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钻机步进式平移结构的应力及强度分析

发布于:2016-09-15 17:02
强度分析

      随着钻井工艺技术的不断发展,丛式井设计和施工不断增多,土地占用得到减少,钻井的成本正在大幅度降低。为解决丛式井组设备搬迁安装时效差、人工劳动量大、人员的安全系数低等问题,钻机整体平移技术逐渐得到广泛应用。越来越多的钻机生产厂家开始设计制造能够整体纵、横向移动的成套钻机,并且大量的常规钻机也开始进行底座加固改造以满足步进式整体移动的需求。由于常规钻机设计时没考虑步进式整体移动因素,因此,钻机在整体步进式平移时,结构强度是否足够,能否满足现场安全作业需求,在满立根工况下移动是否安全,已成为急需确定的问题。所以,对底座加固后的常规钻机进行步进式平移结构的强度分析
      钻探工程企业一台ZJSODBS电动钻机,厂家设计时按常规钻机设计,未考虑进行前后左右步进式整体平移。投人生产后,根据丛式井作业的需求,需要配套步进式平移装置实现前后左右平移4m。对钻机底座进行了加固改造,同时加装步进式平移装置,这套装置由3部分组成:一是由支承座、顶升液缸及滑车总成等组成的支承移动模块;二是由导轨总成、平移液缸等组成的步进平移模块;三是由液压站、液控阀件及辅件组成的控制模块。如图所示加装该装置,可实现钻机在工作状态下(井架、底座不下放)的整体纵向及横向平移。该装置最大举升质量为550 t,顶升液缸理论最大推力2638kN,顶升液缸行程200 mm,平移液缸理论最大推力477 kN,平移液缸行程1000 mm。
      无线结构应变测试系统一套,电源线、记号笔、砂轮机、胶水、清洗丙酮、绑扎带、应变片。
      钻机无立根排放时进行前后平移。
      (1)确定顶升液缸将钻机举升时最大工作压力,缓漫举升。
      (2)钻机前进缓慢平移。
      (3)钻机缓慢下放。该过程重复4次。
      通过初步建模分析,钻机在整体平移时,结受力最大部位均出现在钻机底座基座主梁上,底座基座主梁及立柱三维视图如图所示。根据初步有限元分析结果,在底座堆座主梁n选择12处关键部位(受力较大位针)如图所示,共布置48个测点,每个关健部位测点布图所示,应变片沿受力方向布在钢翼板边缘。
      试验时,对钻机绍个平移过程受力情况进行实时监测,为一次完整平移过程4测点监测曲线经数据处理,可得到各测点应变俏和应力。
      由于底座与水泥地面接触时底座基座主梁受力很小,因此,钻机平移过程中监测到的底座基座主梁应变应力变化值,为钻机抬升时基座主梁最大应变应力,从而可以依据AISC《钢结构设计规范》中的公式对底座基座主梁进行计算和校核。强度校核系数(UC值)为实际应力与许用应力的比值,当比值小于1时结构处于安全状态。
      底座基座主梁在钻机平移时受到的最大轴向应力,弯曲应力可用公式计算。
      依据钻机结构图纸及现场测绘数据,建立钻机结构有限元实体模型,如图所示。根据钻机结构实际受力情况,施加载分析,主要计算钻机额定载荷,包括顶驱、游车人钩、钻具接失等载荷。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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