全平衡式伸缩钻杆设计.doc

全平衡式伸缩钻杆设计摘要：深海钻井时，半潜式钻井平台或浮式钻井船在波浪作用下产生周期性的升沉运动，使钻柱作上、下运动，造成井底钻压变化，甚至钻头脱离井底而无法钻进，因此需要采取措施补偿升沉运动。全平衡式伸缩钻杆在钻铤上方增加一根伸缩钻杆对此进行补偿，在钻杆中间设置一平衡缸，使高压钻井液在液缸中产生的轴向力与钻杆工作时产生的张开力完全平衡，使伸缩钻杆不会自行张开。本文首先介绍了国内外海洋石油钻采设备的发展现状，在拟定工作原理的基础上，对全平衡式伸缩钻杆进行了结构设计和各组件的力学性能分析。关键词：伸缩钻杆；平衡缸；结构设计；力学性能分析ThedesignoffullybalancedtelescopicdrillpipeAbstract：Deep-seadrilling,thesemi-submersibledrillingplatformorfloatingdrillingvesselproduceperiodicheavemotionundertheactionofthewaves,sothatthedrillstringfloatupanddown,resultinginchangesofdrillingpressureinbottomhole,andevendrillbitsfromthebottomandcannotdrill,thereforeneedtotakemeasurestocompensateforheavemotion.Fullybalancedtelescopicdrillpipeaddsatelescopicdrillpipeaboveonthedrillcollartocompensateforthis,settingabalancecylinderinthemiddleofdrillpipe,drillingfluidpressureproducedinthehydrauliccylindercanbebalancedcompletelytotheaxialopenforcegeneratedfromwhenthethedrillpipework,soflexibledrillpipewillnotautomaticallyopen.Thispaperintroducesthedevelopmentofoffshoreoildrillingandproductionequipmentstatusboththedomesticandinternational,basedonworkingouttheprinciple,designingthestructuralofthefullybalancedtelescopicdrillpipeandanalysisingthemechanicalpropertiesofthevariouscomponentsaboutthedrill.Keywords：Telescopicdrillpipe；Balancecylinder；Designofstructure；Mechanicalanalysis目录1绪论.11.1研究背景及目的.11.2国外海洋石油钻采设备的发展情况.21.3国内海洋石油钻采设备的发展现状.31.4我国海洋石油钻采设备与国外的主要差距.71.5海洋钻井船的几种升沉补偿装置.81.5.1游动滑车与大钩间装设升沉补偿装置.81.5.2天车上装设升沉补偿装置.101.5.3死绳上装设升沉补偿装置.112全平衡式伸缩钻杆工作原理设计.133全平衡式伸缩钻杆结构设计.143.1总体结构及标准件设计.143.2各组件结构设计.154全平衡式伸缩钻杆各组件的力学性能分析.204.1接头的力学性能分析.204.1.1平衡缸与其两端接头的连接强度校核.204.1.2下工具接头的抗扭强度.214.1.3下工具接头联结要素的计算和其理论上紧力矩的计算.214.2钻杆的抗扭强度分析计算.234.3钻杆各组件的强度校核.254.3.1心轴的强度校核.264.3.2短节的强度校核.274.3.3内冲管的强度校核.274.3.4内轴的强度校核.294.4钻杆的抗挤毁强度分析计算.304.5钻杆各组件的抗内压强度分析计算.324.5.1心轴的抗内压强度.334.5.2短节的抗内压强度.334.5.3内冲管的抗内压强度.344.5.4内轴的抗内压强度.344.6钻杆各组件的抗拉强度分析计算.354.6.1心轴的抗拉强度.364.6.2短节的抗拉强度.364.6.3内冲管的抗拉强度.374.6.4内轴的抗拉强度.384.7接头的抗内压强度及抗拉强度分析.394.7.1圆螺纹管类接头的抗拉强度.394.7.2接箍的抗内压强度.395结论.41参考文献.42致谢.错误!未定义书签。附录.4411绪论1.1研究背景及目的地球的表面积为5.1亿平方公里，海洋覆盖了地球约71%的表面积，即3.62亿平方公里。海洋中蕴藏着丰富的石油资源，据专家预测，海洋石油资源占全球石油资源的1312。世界上的主要产油区基本都处于海洋地带，如波斯湾、地中海、北海、几内亚湾、加勒比海、墨西哥湾等。随着全球资源越来越紧张，陆上油气开采已有饱和的趋势，海洋越开越成为人类能源需求的最后依赖之地。对我国来说，随着机械制造工业的不断发展，石油钻采设备也逐步改进，石油开采也随之不断加快步伐，从陆地到海上石油的开采量都有显著增加。但是，由于经济的高速增长，石油消费也呈现出快速增长的趋势。由于受国内石油资源的限制，中国石油产量已无法满足经济增长对其日益增长的需求。2008年我我国石油净进口量达2.0067亿吨，已成为全球第二大石油消费国，石油对外依存度达到51.3%。预计到2020年我国石油自给率将只有40%，2050年将有70%以上的石油从国外进口。面对当前的能源紧张情况，我国的几大油田除西部以外都已经接近开采的后期，然而，我国的海洋石油开发却刚刚是个开始。为了提高我国石油的自给程度，除继续开发陆上油田之外，还需要充分挖掘深海拥有丰富油气资源的潜力，“向深海进军”、“向深海要油”。近年来，中石油、中石化、中海油三大公司对海上石油开采越来越重视，均提出了“向深海要油”的课题。“向深海要油”的必要性是：（1）深海水域面积的客观存在。全球海洋平均深度为3730m，而其中水深在30006000m的就占了海洋总面积的73.83%。但是，水深200m以内的近海大陆架水域面积却仅仅占了海洋总面积的7.49%。这种对比悬殊的客观存在，决定了要大力向深海找资源。（2）深海潜在的油气资源条件。目前，世界上已在海上发现了油气田1600多个，仅其中已经投产的200多个油气田年产量即达到12亿吨，约占世界石油总产量的13。但应该指出，目前已探明的海洋石油储量80%以上均是在水深500m以内，而水深大于500m的大面积海洋中的油气资源，约占全球海洋石油资源的44%，尚有待探明。（3）全球海上油田的发展趋势。近年来，全球海洋石油开发主要是向深海发展，仅2001年一年内，全球在水深超过1000m的海域里的探井数就多达130口。据估计，在20012007年，全世界投入的海洋油气田开发项目就有434个，其中水深大于500m的深海项目占到了48%。还有22%的项目属于水深大于1200m者。目前，全球约有60多个国家从事深海油气勘探，且已发现了33个超过5亿桶的深水巨型油气田。因此，“向深海要油”是大势所趋。（4）我国深海油气开发的有利形势。我国南海海域面积多达200万km，它是世界上四大海洋油气聚集中心之一。我国南海石油储量约有230亿300亿吨，天然气338万亿方，