JJ450/45-K井架起放过程应力状况分析

通过采用无线遥测应变测试分析系统对JJ450/45K型石油钻机井架在起升和下放过程中关键点的应力变化过程进行监测,实现了数据的连续采集。通过对两种工况下井架的应力分布状况的分析,总结出井架在起放过程的不同阶段应力分布与变化规律,指出了井架起放过程中应力变化的趋势及危险阶段。通过该系统的应用,实现了对井架动态应力的适时监测和分析,保证了钻机井架起放过程的安全,同时,通过对钻机井架在处理一些特殊工况（如解卡等）需要对井架施加较大载荷时提供全程实时监控,以确保生产过程的安全进行。     

深水半潜式钻井平台钻机选型

深水钻机是半潜式钻井平台关键设备,如何选择,配置深水钻机系统是设计与建造我国第六代半潜式钻井平台首要问题.从深水钻机并行和离线操作能力与配置、作业效率、可变载荷及专利影响等方面论证了深水海洋钻机模式选型问题.常规深水海洋钻机、离线钻机和双井架钻机结构特点、应用情况以及离线操作配置分析表明,离线作业配置越完整全面,作业效率提升越大.以甘特图和深水钻井实例详细分解、探讨双井架钻机作业机理,即在工序之间进行并行作业和工序内进行离线作业.对比分析3种深水海洋钻机钻单井、钻多井及完井作业效率,发现双井架钻机相对离线钻机和常规钻机可大幅度提高作业效率,但双井架钻机系统质量增加,且受专利影响,成本增加.采用增量净现值模型综合各种影响因素分析表明:双井架钻机总体优干离线钻机.图7表5参17     

半潜式钻井平台双井架钻机作业工艺初步研究

半潜式钻井平台是深海石油勘探开发的关键设备,而双井架钻机已逐渐成为第六代深水半潜式平台的主流配置.在分析双井架钻机应用情况和选型依据的基础上,对双井架钻机单井和多井作业工艺过程设计进行了研究,分别分析了其钻井作业工艺过程和工艺特点,重点分析了双井架主辅钻机协作作业和并行作业特点,建立了一套针对所研究目标平台的单井和多井作业工艺,并对支持双井架钻机作业工艺所需的平台配置进行了研究,同时,对目标平台配置进行了初步分析.     

基于可靠性理论的井架承载能力评定系统

基于可靠性理论的一次二阶矩极限状态设计方法,采用分布式光纤光栅传感器网络测量井架多点应力和位移数据,由根据JC法编制的Matlab程序计算井架承载能力。试验数据和计算结果均写入Access后台数据库,自动生成Word格式的评定报告。通过ADO、VBA和MatrixVB组件技术,实现了VB、Access、Word与Matlab软件的混合编程,构成了基于井架承载能力检测技术的评估系统。     

钻机井架动态应力适时响应分析与研究

主要以石油钻机井架起升和下放两种工况为例,对井架动态应力适时响应系统和分析方法进行了研究,通过实测数据分析,得出了两种工况井架动态应力分布的差异,并且指出了井架起放过程应力变化的趋势及危险阶段,保证了钻机井架起升和下放安全作业,为钻机井架在处理一些特殊工况,如接卡等,需要对井架施加较大载荷时提供监控,为公司的重点井位实施全程监控,以确保生产过程的安全.     

钻机井架安全承载能力评定方法研究

钻井是石油天然气勘探与开发的一个重要环节，钻机井架作为钻井设备的关键部分，其承载性能直接关系到整套钻机系统的安全运行。为了准确评定出钻机井架的安全承载能力，提出了以测试应力为基准定量评定含损伤缺陷钻机井架安全承载能力的新方法。首先建立了以测试应力为基准的参考应力修正数学模型，其次推导出以截面锈蚀、杆件初弯曲、载荷偏心等主要损伤缺陷指标所确定的修正函数，得到真实反映含损伤缺陷钻机井架力学行为的数值修正模型，实现对安全承载能力的预测。对现场某型号钻机井架进行逐级加载试验，得到了载荷与应力的关系曲线；结合现场钻机井架实际的损伤缺陷状况修正数值模型，并进行了数值仿真模拟加载试验，实测值与仿真值误差在5%以内，验证了该数值模型的准确性。最后根据仿真预测结果对该井架安全承载性能进行了评定，为提高油气勘探开发过程中钻机系统的安全运行提供了参考。     

