[發(fā)明專利]石油設(shè)備有限元分析的建模方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110404679.7
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN103136408A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 晉兆建
• 申請（專利權(quán)）人: 晉兆建
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石油設(shè)備有限元分析的建模方法。

背景技術(shù)

石油鉆機隨著鉆井方法、鉆井工藝的出現(xiàn)而產(chǎn)生，又隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生相應(yīng)變化。進入21世紀以來，石油鉆機自動化、數(shù)字化、智能化、信息化水平快速發(fā)展。鉆機整體向著交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(AC-GTO-AC)方向發(fā)展。隨著交流變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻電驅(qū)動鉆機會取代可控硅直流電驅(qū)動鉆機，該型鉆機具有現(xiàn)代機械驅(qū)動鉆機和直流電驅(qū)動鉆機無可比擬的優(yōu)越性能，將成為陸地和石油鉆機的換代產(chǎn)品。

石油鉆機是指用來進行石油與天然氣勘探、開發(fā)的成套鉆井設(shè)備。一般說來，整套鉆機由下述八大系統(tǒng)設(shè)備組成：

1.旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)備

為了轉(zhuǎn)動井中鉆具，帶動鉆頭破碎巖石，鉆機配備了旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。它主要由轉(zhuǎn)盤、水龍頭、鉆桿柱及鉆頭組成。另外，水龍頭、鉆桿柱和鉆頭也起著循環(huán)高壓鉆井液的作用。轉(zhuǎn)盤是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的核心，是鉆機的三大工作機組之一。頂部驅(qū)動鉆機配備了頂部驅(qū)動鉆井裝置，代替轉(zhuǎn)盤驅(qū)動鉆桿柱和鉆頭旋轉(zhuǎn)。

2.循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備

為了及時清洗井底、攜帶巖屑、保護井壁，鉆機配備了鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。主要有鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化設(shè)備和鉆井液調(diào)配裝置(固控設(shè)備)等。當采用井下動力鉆具鉆進時，循環(huán)系統(tǒng)還擔負著提供高壓鉆井液，驅(qū)動井下渦輪鉆具或螺桿鉆具帶動鉆頭破碎巖石的任務(wù)。鉆井泵是循環(huán)系統(tǒng)的核心，是鉆機的三大工作機組之一。

3.起升系統(tǒng)設(shè)備

為了起下鉆具、下套管、控制鉆壓及鉆頭送進等，鉆機配備了起升系統(tǒng)，以輔助完成鉆井作業(yè)。這套設(shè)備主要由鉆井絞車、輔助剎車、游動系統(tǒng)(如鋼絲繩、天車、游動滑車)、大鉤和井架組成。另外，還有用于起下操作的井口工具及機械化設(shè)備(如吊環(huán)、吊卡、卡瓦、動力大鉗、立根移運機構(gòu)等)。絞車是起升系統(tǒng)的核心，是鉆機的三大工作機之一。

上述三大系統(tǒng)設(shè)備是直接服務(wù)于鉆井生產(chǎn)的，是鉆機的三大工作系統(tǒng)。絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵稱為鉆機的三大工作機組。

4.動力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備

動力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備是指為整套機組(三大工作機組及其他輔助機組)提供能量的設(shè)備，可以是柴油機及其供油設(shè)備，或是交流、直流電動機及其供電、保護、控制設(shè)備等。

5.傳動系統(tǒng)設(shè)備

傳動系統(tǒng)設(shè)備是指連接動力機與工作機，實現(xiàn)從驅(qū)動設(shè)備到工作機組的能量傳遞、分配及運動方式轉(zhuǎn)換的設(shè)備。它包括減速、并車、倒車及變速機構(gòu)等。鉆機中常用的機械傳動副主要是鏈條、三角膠帶、齒輪和萬向軸。此外，不少鉆機還采用了液力傳動、液壓傳動、電傳動等傳動形式。

6.控制系統(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表

為了指揮、控制各機組協(xié)調(diào)地進行工作，整套鉆機配備有各種控制裝置，常用的有機械控制、氣控制、電控制、液控制和電、氣、液混合控制。機械驅(qū)動鉆機，普遍采用集中統(tǒng)一氣控制。現(xiàn)代鉆機還配備各種鉆井儀表及隨鉆測量系統(tǒng)，監(jiān)測顯示地面有關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況，測量井下參數(shù)，實現(xiàn)井眼軌跡控制。

7.鉆機底座

底座包括鉆臺底座和機房底座，用于安裝鉆井設(shè)備，方便鉆井設(shè)備的移運。鉆臺底座用于安裝井架、轉(zhuǎn)盤，放置立根盒及必要的井口工具和司鉆控制臺，多數(shù)還要安裝絞車。鉆臺底座應(yīng)能容納必要的井口裝置，因此，必須有足夠的高度、面積和剛性。機房底座主要用于安裝動力機組及傳動系統(tǒng)設(shè)備，因此，也要有足夠的面積和剛性，以保證機房設(shè)備能夠迅速安裝找正、平穩(wěn)工作且移運方便。

8.輔助設(shè)備

成套鉆機還必須具有供氣設(shè)備、輔助發(fā)電設(shè)備、井口防噴設(shè)備、鉆鼠洞設(shè)備及輔助起重設(shè)備，在寒冷地帶鉆井時還必須配備保溫設(shè)備。

石油鉆機的型式多樣，可分為：驅(qū)動型式、傳動型式、移運方式。

按驅(qū)動型式分為：柴油機驅(qū)動、電驅(qū)動、液壓驅(qū)動。其中電驅(qū)動又分為：交流電驅(qū)動、直流電驅(qū)動、交流變頻電驅(qū)動。

按傳動型式分為：鏈條傳動、V帶傳動、齒輪傳動。

按移運方式分為：塊裝式、自行式、拖掛式。

40多年來，我國石油鉆機經(jīng)歷了仿制、引進消化、吸收的過程，現(xiàn)已進入以自主開發(fā)為主的階段。近10年來，我國石油鉆機技術(shù)得到最為快速的發(fā)展，制造能力得到極大提高。我國鉆機制造廠制造的各種鉆機已基本滿足我國石油勘探開發(fā)工作自身的需要，先后開發(fā)了適于陸地、沙漠及海洋作業(yè)的石油鉆機，傳動技術(shù)已發(fā)展到機械傳動、直流電傳動、交流變頻電傳動及機、電復(fù)合傳動并舉。我國已形成年制造鉆機200臺的能力，已成為全球最大鉆機制造國。我國石油鉆機技術(shù)及制造能力的發(fā)展為我國石油工業(yè)實施低成本戰(zhàn)略，參與國際市場競爭及保證我國石油安全奠定了良好的基礎(chǔ)。