自升式钻井平台塔式井架的设计计算

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1、自升式钻井平台塔型井架的设计计算摘要：塔型井架是自升式海洋钻井平台钻井包的重要组成部分。通过对比各种类型的塔型井架类型，选择变异型塔型井架结构作为9000米自升式钻井平台井架结构形式。设计选择井架主体尺寸及截面类型；选择螺栓连接组成井架桁架结构，以便于内陆建造及公路铁路的运输。利用SACS软件建立井架的有限元模型，根据API4F规范要求校核井架在工作工况、预期工况和非预期工况下的结构强度，结果满足规范要求。关键词:变异型塔型井架；结构设计；SACS；强度分析[中图分类号]TE923[文献标识码]ADesignandCalculationofT-derrickonJackU

2、pDrillingPlatformAbstract:Towerderrickisanimportantrigequipmentinthedrillingequipment&systemonthejackupdrillingplatform.Varianttowerderrickstructureisselectedas9000mjackuprigderrickstructureformbycomparingthevarioustypesofderricktowertype.TheDerrickbodysizeisdesignedandthederrick’ssection

3、typeisselected;Thederrickbarsconnectsbyboltingsothatthederrickcanbeconstructedinlandandtransportedbyroadorrail.ThefiniteelementmodelofthederrickisestablishedbySACSsoftware,Structuralstrengthofthederrickinworkingconditions,expectedconditionsandunanticipatedconditionsischeckedinaccordancewi

4、thAPI4Fthirdedition,thecheckresultsatisfiestheregulatorystrengthrequirement.Keywords:Varianttowerderrick,structuraldesign,SACS,strengthanalysis自升式钻井平台井架作为海洋钻机起升系统的重要组成部分，工作中受到的载荷远比陆地钻机工况复杂，不仅存在常规工作载荷，而且还有复杂的海浪、洋流等动载荷的作用，工作环境更加恶劣。塔型井架截面为矩形，结构稳定，承载能力强[1]，因此尤其适应于海洋环境复杂和受载不确定的作业。1塔型井架结构类型浮式钻井

5、平台上塔型井架作为海洋钻机八大系统中起升系统中重要的设备[2，其功用主要是支撑天车，悬挂顶驱、游车、及专用工具等，内竖直导轨对顶驱具有导向作用。海洋塔型井架主要由井架主体、二层台、天车架、天车台、工作梯、立管平台等组成[3]。海洋塔型井架在四面锥度、井眼中心的变化情况主要有以下几类情形。101.1古典式塔型井架该类塔型井架横截面为正方向，井架四面锥度从台面到天车保持不变，如图1所示。井架稳定性好，受力均匀。但二层台的空间很小，很难满足现有深井钻井立根的排放，且满足不了现有自动化钻机的机具布置，钻机自动化程度难以得到提高。现今新建的塔型井架基本淘汰了此类型的井架。1.2瓶颈

6、式塔型井架即酒瓶式井架，该井架横截面为正方形，与经典塔型井架不同的是，四面在二层台上方发生变化，且四面锥度均相同，井架下段四面均为直立结构，如图2所示。该类井架下部空间大，能满足台面和二层台处的各种机械设备的布置和操作。但是绞车只能安装在井架内，对钻台上安装机械手的数量有所限制，从而对钻机的自动化程度有所削弱，此外因为井眼中心在井架中心，对自升式平台上的悬臂梁底座来说，会对悬臂梁产生较大的弯矩。目前，海洋平台大部分钻机都是采用的此类结构。1.3改进型瓶颈式塔型井架结构特征为：井架横截面为正方形，绞车侧锥度从台面到天车恒定不变；其余三面在均在二层台上方发生变化，且三面锥度均

7、相同，三面下段为直立结构。该类井架绞车能够安装在井架的外侧，钻台能满足各种自动化设备的布置和操作。但是相对瓶颈式塔型井架，其受力状况稍差，同样因为井眼中心在井架中心，会对自升式平台上的悬臂梁底座产生较大的弯矩。目前，国内大连船舶重工承建的COSL941和COSL942平台井架就是采用的此类结构。10图1古典式塔型井架图2瓶颈式塔型井架图3改进型瓶颈式塔型井架2课题塔型井架结构设计针对上述三种类型的塔式井架结构，为了克服其自动化设备布置空间、对自升式平台悬臂梁底座的压载问题，课题设计一种另一种塔型井架结构形式-变异式塔型井架，结