结构损伤井架承载能力分析方法研究

目前对损伤井架承载能力研究方法存在一定的局限性,提出一种简便、科学的损伤处理方法——参考应力统一折减法,通过等效分析方法处理损伤缺陷,直接利用有限元软件ANSYS对结构损伤井架进行承载能力计算。通过现场井架承载能力评定,验证此损伤处理方法正确、简捷。     

含内在缺陷海洋钻修机井架实际承载能力研究

针对含初始缺陷井架承载能力评估修正模型的不足,考虑海洋钻修机井架普遍存在应力集中这一内在缺陷,通过有限元分析计算,引入损伤系数的概念,构建海洋钻修机井架实际应力计算模型,并与现场实际模型对比,修正了理论模型。结果表明,应力集中这一内在缺陷对井架的承载能力影响较大,尤其对使用年限较长的井架必须考虑加固或更换。结合考虑损伤的海洋钻修机井架实际应力计算模型,对井架实际承载能力进行了评估。结果表明,建立的评估模型正确,可用于海洋钻修机井架实际承载能力的评估。     

海洋钻机井架承载能力及结构补强分析

将现有井架的评估理论、相关标准与计算机辅助设计及分析技术结合起来,对海洋钻机井架承载能力进行了评估,并依据评估结果提出了井架结构补强方案。结合相关的钢结构承载能力评估理论,编写了命令流程序,通过工程软件的后处理将井架的实际承载能力图形化显示。将现场实测的部分应力集中杆件按缺陷杆件处理,并进行了有限元分析,结果显示井架承载能力比未考虑应力集中缺陷的计算值略小,说明应力集中对井架承载能力的影响很小,可以不予考虑。要使井架承载能力达到4 500 kN并有明显提升,在进行结构补强设计时推荐在井架上体4个H型钢主腿的正面和背面均焊接10 mm厚的钢板进行加固。     

地锚桩安装位置与井架极限承载能力研究

在对修井机井架进行安全评价时,大部分研究者极少考虑到井架结构的承载能力与地锚桩之间的关系。为此,利用ANSYS软件建立井架-绷绳-地锚桩系统有限元分析模型,对地锚桩绷绳固定的理想修井机井架进行线性屈曲分析和双重非线性分析,以评定井架结构极限承载能力。以桩基础安装位置作为变量,并利用参数化编程方法,分析地锚桩位置与修井机井架极限承载能力的关系,进而得出井架承载能力的分布规律。该项研究结果可为井架现场施工提供理论依据。     

海洋修井机井架稳定性计算研究

对某海洋修井机井架进行了应力集中扫描检测,并利用ANSYS软件对该井架进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。结果表明,个别杆件应力集中程度较严重,最大钩载工况下,井架强度满足要求。对该井架进行稳定性校核,其局部稳定性和整体稳定性足够。考虑应力集中条件下对井架整体稳定性进行计算,结果表明应力集中对井架的整体稳定性有一定的削弱作用。     

钻修机井架承载能力评估系统软件开发

针对现有钻修机井架承载能力和稳定性计算软件存在的不足,结合现场测试数据以及有限元分析软件,开发了钻修机井架承载能力评估系统软件。该评估系统软件采用VB设计用户界面,采用菜单框架结构,包括登陆界面、模块选择主菜单以及各功能模块界面。该软件可以后台调用ANSYS软件,实现井架的有限元计算,并将分析结果实时显示在界面中;同时可以结合现场加载应力测试数据对井架进行稳定性分析和承载能力评估。实例验证结果表明,钻修机井架承载能力评估系统软件可以很好地实现预定功能,界面简洁,操作方便。     

基于曲率模态的K型井架支座沉降缺陷评价

井架立柱支座沉降会导致井架的整体承载能力下降。基于曲率模态的损伤识别理论,利用ANSYS有限元分析软件建立井架计算模型,对不同缺陷位置和角度参数的石油井架位移模态规律进行模拟计算和分析,得到不同缺陷位置和角度参数对井架位移模态的影响规律。以仿真井架与实验室模型井架相应单元杆件的应力数据和位移模态数据为基础,建立优化目标函数,采用一致逼近优化算法对仿真井架模型进行修正,得到与实验室模型井架的应力数据和位移模态数据相等效的仿真井架模型,并依据仿真模型计算出井架的最大承载能力。     

