坐底式钻井船钻机挡风墙设计.pdf

机械工程师
A MECHANICAL ENGINEER M N
坐底式钴井船钻机档风墙设计
高翔12,杨鹏2,张友会12,张益2,陈雪娟'2,沈军利2
(1宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡7210022.国家油气钻井装备工程技术研究中心,陕西宝鸡721002
摘要:由于坐底式钻井船机主体外羽备较多,特別在底座钻台风墙上部设计了文撑平台:这和种一体化的设计实
现了钻井设备的合理布局,节省了有限空间。文中通过 ANSYS建立有限元模型校核了风培的強妻和刚度。同时设计了污
水收集装置,以满足现场使用耍求
关键词:挡风樯;支撑合一化:有限元;污水收集
中图分类号:TE923TH122
文献标志码:A
文章编号:1002-2332016)07-0183-03
0引言
DZ450/9-XD底座是宝鸡石油机械有限责任公司为
韩国大宇公司坐底式钻井船设计和制造的箱叠式底座,
它为井架和钻井设备在高塞的里海地区打井作业提供了
重要基础支撑。单层的底座钻合面空间上根本满足不了
各种钻井设备的放置,结合常规钻机挡风墙的作用,这种
档风墙与钴台面上层支撑平台的一体化设计应运而生,
这不仅满足了钻台上所有设备的摆放和使用,也为钻台
操作人员提供了较为保温的环境。因此,钻台面挡风墙与
上层支撑平台的一体化设计是D2450/9-XD底座实现其
基本功能的关键。
1总体技术分析
图2上层“形”支撑平台设备布局
1.】钻台设备总体布局分析
1.人孔梯A口2载人绞车3.司钻房HAVC室外机4.盘刹液
除常规钻机钻台面所布设备外,DZ450/9-XD底座为
压站5.顶电控房6.驱虫风机I7绞车电机I8.绞车
了节省钻井船甲板空间,将原本放置于底座周边的设备
电机Ⅱ9.驱虫风机10机具液压站11.测井绞车12.
人孔梯B口
均布置到钻台面上,这不得不拓展有限的钻台空间。最终
的独特设计。为方便这些设备的操作,经过合理布局,最
在绞车后方和司钻房左侧设计上层“L形”支撑平台,以提
终确定钻台面设备布局如图1所示;上层支撑平台设备布
供更多的设备放置空间。同时利用钻台面四周的挡风墙
与支撑平台连为一体,构成了底座钻台面上部空间拓震局如图2所示。
图2中的人孔梯A口1和人孔梯B口12是钻台面到上
层支撑平台的两个人员通道。每个设备的位置都充分考
虑了设备的使用和维护。这就解决了钴井设备繁多、没有
空间放置的难题。
1.2挡风墙技术方案设计
1)钻台四周设置了挡风墙,考虑到钻台面一些设备
的高度,确定与上层支撑平台相连的绞车后方和钻台左
侧的挡风墙高度设为5m,钻台前方和右側挡风墙高度设
为3m。外形结
构见图3
2)钻台四
876135
周挡风墙单片
图1钻台面设备布局
采用足够强度
1.司钻房2.较车3.同钻偏房4.泥气分离器5.节流压井
的龙骨(H型
管汇闸阀组6.固井管汇间阀组7.高压管汇門阀组8.铁钻
钢)与瓦楞板组
工9转盘10.风动绞车111风动较车Ⅱ12.液压猫头1
13.液压猫头Ⅱ
焊成一体的结
图3挡风墙和上层平台结构示意图
网址:W.JXgcs.com电邮hrbenginee163,com2016年第7期183
万方数据
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
构,单片之间和与钻台面之间均用销轴、耳板进行连接,在挡风墙和上层平台的受力和变形情况。
墙体合适位置设置门窗。
2.3结果分析
3)上层支撑平台下设置2根主承载立柱,立柱之间和
上层平台和挡风墙有限元分析的等效应力、位移云
立柱与挡风墙单片龙骨之间上部采用桁架式结构,用螺图如图5、图6所示。由图5可以看出:最大等效应力值为
栓连接方式紧?,同时桁架与立柱、龙骨间均设置有销轴117.886MPa,小于材料的许用应力200.6MPa,说明设计
连接的斜撑杆,以加强对上层设备的承载。上层支撑平台的上层平台和挡风墙选材合理,满足设备载荷和风载荷
结构如图4所示。
共同作用的施工工况。由图6可以看出:最大位移发生在
上层平台下的两主承载立柱间,最大位移8.78686mm,小
于立柱间允许的位移量30.4m(两立柱间距尺寸为
10960mm,根据AISC335-89,允许位移量=10960/360=
13.0985
26.1969
52.3938
65.4923
g1.6892
104.788
11.886
图5等效应力云图
图4上层支撑平台结构
1.主承载立柱A2.主承载立柱B3.桁架单片4.斜撑杆
5.上层铺台
976318
1.95264
4)上层支撑平台由3大块铺台构成,架设于桁架之上,
2.92895
用销轴支撑定位。各设备下均有安装接口将设备连接牢
90527
固
5)挡风墙各单片、桁架体和铺台栏杆均设有单独的
X
5.85791
包装架,并设有安装吊耳,满足整个产品的运输和安装。
6.83423
2挡风墙承载能力分析
7.81055
2.1计算遵循的标准规范及钢材选型
8.78686
在计算分析中,挡风墙强度和稳定性设计计算、钢材
图6位移云图
性能和选型以及计算结果校核分别需要遵循以下标准规304),说明设计的上层平台位移变形量符合标准要求。
范:API4F《钻井和修井井架、底座》、GBT1591-2008低3上层平合的污水收集设计
合金高强度结构钢》、AISC(335-89)《钢结构设计规范》。
为了有效地减少环境污染,便于清洁钻台,DZ4509
上层平台和挡风墙材料选用Q345,根据CBT1591-xD底座钻台面均设计了污水收集装置,上层平台也将
2008《低合金高强度结构钢》,材料的力学性能如表1所示
水收集纳入其中,这不仅便于清洗,也使上层平台下部不
表1Q345钢材力学性能
会有污水酒落至钻台面,保证下部空问整洁。上层平台的
厚度dhmm
屈服极限/MPa许用应力[ I/Mpa
污水收集也成为此次一体化设计的亮点。
d≤16
345
206.6
在设计时,特别把上层平台上平面做成前高后低,便
16cd≤40
335
200.6
于将其上的污水自然地流到后端最低处的网格板里,通
过导流槽和管线把污水导入钻台面的排污设备内,这样
2.2挡风墙和上层平台的建模
使得上层平台和钻台面的污水都进入设计好的污水罐
在 ANSYS软件中,以钻台面井口中心为坐标原点,X中,达到理想的收集效果。上层平台污水收集如图7所示。
轴正向指向底座正前方(坡道方向),Y轴正向指向司钴对
图8中A、B铺台后端的网格板下均设有收集槽,连同
侧,Z轴正向指向上方,建立全局直角坐标系下的挡风墙铺台间的导流槽收集的污水一起通过排污口及导流钢管
模型。主结构(风墙立柱、龙骨及二层平台)采用梁单元4输送至钻台面的收集装置内,实现整个上层平台的污水
进行模拟,设备通过质量单元予以施加。模型主要模拟了收集
结构和设备自重