值来代替连续的实际载荷历程,编制得到动态研究所用的试验用程序载荷谱.完成了井架及其底座在正常工作状态下的瞬态动力学分析.寻找剑各个方向的时间响应变化规律.

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及使用授权声明

创新点摘要

引 言

第1章双升式钻机井架及其底座的静力学分析

1.1概述

1.2双升式钻机井架及其底座承受的载荷分析

1.2.1恒定载荷

1.2.2工作载荷

1.2.3自然载荷

1.2.4安装起升载荷

1.2.5钻机井架及其底座在钻机整体拖运与运输过程中承受的载荷

1.2.6双升式钻机井架及底座载荷工况的确定

1.3钻机井架及其底座有限元分析理论与方法

1.3.1空间梁单元刚度矩阵

1.3.2单元刚度矩阵的坐标系转换

1.3.3结构整体刚度矩阵的建立

1.4双升式钻机井架及底座的结构组成及其计算模型的建立

1.4.1双升式钻机井架及其底座的结构组成与起升原理

1.4.2双升式钻机井架及其底座有限元模型的建立

1.5双升式钻机井架及其底座的静力特性分析

1.5.1双升式钻机井架及其底座主要构件的结构参数

1.5.2载荷的施加与求解

1.5.3双升式钻机井架及其底座的静力特性分析

1.6本章小节

第2章钻机井架及其底座的模态分析

2.1模态分析理论

2.1.1概述

2.1.2结构模态分析基本原理

2.1.3子空间迭代法

2.2 ZJ40/2250DB型钻机井架及其底座结构的模态计算

2.2.1前十阶固有频率

2.2.2前十阶振型

2.2.3位移与应力

2.3本章小结

第3章双升式钻机井架及其底座载荷谱的确定

3.1载荷谱的分类及其研究现状

3.1.1载荷谱的分类

3.1.2疲劳载荷谱研究现状和动态

3.2载荷谱编制的一般方法

3.2.1实测载荷—时间历程

3.2.2实测载荷—时间历程的压缩处理

3.2.3统计计数

3.2.4统计处理

3.2.5编制疲劳载荷谱

3.3.双升式钻机井架及其底座载荷谱的编制

3.3.1载荷谱的编制

3.3.2试验用载荷循环的求解

3.4本章小结

第4章钻机井架及其底座瞬态动力学分析

4.1动力学模型的建立

4.1.1弹性体理论与等效原则

4.1.2井架及其底座单元的振动模型

4.1.3井架及其底座K-M-C系统振动模型

4.2瞬态动力学分析

4.2.1瞬态动力学分析方法

4.2.2 ZJ40/2250DB型井架及其底座瞬态动力学分析

4.3本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致 谢