ZJ50L泥漿固控循環(huán)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

趙慶+侯潤(rùn)

摘 要：在實(shí)現(xiàn)“十二五”鉆井技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟(jì)效益。文章結(jié)合泥漿罐結(jié)構(gòu)特性，一改四角方型罐設(shè)計(jì)，展示所設(shè)計(jì)ZJ50L鉆機(jī)泥漿固控船型循環(huán)罐，并簡(jiǎn)析罐板厚度等，為其結(jié)構(gòu)最優(yōu)化提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ZJ50L；泥漿罐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；板厚簡(jiǎn)析

在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上，鉆井液凈化質(zhì)量直接影響鉆井質(zhì)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(jiǎn)述長(zhǎng)城鉆探鉆井一公司裝備服務(wù)公司所設(shè)計(jì)制造的ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并分析罐板厚度要求等，為進(jìn)一步運(yùn)用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎(chǔ)。

1 技術(shù)參數(shù)

泥漿罐有效容積：380m3；泥漿罐數(shù)量：8個(gè)

泥漿罐外形尺寸：12500mm×3000mm×2500mm。

2 流程與連接設(shè)計(jì)

為實(shí)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(gè)罐來承載三聯(lián)振動(dòng)篩、真空除氣器、除砂除泥一體機(jī)、中速及高速離心機(jī)5級(jí)凈化設(shè)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(cè)外掛DN300大通徑管線來實(shí)現(xiàn)。相對(duì)過去罐內(nèi)主線設(shè)計(jì)，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(nèi)輔線均安有旋升式海底閥，根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的要求，閉合開關(guān)實(shí)現(xiàn)任意倉上水，避免泥漿必須循環(huán)每個(gè)倉才能到達(dá)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主體設(shè)計(jì)

新型固控循環(huán)罐的罐體設(shè)計(jì)為倒梯形船型結(jié)構(gòu)，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(cè)上部設(shè)有吊裝點(diǎn)，底座兩端設(shè)有拖裝點(diǎn)。罐體側(cè)板為8mm厚的熱軋鋼板，距底端600mm處向內(nèi)折15°彎板，組焊成全密閉倒梯形船箱式結(jié)構(gòu)。內(nèi)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(yùn)輸車輛等實(shí)際運(yùn)輸條件考慮，罐底座≤2.6m，罐體寬度≤3m，這樣便于設(shè)備的安裝與運(yùn)輸，又減小了設(shè)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(shè)計(jì)

為了安全可靠，整體美觀，罐面主體鋪設(shè)6mm厚耐腐蝕性好、強(qiáng)度高的腐豆花紋板，避免熱帶大量雨水進(jìn)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(nèi)情況，利于泥漿散熱、延長(zhǎng)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(hù)欄均有保險(xiǎn)掛鉤。

3.3 輔助設(shè)計(jì)

整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對(duì)泥漿腐蝕性，罐內(nèi)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(nèi)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(shè)計(jì)，穿線便捷，檢修容易，又利于罐內(nèi)走線格局，節(jié)省電纜。

4 罐板受力簡(jiǎn)析與厚度初選

過去泥漿罐結(jié)構(gòu)選材通常用經(jīng)驗(yàn)及類比設(shè)計(jì)法。但伴隨鉆井技術(shù)與CAD技術(shù)的發(fā)展，泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大，因此，必須進(jìn)行應(yīng)力分析，依據(jù)流體力學(xué)、材料力學(xué)的載荷分布理論、強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及CAD技術(shù)進(jìn)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(qiáng)度與撓度。泥漿罐為鋼結(jié)構(gòu)焊接密閉船型罐，罐皮厚遠(yuǎn)小于罐面尺寸，故看作薄殼類容器。

文章通過初步簡(jiǎn)明計(jì)算，對(duì)泥漿罐側(cè)板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以選擇在安全撓度范圍內(nèi)的最優(yōu)板厚。

當(dāng)泥漿罐負(fù)載時(shí)，泥漿對(duì)罐內(nèi)板產(chǎn)生靜壓力，而兩縱向側(cè)板受彎曲作用最嚴(yán)重，根據(jù)“木桶原理”，首要考慮縱向側(cè)板。

4.1 罐板強(qiáng)度計(jì)算

已知：ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3；鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.1mm；腐蝕余量C2=0.4mm；罐壁材料：Q235熱軋鋼板；設(shè)計(jì)溫度下罐壁材料的許用應(yīng)力[δ]t=145Mpa；設(shè)計(jì)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(jì)算（四邊簡(jiǎn)支，三角形載荷）得

