有岑只W乂揮本科畢業設計（論文）開題報告題 目： 前開口鉆井井架設計學生姓名： 院（系）： 專業班級： 指導教師： 完成時間：課題的意義與目的石油和天然氣是寶貴的能源和化工原料，是現代經濟的“血液”，是當今最重要的能源之一。它與人們的衣食住行密切相關，它是衡量一個國家綜合實力的標準，它能夠影響一個國家或地區的發展，直接影響到國民經濟的穩定，更能導致一個國家或地區政治經濟的安定。它們埋藏在地下幾百米、上千米甚至超過萬米的巖層中。為了尋找油氣藏，開采石油天然氣，需要鉆井，需要一整套俗稱鉆機的鉆井機械及設備。而鉆井井架又是石油鉆機的重要組成部分，用于安放天車、游車大鉤等起升設備與工具，承受起下鉆、下套管及其他作業產生的載荷，提供起下鉆及存放管柱操作的高度與空間，是一大型復雜的金屬鋼架結構，其桿件多、受力復雜，。近年來，隨著不同地貌條件和地質條件下的油氣天的勘探開發，以及鉆井深度的不斷增加，國內外正在不斷地設計功能更強、自動化程度更高的各種鉆機，這對井架的強度、剛度及穩定性的要求會越來越高，同時提高可靠性，降低成本，對井架進行優化設計變的越來越重要，因此針對這種現狀本文將對此進行設計研究國內外研究現狀井架結構組成1） 井架主體：空間桁架結構，是承受載荷的支柱和安放其他設備的基礎，通常上部截面小，下部截面大，鋼件之間采用焊接或螺栓連接；2） 天車臺：用于安置天車和天車架，位于井架頂部；3） 二層臺：包括井架工進行起下操作的二層臺，以及存靠立根的指梁；4） 立管平臺：固定立管和安裝、拆卸水龍帶的工作平臺；5） 工作梯：井架工上下井架的通道。井架的基本類型目前國內外鉆機井架主要有塔型、前開口型、A型、桅型等結構形式，其主要特點如下：塔型井架特征：1）井架本體是封閉的整體結構，整體穩定性好，承載能力大；2）整個井架是由單個構件用螺栓連接而成的可拆結構。優點：井架尺寸可不受運輸條件限制，允許井架內部空間大，起下操作方便、安全；缺點：單件拆裝工作量大，高空作業，不安全。前開口（口形）井架特征：1）整個井架本體分成4?5段，一般各段為焊接的整體結構，段間采用錐銷定位、螺栓聯接，地面或接近地面水平安裝，整體起放，分段運輸；2） 受運輸尺寸限制，井架本體截面尺寸比塔型井架??；3） 采用人字架起升，之后人字架成為井架本體的一部分；4） 一般采用液壓千斤頂調整井架位置，對正井眼中心。優點：水平拆裝，整體起放，分段運輸，運移性好。缺點：承載能力和總體穩定性相對于塔型井架略有下降，內部空間比塔型井架小。A形井架特征：1）兩根大腿通過天車臺、二層臺及附加桿件連成“A”字形采用撐桿或人字架支撐；整個井架在地面或接近地面水平組裝，整體起放，分段運輸；2）大腿可以是空間桿件結構或管柱式結構，其斷面依所選用型材不同，一般分為矩形（角鋼）和三角形（管材）優點：A形井架的每根大腿都是封閉的整體結構，承載能力和穩定性好。缺點：因僅有兩腿，且腿間聯系較弱，井架整體穩定性不理想。桅形井架由一節或幾節桿件結構或管柱結構組成的單柱式井架，有整體式和伸縮式兩種；一般采用液缸或絞車整體起放，整體或分段運輸；工作時向井口方向傾斜，需利用繃繩保持其結構的穩定性；結構簡單、輕便，一般只用于車裝輕便鉆機和修井機（承載能力?。?。例如：XJ250修井機用的就是口形伸縮式桅形井架。動力井架安裝于海上浮式鉆井裝置上，因設計計算時必須計入動力載荷，通稱為動力井架；一般是塔架或前開口井架，必須有控制游車運行的導軌。3.井架的基本參數井架的基本特性參數主要包括最大鉤載、井架高度、二層臺容量、井架的抗風能力及理論自重等。1最大鉤載最大鉤載是修井機的主參數。井架的最大鉤載是指定繩固定在指定位置，用規定的修井繩數，在沒有風載和立根載荷的前提下，井架所能承受大鉤的最大起重量。在此最大鉤載中包括游車、大鉤和游繩的重量，這一參數表明井架承受垂直載荷的能力。2井架高度井架高度指的是井架大腿支腳底板底面到天車梁底面的垂直距離，但這個參數并不能完全反映井架提供游動系統操作空間高度的指標。為了表明游動系統可上下運動的空間，規定了井架的有效高度，其定義為:鉆臺面到天車梁底面的垂直距離。3二層臺容量二層臺容量是指在二層臺內所能靠放的鉆桿、油管的數量，通常以一定尺寸的鉆桿、油管的總長度表示。二層臺指梁應能滿足存放鉆進到名義井深時所需要規定尺寸的全部立根，所以二層臺容量主要取決于指梁的包圍面積S，在指梁高度確定后，有效面積S就可根據所要存放的立根數和鉆桿直徑（取接頭直徑）計算確定?？紤]處理事故及附加作業需要，應在理論計算的基礎上增大15%。