钻机井架的设计与计算

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1、石油钻机设计机电工程学院机电工程系许志倩15216397095xuzhiqian1013@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。教学内容和课程基本要求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（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。

2、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

3、>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。②K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，

4、整体起放，分段运输。③A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

5、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

6、顶端一端固定，一端自由：自重量1/3加于顶端②大钩载荷大小：Qmax（Q柱）方向：垂直向下作用点：由天车位置定，也可均分于顶节点注意：K形井架有时前后大腿截面尺寸不同造成载荷偏心，静力计算不易均分，稳定计算有初弯矩。③工作绳拉力，A、≠，死绳固定位置一般与快绳不对称，其合力的作用方向往往与井架本体的几何轴线偏离一个角度，因而井架各大腿实际受力不同。B、一般作用线不垂直简化计算中方向垂直④风载风载特点：随地区，季节而异；井架为空间桁架结构有迎风，挡风等问题。P风—作用在井架上的风载；F—承风面面积，指整个井架外廓面积在垂直与风向的平面上的投影面积；W—作用于井架上的计算风压Kz—风压高度变化系数

7、；K—风载体型系数；β—风振系数；W工—工作风压，井架工作状态下承受的风压最大值；W0—基本风压，非工作状态下的极限值。基本风压W0的计算W0—气温15℃距地面10m处风的静压力值。工作风压的修正，，的概念与选取1）（风压高度变化系数）标准10米高度=1，（一般取=1）2）（风载体型系数）风压的大小与构件形状，空气流动状态有关。①单个构件②单面桁架（风向垂直平面）φ—挡风系数—桁架各构件的迎风面积