α=0.054；β=0.062

計(jì)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(yàn)可將該罐按C型計(jì)算。

罐皮的最大撓度fw，max計(jì)算：

罐皮的許用撓度計(jì)算：

因?yàn)閒w，max<[f]，所以側(cè)板剛度滿足要求。

在實(shí)際預(yù)制中，罐皮內(nèi)設(shè)計(jì)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(jìn)行剛度和強(qiáng)度校核，通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進(jìn)行有限元分析。只有經(jīng)過嚴(yán)格的力學(xué)分析校核，才能保證罐體結(jié)構(gòu)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(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，占地面積小；減少搬遷車輛數(shù)量，省工省力；簡(jiǎn)化固控流程，減少泥漿損失；最優(yōu)化罐體強(qiáng)度與剛度，使用安全、操作方便；延長(zhǎng)罐體壽命，避免零部件損壞；降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了安裝時(shí)間。泥漿罐更人性的設(shè)計(jì)、更便捷的移動(dòng)、更優(yōu)良的凈化，對(duì)滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要，同時(shí)提高工作效率，也就是提高了鉆井效率，為GWDC進(jìn)一步完成鉆探開發(fā)服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)泥漿固控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2008（18）.

[3]胡明一，等.矩形常壓液體貯槽的強(qiáng)度剛度設(shè)計(jì)[J].石油化工設(shè)計(jì)，2007（4）.endprint

摘 要：在實(shí)現(xiàn)“十二五”鉆井技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟(jì)效益。文章結(jié)合泥漿罐結(jié)構(gòu)特性，一改四角方型罐設(shè)計(jì)，展示所設(shè)計(jì)ZJ50L鉆機(jī)泥漿固控船型循環(huán)罐，并簡(jiǎn)析罐板厚度等，為其結(jié)構(gòu)最優(yōu)化提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ZJ50L；泥漿罐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；板厚簡(jiǎn)析

在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上，鉆井液凈化質(zhì)量直接影響鉆井質(zhì)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(jiǎn)述長(zhǎng)城鉆探鉆井一公司裝備服務(wù)公司所設(shè)計(jì)制造的ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并分析罐板厚度要求等，為進(jìn)一步運(yùn)用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎(chǔ)。

1 技術(shù)參數(shù)

泥漿罐有效容積：380m3；泥漿罐數(shù)量：8個(gè)

泥漿罐外形尺寸：12500mm×3000mm×2500mm。

2 流程與連接設(shè)計(jì)

為實(shí)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(gè)罐來承載三聯(lián)振動(dòng)篩、真空除氣器、除砂除泥一體機(jī)、中速及高速離心機(jī)5級(jí)凈化設(shè)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(cè)外掛DN300大通徑管線來實(shí)現(xiàn)。相對(duì)過去罐內(nèi)主線設(shè)計(jì)，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(nèi)輔線均安有旋升式海底閥，根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的要求，閉合開關(guān)實(shí)現(xiàn)任意倉上水，避免泥漿必須循環(huán)每個(gè)倉才能到達(dá)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主體設(shè)計(jì)

新型固控循環(huán)罐的罐體設(shè)計(jì)為倒梯形船型結(jié)構(gòu)，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(cè)上部設(shè)有吊裝點(diǎn)，底座兩端設(shè)有拖裝點(diǎn)。罐體側(cè)板為8mm厚的熱軋鋼板，距底端600mm處向內(nèi)折15°彎板，組焊成全密閉倒梯形船箱式結(jié)構(gòu)。內(nèi)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(yùn)輸車輛等實(shí)際運(yùn)輸條件考慮，罐底座≤2.6m，罐體寬度≤3m，這樣便于設(shè)備的安裝與運(yùn)輸，又減小了設(shè)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(shè)計(jì)

為了安全可靠，整體美觀，罐面主體鋪設(shè)6mm厚耐腐蝕性好、強(qiáng)度高的腐豆花紋板，避免熱帶大量雨水進(jìn)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(nèi)情況，利于泥漿散熱、延長(zhǎng)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(hù)欄均有保險(xiǎn)掛鉤。

3.3 輔助設(shè)計(jì)

整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對(duì)泥漿腐蝕性，罐內(nèi)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(nèi)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(shè)計(jì)，穿線便捷，檢修容易，又利于罐內(nèi)走線格局，節(jié)省電纜。

