基于石油装备中计算机仿真技术的运用分析

来源：核心期刊咨询网时间：2014-04-24 10:5112

摘要：摘要：本文介绍了新世纪石油天然气勘探开发对石油装备的要求及发展趋势；提出了在石油装备的研制过程中必须彩高技术、现代化设计方法，确保所研制的产品具有技术水平高、工作性能好、生产成本低和较强的市场竞争能力。计算机仿真技术作为一种新的手段在世界

　　摘要：本文介绍了新世纪石油天然气勘探开发对石油装备的要求及发展趋势；提出了在石油装备的研制过程中必须彩高技术、现代化设计方法，确保所研制的产品具有技术水平高、工作性能好、生产成本低和较强的市场竞争能力。计算机仿真技术作为一种新的手段在世界各国广泛使用，为了提高石油装备的技术水平、增强市场竞争能力，在石油装备的开发中应该广泛彩计算机仿真技术，以提高石油装备的综合工作性能，降低研制成本，缩短研制周期，提高经济效益。

　　关键词：石油装备,计算机仿真技术

　　1新世纪对石油装备的要求及发展方向

　　21世纪将是机械技术与计算机、自动化、信息与管理各方面的技术融合的时代。机械设备将与电子技术相结合，朝着计算机控制与管理方向发展。石油机械装备的研究也应建立在多学科运用上，单纯地局限在机械技术这单一的技术范围内，愈来愈满足不了需求。

　　为了提高我国石油装备的技术水平，满足新世纪石油天然气勘控开发的需要，必须依靠技术创新加快战略性结构调整。通过调整产品结构，继续利用国外先进技术和先进的管理，开发适销对路的新产品，提高产品在国内外市场的竞争能力。对担负重要产品制造的大中型骨干企业，要用先进的生产工艺和技术装备实施发行使这些企业的产品接近或达到国际先进水平。同时，支持产品开发和基础试验的科研设计单位，推广先进的现代设计方法，积极采用电子技术，充实科学试验和测试手段。在消化吸收引进技术的基础上不断创新，逐步形成我国自己的石油石化装备技术现代化体系，并从单机产品过渡到机组成套设备或单元成套设备，进一步提高产品可靠性。按照经济规律办事，尽快实现生产组织专业化与规模化。加强产品和制造工艺的科研开发，制造和提供适应“装置经济规模大型化、加工工艺深度化、降低能耗系统化”石化工业发展方向的装备，以促进石油化工机械制造行业的迅速成长，赶上国际先进水平。

　　在新产品开发中必须采用先进的技术和工具，使新产品不仅具有结构新颖、性能优越、成本低，而且要有较高的技术水平的综合工作性能，使其在国内外市场竞争中具有更强的竞争的能力。因此，在新世纪石油装备的研制中必须要高起点、高标准、高技术，才能满足世界石油天然气勘控开发对石油装备的需要。

　　2计算机仿真技术

　　在科学研究和生产实践中，由于受客观条件的限制常常不能对所研究的对象直接进行试验。在这种情况下，可采用间接试验的方法，即建立一个与所研究的对象或过程相似的模型，通过模型间接地研究原形的规律性。这种间接试验技术就是系统仿真技术，根据模型种类，系统仿真主要分为物理仿真的数学仿真。物理仿真是根据真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验；数学仿真是根据真实系统的数学关系构造数学模型，并在数学模型上进行试验。由于数学仿真一般是在计算机上对系统的数学模型进行试验，故数学仿真就是通常所说的计算机仿真。

　　随着计算机技术的发展，仿真作为一种研究新产品、新技术的科学手段，一种特殊的试验技术，在航空、航天、造船、兵器等与国防科研相关的行业中首先发展起来。经过半个多世纪的发展，到今天仿真技术已经成为以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用物理效用设备（虚拟现实技术）为工具，借助系统模型对实际或设想的系统进行动态试验研究的一门综合性技术，是一种真正的系统实验方法，广泛应用于各类系统的全生命周期活动及人员训练决策等过程中，并显示了巨大的社会效益和经济效益。目前，计算机仿真技术广泛应用于工程及非工程广大领域，已经产生或正在产生巨大的经济效益和社会效益。

　　计算机仿真技术在石油工业方面也已得到应用，国外成功地将计算机仿真技术用于钻井工程和油藏工作的研究；西南石油学院从20世纪90年代初开始开展计算机仿真方面的研究工作，先后购买了世界最先进的多种机械设计自动化软件，如美国PTC公司开发的用于机械产品分设计的PRO/E、用于机械系统动力学分析计算的ADMAS、用于有限元计算的ANSYS、用于大变形力学计算的MARC和用于设计分析的IDEAS和SUN、SGI计算机工作站。同时，根据石油钻井装备开发的需要，开发了多种具有自己知识产权的计算机仿真软件。应用计算机仿真技术来研究设计的牙轮钻头、振动筛等产品的总体性能达到了国际先进水平。并先后为油田完成了DQ-20Y钻修两用顶驱装置、DQ600Y动力水龙头、7NB泥浆泵、新型井口装置等产品的计算机仿真设计，为生产单位节约了大量研究经费，大大缩短了新产品研制周期、提高了产品的综合性能。取得了良好的经济和社会效益。

　　3计算机仿真技术应用实例

　　西南石油学院从90年代初开始开展计算机仿真技术的研究工作，在石油装备的新产品研制中最先采用了计算机仿真技术，取得出了一些研究成果。下面举例说明。

　　3.1钻井系统动力学计算机仿真分析

　　3.1.1建立力学模型

　　在钻头与岩石作用静力学模型的基础上，建立了在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性主形而引起的牙轮钻头、钻柱纵向振动模型，利用数值计算方法实现了对仿真模型的求解方法。通过编制钻头与岩石互作用及钻柱动力学仿真分析软件实现了对牙轮钻头、钻柱在不同工况下的纵向振动仿真分析计算，得到了牙轮钻头、钻柱在不同工况下的纵向振动仿真分析计算，得到了牙轮钻头、钻柱在给定条件下的动力学特征。

　　钻头、钻柱是钻井过程中的主要钻井工具钻柱是指从方钻杆到钻头全部井下钻具的总称。由钻杆、钻铤、扶正器、接头及其它各种附件组成。作用是起下钻头，向钻头传递破碎岩石所需要的机械能量，给井底施加钻压，向井内输送钻井液及进行其它井下作业。3.2DQ600Y动力水龙头仿真分析

　　宝鸡石油机械厂根据现场需要，开发了一种新型顶部驱动装置，由于在顶驱的设计过程中采用的是传统的设计计算方法，对结构本身的复杂特点及应力集中等因素未进行应力分析难以确保该新产品合理、可靠。因此，对该新产品进行力学分析和结构优化设计，以降低设计、制造成本，提高该产品的可靠性和综合机械性能具有十分重要的理论意义和实用价值。

　　针对DQ600Y型顶部驱动装置动力水龙头的使用条件，应用美国PTC公司开发的机械设计自动化软件Pro/E，通过建立DQ600Y型顶部驱动装置动力水龙头的所有零部件的三维实体模型、进行结构装配、干涉检验、运动学仿真和有限元计算。找到了在不同的工况、不同结构形状条件下各主要零部件的应力分布情况和危险部位，并进行了结构优化。为DQ600Y型顶部驱动装置动力水龙头的所有零部件的三维实体模型、进行结构装配、干涉检验、运动学仿真和有限元计算。找到了在不同工况、不同结构开头条件下各主要零部件的应力分布情况和危险部位，并进行了结构优化。为DQ600Y型顶部驱动装置动力水龙头的改进和生产提供了理论依据和方法。

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