ZJ70DB型钻机井架起升过程有限元仿真分析

针对ZJ70DB型钻机井架起升过程,在结构分析的基础上,应用ANSYS有限元软件建立了钻机起升过程中12个位置的有限元分析模型.计算得到井架在起升过程中井架起升力及钻机底座、井架、人字架的最大应力和应变.有限元计算结果分析表明,ZJ70DB型钻机在井架起升过程中井架上起升大绳安装处应力较大,需进行重新加固,其他结构是安全可靠的.     

超深井钻机K型井架底座4种起升原理和特点

为了提高超深井钻机的性能和安装、拆卸效率,钻机生产商设计了以K型井架为主要结构形式的钻机,井架、底座的起升方式是其研究重点之一。介绍了K型井架底座的4种起升方式,及其钻机的结构特点、井架底座的起升原理,分析了各种起升方式适用的钻机井深级别。为超深井钻机的发展提出了建议。     

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。     

折叠人字架式井架研制与应用

传统钻机的井架底座在起升后井架和人字架均在钻台面以上,占用了钻台空间,并且底座起升过程之中存在重心偏斜现象,影响起升平衡。折叠人字架式井架的优点是在井架起升后,将人字架折叠至台面以下,增大了钻台上的实际使用面积,采用分体结构起升,平稳无偏斜。通过井架起升力及钩载计算以及三维建模分析,对井架底座在各个工况下进行强度分析,以满足新型钻井市场对钻机结构型式和功能等方面的特殊使用要求。     

JD60/38—W型井架底座的结构特点

《石油机械》第18卷第10期,1990,第44～46页,图7 针对在用井架搬迁困难、强度低、易变形的特点,研制了新型井架底座。该型井架底座采用高强度气包式底座下船、高地隙中间支座、折页式前坡道和行梯,以及大规格的联结螺栓等,可以保证底座整拖和井架起升的安全可靠。     

四单根立柱超深井钻机井架起升

ZJ90/6750DB-S型四单根立柱超深井钻机井架高度高、起升重力矩大,起升难度大。采用理论公式法和有限元法分别计算井架起升载荷,相互验证2种方法的计算结果,确保计算的可靠性。对风载耦合下井架的起升强度进行有限元分析,确保井架起升强度满足设计规范要求。现场应用中,实际测得的井架起升过程中最大大钩载荷以及井架最大应力与计算结果相近,井架实现安全起升,验证了计算的准确性。解决了超高、重载井架的安全起升问题。     

四单根立柱超深井钻机井架液压辅助起升机理

ZJ90/6750DB-S四单根立柱超深井钻机的井架是国内最高的K型井架,超高重载特性使得其起升难度非常大;同时钻机的自动化升级改造,配套多套自动化装备,进一步增加了井架的重力、起升重力矩和难度。为更好地解决四单根立柱钻机井架起升难题,利用有限元方法开展了井架起升载荷及井架起升强度计算分析,在不改变井架主体结构尺寸的前提下,提出了通过增大初始起升角度来降低井架最大起升载荷的方案,并成功研制了液压高支架以辅助井架起升。现场应用情况表明:液压高支架辅助井架起升安全可靠,解决了升级后四单根立柱钻机重载超高井架的安全起升难题。研究结果为超高重载井架的起升作业提供了重要的理论和实践支撑。     

AJ—38型井架和底座

AJ—38型井架和底座,是陕西省宝鸡石油机械厂新近设计和试制的石油钻井设备,用于淘汰和代替我国油田目前尚在使用的苏式40型井架和底座。 AJ—38型井架和底座选用了我国钢材品种。井架结构为A型,可平地组装,采用起升人字架整体起升。底座为拱形大块焊接结构,下部为两船形拖     

人字架一次起升井架底座的应用

目前,用于石油钻机的井架主要有塔形井架、前开口自升式井架及伸缩式井架等.底座主要有箱叠式、大块式、二次旋升式、一次整体起升（弹弓）式底座等.井架与底座的组合则有多种,较常见的有旋升式井架底座、扒杆一次起升井架底座等.根据现场使用情况,文章介绍一种新的井架底座,即人字架一次起升井架底座,以便同行参考使用.     

