前开口钻井井架设计开题报告

有岑只W乂挥本科毕业设计（论文）开题报告题 目： 前开口钻井井架设计学生姓名： 院（系）： 专业班级： 指导教师： 完成时间：课题的意义与目的石油和天然气是宝贵的能源和化工原料，是现代经济的“血液”，是当今最重要的能源之一。它与人们的衣食住行密切相关，它是衡量一个国家综合实力的标准，它能够影响一个国家或地区的发展，直接影响到国民经济的稳定，更能导致一个国家或地区政治经济的安定。它们埋藏在地下几百米、上千米甚至超过万米的岩层中。为了寻找油气藏，开采石油天然气，需要钻井，需要一整套俗称钻机的钻井机械及设备。而钻井井架又是石油钻机的重要组成部分，用于安放天车、游车大钩等起升设备与工具，承受起下钻、下套管及其他作业产生的载荷，提供起下钻及存放管柱操作的高度与空间，是一大型复杂的金属钢架结构，其杆件多、受力复杂，。近年来，随着不同地貌条件和地质条件下的油气天的勘探开发，以及钻井深度的不断增加，国内外正在不断地设计功能更强、自动化程度更高的各种钻机，这对井架的强度、刚度及稳定性的要求会越来越高，同时提高可靠性，降低成本，对井架进行优化设计变的越来越重要，因此针对这种现状本文将对此进行设计研究国内外研究现状井架结构组成1） 井架主体：空间桁架结构，是承受载荷的支柱和安放其他设备的基础，通常上部截面小，下部截面大，钢件之间采用焊接或螺栓连接；2） 天车台：用于安置天车和天车架，位于井架顶部；3） 二层台：包括井架工进行起下操作的二层台，以及存靠立根的指梁；4） 立管平台：固定立管和安装、拆卸水龙带的工作平台；5） 工作梯：井架工上下井架的通道。井架的基本类型目前国内外钻机井架主要有塔型、前开口型、A型、桅型等结构形式，其主要特点如下：塔型井架特征：1）井架本体是封闭的整体结构，整体稳定性好，承载能力大；2）整个井架是由单个构件用螺栓连接而成的可拆结构。优点：井架尺寸可不受运输条件限制，允许井架内部空间大，起下操作方便、安全；缺点：单件拆装工作量大，高空作业，不安全。前开口（口形）井架特征：1）整个井架本体分成4〜5段，一般各段为焊接的整体结构，段间采用锥销定位、螺栓联接，地面或接近地面水平安装，整体起放，分段运输；2） 受运输尺寸限制，井架本体截面尺寸比塔型井架小；3） 采用人字架起升，之后人字架成为井架本体的一部分；4） 一般采用液压千斤顶调整井架位置，对正井眼中心。优点：水平拆装，整体起放，分段运输，运移性好。缺点：承载能力和总体稳定性相对于塔型井架略有下降，内部空间比塔型井架小。A形井架特征：1）两根大腿通过天车台、二层台及附加杆件连成“A”字形采用撑杆或人字架支撑；整个井架在地面或接近地面水平组装，整体起放，分段运输；2）大腿可以是空间杆件结构或管柱式结构，其断面依所选用型材不同，一般分为矩形（角钢）和三角形（管材）优点：A形井架的每根大腿都是封闭的整体结构，承载能力和稳定性好。缺点：因仅有两腿，且腿间联系较弱，井架整体稳定性不理想。桅形井架由一节或几节杆件结构或管柱结构组成的单柱式井架，有整体式和伸缩式两种；一般采用液缸或绞车整体起放，整体或分段运输；工作时向井口方向倾斜，需利用绷绳保持其结构的稳定性；结构简单、轻便，一般只用于车装轻便钻机和修井机（承载能力小）。例如：XJ250修井机用的就是口形伸缩式桅形井架。动力井架安装于海上浮式钻井装置上，因设计计算时必须计入动力载荷，通称为动力井架；一般是塔架或前开口井架，必须有控制游车运行的导轨。3.井架的基本参数井架的基本特性参数主要包括最大钩载、井架高度、二层台容量、井架的抗风能力及理论自重等。1最大钩载最大钩载是修井机的主参数。井架的最大钩载是指定绳固定在指定位置，用规定的修井绳数，在没有风载和立根载荷的前提下，井架所能承受大钩的最大起重量。在此最大钩载中包括游车、大钩和游绳的重量，这一参数表明井架承受垂直载荷的能力。2井架高度井架高度指的是井架大腿支脚底板底面到天车梁底面的垂直距离，但这个参数并不能完全反映井架提供游动系统操作空间高度的指标。为了表明游动系统可上下运动的空间，规定了井架的有效高度，其定义为:钻台面到天车梁底面的垂直距离。3二层台容量二层台容量是指在二层台内所能靠放的钻杆、油管的数量，通常以一定尺寸的钻杆、油管的总长度表示。二层台指梁应能满足存放钻进到名义井深时所需要规定尺寸的全部立根，所以二层台容量主要取决于指梁的包围面积S，在指梁高度确定后，有效面积S就可根据所要存放的立根数和钻杆直径（取接头直径）计算确定。考虑处理事故及附加作业需要，应在理论计算的基础上增大15%。