趙慶+侯潤
摘 要:在實現(xiàn)“十二五”鉆井技術發(fā)展的道路上,鉆井液作為鉆井工程的血液,其固控循環(huán)系統(tǒng)結構設計的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟效益。文章結合泥漿罐結構特性,一改四角方型罐設計,展示所設計ZJ50L鉆機泥漿固控船型循環(huán)罐,并簡析罐板厚度等,為其結構最優(yōu)化提供依據(jù)。
關鍵詞:ZJ50L;泥漿罐;結構設計;板厚簡析
在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上,鉆井液凈化質量直接影響鉆井質量和鉆井成本,而作為泥漿固相循環(huán)控制系統(tǒng)的載體,泥漿固控循環(huán)罐同樣起著舉足輕重的作用。文章簡述長城鉆探鉆井一公司裝備服務公司所設計制造的ZJ50L泥漿罐的結構優(yōu)化,并分析罐板厚度要求等,為進一步運用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎。
1 技術參數(shù)
泥漿罐有效容積:380m3;泥漿罐數(shù)量:8個
泥漿罐外形尺寸:12500mm×3000mm×2500mm。
2 流程與連接設計
為實現(xiàn)泥漿循環(huán)、加重、剪切、固液分離及特殊事故等工藝要求,ZJ50L固控系統(tǒng)選用4個罐來承載三聯(lián)振動篩、真空除氣器、除砂除泥一體機、中速及高速離心機5級凈化設備。
泥漿泵上水管線與砂泵上水管線,分別通過船型罐體雙側外掛DN300大通徑管線來實現(xiàn)。相對過去罐內主線設計,這樣方便流程安裝、管線清砂,更利于固控循環(huán)效果。其余罐內輔線均安有旋升式海底閥,根據(jù)鉆井現(xiàn)場的要求,閉合開關實現(xiàn)任意倉上水,避免泥漿必須循環(huán)每個倉才能到達泥漿泵。
罐與罐之間的泥漿槽、主流程管線、中壓泥漿管線、低壓清水管線分別采用12"、10"、6"、4"的密封性好、安裝迅捷、耐腐蝕性好的錘擊由壬連接。
3 結構設計
3.1 主體設計
新型固控循環(huán)罐的罐體設計為倒梯形船型結構,在此稱船型泥漿罐。采用32#工字鋼作為底座主梁,為利于清罐,15°斜鋪8mm厚的熱軋鋼板做底板。為方便整體拖拽與吊裝,在罐側上部設有吊裝點,底座兩端設有拖裝點。罐體側板為8mm厚的熱軋鋼板,距底端600mm處向內折15°彎板,組焊成全密閉倒梯形船箱式結構。內部采用14#工字鋼間隔800mm加固,以防罐皮變形膨脹。罐頂框的兩條縱向方管分別作為中壓泥漿管線和低壓清水管線,故采用160mm無縫方管焊制。從運輸車輛等實際運輸條件考慮,罐底座≤2.6m,罐體寬度≤3m,這樣便于設備的安裝與運輸,又減小了設備的占地面積。
圖1 ZJ50L船型泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)
3.2 罐面設計
為了安全可靠,整體美觀,罐面主體鋪設6mm厚耐腐蝕性好、強度高的腐豆花紋板,避免熱帶大量雨水進罐,稀釋鉆井液。在攪拌器縱向安放鍍鋅鋼格網(wǎng),這樣易于觀察罐內情況,利于泥漿散熱、延長使用壽命、提高安全系數(shù)。罐面配備2"清水管線接頭。罐面欄桿采用40方管焊成,插接牢固,折疊自如,所有護欄均有保險掛鉤。
3.3 輔助設計
整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對泥漿腐蝕性,罐內噴涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆和重防腐瀝青漆。罐內安放99%純度鋅板,中和泥漿,減小腐蝕性。本罐棄用隱蔽電纜槽,采用外掛電纜槽設計,穿線便捷,檢修容易,又利于罐內走線格局,節(jié)省電纜。
4 罐板受力簡析與厚度初選
過去泥漿罐結構選材通常用經(jīng)驗及類比設計法。但伴隨鉆井技術與CAD技術的發(fā)展,泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大,因此,必須進行應力分析,依據(jù)流體力學、材料力學的載荷分布理論、強度理論進行設計,以及CAD技術進行建模仿真、有限元分析,使罐皮具有符合井用要求的彎曲強度與撓度。泥漿罐為鋼結構焊接密閉船型罐,罐皮厚遠小于罐面尺寸,故看作薄殼類容器。
文章通過初步簡明計算,對泥漿罐側板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結構形式進行設計,以選擇在安全撓度范圍內的最優(yōu)板厚。
當泥漿罐負載時,泥漿對罐內板產(chǎn)生靜壓力,而兩縱向側板受彎曲作用最嚴重,根據(jù)“木桶原理”,首要考慮縱向側板。
