ZJ50DB模块化钻机井架设计与研究

摘要

目前，国内现有钻机与国外同类型钻机相比，普遍存在移运不方便、搬迁安装时间长、拆装工作量大和运输车次多等问题，钻井效率低，已经不能满足市场的要求，特别是钻深为4000m、5000m的中深井钻机。为此，开发出一套既能适合油田中深井开采，又能节约钻井成本、缩短钻井周期的模块化钻机，已成为市场迫切的需要。
　　本文主要设计了一种ZJ50DB模块化钻机井架，首先根据模块化钻机的特点确定了钻机的总体方案，重点针对井架的设计思路和结构形式进行了说明;其次，对井架的总体尺寸、各段结构形式和连接方式，井架的起升方式及其附件进行了设计，井架背横梁采用了能够翻转的折叠形式，段与段之间采用了新型的快速连接方式，井架和底座采用一副液缸梁起升，并利用Autodesk Inventor软件建立了井架的三维造型，生成了工程图;最后利用SAFI软件建立了井架有限元模型，对其静强度和模态进行了分析，同时利用ANSYS软件对井架支座、段连接耳板和起升液缸梁进行了强度校核计算，所设计井架结构合理，安全可靠。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钻井设备发展趋势

1．2 模块化钻机国内外发展状况

1．2．1 国外模块化钻机现状

1．2．2 国内模块化钻机现状

1．3 主要研究内容

1．3．1 ZJ50DB钻机总体方案设计

1．3．2 井架结构设计

1．3．3 井架整体模型计算

1．3．4 井架关键部位计算

第二章 ZJ50DB模块化钻机总体方案设计

2．1 驱动方式选择

2．1．1 机械驱动

2．1．2 电驱动钻机

2．1．3 液压驱动

2．2 起升方式选择

2．2．1 整体水平起升

2．2．2 垂直套装起升

2．2．3 升缩式起升

2．2．4 各段挂接起升

2．3 井架形式选择

2．3．1 塔式井架

2．3．2 K型井架

2．3．3 A形井架

2．4 底座形式选择

2．4．1 底座结构

2．4．2 底座安装方式

2．5 总体方案设计

2．6 小结

第三章 井架结构设计

3．1 引言

3．2 井架主体设计

3．2．1 井架高度及分段

3．2．2 井架形式及结构

3．2．3 井架各部分的结构

3．3 段连接设计

3．3．1 销子-耳座连接

3．3．2 挂钩式连接

3．3．3 螺栓-法兰板连接

3．4 附件设计

3．5 起升方式设计

3．6 移运方式设计

3．6．1 火车或其他有限宽要求的运输方式

3．6．2 无限宽要求的运输方式

3．6．3 近距离搬运

3．6．4 长距离搬运

3．7 小结

第四章 井架数值模拟分析计算

4．1 应用软件介绍

4．2 软件单位应力校核

4．3 结构安全等级

4．4 模型描述

4．4．1 模型坐标系

4．4．2 材料特性

4．4．3 模型主要截面

4．4．4 主要部件及附件重量

4．5 各工况的设计载荷组合

4．6 满立根时立根迎风力计算及立根靠力计算

4．7 作业、可预见、不可预见工况分析计算

4．7．1 加载、组合载荷及遵循规范

4．7．2 模型结构及底座约束

4．7．3 静态分析结果

4．7．4 模态分析

4．8 倾覆计算

4．8．1 站立倾覆计算

4．8．2 绞车侧到绞车对侧

4．8．3 司钻侧到司钻对侧

4．8．4 井架起升倾覆计算

4．9 小结

第五章 井架关键部位计算

5．1 应用软件介绍

5．2 井架支座计算

5．3 井架耳板计算

5．3．1 井架挂钩耳座计算

5．3．2 井架前腿耳板计算

5．3．3 井架四段段内腿耳板计算

5．4 井架背扇折叠部分阻挡块计算

5．5 井架起升液缸梁计算

5．5．1 液缸梁概述

5．5．2 液缸梁安装位置

5．5．3 液缸梁方案设计

5．6 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文