隔水套管对中装置设计

论文摘要

隔水套管在海洋石油开采工程中有着广泛的应用,其主要功能是隔离海水以便形成钻井液的循环通道,同时作为井口的持力结构。近年来,海洋石油开采工程中的较深水项目不断增多,浅海作业方法对海况条件要求严格,如果仍然采用该方法容易引起海上施工船的待机。因此为了提高作业效率,降低施工对海况条件的苛刻要求,设计开发了隔水套管对中装置。对中装置可以完成两段隔水套管的夹持、对中及锁紧,进而在对接端部进行焊接操作,实现隔水套管的分段连接。隔水套管对中装置能有效抵御因风、海流、海浪或地层因素所造成的冲击载荷,使隔水套管的安装拆卸和对中调节操作更方便、快捷,极大提高钻井平台的工作效率。隔水套管对中装置由机械结构、液压系统及控制系统组成。整机的研制采用了数字化的设计方法进行了装置3D结构的设计建模。隔水套管对中装置的机械结构主要包括支架、左门、右门、导向板、加紧垫块等零部件。支架结构由4个半圆弧形的箱型梁、3根立管、2个半弧形板及筋板焊接而成,该结构可以保证足够的刚度及强度,进而实现隔水套管对中精度要求。为了适应不同尺寸的隔水套管(直径分别为φ762mm,φ610mm,φ508mm),在支架弧形板内设计了加紧块安装基座,加紧块可更换。隔水套管对中装置高5620mm,最大截面直径2400mm。进行了结构强度的分析校核,建立了极限载荷条件下隔水套管对中装置的非线性接触有限元分析模型。考虑结构的对称性,取整体模型的四分之一建立有限元模型,得到结构的应力应变场等信息,分析结果表明隔水套管对中装置结构强度满足设计要求。完成了液压系统及控制系统的设计。液压系统采用8个液压缸作为执行元件,完成隔水套管对中装置的加紧和释放功能,2对控制阀完成隔水套管对中装置的开合和锁紧,液压系统操作方式有手动和半自动2种模式。控制系统采用PLC CPM2A实现电磁阀的顺序控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的来源、目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 海洋平台
• 1.3.2 隔水套管的应用
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 隔水套管对中装置总体方案
• 2.1 隔水套管对中装置的技术要求
• 2.2 工作原理
• 2.3 总体结构方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 隔水套管对中装置机械结构
• 3.1 概述
• 3.2 隔水套管对中装置结构
• 3.2.1 支架
• 3.2.2 左、右门
• 3.2.3 横梁
• 3.3 本章小结
• 第4章 隔水套管对中装置强度分析
• 4.1 有限元方法概述
• 4.2 三维应力问题有限元分析理论
• 4.3 隔水套管对中装置结构强度分析
• 4.3.1 支架管的强度校核
• 4.3.2 夹持隔水套管状态下对中装置强度分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 隔水套管对中装置液压及电控系统设计
• 5.1 概述
• 5.2 隔水套管对中装置液压系统设计
• 5.2.1 液压系统原理
• 5.2.2 液压系统操作原理
• 5.3 隔水套管控制系统设计
• 5.3.1 控制系统功能概述
• 5.3.2 控制方式选择
• 5.3.3 控制系统设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