国外超深水钻井新技术

目前国外超深水钻井采用双井架钻机技术和高效钻机技术。分别介绍了这2种钻井技术的设备配置和钻井过程,并对双井架钻机中的A形双井架平台和塔形双井架平台做了简要分析。对2种钻机的对比分析表明,双井架钻机钻井效率相对较高,但高效钻机具有协同作业的特点,其设备配置简单,操作空间大;这2种钻井技术与传统钻井技术相比,通过设备与钻机的协同和并行作业,可以省去普通钻井作业过程中的非关键钻井作业,提高钻井效率,节省钻井时间。     

海洋钻机井架技术现状及发展趋势

为推动海洋钻井技术向深水和超深水方向发展,进一步探索大型海洋钻机井架设计与制造技术,详细分析了目前海洋钻机井架的结构、制造技术和防腐技术,以及新形势下海洋勘探开发对海洋钻机配套设备的要求,提出了未来海洋钻机井架结构发展趋势:一是发展自升式K形特种井架;二是发展瓶式塔形海洋井架;三是发展带有钻柱运动补偿结构的井架;四是完善井架配套结构,提高井架适应性。最后建议发展海洋钻机井架新材料与新工艺。     

在役石油钻机井架极限承载仿真模型研究

针对在役石油钻机井架的力学特征,建立了基于双重非线性理论的极限承载仿真模型。研究了以在役钻机井架杆件的测试应力为重要指标,与应力有关的设计参数作为修正对象的仿真模型修正理论。对实验室内钻机井架模型进行的极限承载性能实验和仿真预测研究结果表明,井架模型的实际破坏位置与仿真预测结果基本一致,极限承载力误差很小。依据现场动载应变试验,应用该仿真模型分析了在油田上广泛使用的A形和K形石油钻机井架的极限承载性能,得到了井架结构的极限承载力、载荷与应力的关系以及井架破坏形式和危险部位,为钻机井架的安全平稳运行提供了重要的参考依据。     

深井钻机井架及底座系统的有限元静力分析

在对钻机进行工况分析的基础上,通过命令流方式用ANSYS建立了ZJ70LDB钻机井架和底座的实体模型,并采用Beam188单元进行网格划分。针对最大钩载和最大转盘梁载荷这2种工况,对井架和底座系统进行了有限元静力分析,分析结果表明,最大钩载工况下的应力和位移均较大,最大位移为28.417 mm,发生在井架顶部,最大应力为205.061 MPa,位于井架下部与人字腿上方,但此处为钻机结构的薄弱环节,使用中应加以关注,以避免失效。     

JJ225/43-K型井架模型试验研究

依据相似理论设计并制造了1∶8的JJ225/43-K型井架大比例相似模型,采用结构无线测试系统对钻机井架模型进行了静、动载试验。试验结果表明,井架模型顶部受轴向应力最大,并且前面2根立柱大于后面2根立柱;部分杆件为该井架模型的薄弱环节,在现场实测中应在薄弱环节重点布置测点。无线测试系统为井架测试技术提供了一种更高效的方法。     

井架检测中计算机仿真技术的运用

以实测应变参数为主的静态应变测试法是目前对现役井架可靠性评估的主要方法。在该方法中引入计算机仿真技术,分析井架的应力分布规律。通过对井架模型的静力分析,找到井架结构中应力较大的杆件,从而确定合理的应力测试点的布置位置和测试点的个数,为井架检测中测试点的优化布置提供科学依据。     

