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车载式不压井修井机井架设计及特性分析
作 者: 朱思颢
导 师: 金嘉琦;任希文
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 机械工程
关键词: 修井机井架 有限元法 静力分析 模态分析
分类号: TE935
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
修井机是各类油田作业中起下油管柱和更换井下工具的必需装备,在增加国家石油产量,提高经济效益发挥着重要作用。随着石油行业对修井作业高效率、低成本和环保要求的不断提高,本文涉及的车载式不压井修井机具有重要的工程应用价值。然而井架作为车载式不压井修井机的关键部件,如果设计不当,会浪费原材料,甚至在使用中出现事故。因此,研究修井机井架整体的静、动态特性,寻找薄弱环节和安全隐患,为现场修井机作业提供理论规范,避免现场事故的发生,进一步丰富、完善和发展修井机井架结构的分析理论。本文在收集分析国内外修井机相关的设计、计算和使用资料的基础上,依据最新API Spec 4F《钻井和修井结构规范》,提出了车载式不压井修井机井架的两种设计方案,建立了修井机井架的有限元模型,运用有限元方法对井架各种典型工况下进行了静力学仿真分析,得出了静态下的应力、位移变化规律,通过对分析结果的比较,最终选择了第二种井架设计方案,并通过对该方案关键承载部位的具体分析验证了此种设计方案的可行性。模态分析作为结构动力特性研究的一种近代方法,逐渐成为现代工程领域动态分析与设计的核心,它所决定的结构固有频率和振型,正是结构承受动态载荷结构设计中的重要参数,故而成为其它诸如瞬态分析等动力学分析的起点。本文利用有限元方法完成了车载式不压井修井机井架的模态分析,并获得前十阶固有频率和模态振型,通过观察分析结果的计算位移,得到车载式不压井修井机井架的振动特性。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第一章 绪论 10-16 1.1 修井机发展概述 10-12 1.1.1 国外修井机现状 10 1.1.2 国内修井机现状 10-12 1.2 不压井(带压)作业技术简述 12 1.3 井架有限元研究的现状 12-13 1.4 修井机井架设计计算的基本规定 13-14 1.5 课题研究的背景和意义 14 1.6 课题研究的主要内容 14-15 1.7 本章小结 15-16 第二章 井架结构静力学分析的理论基础 16-24 2.1 井架有限元分析原理 16 2.1.1 有限元法的基本原理 16 2.1.2 有限元分析软件ANSYS简介 16 2.2 结构静力分析原理 16-19 2.2.1 静强度规定 16-17 2.2.2 静力分析基本原理 17-19 2.3 单元特性分析 19-23 2.3.1 梁单元特性分析 19-22 2.3.2 壳单元特性分析 22 2.3.3 实体单元特性分析 22-23 2.4 本章小结 23-24 第三章 井架设计方案的提出与比较分析 24-45 3.1 修井机井架的设计要求 24 3.2 修井机井架的两种设计方案 24-26 3.2.1 井架第一种设计方案简述 24-25 3.2.2 第二种设计方案简述 25-26 3.3 井架承受的载荷分析 26-30 3.3.1 恒定载荷 26-27 3.3.2 工作载荷 27 3.3.3 自然载荷 27-30 3.4 井架有限元模型的建立 30-32 3.4.1 井架材料特性 30-31 3.4.2 两种方案井架有限元模型 31-32 3.5 约束的确定 32 3.6 两种方案在各工况下的计算分析 32-39 3.6.1 方案一井架的有限元分析 32-36 3.6.2 方案二井架的有限元分析 36-39 3.7 井架两种方案比较分析及方案选定 39-40 3.8 方案二井架主要承载部位的有限元分析 40-44 3.8.1 有限元模型的建立 40-41 3.8.2 约束和载荷的确定 41-42 3.8.3 模型的有限元分析 42-44 3.9 本章小结 44-45 第四章 修井机井架的模态分析 45-55 4.1 模态分析理论 45-50 4.1.1 概述 45 4.1.2 结构模态分析基本原理 45-47 4.1.3 子空间迭代法 47-50 4.2 修井机井架结构的模态计算 50-54 4.2.1 前十阶固有频率 50-51 4.2.2 前十阶振型 51-54 4.3 本章小结 54-55 第五章 结论 55-56 参考文献 56-58 在学研究成果 58-59 致谢 59
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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气开采机械设备 > 修井机械设备
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