4井架的最大抗風能力井架的最大抗風能力是指井架在一定工況下抵抗最大風載荷的能力，常用Km/h表示。井架的國內外研究現狀本世紀初到40年代，世界上幾乎全部石油鉆機都采用塔型井架，這種井架的安裝和搬遷工作量大，高空作業危險性大，因此逐漸趨于被淘汰的境地。但從70年代以來隨著海洋鉆采工程的發展，這種井架又顯示出承載能力大，穩定性好的優勢，在當代海洋鉆井中已占絕對優勢。A型井架是美國艾迪科公司在1948年開始研制的一種自升式井架。由于具有視野廣闊、鉆臺空間大、整套井架低位水平安裝及整體起升等優點，這種井架很快被廣泛使用。美國十多家井架制造公司生產這種井架。當前世界上從事鉆機井架生產的國家除了俄羅斯、羅馬尼亞及西德部分生產A型井架外，其余國家的陸地井架全部為K型井架。70年代以前高位裝K型井架獨占鰲頭。但70年代以后低位裝K型井架發展很快，并出現了與之配套的旋升式底座，井架在鉆臺下面的部分為井架和底座所共用，這類井架目前在超深井鉆機中使用數量最多。目前國外井架正向高鉆臺、低位安裝、整體起升、重量輕、移運性好和車裝化方向發展，同時提高可靠性，降低成本，確保快速鉆井也是井架的設計原則。頂部驅動裝置系列國外已廣泛用于海上鉆井，近年來在陸上油田也推廣很快。還出現一些新的鉆機井架，如新型的沙漠鉆機井架，意大利的新型小井眼鉆機等適合于特殊環境使用的鉆機井架。國內50年代開始制造塔式井架，由于存在安裝中高空作業多、危險性大等致命缺陷，這種井架待改進。國內自60年代開始制造A型井架，如AD-45型井架等。較大規模的應用是從1979年試制JJ315/43-A井架開始的，該型井架與7J45鉆機相配套的已有95套。自1981年仿制了與BY-40鉆機配套的第一套K型井架后，我國K型井架發展很快，先后研制并配套1500m，2000m，3200m，4500m及6000m五個級別鉆機的K型井架共18種。目前國內的陸地應用的塔型井架已基本很少應用；A型井架的有點是低位安裝，整體起升，司鉆視野寬，組焊大腿為橋式靜定結構，穩定性好，重量較輕，目前油田的應用還比較多；K型井架的優點是低位安裝，整體起升，總體剛性好，制造成本低，移運時需要車輛少，便于維修，安裝頂驅裝置較方便，所以K型井架目前在油田的應用最廣。國內也研制了一些新型井架，如套裝伸縮式鉆機井架、液壓油缸起升式井架、新型車載式作業井架等，也都是以K型井架為主。設計的主要內容本次設計的任務是前開口鉆井井架的設計，由于前開口井架具有地位安裝，整體起升，總體剛性好，制造成本低，移運時需要車輛少，便于維修，安裝頂驅較方便等優點，前開口型井架目前在油田得到了廣泛應用，因此要保證在新設計的井架正常工作，本設計的主要內容是對井架結構的方案分析設計，對其進行載荷分析及簡化處理，確定各桿件及連接件的材料及截面尺寸，通過有限元對其進行強度、剛度及穩定性計算，最后進行校核計算。所采用的方法、手段以及步驟等因大多數鉆機載荷受鉆井工藝復雜性的影響，具有一定程度的不確定性。對井架的結構通常有各種不同類型的破壞，如桿件或構件的局部破壞、整體結構的破壞等。因而在設計計算中需要考慮不同的計算規定。然后根據已有參數進行井架的載荷計算，隨后進行井架的材料與結構的設計，接下來進行井架的靜力和穩定性計算，其主要用到的方法通過計算機進行有限元分析法。階段進度計劃結合導師的要求和自身的實際情況，決定以下設計進度：第一周——第二周(2011.2.21—2011.3.13)查閱資料。第三周(2011.3.14—2011.3.20)外文翻譯，編寫開題報告。第四周——第五周(2011.3.21—2011.4.3)方案設計，比較擬訂的各種方案，確定最終的設計方案。設計方案包括工藝方案、結構方案、強度方案。第六周——第七周(2011.4.4—2011.4.17)設計計算，根據設計方案，確定主要部件的結構形狀、尺寸，進行強度校核，編寫設計說明書，翻譯外文資料，并繪制各部分結構的裝配草圖。第八周——第十^一周(2011.4.18—2011.5.15)利用計算機繪制總裝配圖、部裝配圖、零件圖；設計說明書、外文資料譯文的計算機錄入。第十二周——第十四周(2011.5.16—2011.6.5)設計說明書、外文資料譯文排版、打印、裝訂；設計圖的計算機輸出;第十五周 第十六周（2011.6.6—2011.6.19）整理畢業設計資料，畢業設計答辯。參考文獻：【1】李繼志，陳榮振。《石油鉆采機械概論》中國石油大學出版社；【2】常玉連，劉玉泉?！躲@井井架、底座的設計計算》石油工業出版社；