4 罐板受力簡(jiǎn)析與厚度初選

過去泥漿罐結(jié)構(gòu)選材通常用經(jīng)驗(yàn)及類比設(shè)計(jì)法。但伴隨鉆井技術(shù)與CAD技術(shù)的發(fā)展，泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大，因此，必須進(jìn)行應(yīng)力分析，依據(jù)流體力學(xué)、材料力學(xué)的載荷分布理論、強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及CAD技術(shù)進(jìn)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(qiáng)度與撓度。泥漿罐為鋼結(jié)構(gòu)焊接密閉船型罐，罐皮厚遠(yuǎn)小于罐面尺寸，故看作薄殼類容器。

文章通過初步簡(jiǎn)明計(jì)算，對(duì)泥漿罐側(cè)板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以選擇在安全撓度范圍內(nèi)的最優(yōu)板厚。

當(dāng)泥漿罐負(fù)載時(shí)，泥漿對(duì)罐內(nèi)板產(chǎn)生靜壓力，而兩縱向側(cè)板受彎曲作用最嚴(yán)重，根據(jù)“木桶原理”，首要考慮縱向側(cè)板。

4.1 罐板強(qiáng)度計(jì)算

已知：ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3；鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.1mm；腐蝕余量C2=0.4mm；罐壁材料：Q235熱軋鋼板；設(shè)計(jì)溫度下罐壁材料的許用應(yīng)力[δ]t=145Mpa；設(shè)計(jì)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(jì)算（四邊簡(jiǎn)支，三角形載荷）得

α=0.054；β=0.062

計(jì)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(yàn)可將該罐按C型計(jì)算。

罐皮的最大撓度fw，max計(jì)算：

罐皮的許用撓度計(jì)算：

因?yàn)閒w，max<[f]，所以側(cè)板剛度滿足要求。

在實(shí)際預(yù)制中，罐皮內(nèi)設(shè)計(jì)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(jìn)行剛度和強(qiáng)度校核，通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進(jìn)行有限元分析。只有經(jīng)過嚴(yán)格的力學(xué)分析校核，才能保證罐體結(jié)構(gòu)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(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，占地面積小；減少搬遷車輛數(shù)量，省工省力；簡(jiǎn)化固控流程，減少泥漿損失；最優(yōu)化罐體強(qiáng)度與剛度，使用安全、操作方便；延長(zhǎng)罐體壽命，避免零部件損壞；降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了安裝時(shí)間。泥漿罐更人性的設(shè)計(jì)、更便捷的移動(dòng)、更優(yōu)良的凈化，對(duì)滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要，同時(shí)提高工作效率，也就是提高了鉆井效率，為GWDC進(jìn)一步完成鉆探開發(fā)服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)泥漿固控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2008（18）.

[3]胡明一，等.矩形常壓液體貯槽的強(qiáng)度剛度設(shè)計(jì)[J].石油化工設(shè)計(jì)，2007（4）.endprint

摘 要：在實(shí)現(xiàn)“十二五”鉆井技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣間接影響著鉆井速度、鉆井安全和經(jīng)濟(jì)效益。文章結(jié)合泥漿罐結(jié)構(gòu)特性，一改四角方型罐設(shè)計(jì)，展示所設(shè)計(jì)ZJ50L鉆機(jī)泥漿固控船型循環(huán)罐，并簡(jiǎn)析罐板厚度等，為其結(jié)構(gòu)最優(yōu)化提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ZJ50L；泥漿罐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；板厚簡(jiǎn)析

在發(fā)展現(xiàn)代鉆井工藝的道路上，鉆井液凈化質(zhì)量直接影響鉆井質(zhì)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(jiǎn)述長(zhǎng)城鉆探鉆井一公司裝備服務(wù)公司所設(shè)計(jì)制造的ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并分析罐板厚度要求等，為進(jìn)一步運(yùn)用SolidWorks建模優(yōu)化、ANSYS有限元分析打下基礎(chǔ)。

1 技術(shù)參數(shù)

泥漿罐有效容積：380m3；泥漿罐數(shù)量：8個(gè)

泥漿罐外形尺寸：12500mm×3000mm×2500mm。

2 流程與連接設(shè)計(jì)

為實(shí)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(gè)罐來承載三聯(lián)振動(dòng)篩、真空除氣器、除砂除泥一體機(jī)、中速及高速離心機(jī)5級(jí)凈化設(shè)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(cè)外掛DN300大通徑管線來實(shí)現(xiàn)。相對(duì)過去罐內(nèi)主線設(shè)計(jì)，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(nèi)輔線均安有旋升式海底閥，根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的要求，閉合開關(guān)實(shí)現(xiàn)任意倉上水，避免泥漿必須循環(huán)每個(gè)倉才能到達(dá)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主體設(shè)計(jì)