4井架的最大抗风能力井架的最大抗风能力是指井架在一定工况下抵抗最大风载荷的能力，常用Km/h表示。井架的国内外研究现状本世纪初到40年代，世界上几乎全部石油钻机都采用塔型井架，这种井架的安装和搬迁工作量大，高空作业危险性大，因此逐渐趋于被淘汰的境地。但从70年代以来随着海洋钻采工程的发展，这种井架又显示出承载能力大，稳定性好的优势，在当代海洋钻井中已占绝对优势。A型井架是美国艾迪科公司在1948年开始研制的一种自升式井架。由于具有视野广阔、钻台空间大、整套井架低位水平安装及整体起升等优点，这种井架很快被广泛使用。美国十多家井架制造公司生产这种井架。当前世界上从事钻机井架生产的国家除了俄罗斯、罗马尼亚及西德部分生产A型井架外，其余国家的陆地井架全部为K型井架。70年代以前高位装K型井架独占鳌头。但70年代以后低位装K型井架发展很快，并出现了与之配套的旋升式底座，井架在钻台下面的部分为井架和底座所共用，这类井架目前在超深井钻机中使用数量最多。目前国外井架正向高钻台、低位安装、整体起升、重量轻、移运性好和车装化方向发展，同时提高可靠性，降低成本，确保快速钻井也是井架的设计原则。顶部驱动装置系列国外已广泛用于海上钻井，近年来在陆上油田也推广很快。还出现一些新的钻机井架，如新型的沙漠钻机井架，意大利的新型小井眼钻机等适合于特殊环境使用的钻机井架。国内50年代开始制造塔式井架，由于存在安装中高空作业多、危险性大等致命缺陷，这种井架待改进。国内自60年代开始制造A型井架，如AD-45型井架等。较大规模的应用是从1979年试制JJ315/43-A井架开始的，该型井架与7J45钻机相配套的已有95套。自1981年仿制了与BY-40钻机配套的第一套K型井架后，我国K型井架发展很快，先后研制并配套1500m，2000m，3200m，4500m及6000m五个级别钻机的K型井架共18种。目前国内的陆地应用的塔型井架已基本很少应用；A型井架的有点是低位安装，整体起升，司钻视野宽，组焊大腿为桥式静定结构，稳定性好，重量较轻，目前油田的应用还比较多；K型井架的优点是低位安装，整体起升，总体刚性好，制造成本低，移运时需要车辆少，便于维修，安装顶驱装置较方便，所以K型井架目前在油田的应用最广。国内也研制了一些新型井架，如套装伸缩式钻机井架、液压油缸起升式井架、新型车载式作业井架等，也都是以K型井架为主。设计的主要内容本次设计的任务是前开口钻井井架的设计，由于前开口井架具有地位安装，整体起升，总体刚性好，制造成本低，移运时需要车辆少，便于维修，安装顶驱较方便等优点，前开口型井架目前在油田得到了广泛应用，因此要保证在新设计的井架正常工作，本设计的主要内容是对井架结构的方案分析设计，对其进行载荷分析及简化处理，确定各杆件及连接件的材料及截面尺寸，通过有限元对其进行强度、刚度及稳定性计算，最后进行校核计算。所采用的方法、手段以及步骤等因大多数钻机载荷受钻井工艺复杂性的影响，具有一定程度的不确定性。对井架的结构通常有各种不同类型的破坏，如杆件或构件的局部破坏、整体结构的破坏等。因而在设计计算中需要考虑不同的计算规定。然后根据已有参数进行井架的载荷计算，随后进行井架的材料与结构的设计，接下来进行井架的静力和稳定性计算，其主要用到的方法通过计算机进行有限元分析法。阶段进度计划结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计进度：第一周——第二周(2011.2.21—2011.3.13)查阅资料。第三周(2011.3.14—2011.3.20)外文翻译，编写开题报告。第四周——第五周(2011.3.21—2011.4.3)方案设计，比较拟订的各种方案，确定最终的设计方案。设计方案包括工艺方案、结构方案、强度方案。第六周——第七周(2011.4.4—2011.4.17)设计计算，根据设计方案，确定主要部件的结构形状、尺寸，进行强度校核，编写设计说明书，翻译外文资料，并绘制各部分结构的装配草图。第八周——第十^一周(2011.4.18—2011.5.15)利用计算机绘制总装配图、部装配图、零件图；设计说明书、外文资料译文的计算机录入。第十二周——第十四周(2011.5.16—2011.6.5)设计说明书、外文资料译文排版、打印、装订；设计图的计算机输出;第十五周 第十六周（2011.6.6—2011.6.19）整理毕业设计资料，毕业设计答辩。参考文献：【1】李继志，陈荣振。《石油钻采机械概论》中国石油大学出版社；【2】常玉连，刘玉泉。《钻井井架、底座的设计计算》石油工业出版社；