钻机井架动载特性研究

论文摘要

井架是支撑整个钻机的基础,是整个钻机最庞大、结构最复杂、杆件最多的的部分,同时也是钻机最薄弱的环节,传统的井架分析往往集中在对其静态性能的研究,而在实际的工作中,井架要受到风载、瞬态冲击以及起升动载的反复冲击,产生安全隐患,因此对井架的进行动载的分析有着及其重要的意义,对中国钻机设计也有着至关重要的作用。本文从以下几方面对井架的动载荷进行研究,首先根据井架最大静钩载的变形得到井架的垂直刚度,为钻机起升研究提供井架的弹性。然后通过ANSYS中的瞬态动力学与谐相应计算,分析井架的结构振动。其次,应用ADAMS动力学软件建立钻机动力学起升模型,并进行动力学仿真。最后,现场实际测试井架在钻机工作状态下的应变。通过对以上几方面的研究的分析,并与实测的动载曲线进行比较,从振动基本特征来看,实验与仿真结果之间还是比较吻合的,说明仿真的结果还是比较符合实际情况的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 课题研究目标、研究内容
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 拟解决的关键问题
• 1.3 课题研究采取的方法、技术路线
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 石油钻机发展与井架研究概述
• 2.1 中国钻机发展的历史与展望
• 2.1.1 我国石油钻机的发展历史
• 2.1.2 我国钻机制造技术的世纪跨越
• 2.1.3 石油钻机装备的国际化
• 2.2 国内外井架种类与发展情况
• 2.3 国内外井架静载计算研究
• 2.3.1 井架计算方法—有限单元法
• 2.3.2 国内外井架静载计算研究
• 2.4 国内外井架风载研究状况
• 2.5 井架起升动载研究现状
• 2.5.1 起升系统国内外研究现状
• 2.5.2 动力学实验
• 2.5.3 起升动力学计算及仿真
• 第三章 井架有限元结构强度分析
• 3.1 井架有限元分析模型
• 3.1.1 井架结构有限元理论分析
• 3.1.2 井架有限元模型建立
• 3.1.3 单元特征
• 3.2 井架强度与刚度分析
• 3.2.1 载荷分析
• 3.2.2 位移分析
• 3.2.3 应力分析
• 3.3 井架风载计算
• 3.3.1 风载计算
• 3.3.2 ANSYS 计算结果
• 第四章 井架自振特性及动态响应分析
• 4.1 井架结构固有振频与振型分析
• 4.1.1 模态分析的基本原理
• 4.1.2 井架模态计算
• 4.2 井架瞬态动力学分析
• 4.2.1 瞬态动力学分析方法
• 4.2.2 井架瞬态动力学分析步骤
• 4.2.3 井架瞬态动力学结果分析
• 4.3 谐响应分析
• 4.3.1 谐响应分析方法
• 4.3.2 ANSYS 分析方法
• 4.3.3 井架谐响应分析
• 第五章 钻机起升动载的研究
• 5.1 ADAMS 软件简介
• 5.2 钻机ADAMS 仿真模型的建立
• 5.2.1 模型简化假设
• 5.2.2 钻柱的建模
• 5.2.3 钢丝绳的建模
• 5.2.4 滚筒、滑轮的建模
• 5.2.5 电机的建模
• 5.3 不考虑井架钻机理想起升系统分析
• 5.3.1 基本载荷的仿真
• 5.3.2 起升动载
• 5.3.3 相应分析
• 5.4 不考虑井架实际钻机起升分析
• 5.5 考虑电机实际初始情况起升系统动载的研究
• 5.6 考虑井架实际钻机起升分析
• 5.7 齿轮齿条模拟钢丝绳和滑轮的起升系统
• 5.7.1 起升系统的建模
• 5.7.2 模型仿真与结果分析
• 5.8 两种模型优缺点比较
• 第六章 ZJ30/1700DB 型钻机井架现场测试
• 6.1 概述
• 6.2 ZJ30/1700DB 交流变频电驱动钻机参数
• 6.3 现场工程试验方案、仪器及过程
• 6.3.1 试验方案
• 6.3.2 主要试验仪器
• 6.3.3 试验步骤
• 6.3.4 起升曲线的绘制
• 6.3.5 起升动载的计算
• 6.4 试验结果及影响因素分析
• 结论
• 参考文献
• 附录 A ADAMS 钻机模型
• 附录 B 部分现场测试曲线
• 附录B.1 第三通道采集曲线
• 附录B.2 第四通道采集曲线
• 附录B.3 第五通道采集曲线
• 附录B.4 第六通道采集曲线
• 附录B.5 第七通道采集曲线
• 附录B.6 第八通道采集曲线
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