“弹弓式”井架底座整体起升过程的受力分析

本文对美国近期研制的弹弓式井架底座整体起升过程进行了受力分析,从理论上证明了这种新结构的可行性及其重要特性,为采用这一型式提供了必要的前提。作者还对井架起升过程进行了分析,它是电算井架起升工况时必须首先解决的问题。     

高强度材料在超深井钻机井架底座中的应用

超深井钻机井架底座在结构形式、构件布局、主体材料的选取等方面均有较高要求,常规的井架、底座主体材料难以满足超深井钻机特定的载荷和工况要求。通过对超深井钻机井架底座的结构分析、高强度材料的性能分析与对比以及井架底座有限元强度分析,最终选择具有高强度、高冲击韧性和良好焊接性的低合金高强度结构钢Q420E作为超深井钻机井架底座主体材料,并总结出高强度材料对超深井钻机井架底座结构性能的影响以及高强度材料的应用原则。     

新型钻机井架及底座设计模型

目前我国油田正在使用的中型、重型模块钻机的井架和底座结构都不适合快移式钻机 的要求,为此,在分析我国钻机井架、底座现状的基础上,提出了快速移动、快速安装的新型钻 机井架、底座的设计原则和标准,同时还对其设计模型和设计特点作了详细的论述。这种新型的 模型除充分考虑了拆装便捷、移运高效外,还应用液压油缸自动举升和控制技术,是一种具有全 新理念的快速移运、快速安装的钻机。     

半潜式钻井平台上钻机井架振动分析

以某半潜式钻井平台上钻机井架为实例,借助于ABAQUS非线性有限元分析软件对井架结构进行简化,并建立有限元模型。通过对井架结构的模态分析和随机振动分析,分别得到该井架的自振特性(包括固有频率及阵型)和井架结构在地震、波浪激励下的动态响应随时间、频率的变化规律,分析结果有助于在设计井架结构时避开其共振频率范围,进而为选择平台上有振动特性的配套设备提供理论依据。     

有初始变形井架结构分析的简便方法

研究井架结构的折算长细比法和单肢演算法并不能真实反映井架的应力大小,也不能精确确定危险截面位置及应力分布;而有限元分析方法又没有普遍意义。为此,采用等价应力法对有初始变形的井架进行结构分析。该方法通过对没有变形的井架整体或构件的有限元模型施加一组等价力,使之产生的应力与具有初始变形时的井架应力值相一致,可以在不改变井架有限元模型的基础上,达到计算快速且结果准确的目的。实例计算表明,除井架整体稳定临界系数的相对误差为１１.７％以外,其余各项的相对误差都小于１０％。     

K型模型井架应变位移测试及计算分析

采用经纬仪观测位移和电阻应变片测量应力的方法，对K型模型井架的位移和应力进行了试验室测试；采用线性和几何非线性的计算机程序，对模型井架进行了有限元计算分析。测试和计算分析表明，井架承受垂直载荷时，除产生前倾变形外，还产生轻微的扭转变形。测试的位移值和应力值都比计算值大，说明目前的计算方法还不能反映由于制造和安装误差使井架产生的附加变形与应力，这种计算方法需进一步完善和改进。     

JJ675/48-K型井架起升过程力学分析

井架在起升过程中的力学分析比较复杂,很难采用理论计算的方法得到。为了保证井架及其起升系统的安全,以JJ675/48-K型井架为例,采用SAFI 7.1软件建立模型并模拟该井架的起升过程。分析了在不同起升角度时井架和钢丝绳的受力,得到了最大起升力、最大钩载及井架各构件的强度、刚度。为井架的结构设计和现场起升提供依据。     

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。     

基于APDL的损伤缺陷对K形井架受力影响分析

利用APDL参数化设计语言建立了含损伤缺陷的K形井架参数化模型,并将其结果保存为数据文件。仿真结果表明:杆件截面锈蚀对杆件本身应力产生较大影响;局部杆件弯曲使该杆件自身应力增大,并导致与其连接的上端杆件应力减小,下端杆件应力增大;井架大腿整体弯曲会导致其应力增大,且井架前腿的弯曲比后腿弯曲更加危险;井架支座沉陷会导致下沉侧大腿应力减小,另一侧大腿应力增大,支座沉陷对井架整体的受力影响较明显。     

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。