海洋双井架结构力学性能研究

发布时间：2019-07-28 16:30

【摘要】：随着钻井勘探作业不断向深海领域进军,适用于深水钻井作业的钻井装备愈加受到重视,而双井架作为深水钻机起升系统的关键装备之一,因其在深水钻井中主辅钻机并行作业节约了大量的作业时间而成为深海石油勘探开发的主要配置,逐渐成为深水钻井的主流井架,它是一种全新的结构,但我国对海洋井架的研究还处于探索阶段,因此,开展对双井架结构力学性能的研究具有十分重要的意义。本文主要从以下几个方面对双井架展开研究： (1)在介绍了双井架主辅井口作业理念产生和应用的基础上,对双井架深水钻井作业工艺进行了详细的阐述。根据相关载荷计算理论计算了作用于双井架上的恒载载荷、工作载荷、风载荷以及海浪引起的惯性力载荷的载荷值。 (2)根据实验测试与有限元仿真对比,确定了有限元建模方法,根据此方法建立了双井架结构的有限元仿真分析模型,对双井架结构进行了恒载工况、正常钻井工况和组合工况下的静力分析,分别得到了双井架在各种工况下的应力、应变和位移变化规律,找到了其薄弱环节,并提出了改进措施,在此基础上,对双井架进行了静强度安全校核。 (3)对双井架结构进行了动力分析,包括模态分析、简谐载荷作用下的谐响应分析和起下钻瞬间的瞬态动力学分析,并与静力分析中的薄弱环节相结合,找到了双井架振动易发生破坏的部位,提出了改进措施。 (4)从理论计算和有限元分析两方面对双井架的稳定性进行了分析,理论计算得到了双井架的整体稳定强度和局部稳定强度。分别运用理论计算、线性屈曲分析、非线性屈曲分析和存在初始缺陷的非线性分析四种方法得到了双井架的失稳临界载荷,判断了双井架的稳定性,为稳定性分析提供了方法。 (5)将海洋双井架和单井架的力学性能进行了对比分析,分别从静力分析、动力分析和线性屈曲分析对比中得到了双井架比单井架具有更高的安全性和更优的力学性能。通过对双井架结构的力学性能研究,得到了双井架在静、动力载荷下的应力变化规律,找到了其薄弱环节,并提出了改进措施,为海洋双井架的安全评定、设计及结构优化提供了理论依据。
【图文】：

海洋双井架结构力学性能研究

在West Venture半潜式钻井平台上首次得到成功应用，并配置了双联井架液压升降型钻机(Dual RamRig)如图2-1所示，2005年在Development Driller I & II第五代深海半潜式13

海洋双井架结构力学性能研究

方法的正确性，从而为双井架结构的有阪元建模提供依据。以某海洋塔形井架为原型，按照1:14的缩尺比建立了实验室模型井架如图3-1 a)所示，模型井架高度为4.07m，所有杆件选用等边长等厚度标准型号的角钢，，材料为Q345D该实验模型井架的具体结构尺寸和各杆件的截面参数如表3-1所示。建模时对其进行了简化，忽略二层台、天车台、工作梯、护栏、导向滑道等对井架刚度影响较小的附件，模型井架整体分为上部和下部两个部分：每部分井架内部采用辉接连接；上、下两部分懫用螺栓连接，同时在螺栓连接处加qY板进行加固，井架大腿与地面之间懫用地脚螺栓连接。1^1alia)实物模型 b)有限元模型图3-1塔形井架实物模型和有限元模地表3-1各杆件结构尺?和参数截面尺-十杆件免钢宽度/mm 角钢厚度/mm 下部立柱、V大门及对侧斜拉杆、 50 5上部欠R蕖⑸舷孪嗔岢拧大门上方横掉 40 4 内部其余斜拉杆和横撑 30 3顶部矩形截面 392x392中部截面 808x1088I 底部矩形截面 980x1088根据实验室模型井架的结构尺寸和参数利用ANSYS有限元软件建立了实验室模型井架的有限元仿真分析模型如图3-1 b)所示，有限元建模时采用
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE951

【参考文献】