HJJ450／45-T型海洋井架动力特性分析

为获得HJJ450／45-T型海洋井架的自振特性（固有频率和振型）和井架结构在地震激励作用下的随机振动响应,应用有限元软件ANSYS对HJJ450／45-T型海洋井架进行模态分析和随机振动分析。确定了井架结构的固有振动特性,分析了井架顶点在地震激励作用下的位移、加速度响应。结果表明,HJJ450／45-T型海洋井架刚度富余,地震激励作用下,井架在激励方向上的随机振动响应最为明显,而且在转盘最高转速下有发生共振的危险。     

HJJ900/64-T型海洋超深井井架可靠性分析

HJJ900/64-T型海洋井架是为满足12 000 m钻深的自升式钻井平台超深井钻井而研制。该井架设计为满足4单根组成一立根结构的井架高度,比传统的3单根井架至少增加了10 m的高度,达到了64 m。为使该井架满足在恶劣的海洋环境下的使用要求,对井架主体结构进行了可靠性分析。使用有限元分析软件ANSYS对HJJ900/64-T型超深井井架建立了完整的井架有限元模型,根据井架的设计使用条件及自存环境条件,对井架工作工况、风暴自存工况、拖航工况及在顶驱转动、风振、波浪等外部载荷激励时进行了模态分析。分析结果表明,井架在工作工况、风暴自存工况、拖航工况下结构强度及刚度都能满足设计和使用要求,而在拖航工况下受到波浪载荷激励时有可能产生共振。因此可根据共振产生的阵型特性对该井架的局部结构做加强处理,使之更加安全可靠。     

结构动力修改在车装钻机井架设计中的应用

运用结构动力修改的基本原理,以ZJ30/1700CZ车装钻机井架为研究对象,分析其动 态特性,进而对影响固有频率的井架几何参数进行灵敏度分析,找出结构振动的薄弱环节,并提 出相应的改进措施:(1)井架第3阶固有频率对应的模态为ZJ30/1700CZ钻机井架的危险模态, 改进该模态对改善井架结构动态特性有显著效果;(2)提高井架的斜杆钢材型号可以使修改后的 井架动态特性得到改善,在工作中能有效地脱离共振危险区;(3)利用有限元分析结果进行结构 动态特性的灵敏度分析及动力修改的最大特点是,在井架结构设计阶段只有有限元模型(设计图 纸)存在,所以修改设计方便。     

前开口井架振动分析与结构动态再设计

对前开口ＪＪ２５０／４２－Ｋ型井架进行了有限元动力分析，获得了井架结构的动态特性参数，发现了井架结构设计上的３处薄弱部位。对原型井架进行了结构动力修改，并对结构修改后的井架再次进行了有限元动力分析。分析结果表明，结构修改方案合理，改善了动态性能，提高了抗振能力。     

JJ454/49-H型海洋动态井架动力特性分析

基于大型通用有限元软件ANSYS,对JJ454/49-H型海洋动态井架结构进行模态分析和谐响应分析,得到井架的自振特性（频率和振型）和结构的响应随频率变化的规律。首先进行模态分析,确定井架结构的固有振动特性,并对井架进行了海洋波浪脉动反应测试,测得结构的动态特性与理论计算结果基本吻合;其次,对该井架进行谐响应分析,分析在正常工作载荷作用下的稳态响应,得出结构的响应随频率变化的规律,从而确定该井架的共振特性,为海洋井架的优化设计、强度校核和安全性评定提供依据。     

基于超声波测厚的海洋修井机井架强度分析

为评估在役井架的承载能力,采用超声波测厚仪,在海上平台现场对服役8 a的HXJJ180井架杆件厚度进行了测量,据此建立了井架有限元模型,并按16种组合工况对井架进行了强度分析。由于井架各杆件不仅承受轴向力,而且也承受弯矩作用,故单元类型选择时考虑了结构尺寸和承受的载荷;将井架下底座视为刚体,约束连接处的所有自由度。分析结果表明,海洋修井机井架受环境腐蚀较为严重,有限元分析有助于掌握各杆件在给定工况下的应力及强度特性,采用超声波测量方法可获得精确的杆件厚度数据,保证有限元模型与实际井架相符;井架在最大钩载下最大应力小于许用应力,仍可安全服役,但最大应力200.41 MPa接近许用应力,使用中应避免过载,并注意防腐,以延长井架服役寿命。     

张力腿平台模块钻机井架设计及风动力学分析

针对流花油田TLP平台示范开发工程项目,开展了张力腿平台模块钻机关键设备应用研究。在分析3 150 kN井架设计要求的基础上,确定了井架的主要技术参数和结构方案,即采用单斜瓶颈式塔形结构,有效高度46.6 m。应用SACS有限元分析软件,在钻井作业工况、风暴载荷和拖航工况3种工况下对井架的强度和稳定性进行计算分析。结果表明,在钻井作业工况下,UC值最大为0.96,位于绞车侧井架上部立柱,小于允许值1.0。井架材料的综合利用率较高,结构设计满足API SPEC 4F规范要求。利用SACS软件对井架进行模态分析,井架低阶固有频率超过1 Hz,不属于风敏感结构。当风暴作用频率接近3.2 Hz 时,可能对井架产生共振破坏。     

