海底钻井用铁钻工机械臂的工作安全性分析

作     者：秦赛博 易先中 张徐文 蔡星星 陈志湘 王利军 张玺亮 Qin Saibo;Yi Xianzhong;Zhang Xuwen;Cai Xingxing;Chen Zhixiang;Wang Lijun;Zhang Xiliang

作者机构：长江大学机械工程学院 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心 盐城市新永佳石油机械制造有限公司 湖北江汉石油仪器仪表股份有限公司 扬州华元油气技术有限公司 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 

基　　金：国家自然科学基金项目“地面旋转导向钻井新方法及其控制机理”(51974035,U1262108,U1762214) 湖北省重点研发计划项目“智能钻井多维动力集成钻具研发及应用”(2020BAB055) 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2024年第52卷第10期

页      码：74-82页

摘      要：随着石油勘探开采逐渐由陆地转向海洋,浅海转向深海、超深海,常规的陆地铁钻工已无法在深水海洋平台直接应用。针对该问题,提出一种新型海底钻井系统配套的铁钻工机械臂结构,运用数值仿真模拟的方法对铁钻工机械臂结构的强度、疲劳强度、刚度、稳定性、抗振性展开安全性分析。研究表明:海底钻井用铁钻工机械臂结构在危险姿态(伸出1.8 m)时的最大von Mises应力为195.45 MPa(小于许用应力[σ]=320 MPa),疲劳强度安全系数n=4.63(大于许用安全系数[n]=2.0);危险姿态下机械臂结构的总弯曲刚度,x、y和z轴方向上的弯曲刚度分别为1.11×10^(10)、1.62×10^(12)、2.43×10^(13)、7.34×10^(10)N·m^(2),符合机械臂结构的刚度要求;机械臂结构的屈曲临界载荷Pcr=915.80 kN,为实际受载的45.79倍,满足结构稳定性要求;随机振动激励作用下机械臂结构有68.23%的概率最大von Mises应力不超过179.77 MPa,满足材料强度安全要求。研究结果验证了新型海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计安全可靠,可为海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计提供一定参考。

主 题 词：海底钻井 铁钻工机械臂 危险姿态 结构强度 疲劳强度 安全性 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 08[工学] 082002[082002] 

D　O　I：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.10.010

馆 藏 号：203145192...