新型固控循環(huán)罐的罐體設(shè)計(jì)為倒梯形船型結(jié)構(gòu)，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(cè)上部設(shè)有吊裝點(diǎn)，底座兩端設(shè)有拖裝點(diǎn)。罐體側(cè)板為8mm厚的熱軋鋼板，距底端600mm處向內(nèi)折15°彎板，組焊成全密閉倒梯形船箱式結(jié)構(gòu)。內(nèi)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(yùn)輸車輛等實(shí)際運(yùn)輸條件考慮，罐底座≤2.6m，罐體寬度≤3m，這樣便于設(shè)備的安裝與運(yùn)輸，又減小了設(shè)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(shè)計(jì)

為了安全可靠，整體美觀，罐面主體鋪設(shè)6mm厚耐腐蝕性好、強(qiáng)度高的腐豆花紋板，避免熱帶大量雨水進(jìn)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(nèi)情況，利于泥漿散熱、延長(zhǎng)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(hù)欄均有保險(xiǎn)掛鉤。

3.3 輔助設(shè)計(jì)

整罐安裝防砂防雨保溫棚。針對(duì)泥漿腐蝕性，罐內(nèi)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(nèi)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(shè)計(jì)，穿線便捷，檢修容易，又利于罐內(nèi)走線格局，節(jié)省電纜。

4 罐板受力簡(jiǎn)析與厚度初選

過去泥漿罐結(jié)構(gòu)選材通常用經(jīng)驗(yàn)及類比設(shè)計(jì)法。但伴隨鉆井技術(shù)與CAD技術(shù)的發(fā)展，泥漿固控系統(tǒng)的容積不斷增大，因此，必須進(jìn)行應(yīng)力分析，依據(jù)流體力學(xué)、材料力學(xué)的載荷分布理論、強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及CAD技術(shù)進(jìn)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(qiáng)度與撓度。泥漿罐為鋼結(jié)構(gòu)焊接密閉船型罐，罐皮厚遠(yuǎn)小于罐面尺寸，故看作薄殼類容器。

文章通過初步簡(jiǎn)明計(jì)算，對(duì)泥漿罐側(cè)板以《鋼制焊接常壓容器》中垂直加固型C型容器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以選擇在安全撓度范圍內(nèi)的最優(yōu)板厚。

當(dāng)泥漿罐負(fù)載時(shí)，泥漿對(duì)罐內(nèi)板產(chǎn)生靜壓力，而兩縱向側(cè)板受彎曲作用最嚴(yán)重，根據(jù)“木桶原理”，首要考慮縱向側(cè)板。

4.1 罐板強(qiáng)度計(jì)算

已知：ρ泥漿=2.0×10-6kg/mm3；鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.1mm；腐蝕余量C2=0.4mm；罐壁材料：Q235熱軋鋼板；設(shè)計(jì)溫度下罐壁材料的許用應(yīng)力[δ]t=145Mpa；設(shè)計(jì)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(jì)算（四邊簡(jiǎn)支，三角形載荷）得

α=0.054；β=0.062

計(jì)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(yàn)可將該罐按C型計(jì)算。

罐皮的最大撓度fw，max計(jì)算：

罐皮的許用撓度計(jì)算：

因?yàn)閒w，max<[f]，所以側(cè)板剛度滿足要求。

在實(shí)際預(yù)制中，罐皮內(nèi)設(shè)計(jì)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(jìn)行剛度和強(qiáng)度校核，通過SolidWorks、ANSYS等CAD軟件進(jìn)行有限元分析。只有經(jīng)過嚴(yán)格的力學(xué)分析校核，才能保證罐體結(jié)構(gòu)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(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，ZJ50L泥漿罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，占地面積小；減少搬遷車輛數(shù)量，省工省力；簡(jiǎn)化固控流程，減少泥漿損失；最優(yōu)化罐體強(qiáng)度與剛度，使用安全、操作方便；延長(zhǎng)罐體壽命，避免零部件損壞；降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了安裝時(shí)間。泥漿罐更人性的設(shè)計(jì)、更便捷的移動(dòng)、更優(yōu)良的凈化，對(duì)滿足現(xiàn)代鉆井作業(yè)尤為重要，同時(shí)提高工作效率，也就是提高了鉆井效率，為GWDC進(jìn)一步完成鉆探開發(fā)服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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