连续管目前已大量应用于钻采作业中,其节约成本、作业安全可靠等诸多优势使得它一直深受各国研究者的关注。连续管滚筒是起下、储存和运输连续管的重要装置,其容量、体积和结构形式都是制约连续管作业车效率的重要参数。由于钻井技术的提升,在实际工程中经常会出现油田井深过大,因此所需要的连续管长度过长,导致连续管滚筒需要频繁拆卸和缠绕连续管,这样无疑增加了辅助准备时间,大大降低整体效率,造成资金的浪费。因此,本文基于现有滚筒结构开展了快换式连续管滚筒的结构研究,并对滚筒底橇进行优化,该研究为快换式滚筒的结构设计提供了参考依据,具有重要的实际意义。本论文采用理论计算和有限元分析相结合的方法来验证该结构设计方案的合理性。首先通过已有的可更换式或快换式连续管滚筒设备结构,对其存在的不足提出改进方案设计,通过现代设计的基本理论与方法完成了快换式连续管滚筒总体结构设计,其中主要完成了滚筒橇架和驱动系统的设计;然后设计出快换式滚筒的外形结构,主要计算了筒芯底径、宽度和挡板的直径等尺寸,并建立三维模型;然后对减速器、液压马达、轴承、起吊装置等进行选型;最后简述快换式连续管滚筒的基本工作原理及快换过程。其次,计算了在满载工况下和吊装工况下滚筒所受到的不同载荷,为后续的有限元分析提供数值依据。具体载荷有:缠绕在滚筒上的连续管重量;缠绕连续管后滚筒筒身所受的径向应力和滚筒挡板所受的轴力推力;在吊装时滚筒所受的风载荷。然后,针对满载工况下和吊装工况,应用Workbench软件对滚筒进行了强度分析,结果表明滚筒的强度均满足要求;最后进行了滚筒与滚筒底橇的碰撞分析,通过滚筒与滚筒橇座各自的位移云图及应力云图,得出滚筒与滚筒橇座在吊装工况下的位移和应力变化,并研究了有无摩擦系数、材料属性以及摩擦系数的大小的变化对碰撞分析的影响。最后,对滚筒橇架进行静力学分析,通过对比前章滚筒橇架的碰撞分析所受到的最大应力和最大变形量,选取两者中应力值更大和变形量最大的值分别以刚度为目标和以质量为目标作为目标函数,再通过灵敏度分析得到各个设计参数对目标函数影响程度的较大的优化参数,从而选定最佳优化方案。研究表明,滚筒与滚筒底橇之间摩擦系数大小、材料属性均对碰撞分析的影响较小,可以忽略不计,而滚筒下放时初速度的增大会使得碰撞后滚筒的应力增大,根据分析得出应选取不超过9m/s的滚筒下放速度,这对吊装过程具体一定指导意义。以提高刚度为目标对滚筒底橇优化后,使得底橇变形量减少了0.069mm,降低了36.31%;滚筒底橇质量减少了118.81Kg,降低了6.28%;滚筒底橇应力提高了15.52MPa,提高了29.47%,满足强度要求。以减少质量为目标对滚筒底橇优化后,使得底橇质量减少了289.08Kg,降低了15.28%;底橇变形量减少了0.022mm,降低了11.58%;底橇整体应力增加了9.6MPa,提高了18.23%,满足强度要求。