【摘要】：K型井架是使用最廣的一種鉆機井架類型,其結構強度和可靠性直接影響著整臺鉆機系統(tǒng)的安全作業(yè)。針對K型井架及其配套底座存在應力集中以及特定工況下可靠度較低等問題,本文主要采用隨機有限元方法進行了多種型號K型井架、底座的結構強度分析及可靠性評估。在廣泛收集國內外大量相關文獻以及現(xiàn)場調研的基礎上,本文提出了以隨機有限元方法為主,輔以區(qū)間有限元方法、擴展有限元方法作為對比和補充的分析思路。研究主要針對 JJ170/41-K、JJ250/45-K、JJ225/45-K、JJ315/45-K、JJ450/45-K 這 5 種井架類型以及5000m滑軌式底座、5000m步進式底座、7000m滑軌式底座、7000m步進式底座這4種底座類型進行。主要研究成果包括:所建立的井架、底座力學及可靠性計算模型,大量有限元計算所形成的數(shù)據(jù)庫,在數(shù)據(jù)庫基礎上編制的K型井架及底座可靠性評估軟件,應用該軟件所進行的多種工況分析,修改后的井架、底座操作手冊。在所取得研究成果的基礎上,得出以下主要結論及認識:(1)結合分布參數(shù)估計、Monte Carlo模擬法、應力-強度分布干涉等可靠性理論,提出了采用隨機有限元方法作為K型井架及底座結構強度分析和可靠性評估的基本流程及方法,能夠有效的分析和評估多種型號及工況下的井架、底座可靠性。(2)仿真計算得到了大鉤作業(yè)、井架起升、井架傾斜、主梁缺陷等多個工況下的井架、底座應力分布及位移分布,并對主要的應力集中部位進行了重點分析。(3)對仿真結果數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計學分析,得到了一系列隨機變量的分布特征參數(shù),計算得到了井架、底座的可靠度,并繪制了相關函數(shù)分布曲線;利用相關系數(shù)計算公式得到了所有輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)間的相關系數(shù),并進行了敏感性分析。(4)開發(fā)《K型井架與底座可靠性評估軟件》時采用APDL語言進行參數(shù)化建模,十分方便進行模型的修改;同時軟件利用VB語言強大的數(shù)據(jù)庫功能和可視化的設計平臺,極大的降低了軟件的使用門檻,提高了軟件的可擴展性。(5)結合所開發(fā)軟件,對現(xiàn)場所使用的井架操作手冊和底座操作手冊進行了修改和完善,建立了相應的評分機制,并加入了可靠性評估的相應指標項。
[Abstract]:K Derrick is one of the most widely used Derrick types. Its structural strength and reliability directly affect the safety of the whole drilling rig system. In view of the problems of stress concentration and low reliability under certain working conditions in K Derrick and its supporting base, this paper mainly adopts stochastic finite element method to carry out structural strength analysis and reliability evaluation of various types of K Derrick. On the basis of the extensive collection of domestic and foreign literature and field investigation, this paper presents a comparative and complementary analysis method based on stochastic finite element method, supplemented by interval finite element method and extended finite element method. The research is mainly aimed at the five types of Derrick, the 5000m slide rail base, the 5000m step base, the 7000m slide rail base, and the 5000m slide rail base. 7, 000 m step-type pedestal these 4 kinds of pedestal type carry on. The main research results include: the established Derrick, the base mechanics and reliability calculation model, the database formed by a large number of finite element calculations, and the K Derrick and base reliability evaluation software based on the database. The application of the software for a variety of conditions analysis, revised Derrick, base operation manual. On the basis of the research results obtained, the following main conclusions and understandings are obtained: (1) the reliability theory of stress-intensity distribution interference combined with the, Monte Carlo simulation method of distribution parameter estimation, etc. The stochastic finite element method is put forward as the basic flow and method of strength analysis and reliability evaluation of K-type Derrick and base structure, which can effectively analyze and evaluate the Derrick under various types and working conditions. (2) the stress distribution and displacement distribution of the Derrick, the Derrick lifting, the Derrick tilt, the main beam defect and so on are obtained by simulation. The main stress concentration parts are analyzed emphatically. (3) the statistical analysis of the simulation result database is carried out, and the distribution characteristic parameters of a series of random variables are obtained, and the reliability of the Derrick and base is calculated. The distribution curve of correlation function is plotted. The correlation coefficients between all input and output parameters are obtained by using the correlation coefficient calculation formula, and sensitivity analysis is carried out. (4) the parametric modeling is carried out using APDL language when developing < K type Derrick and base reliability evaluation software. It is very convenient to modify the model; At the same time, the software makes use of the powerful database function of VB language and the visual design platform, which greatly reduces the threshold of software use and improves the extensibility of software. (5) combined with the developed software, The Derrick operating manual and pedestal operating manual used in the field are modified and perfected, the corresponding scoring mechanism is established, and the corresponding index items for reliability evaluation are added.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE923

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本文編號：2381070