4.1 罐板強度計算
已知:ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3;鋼板厚度負偏差C1=0.1mm;腐蝕余量C2=0.4mm;罐壁材料:Q235熱軋鋼板;設計溫度下罐壁材料的許用應力[δ]t=145Mpa;設計溫度下罐壁材料的彈性模量Et=1.91×105Mpa;加固件材料:Q235型鋼;加固件間距L=800mm;罐壁高H=1940mm;
由■=■=2.425,α、β計算(四邊簡支,三角形載荷)得
α=0.054;β=0.062
計算板厚:
則?啄=?啄w+C1+C2=7.38+0.4+0.1=7.88mm
故取?啄w,n=8mm合適。
4.2 罐板剛度校核
由于罐體高度小于2000mm。按經(jīng)驗可將該罐按C型計算。
罐皮的最大撓度fw,max計算:
罐皮的許用撓度計算:
因為fw,max<[f],所以側板剛度滿足要求。
在實際預制中,罐皮內設計有加固筋。鑒于篇幅,在此僅提供罐皮厚度初選。泥漿罐底座、罐體、罐頂、拉筋、吊裝件等均需要進行剛度和強度校核,通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進行有限元分析。只有經(jīng)過嚴格的力學分析校核,才能保證罐體結構的安全性,保證泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)的正常凈化過程。
5 結束語
現(xiàn)場應用表明,ZJ50L泥漿罐的結構設計合理緊湊,占地面積?。粶p少搬遷車輛數(shù)量,省工省力;簡化固控流程,減少泥漿損失;最優(yōu)化罐體強度與剛度,使用安全、操作方便;延長罐體壽命,避免零部件損壞;降低了勞動強度,縮短了安裝時間。泥漿罐更人性的設計、更便捷的移動、更優(yōu)良的凈化,對滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要,同時提高工作效率,也就是提高了鉆井效率,為GWDC進一步完成鉆探開發(fā)服務打下堅實基礎。
參考文獻
[1]顏曉軍.鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].甘肅科技,2012(24).
[2]趙娜.鉆機泥漿固控系統(tǒng)的設計[J].甘肅科技,2008(18).
[3]胡明一,等.矩形常壓液體貯槽的強度剛度設計[J].石油化工設計,2007(4).endprint
摘 要:在實現(xiàn)“十二五”鉆井技術發(fā)展的道路上,鉆井液作為鉆井工程的血液,其固控循環(huán)系統(tǒng)結構設計的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟效益。文章結合泥漿罐結構特性,一改四角方型罐設計,展示所設計ZJ50L鉆機泥漿固控船型循環(huán)罐,并簡析罐板厚度等,為其結構最優(yōu)化提供依據(jù)。
關鍵詞:ZJ50L;泥漿罐;結構設計;板厚簡析
在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上,鉆井液凈化質量直接影響鉆井質量和鉆井成本,而作為泥漿固相循環(huán)控制系統(tǒng)的載體,泥漿固控循環(huán)罐同樣起著舉足輕重的作用。文章簡述長城鉆探鉆井一公司裝備服務公司所設計制造的ZJ50L泥漿罐的結構優(yōu)化,并分析罐板厚度要求等,為進一步運用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎。
1 技術參數(shù)
泥漿罐有效容積:380m3;泥漿罐數(shù)量:8個
泥漿罐外形尺寸:12500mm×3000mm×2500mm。
2 流程與連接設計
為實現(xiàn)泥漿循環(huán)、加重、剪切、固液分離及特殊事故等工藝要求,ZJ50L固控系統(tǒng)選用4個罐來承載三聯(lián)振動篩、真空除氣器、除砂除泥一體機、中速及高速離心機5級凈化設備。
泥漿泵上水管線與砂泵上水管線,分別通過船型罐體雙側外掛DN300大通徑管線來實現(xiàn)。相對過去罐內主線設計,這樣方便流程安裝、管線清砂,更利于固控循環(huán)效果。其余罐內輔線均安有旋升式海底閥,根據(jù)鉆井現(xiàn)場的要求,閉合開關實現(xiàn)任意倉上水,避免泥漿必須循環(huán)每個倉才能到達泥漿泵。
罐與罐之間的泥漿槽、主流程管線、中壓泥漿管線、低壓清水管線分別采用12"、10"、6"、4"的密封性好、安裝迅捷、耐腐蝕性好的錘擊由壬連接。
3 結構設計
3.1 主體設計