5000kN海洋半潜平台动态井架的研制

为满足勘探三号半潜式钻井平台改造升级要求,研制了5 000 k N海洋半潜平台动态井架。该井架采用横截面为矩形的可拆卸、栓装封闭式钢结构,其主体为双锥塔形结构。井架最大额定静钩载5 000 k N,有效高度56 m。有限元分析计算和最大钩载试验结果表明,井架的结构设计符合规范要求,井架的安全可靠性得到了保证。井架在勘探三号半潜平台上安装顺利,沿用设备与井架预留安装接口均能成功对接。5 000 k N海洋半潜平台动态井架的研制成功提高了平台在更广海域钻探作业及迁徙时应对恶劣环境的能力。     

ZJ90DB海洋平台钻机井架的设计及分析

针对海洋平台钻机工作环境海风大、大气腐蚀性强及作业面积小等特点,研制了ZJ90DB海洋平台钻机井架。该井架采用具有一定大门高度的单斜塔形结构,井架体横截面为长方可拆卸、栓装封闭式钢结构框架。井架整体构件均经热浸锌防腐处理,增强了井架的抗腐蚀能力。通过对井架结构建立力学分析模型,借助于ANSYS软件对井架进行了有限元分析计算,分析结果表明,3种计算工况下ZJ90DB海洋平台钻机井架的最大应力均发生在井架主立柱大腿单元,最大应力满足API标准要求。     

钻井平台增加井口辅助作业平台可行性分析

为提升钻井平台作业效率,借鉴深水平台一个半井架的作业理念,对渤海油田现有自升式钻井平台井架部分进行改造设计,增加井口辅助作业平台,实现离线作业功能。利用有限元分析方法,对改造后井架的结构强度进行了校核。分析结果表明:系统结构可靠,稳定性好,能够满足长期安全工作的需要。     

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.     

ZJ30/1700CZ型钻机井架钻台体固有振动特性分析

应用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂研制的ZJ30／1700CZ型钻机井架与钻台结合体的固有振动特性进行了分析。建立了该钻机井架与钻台结合体固有振动特性理论分析的有限元模型并给出了其固有振动频率结果和相应的主振型。计算结果表明，该钻机在不同设计转速下钻井时，不会引起井架钻台结合体的固有振动。     

ZJ40/2250DB型钻机井架及底座静动态特性研究

根据ZJ40／2250DB型钻机井架及底座的结构特点，建立了三维有限元模型，应用有限元分析软件对井架及底座进行了静、动态特性分析。在静态分析中，按2种工况给模型加载，并获得了可靠的计算结果。在模态分析中，计算出前4阶固有频率及其相对应的主振型，并对各阶主振型进行了分析。通过对井架及底座的固有频率与钻机设计工作转速比较，得出前4阶固有频率都在转盘的扰动频率范围内，容易发生共振。建议在钻井过程中注意检测转盘转速，避免发生共振。     

ZJ30/1700CZ钻机钻台固有振动特性分析

采用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂开发设计的XJ30／1700CZ轻便钻机的钻台固有振动特性进行了分析。通过对钻台的结构分析建立了钻台固有振动分析有限元模型，给出了其固有振动频率计算结果。计算结果的分析表明，该钻机在不同设计转速下进行钻井工作时，钻台不会发生共振现象，并对该钻机的结构设计及使用提出了建议。     

基于振动参数的钻井井架安全承载力评定

通过井架结构振动理论、有限元分析和实验室简易模型的试验研究，提出了以振动频率为基准，载荷下降系数为依据诊断钻井井架结构安全承载能力的方法。根据井架的具体结构形式和受力特征，将井架简化成一根沿长度上质量均匀分布、刚度恒定的简支梁，用振动理论推导出了井架固有频率的平方与作用载荷之间存在着线性关系，并通过有限元分析对这一关系进行了验证；提出了通过测试井架在两种不同栽荷作用下的固有频率推算井架临界承载并以此评定井架安全承载能力的方法；在实验室内制作了与A型井架相类似的模型，进行了逐级载荷下的固有频率测试，分析总结出适用于井架现场评定的具体方法，最后应用此方法对现场在役井架进行了测试与安全承载能力评定。该评定方法为井架测试、安全评定提供了一个新的发展方向，对保证钻井安全将起到重要的作用。     

石油钻井塔架结构的动特性灵敏度分析

用摄动有限元及二阶摄动分析方法，对石油钻井塔架大腿局部存在缺陷及局部刚度加强等状态下的动特性及灵敏度进行了分析计算，并与有限元重分析的动特性计算结果作了比较，得出了前者比后者省时省力的结论。这种方法对今后设计新型塔架有很好的参考价值，也为其他工程实际结构的动力修改和优化设计提供了一种简单可靠的计算方法。     

ZJ70D型钻机双升式底座有限元模态分析

针对ZJ70D型钻机双升式底座的振动问题,在结构分析的基础上,应用ANSYS7.0有 限元软件建立了钻机底座有限元模型,计算得到钻机底座前10阶固有振动频率和主振型。对现役 钻机底座做了现场振动测试,得到频响函数曲线及前10阶模态频率。有限元计算和现场测试结果 的对比分析表明,ZJ70D型钻机转盘工作转速与钻机底座低阶固有频率接近,转盘的转动必然会 激起钻机的振动,因此需要对钻机底座结构进行调整。     

钻井液对钻柱纵向振动影响分析

钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和迅速的疲劳破坏,使钻井成本大大增加。利用ANSYS软件建立钻柱振动有限元模型,采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析,然后在钻头处施加干扰力,采用完全矩阵法进行动力响应分析,得出钻井液密度对钻柱纵向振动的影响规律。钻井液密度降低,导致固有振动频率升高,振幅增大;钻柱响应力的变化趋势与响应位移基本一致;钻井液密度降低引起钻柱的响应位移和响应力增大,进而造成von Mises等效应力增大,疲劳寿命降低。