4000m车载钻机钻台的有限元计算与分析

钻台在工作过程中,不仅承受很大的起升载荷和作业载荷,而且由于转盘的旋转以及井底钻压的波动容易引起钻台的强烈振动,对钻台设备造成不利影响,甚至在一定转速范围内无法进行正常的钻井作业。为此,对4000 m车载钻机钻台的多种工况进行了有限元计算及分析,找出了钻台的危险工况、最大应力位置及共振频率,为钻台设计、制造与使用的可靠性和安全性提供了保证或依据,并为同类型结构设计提供了借鉴。     

国外石油钻机绞车的设计与计算

介绍国外石油钻机绞车结构特点，对比分析美国７家公司生产的陆地钻机机械驱动绞车，就绞车输入功率，传动结构布置，最大与最小提升速度，刹车系统等多个参数的设计与计算进行了综合研究。同时对上述７家美国公司生产的海洋钻机电驱动绞车的设计与计算进行了对比分析。提出绞车主要参数的经验计算公式和经验推荐值。     

TZT160B型拖挂钻台设计

为了解决3000m拖挂钻机的钻台在移运和钻井作业中存在的问题,研制了TZT160B型拖挂钻台。该钻台主体为整体式两轴半挂车型式,由上下两体套装组成,两体之间靠管柱导向实现高度升降,用销轴定位,上体框架固定转盘和存放立根,下体框架制作成为一带导向柱的可牵引车架,车架后部通过销轴与垂直方向可升降的双桥刚性非独立悬挂连接。作业时,用液压支腿把钻台整体支起,卸去悬挂与车架的活承载销,让车架落下直接接触钻台基础;需行车时,用液压支腿把车架支起,连上悬挂即可拖走。TZT160B型拖挂钻台较好地解决了3000m以下浅井钻井作业与频繁搬家的矛盾。     

ZJ30/1700CZ钻机钻台固有振动特性分析

采用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂开发设计的XJ30／1700CZ轻便钻机的钻台固有振动特性进行了分析。通过对钻台的结构分析建立了钻台固有振动分析有限元模型，给出了其固有振动频率计算结果。计算结果的分析表明，该钻机在不同设计转速下进行钻井工作时，钻台不会发生共振现象，并对该钻机的结构设计及使用提出了建议。     

沙漠钻机金属基础设计

在塔里木盆地石油天然气勘探中,对钻机进入塔克拉玛干沙漠地区所遇到的基础设计与施工等问题作了叙述,并提出了以可拆迁的沙漠钻机金属基础来替代现在使用的钢筋混凝土基础;同时,对金属基础的设计提出了必须满足的要求和设计计算原则。     

ZJ30/1700CZ型钻机井架钻台体固有振动特性分析

应用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂研制的ZJ30／1700CZ型钻机井架与钻台结合体的固有振动特性进行了分析。建立了该钻机井架与钻台结合体固有振动特性理论分析的有限元模型并给出了其固有振动频率结果和相应的主振型。计算结果表明，该钻机在不同设计转速下钻井时，不会引起井架钻台结合体的固有振动。     

3000m车装钻机折叠式钻台立柱断裂研究

中国石化集团江汉石油管理局第四石油机械厂生产的ZJ30型车装钻机在中东某国作业时,钻台后侧2根立柱出现大尺寸开裂,经焊接修复仍有裂纹产生,直接威胁到使用安全。对立柱强度进行了理论校核;并到事故现场切取样品,做理化性能和冲击韧性试验,结果均满足材料性能要求。经现场观察和断口特征分析,未拔连接销而在顶部起吊是产生裂纹的力学因素。进行该工况下的有限元力学分析和模拟起吊试验,计算及应力测试结果均证实了现场的判断。国际权威鉴定机构Modu Spec通过对钻台制造全过程的检查,认为用户不正确的吊装方式是立柱产生裂纹的根本原因。     

关于石油钻机绞车架的设计讨论

绞车架是绞车的核心部件之一。绞车架设计牵淑的问题多，难度大，市尺埋要全面考虑，根据据多年的设计实践，认为只要在设计绞车架时把握４个方面，即：总体设计、刚性设计、密封性设计和产品造型设计，就有可能设计好绞车架。     

石油钻机技术发展趋势

概述了国内外石油钻机朝着机械化，自动化，智能化，快速，高效，节能，高性能，高寿命，高安全性，大型化，大功率，高压，大排量，适应深海，浅海，海滩和沙漠等地区需要的方向发展的趋势。介绍了我国研制，改造丛式井钻机，沙漠钻机，斜井钻机和海洋钻井装置所取得的进步。还从提高石油钻机易损件寿命，机械化自动化水平和制造质量，采用现代设计方法以及完善钻机标准等8个方面，提出了发展我国石油钻机的建议。     