新型固控循環(huán)罐的罐體設計為倒梯形船型結構,在此稱船型泥漿罐。采用32#工字鋼作為底座主梁,為利于清罐,15°斜鋪8mm厚的熱軋鋼板做底板。為方便整體拖拽與吊裝,在罐側上部設有吊裝點,底座兩端設有拖裝點。罐體側板為8mm厚的熱軋鋼板,距底端600mm處向內折15°彎板,組焊成全密閉倒梯形船箱式結構。內部采用14#工字鋼間隔800mm加固,以防罐皮變形膨脹。罐頂框的兩條縱向方管分別作為中壓泥漿管線和低壓清水管線,故采用160mm無縫方管焊制。從運輸車輛等實際運輸條件考慮,罐底座≤2.6m,罐體寬度≤3m,這樣便于設備的安裝與運輸,又減小了設備的占地面積。
圖1 ZJ50L船型泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)
3.2 罐面設計
為了安全可靠,整體美觀,罐面主體鋪設6mm厚耐腐蝕性好、強度高的腐豆花紋板,避免熱帶大量雨水進罐,稀釋鉆井液。在攪拌器縱向安放鍍鋅鋼格網(wǎng),這樣易于觀察罐內情況,利于泥漿散熱、延長使用壽命、提高安全系數(shù)。罐面配備2"清水管線接頭。罐面欄桿采用40方管焊成,插接牢固,折疊自如,所有護欄均有保險掛鉤。
3.3 輔助設計
整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對泥漿腐蝕性,罐內噴涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆和重防腐瀝青漆。罐內安放99%純度鋅板,中和泥漿,減小腐蝕性。本罐棄用隱蔽電纜槽,采用外掛電纜槽設計,穿線便捷,檢修容易,又利于罐內走線格局,節(jié)省電纜。
4 罐板受力簡析與厚度初選
過去泥漿罐結構選材通常用經(jīng)驗及類比設計法。但伴隨鉆井技術與CAD技術的發(fā)展,泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大,因此,必須進行應力分析,依據(jù)流體力學、材料力學的載荷分布理論、強度理論進行設計,以及CAD技術進行建模仿真、有限元分析,使罐皮具有符合井用要求的彎曲強度與撓度。泥漿罐為鋼結構焊接密閉船型罐,罐皮厚遠小于罐面尺寸,故看作薄殼類容器。
文章通過初步簡明計算,對泥漿罐側板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結構形式進行設計,以選擇在安全撓度范圍內的最優(yōu)板厚。
當泥漿罐負載時,泥漿對罐內板產(chǎn)生靜壓力,而兩縱向側板受彎曲作用最嚴重,根據(jù)“木桶原理”,首要考慮縱向側板。
4.1 罐板強度計算
已知:ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3;鋼板厚度負偏差C1=0.1mm;腐蝕余量C2=0.4mm;罐壁材料:Q235熱軋鋼板;設計溫度下罐壁材料的許用應力[δ]t=145Mpa;設計溫度下罐壁材料的彈性模量Et=1.91×105Mpa;加固件材料:Q235型鋼;加固件間距L=800mm;罐壁高H=1940mm;
由■=■=2.425,α、β計算(四邊簡支,三角形載荷)得
α=0.054;β=0.062
計算板厚:
則?啄=?啄w+C1+C2=7.38+0.4+0.1=7.88mm
故?。孔膚,n=8mm合適。
4.2 罐板剛度校核
由于罐體高度小于2000mm。按經(jīng)驗可將該罐按C型計算。
罐皮的最大撓度fw,max計算:
罐皮的許用撓度計算:
因為fw,max<[f],所以側板剛度滿足要求。
在實際預制中,罐皮內設計有加固筋。鑒于篇幅,在此僅提供罐皮厚度初選。泥漿罐底座、罐體、罐頂、拉筋、吊裝件等均需要進行剛度和強度校核,通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進行有限元分析。只有經(jīng)過嚴格的力學分析校核,才能保證罐體結構的安全性,保證泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)的正常凈化過程。
5 結束語
現(xiàn)場應用表明,ZJ50L泥漿罐的結構設計合理緊湊,占地面積小;減少搬遷車輛數(shù)量,省工省力;簡化固控流程,減少泥漿損失;最優(yōu)化罐體強度與剛度,使用安全、操作方便;延長罐體壽命,避免零部件損壞;降低了勞動強度,縮短了安裝時間。泥漿罐更人性的設計、更便捷的移動、更優(yōu)良的凈化,對滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要,同時提高工作效率,也就是提高了鉆井效率,為GWDC進一步完成鉆探開發(fā)服務打下堅實基礎。
參考文獻
[1]顏曉軍.鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].甘肅科技,2012(24).
