井架结构安全承载力动态参数评定方法

文章用振动理论研究井架结构频率与作用载荷的关系,对现场在用井架模型进行了数值分析,得出井架作用载荷与固有频率平方之间的线性关系.提出测试井架在不同载荷作用下的固有频率来评定其安全承载能力,并应用此方法对现场在用井架进行了测试和评定.     

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。     

勘探三号海洋钻井井架动力特性测试与安全评估

为了准确地评估海洋钻井井架安全承载能力，提高海上石油钻探过程中钻井作业的安全，以勘探三号海洋钻井井架为例，提出了海洋钻井井架动力特性测试理论与技术。利用海洋波浪脉动激励反应来识剐井架结构模态参数，根据模态参数与物理参数之间的关系，分析井架物理性态，进而评估井架当前实际状态，定量确定井架实际承载能力。识别结果与计算结果比较，其误差不超过6％。此方法可应用于海洋平台上大型钢结构动力特性测试、承载力预测及安全评价。     

在用井架剩余承载能力极限状态评定方法

钻井井架因长期使用，各构件、构件间连接及井架整体都会产生不同程度的损伤与缺陷，严重影响井架的承载能力。与承载能力降低的同时，井架结构的应变参数也发生相应的变化。对此，为提高井架的使用安全性，提出以实测应变参数为基础的井架剩余承载能力极限状态评定方法，即采用以应变参数测试为主，辅以结构变形测量、腐蚀测厚、焊缝探伤等综合测试方法检测在用井架结构性能，应用权限状态理论评定在用井架剩余承载能力。应用该方法已测试与评定了98部在用井架，取得了满意的效果。     

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。     

钻探用井架承载能力试验与安全评定

提出了基于测试应力的钻探用井架安全承载能力评定方法。以井架现场试验时杆件的工作应力为综合评定井架结构承载性能的重要指标,以与应力有关的设计参数为有限元模型输入参数的修正对象,将现场测试与有限元数值模型相结合,通过修正的有限元模型,分析了在各种载荷作用下在役井架的工作性能,应用国际上通用的API Spec 4F标准进行了安全评定。对某型号钻探井架进行了逐级加载试验,通过井架第一级载荷作用下模型的模拟与修正,复现、预测了其它八级载荷作用下的井架工作性能,预测结果误差不超过5%,验证了模型修正方法的正确性。     

动力参数法预测钻机井架结构承载能力研究

为及时准确地识别在役钻机井架结构损伤,提出了基于动力参数预测井架结构承载能力的方法。利用模态分析技术,识别出理想情况下井架结构的动力特性参数(如固有频率、振型等),与结构实测动力特性参数进行比较,由此来判断井架结构的损伤程度。通过对动力测试参数关于井架结构待识别参数的灵敏度分析形成识别过程中的残差方程,采用优化方法求解当前井架结构的参数真值,进而预测井架结构的承载能力。该方法为在役钻机井架结构的损伤识别和安全监测提供了一条有效的途径。     

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。     

基于非线性屈曲分析的井架承载能力评估方法

介绍了井架承载能力的评估方法,分析了小井架轴向载荷与一阶固有频率平方之间的关系,认为在轴向载荷较小时结构的非线性程度较低,可以忽略非线性的影响,但是当轴向载荷接近临界载荷时其非线性程度不能忽略,需要用非线性屈曲分析来获得结构的临界载荷。为此,提出了一种基于非线性屈曲有限元计算与模态试验相结合的井架承载能力评估方法,即利用模态试验结果对有限元模型参数进行修正,通过ANSYS的非线性屈曲分析功能确定井架结构的临界载荷。计算结果表明,基于模态试验修正后的有限元计算结果更接近结构的实际临界载荷。     

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。     

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。     

在用井架计算机模拟试验

使用年久的井架 ,会在其杆件和联结部位产生各种各样的缺陷 ,直接影响钻井作业的安全。为了正确评定在用井架承载能力 ,提出了一种井架计算机模拟试验中等效处理计算机数值模型的方法。以现场载荷试验的实测数据为基础 ,修正计算机中结构分析采用的井架数值模型 ,得到逼近被测井架真实结构的计算机数值模型 ,然后利用该模型在计算机上进行井架逐级加载试验。实例测试和计算机载荷模拟试验表明 ,这种方法可使井架的试验和分析更加全面、准确、可靠 ,而且适用于各种类型的井架。     

基于有限元动力模型的在役钻机井架仿真模型

为改善在役钻机井架仿真建模的精度,减小理论模型计算结果与试验结果之间的偏差,利用优化原理,基于有限元动力模型,建立了在役钻机井架仿真分析模型.依据简单实用原理,利用灵敏度分析方法确定了井架结构主要承载杆件的材料、截面形状和几何尺寸为待修正参数;以试验模态参数和理论模态参数之间的残差最小值构建优化修正函数,利用一阶搜索优化算法对待修正参数进行了优化和状态评估.以某型号在役钻机井架为例,利用该方法并结合线性屈曲法、几何非线性法、双重非线性法,对其进行了仿真建模和承载性能仿真分析,确定了该钻机井架的极限承载力、破坏形式及危险部位.仿真结果表明,经过修正后的有限元计算模型的计算结果与实验结果非常接近.说明该方法适合于对在役钻机井架的承载力预测和安全评估.     

提高A形井架承载能力的两种方法

我国各油田拥有的A形井架大多数已服役8年以上，其承载能力都有明显下降。为了确保钻井生产的安全和可靠，大港油田钻井工程公司采用电测应力法和动态参数法，于1993、1995和1997年对在用A形井架进行了3次安全性评定，并在此基础上探索出井架大修和现场加固两种提高井架承载能力的方法。A形井架大修主要是针对井架存在的立柱局部磨损，横杆及斜杆的变形、断裂、弯曲、凹陷、磨损、开焊和裂缝等缺陷，分别进行补焊、更换、校正和贴补焊接。现场加固主要是对井架的立柱利用专用卡子、势块和钻杆进行加固。实践证明，通过大修和现场加固的A形井架，其承载能力都有明显提高。每大修一部A形井架及底座可节约资金101．3万元，经济效益十分显著。     

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。     

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本文通过对在用钻机井架的现场实际测试,建立数据库、测评模型,对实测的数据用计算机技术进行分析,提出了初始弯曲应力;数据正态分布检验——x～2检验;建立回归方程;在给定置信度下测评当前承载能力的技术概念。解决了在用钻机A型井架的安全性评估问题,是一种较为合理、可靠、科学的测评技术和方法。