A形石油钻井井架结构分析

根据A形石油钻井井架的结构特点，用有限单元方法，把井架杆件模拟为空间梁单元，对井架结构进行了静态力学性能、自振特性、动态响应、稳定性等综合性能分析。由计算结果可知，井架的竖向位移及杆件中的应力值与大约载荷呈良好的线性关系，通过检测井架大腿杆件的应力值，可间接评价井架的承载能力；A形井架没有明显的局部刚度薄弱部位，低阶振型就反映了结构的整体振动形式；钻井过程中井架始终处于动态，对其承载能力进行评估时，必须综合考虑静力、动力和稳定性，才能得到符合实际的结果。     

结构损伤井架的承载能力研究

以受损的JJ450/45K钻机井架为研究对象,从有限元分析和应力测试2个方面,对井架结构损伤情况下的承载能力进行研究。计算了井架在最大钩载下的受力情况,得到了损伤杆件变形部位的应力分布。数值计算与试验结果表明,结构较小的损伤对井架的承载能力影响不大,不影响其正常使用;有限元分析结果与试验结果较接近。因此,在不具备试验条件的情况下,可通过有限元分析对井架结构损伤部位做保守的承载力评估。     

海洋钻机井架剩余承载能力测试和计算

运用ANSYS有限元软件建立了某海洋钻井井架的三维分析模型,计算了钩载为424 kN时的应力,与测试结果吻合。应用该模型对原设计井架和现役腐蚀减薄井架分别进行了受力计算,结果表明,由于型钢壁厚减薄,井架中轴向应力增加了22%,为保证安全作业,井架需降级使用。计算该井架的剩余承载能力,最大钩载降到4 920 kN是安全的。     

基于ANSYS6.0钻机井架几何非线性分析

文章对JJ315／43-A型井架在设计载荷作用下进行了几何非线性分析，提出非线性影响度的概念．通过分析非线性影响度来确定几何非线性对井架承载各参数的影响。分析得出．几何非线性对井架顶部x向、y向住移影响较大；对井架杆件轴向应力影响较小；从而得出在井架大钧较小载荷作用下，通过测量井架顶部z向位移及测试井架主要杆件的应力．以线性外推法进行井架安全承载能力评定是可行的。     

基于有限元的JJ40/225-K型井架承载能力计算方法

井架的承载能力是评估其安全性的重要参数。应用MIDAS软件建立了JJ40/225-K型井架的有限元模型,计算关键部位的最大应力。依据SY/T 6326—2008标准测试相应部位的几组应力,并线性推算该部位的最大应力。测试值比计算值高10%～12%,原因是井架构件存在损伤和变形。为了评估该井架的安全性,可以用有限元方法计算的应力值乘以井架损伤系数K来估算井架的承载能力,服役时间〈10 a,K=1.1～1.2;服役时间≥10 a,K=1.2～1.5。     

基于应力测试数据的K形井架模型修正仿真研究

为建立与在役K形井架相似的仿真模型,提高仿真模型的应力、损伤数据精度,提出以井架实测应力与仿真模型对应单元应力的均方差构建目标函数,以损伤缺陷类型、位置、程度等为优化变量,杆件材料的许用应力为约束条件,先后运用ANSYS零阶和一阶优化算法的模型修正方法对含损伤缺陷的参考仿真井架进行了模型修正。结果表明:修正后模型与参考井架的测点处杆件应力相对误差在0.6%左右,该方法用于钻井井架结构承载能力检测和评定是可行和有效的。为钻机系统安全运行提供了参考依据。     

考虑初始缺陷的塔型井架结构分析

采用有限元方法,将TJ2－41塔型井架杆件简化为空间梁单元,进行了结构分析,且考虑了立柱锈蚀和支座沉陷对塔架承载力的影响,由计算结果可知,塔架的纵向位移及立柱的应力值与大钩载荷呈线性关系;塔架的承载能力与立柱截面减薄量及支座沉陷量呈线性关系。此分析结果可以对现场检测、评定,维护等提供参考。