[2]趙娜.鉆機泥漿固控系統(tǒng)的設計[J].甘肅科技,2008(18).
[3]胡明一,等.矩形常壓液體貯槽的強度剛度設計[J].石油化工設計,2007(4).endprint
摘 要:在實現(xiàn)“十二五”鉆井技術發(fā)展的道路上,鉆井液作為鉆井工程的血液,其固控循環(huán)系統(tǒng)結構設計的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟效益。文章結合泥漿罐結構特性,一改四角方型罐設計,展示所設計ZJ50L鉆機泥漿固控船型循環(huán)罐,并簡析罐板厚度等,為其結構最優(yōu)化提供依據(jù)。
關鍵詞:ZJ50L;泥漿罐;結構設計;板厚簡析
在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上,鉆井液凈化質量直接影響鉆井質量和鉆井成本,而作為泥漿固相循環(huán)控制系統(tǒng)的載體,泥漿固控循環(huán)罐同樣起著舉足輕重的作用。文章簡述長城鉆探鉆井一公司裝備服務公司所設計制造的ZJ50L泥漿罐的結構優(yōu)化,并分析罐板厚度要求等,為進一步運用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎。
1 技術參數(shù)
泥漿罐有效容積:380m3;泥漿罐數(shù)量:8個
泥漿罐外形尺寸:12500mm×3000mm×2500mm。
2 流程與連接設計
為實現(xiàn)泥漿循環(huán)、加重、剪切、固液分離及特殊事故等工藝要求,ZJ50L固控系統(tǒng)選用4個罐來承載三聯(lián)振動篩、真空除氣器、除砂除泥一體機、中速及高速離心機5級凈化設備。
泥漿泵上水管線與砂泵上水管線,分別通過船型罐體雙側外掛DN300大通徑管線來實現(xiàn)。相對過去罐內主線設計,這樣方便流程安裝、管線清砂,更利于固控循環(huán)效果。其余罐內輔線均安有旋升式海底閥,根據(jù)鉆井現(xiàn)場的要求,閉合開關實現(xiàn)任意倉上水,避免泥漿必須循環(huán)每個倉才能到達泥漿泵。
罐與罐之間的泥漿槽、主流程管線、中壓泥漿管線、低壓清水管線分別采用12"、10"、6"、4"的密封性好、安裝迅捷、耐腐蝕性好的錘擊由壬連接。
3 結構設計
3.1 主體設計
新型固控循環(huán)罐的罐體設計為倒梯形船型結構,在此稱船型泥漿罐。采用32#工字鋼作為底座主梁,為利于清罐,15°斜鋪8mm厚的熱軋鋼板做底板。為方便整體拖拽與吊裝,在罐側上部設有吊裝點,底座兩端設有拖裝點。罐體側板為8mm厚的熱軋鋼板,距底端600mm處向內折15°彎板,組焊成全密閉倒梯形船箱式結構。內部采用14#工字鋼間隔800mm加固,以防罐皮變形膨脹。罐頂框的兩條縱向方管分別作為中壓泥漿管線和低壓清水管線,故采用160mm無縫方管焊制。從運輸車輛等實際運輸條件考慮,罐底座≤2.6m,罐體寬度≤3m,這樣便于設備的安裝與運輸,又減小了設備的占地面積。
圖1 ZJ50L船型泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)
3.2 罐面設計
為了安全可靠,整體美觀,罐面主體鋪設6mm厚耐腐蝕性好、強度高的腐豆花紋板,避免熱帶大量雨水進罐,稀釋鉆井液。在攪拌器縱向安放鍍鋅鋼格網(wǎng),這樣易于觀察罐內情況,利于泥漿散熱、延長使用壽命、提高安全系數(shù)。罐面配備2"清水管線接頭。罐面欄桿采用40方管焊成,插接牢固,折疊自如,所有護欄均有保險掛鉤。
3.3 輔助設計
