發(fā)布時(shí)間：2018-04-15 22:08

  本文選題：鉆機(jī)井架 + 多尺度有限元��； 參考：《東北石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鉆機(jī)井架作為完成鉆井任務(wù)的重要工具,其安全性能對(duì)整個(gè)鉆機(jī)系統(tǒng)都具有十分重要的意義。以往對(duì)鉆機(jī)井架的計(jì)算都是基于梁?jiǎn)卧木�(xiàn)性模型,這種模型由于過(guò)多的簡(jiǎn)化使得分析結(jié)果比較局限、較表面化,很難反映某些關(guān)鍵部位的節(jié)點(diǎn)破壞、法蘭接觸等問(wèn)題,無(wú)法全面有效的進(jìn)行分析,為此本文在考慮鉆機(jī)井架局部細(xì)節(jié)問(wèn)題的基礎(chǔ)上建立結(jié)構(gòu)多尺度模型進(jìn)行其承載性能的分析,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:首先,基于多尺度有限元理論提出了鉆機(jī)井架多尺度模型的建模策略。應(yīng)用MPC多點(diǎn)約束法建立鉆機(jī)井架多尺度模型,其中井架整體采用傳統(tǒng)的“大尺度”梁?jiǎn)卧?局部細(xì)節(jié)采用“小尺度”實(shí)體單元,利用MPC接觸向?qū)Ы鉀Q了界面連接問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了跨尺度之間力的有效傳遞。同時(shí),并對(duì)同一工況下鉆機(jī)井架全梁模型與多尺度模型進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明了該多尺度方法應(yīng)用在鉆機(jī)井架上的可行性。以ZJ70DB鉆機(jī)井架實(shí)驗(yàn)室模型為研究對(duì)象進(jìn)行多尺度模型試驗(yàn)研究。采用兩種不同的傳感元件,進(jìn)行兩種不同的測(cè)試方案設(shè)計(jì)和測(cè)點(diǎn)布置,分別進(jìn)行了全梁模型試驗(yàn)與多尺度模型試驗(yàn),對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,分析結(jié)果表明多尺度模型試驗(yàn)更為全面地反映局部細(xì)節(jié)的應(yīng)力分布情況,由此確定了多尺度模型的必要性�；阢@機(jī)井架多尺度模型的可行性和必要性,選取鉆機(jī)井架的“TK”節(jié)點(diǎn)區(qū)域、銷(xiāo)軸連接結(jié)構(gòu)、底部大支座結(jié)構(gòu)這三個(gè)典型位置進(jìn)行局部細(xì)節(jié)的多尺度模擬分析。并針對(duì)“TK”局部位置,對(duì)桿件初彎曲和立柱穿孔兩種損傷形式其進(jìn)行多尺度損傷模擬,證明了多尺度模型能夠反映應(yīng)力在局部小尺度范圍內(nèi)的變化梯度�；谏鲜隼碚�,將鉆機(jī)井架的多尺度模擬進(jìn)行工程應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)7000米鉆機(jī)井架的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)全梁模型進(jìn)行修正,建立基準(zhǔn)數(shù)值模型,在此基礎(chǔ)上建立鉆機(jī)井架多尺度模型。根據(jù)載荷工況設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)工作工況和預(yù)期風(fēng)暴兩種情況進(jìn)行了鉆機(jī)井架多尺度分析,重點(diǎn)考慮了背面和側(cè)面兩種不同風(fēng)向方向,并分別對(duì)位移、軸力、彎矩、強(qiáng)度應(yīng)力等幾個(gè)參數(shù)做了對(duì)比分析,分析結(jié)果詳細(xì)反映局部桿件在工況載荷下的應(yīng)力分布情況,從而實(shí)現(xiàn)了多尺度模擬方法在鉆機(jī)井架承載性能中的推廣應(yīng)用。
[Abstract]:As an important tool to complete the drilling task, the safety performance of the Derrick Derrick is very important to the whole drilling rig system.In the past, the calculation of Derrick Derrick was based on the linear model of beam element. Due to too many simplifications, the analysis results were limited and superficial, so it was difficult to reflect the problems of joint failure and flange contact in some key parts.Therefore, this paper establishes a multi-scale structure model based on the local details of rig Derrick to analyze its bearing capacity. The main research contents and results are as follows: first of all,Based on the multi-scale finite element theory, the modeling strategy of multi-scale model of rig Derrick is proposed.The multi-scale model of Derrick Derrick is established by using MPC multi-point constraint method, in which the traditional "large scale" beam element is used as the whole Derrick, the "small scale" entity element is used in the local details, and the interface connection problem is solved by using the MPC contact guide.The effective transfer of forces across scales is realized.At the same time, the whole beam model of the rig Derrick under the same working condition is compared with the multi-scale model, and the results show that the multi-scale method is feasible to be applied to the Derrick Derrick.The multi-scale model test of ZJ70DB rig Derrick laboratory model was carried out.Two kinds of sensor elements are used to design two different test schemes and test points. The whole beam model test and multi-scale model test are carried out, and the test results are compared and analyzed.The results show that the stress distribution of local details is more fully reflected in the multi-scale model test, and the necessity of the multi-scale model is determined.Based on the feasibility and necessity of the multi-scale model of rig Derrick, this paper selects the "TK" node area of Derrick Derrick, the connection structure of pin shaft and the structure of large base support to carry out the multi-scale simulation analysis of local details.According to the local location of "TK", the multi-scale damage simulation is carried out for the initial bending of the bar and the perforation of the column. It is proved that the multi-scale model can reflect the variation gradient of the stress in the local small scale range.Based on the above theory, the multi-scale simulation of rig Derrick is applied in engineering.According to the static load test data of 7000 meters rig Derrick, the whole beam model is modified, and the benchmark numerical model is established. On this basis, the multi-scale model of drilling rig Derrick is established.According to the design standard of load condition, the multi-scale analysis of rig Derrick is carried out under the working condition and the expected storm condition, and two different wind directions on the back and side are considered, and the displacement, axial force and bending moment are respectively considered.Several parameters, such as strength stress, are compared and analyzed, and the results reflect the stress distribution of the local members under the working load in detail. Thus, the application of the multi-scale simulation method to the load bearing performance of the Derrick Derrick is realized.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE923

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1756002