第四章 钻机井架的设计与计算.ppt

石油钻机设计 机电工程学院 机电工程系 许志倩xuzhiqian1013@163.com 第四章 钻机井架的设计与计算 钻机井架的使用特点，结构类型，基本参数； 钻机井架的载荷分析； 钻机井架的计算方法； 钻机井架的静力计算和整体稳定计算。 第四章 钻机井架的设计与计算 4.1 井架的类型与基本参数 4.2 井架载荷 4.3 材料与结构设计 4.4 计算原理 4.5 井架总体稳定的实用计算 4.1 井架的类型与基本参数 （1）井架的作用与基本组成 作用： ①安放天车，悬挂游车、大钩及专用工具（如吊钳等）。在钻井过程中进行起下钻具操作、下套管。 ②起下钻过程中，用以存放立根，能容纳立根的总长度称立根容量。 井架组成： ① 井架主体，多为型材组成的空间桁架结构； ② 天车台，安置天车和天车架； ③ 人字架，安装、维修天车之用； ④ 二层台，包括井架工进行起下操作的工作台和存靠立根的指梁； ⑤ 立管平台，装拆水龙带操作台； ⑥ 工作梯。 （2）基本参数 ① 最大钩载 与钻机最大钩载相同。 条件：a、正常风载 b、死绳位置一定 c、无立根 ② 高度 名义高度H ——井架大腿底板表面到天车梁底面的垂直高度。 有效高度H1 ——从钻台大梁顶面到天车梁底面的垂直高度（工作中有效）。 ③ 二层台高度h 钻台平面至二层台底面的距离—有效高度 一般有三个位置可调。 ④ 二层台容量（立根盒中立根容量） 如：5”钻杆，5040米 （28米立柱，180柱） ⑤ 井架负荷，井架顶载Q顶 Q顶Qmax（有快绳和死绳） （3）井架类型及选择 钻井井架按整体结构型式的主要特征可分为塔形井架、前开口井架、A形井架、桅形井架、动力井架五种类型。 ① 塔型井架 ——早期陆地钻机井架 特点 a、 井架本体是封闭的整体结构，整体稳定性好，承载能力大。 b、 整个井架是由单个构件用螺栓连接而成的可拆结构。 井架尺寸可不受运输条件限制，允许井架内部空间大，起下操作方便、安全。但单件拆装工作量大，高空作业，不安全。 ② K型井架 前开口井架 （П）形井架 ——陆地钻机井架 特点： a、 井架做成前扇敞开、截面为П型不封闭空间结构。 b、 整体井架本体分成4～5段，各段一般为焊接的整体结构，段间采用锥销定位和螺栓连接，地面或接近地面水平组装，整体起放，分段运输。 ③ A型井架 ——早期陆地钻机井架 特点： a、大腿可以是空间杆件结构，分成3～5段。大腿断面依选用型材不同，一般分为矩形和三角形。 b、两大腿通过天车台、二层台及附加杆件连成“A”字形。整个井架在地面或接近地面水平组装，整体起放，分段运输。 A形井架的每根大腿都是封闭的整体结构，承载能力和稳定性较好。但因有两腿，且腿间联系较弱，致使井架整体稳定性不理想。 ④ 桅型井架 ——轻型钻机井架 车装钻机，通井机，修井机 桅形井架工作时向井口方向倾斜，需利用绷绳保持结构的稳定性，以充分发挥其承载能力，这是桅形井架整体结构的重要特征。 桅形井架是单柱式井架，有整体式和伸缩式两种。桅形井架一般是利用液缸或绞车整体起放，整体或分段运输。 桅形井架结构简单、轻便、承载能力小。 ⑤ 动力井架 ——用于海上钻机 4.2 井架载荷 （1） 基本载荷（每种井架都要承受的载荷） 恒载 大钩载荷 工作绳拉力 风载 立根载荷 （2）特殊载荷 动力载荷 海洋 安装载荷 自起 绷绳载荷 桅架 地震载荷 震区 （1）基本载荷 ① 恒载 长期作用在井架上的不变载荷，包括井架本身的重量以及安放在其上面的各种设备和工具，如天车、游动系统和吊钳等。 A、游动系统等重量 方向：垂直向下 作用点：平均加于井架顶部四个节点上 B、井架自重 i、静力计算 井架垂直时，每层重量平均加于上部四个顶点（偏于安全） 起升计算时，每层重量平均加于八个顶点。 ii、总体稳定计算 原则：稳定等效 两端铰支：自重量一半加于顶端 一端固定，一端自由：自重量1/3加于顶端 ② 大