整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對泥漿腐蝕性,罐內噴涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆和重防腐瀝青漆。罐內安放99%純度鋅板,中和泥漿,減小腐蝕性。本罐棄用隱蔽電纜槽,采用外掛電纜槽設計,穿線便捷,檢修容易,又利于罐內走線格局,節(jié)省電纜。
4 罐板受力簡析與厚度初選
過去泥漿罐結構選材通常用經(jīng)驗及類比設計法。但伴隨鉆井技術與CAD技術的發(fā)展,泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大,因此,必須進行應力分析,依據(jù)流體力學、材料力學的載荷分布理論、強度理論進行設計,以及CAD技術進行建模仿真、有限元分析,使罐皮具有符合井用要求的彎曲強度與撓度。泥漿罐為鋼結構焊接密閉船型罐,罐皮厚遠小于罐面尺寸,故看作薄殼類容器。
文章通過初步簡明計算,對泥漿罐側板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結構形式進行設計,以選擇在安全撓度范圍內的最優(yōu)板厚。
當泥漿罐負載時,泥漿對罐內板產(chǎn)生靜壓力,而兩縱向側板受彎曲作用最嚴重,根據(jù)“木桶原理”,首要考慮縱向側板。
4.1 罐板強度計算
已知:ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3;鋼板厚度負偏差C1=0.1mm;腐蝕余量C2=0.4mm;罐壁材料:Q235熱軋鋼板;設計溫度下罐壁材料的許用應力[δ]t=145Mpa;設計溫度下罐壁材料的彈性模量Et=1.91×105Mpa;加固件材料:Q235型鋼;加固件間距L=800mm;罐壁高H=1940mm;
由■=■=2.425,α、β計算(四邊簡支,三角形載荷)得
α=0.054;β=0.062
計算板厚:
則?啄=?啄w+C1+C2=7.38+0.4+0.1=7.88mm
故取?啄w,n=8mm合適。
4.2 罐板剛度校核
由于罐體高度小于2000mm。按經(jīng)驗可將該罐按C型計算。
罐皮的最大撓度fw,max計算:
罐皮的許用撓度計算:
因為fw,max<[f],所以側板剛度滿足要求。
在實際預制中,罐皮內設計有加固筋。鑒于篇幅,在此僅提供罐皮厚度初選。泥漿罐底座、罐體、罐頂、拉筋、吊裝件等均需要進行剛度和強度校核,通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進行有限元分析。只有經(jīng)過嚴格的力學分析校核,才能保證罐體結構的安全性,保證泥漿固控循環(huán)系統(tǒng)的正常凈化過程。
5 結束語
現(xiàn)場應用表明,ZJ50L泥漿罐的結構設計合理緊湊,占地面積?。粶p少搬遷車輛數(shù)量,省工省力;簡化固控流程,減少泥漿損失;最優(yōu)化罐體強度與剛度,使用安全、操作方便;延長罐體壽命,避免零部件損壞;降低了勞動強度,縮短了安裝時間。泥漿罐更人性的設計、更便捷的移動、更優(yōu)良的凈化,對滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要,同時提高工作效率,也就是提高了鉆井效率,為GWDC進一步完成鉆探開發(fā)服務打下堅實基礎。
參考文獻
[1]顏曉軍.鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].甘肅科技,2012(24).
[2]趙娜.鉆機泥漿固控系統(tǒng)的設計[J].甘肅科技,2008(18).
[3]胡明一,等.矩形常壓液體貯槽的強度剛度設計[J].石油化工設計,2007(4).endprint