ZJ32—SL1型石油钻机的整体设计

对机械传动的ＺＪ３２－ＳＬ１型石油钻机的整体设计，提出了在满足功能需要的同时，应当提高其外观质量和美德。并通过ＺＪ３２－ＳＬ１型石油钻机的设计和制造，作了初步的研究和实践。     

DZ450/9—S钻机底座结构模糊优化设计

考虑了应力约束、位移约束、局部稳定约束和截面尺寸上下界约束条件的模糊性 ,以底座的结构质量为目标函数 ,建立了底座结构模糊优化设计的数学模型。结构优化采用了离散变量的拟满应力结构优化设计与有限元分析相结合的方法 ,克服了满应力设计只能考虑应力约束和尺寸约束的局限。采用二级模糊综合评判确定最优水平截集 ,从而将模糊优化问题转化为普通优化问题。计算结果表明底座结构模糊优化设计比底座结构非模糊优化设计更为合理 ,经济效益更为显著     

大庆130型钻机井架和底座的改造

通过对大庆130型钻机现状的分析，提出了经济、适用的改造方案，并进行了设计计算。通过现场试验认为该方案是可行的，并取得了一定的经济效益。     

ZJ70D型钻机双升式底座有限元模态分析

针对ZJ70D型钻机双升式底座的振动问题,在结构分析的基础上,应用ANSYS7.0有 限元软件建立了钻机底座有限元模型,计算得到钻机底座前10阶固有振动频率和主振型。对现役 钻机底座做了现场振动测试,得到频响函数曲线及前10阶模态频率。有限元计算和现场测试结果 的对比分析表明,ZJ70D型钻机转盘工作转速与钻机底座低阶固有频率接近,转盘的转动必然会 激起钻机的振动,因此需要对钻机底座结构进行调整。     

不需用基础的钻机底座试验

针对目前钻前工程钻机基础运输量大 ,成本高 ,需投入大量人力、物力的问题 ,在现有TJ2 — 4 1型钻机底座上加装底板、加强筋和顶板等部件 ,将其改造成不需用基础的钻机底座。详细介绍了这种钻机底座的改造方案、现场试验布置和测试方法。通过确定地基容许承载能力、地基负载验算等理论计算 ,以及对现场试验井和对比井测试数据的分析 ,明确了不需用基础的钻机底座的各试验参数 ,如最大沉降量和最小沉降量 ,均优于使用基础的钻机底座。这种改造具有显著的经济效益。     

ZJ15钻机底座的振动测试分析

对一现役ZJ15钻机底座在两种钻井速度下的振动情况进行了测试和分析。分析结果表明,底座的振动强度与井深、地质条件和钻井液密度有关;弯曲的方钻杆是造成底座水平方向振动的最主要原因;万向轴因与钻台面存在夹角,从而引起底座在三个方向的振动;采用四挡钻进时,万向轴的工频及其倍频接近底座垂直方向的固有频率是引起底座在该方向振动强烈的原因。建议对ZJ15钻机底座万向轴的安装做一些调整。     

新型钻机井架及底座设计模型

目前我国油田正在使用的中型、重型模块钻机的井架和底座结构都不适合快移式钻机 的要求,为此,在分析我国钻机井架、底座现状的基础上,提出了快速移动、快速安装的新型钻 机井架、底座的设计原则和标准,同时还对其设计模型和设计特点作了详细的论述。这种新型的 模型除充分考虑了拆装便捷、移运高效外,还应用液压油缸自动举升和控制技术,是一种具有全 新理念的快速移运、快速安装的钻机。     

经济实用型钻机方案

目前各油田对钻井成本控制要求严格,节能降耗的钻机更受欢迎。以4 000 m钻机为例,提出了ZJ40/2250JD型钻机方案。目的是寻找一种性能先进,可满足钻井工艺需要的钻机;符合HSE管理和安全生产的要求;价格便宜,容易被用户接受;合理的能源匹配,使能耗降到最低;安装、维修方便。     

高强度材料在超深井钻机井架底座中的应用

超深井钻机井架底座在结构形式、构件布局、主体材料的选取等方面均有较高要求,常规的井架、底座主体材料难以满足超深井钻机特定的载荷和工况要求。通过对超深井钻机井架底座的结构分析、高强度材料的性能分析与对比以及井架底座有限元强度分析,最终选择具有高强度、高冲击韧性和良好焊接性的低合金高强度结构钢Q420E作为超深井钻机井架底座主体材料,并总结出高强度材料对超深井钻机井架底座结构性能的影响以及高强度材料的应用原则。     

轻型钻机模块化应用技术

在分析了国内钻机模块化技术应用方面同国外钻机的差距后 ,提出了适合中国国情的橇装模块化钻机的设计方案 ,即在符合SY/T5 6 0 9- 1999《石油钻机型式与基本参数》条件的基础上 ,使井架、底座、动力机橇的设计与橇装模块化技术相吻合。实际应用表明 ,南阳石油机械厂根据这种思路研制的ZJ30 / 170 0橇装模块化钻机具有良好的移运性及经济性。