伸缩式石油钻机井架的仿真计算方法

伸缩式石油钻机井架由上下2部分嵌套组成,以往的仿真计算是将井架简化为一体结构,忽略了上下井架嵌套对井架受力的影响效果。利用ANSYS有限元软件的耦合功能,对伸缩式上下井架的嵌套进行了技术处理,完成了井架承载能力的仿真分析。利用耦合单元法,考虑上下井架的嵌套作用效果,其计算结果更真实,对今后井架承载能力的仿真计算有重要的指导意义。     

W11-4油田修井机井架承载能力检测与评定

对于长期在海上服役的井架,由于腐蚀、杆件弯曲等缺陷的存在,在进行井架承载能力检测时应变片的粘贴位置对检测结果有直接影响。为此,在井架承载力检测前,首先通过有限元的思想,在ANSYS软件中进行分析计算,通过计算井架的加载应变可以得到最大应变和应力,再与传统贴应变片的方法相结合。应用该方法对W11-4油田A平台修井机井架承载能力进行了检测,并应用各测点的应变-载荷回归关系对2次测度结果进行了线性外推,得到额定载荷900kN作用下的压应变。为了验证检测结果的准确性,计算了该井架承受900kN载荷时的应力和应变,发现其结果与实际检测评定结果可相互验证。     

井架承载能力评估软件开发与应用

针对井架承载能力评估工作中数据繁琐易出错的问题,应用VC++软件开发工具,依据井架评估原理,编写了井架承载能力计算软件。该软件系统的程序模块包括参数输入、应力查看、回归曲线及评估结果等,以新、旧2种井架评估规范计算井架承载能力,便于对比分析井架承载能力评估结果。现场应用表明,编写的软件系统计算井架承载能力结果与井架实际承载能力基本相符,软件运行正确,应用方便,简化了井架承载能力评估工作。     

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。     

含弯曲杆件的井架承载能力有限元分析

服役多年的钻机井架常会出现局部杆件弯曲现象。提出一种含杆件弯曲缺陷井架的建模方法，介绍了含该缺陷的井架承载能力的分析过程，并利用ANSYS9．0有限元分析软件，以ZJ40型钻机井架为例建立了含杆件弯曲井架模型，约束、加载并求解，根据计算结果分析了杆件单元应力的变化规律。     

井架模型极限载荷试验

为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力较大部位;井架立柱测试应力与大钩作用载荷呈线性关系。井架压溃试验发现:井架破坏发生在井架上段;实测井架模型大钩极限载荷为19.0kN,与双重非线性有限元分析计算结果基本一致,其相对误差在5.0%以内,证明以这种方法预测井架原型极限载荷是可行的。     

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。     

基于遗传算法的无绷绳修井机钢丝绳与井架夹角优化设计

定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角,对无绷绳修井机井架的应力和变形影响很大,为了降低井架的应力和变形,用遗传算法优化了无绷绳修井机定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角.基于ANSYS分析了优化前后两种方案无绷绳修井机井架的应力和变形,分析结果表明,优化后的方案井架的应力和井架上天车位移减小了,优化设计方案明显改善了无绷绳修井机的结构参数.     

实验室井架模型的动态测试研究

井架倒塌事故时有发生,因而合理地预报出井架结构的实际承载能力,已成为石油井架安全评定理论研究的重要内容。首先用振动分析理论研究了井架结构承载能力与其动态参数之间的关系,并通过实验室井架模型的动态测试结果从实验方面验证了二者之间的关系。在此基础上,提出井架结构安全承载力动态参数评定方法,并应用此方法对实验室井架模型进行了安全评定。为了保证评定结果的可靠性,提出在实际应用中测试大于井架额定钩载的10%的2种不同载荷值下,井架结构固有频率的井架安全承载力评定方法。该方法揭示了井架承载能力与其结构固有频率参数之间的关系,开辟了石油井架动态测试与安全评定新的途径。     

钻机井架有限元模态分析

应用有限元分析软件ANSYS对ZJ30/1700CZ型钻机井架分别在自然状态下和有钩载状态下进行模态分析,计算得出了井架的前9阶模态频率及相对应的主振型.通过对井架的固有频率与钻机的设计工作转速的比较,并对各阶模态主振型的分析,得出该钻机井架结构设计合理的结论.     

井架结构裂纹风险分析及修复后安全评估

为评估某模块钻机井架产生裂纹的风险,在对井架进行整体有限元分析的基础上,采用扩展有限元方法分析裂纹扩展规律。为验证井架修复后的结构强度,对井架修复局部进行结构校核,并依据标准对井架整体进行应力测试。结果表明,井架结构修复方案可行,井架承载能力满足设计及标准要求。