JJ225/42-KC型石油钻机井架结构强度分析

根据JJ225/42-KC型井架的基本结构和受力特点,运用ANSYS有限元软件建立了井架结构有限元模型。结合ANSI/AISC中UC值方法,对该型井架进行了最大钩载工况、工作风载工况和最大风载工况等3种组合工况的强度和稳定性分析。分析结果表明,井架整体结构设计合理,具有较好的动态与静态特性和良好的总体稳定性,可满足典型钻井工况下的强度要求。最后,对JJ225/42-KC型井架的起升装置和井架大腿销轴的强度进行了计算和校核,校核结果显示强度均满足要求。     

海洋钻井平台塔形井架整体安装方式探讨

海洋钻井作业环境复杂施工条件苛刻,海洋钻井井架通常选用强度高、稳定性好、底部开档大及司钻视野开阔的塔型井架。为缩短工期、降低成本,本文提出了塔形井架整体安装方案。通过对塔形井架吊装索具进行计算选取、对井架连接强度等进行校核计算,验证了井架整体安装的可行性。该整体安装方案成功应用于海洋石油282平台塔形井架的安装,为后续钻井平台塔形井架整体安装积累了经验。     

海洋修井机井架承载能力评估及结构改进分析

海洋钻修井机井架所处环境复杂,易产生缺陷,更换困难,对其承载能力研究意义重大。对某海洋修井机井架进行现场测试,发现该井架存在初始弯曲和应力集中等缺陷。考虑这些缺陷影响,对井架进行有限元计算和承载能力评估,结果和实际测试基本相符。针对井架主腿弯曲的情况,提出2种可行的结构加固方案,有限元计算表明：2种结构能增加井架稳定性,但对强度几乎无改善,不能有效提高承载能力。     

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。     

在役海洋井架结构性能评估

对服役中的海洋井架结构进行检测评估,保证其服役期间的安全性和适用性具有重要意义。通过现场检测获得某海洋钻机井架结构当前状态的服役数据,采用ANSYS软件建立了其结构分析模型,并基于模型修正理论进行修正,获得符合井架实际状态的精准模型,进而从结构强度、动态响应、稳定性以及可靠性4个方面系统地对结构进行了安全评估。评估结果表明,该井架综合性能良好,整体可靠性指标为7.15,检测发现的腐蚀、整体弯曲及构件弯曲对井架工作性能和承载能力影响较小,井架可继续安全服役。为防止井架结构进一步腐蚀恶化,需对井架腐蚀构件喷涂防腐层,以保证其后期服役的安全性。     

JJ250/42-K型井架动态特性分析

利用有限元分析软件ANSYS11．0对前开口井架（JJ250／42-K）进行了动态特性分析。应用Subspace法求得井架前10阶固有频率及振型，采用完全法对井架在“猛拉、猛刹”工况下的动态响应做了分析，获得了井架位移响应参数，并对井架关键位置的响应曲线进行了对比。研究表明，该井架整体性能良好，井架中段及二层台是影响井架整体性能的重要部位，可以对此部位进行加强和优化。     

3200m钻机前开口井架整体稳定性分析

用局部结构具有柱型铰的三维空间刚架系统的力学模型和线弹性稳定理论,对3200m钻机前开口井架的整体稳定性进行的分析计算表明,井架的最小安全系数为2.83,大于许用安全系数2.2,能确保井架的稳定性,为前开口井架提供了设计数据。     

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。     

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。     

作业井架结构非线性力学行为分析

分析了作业井架结构的极限承载力问题,对井架的失稳形式进行了分析,确定了井架结构的失稳形式属于极值点失稳,并通过结构几何非线性与材料非线性的双重非线性稳定性分析计算井架结构的极限承载力。对具有不同程度初始弯曲的井架进行了承载能力研究,得出了井架整体初弯曲程度与结构极限承载力之间的变化关系。     

基于曲率模态差的海洋塔式井架缺陷定位研究

海洋平台塔式井架受到环境因素的影响,会产生不同类型的缺陷,导致井架整体承载能力下降。根据曲率模态损伤识别理论,针对渤海某塔式井架,应用ANSYS软件对缺陷产生前、后的塔式井架曲率模态差进行了计算和分析,并通过试验进行了验证。研究结果表明,局部腐蚀和弯曲可造成井架前2阶的曲率模态发生变化;整体倾斜可造成井架的前5阶曲率模态发生变化;局部缺陷值越大,曲率模态差也越大;对于塔式井架,局部腐蚀损伤只导致该损伤部位的曲率模态差发生变化;局部弯曲除导致损伤部位曲率模态差发生变化外,还导致其上、下相邻杆件的曲率模态差发生变化;整体倾斜时,塔式井架结构从底部到中部的曲率模态差发生由大到小的变化。     

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。     

修井机井架动力特性及稳定性分析

根据ＸＪ３５０Ⅱ修井机井架的结构特点，采用弹簧单元模拟井架的绷绳作用力，运用ＰＴＣ公司的有限元分析模 Ｐｒｏ／Ｍｅｃｈａｎｉｃａ，建立了井架的空间梁单元刚架模型，并对井架结构进行了模态、时间历程响应及稳定性分析。分析结果表明，该型井架第２和第３阶固有频率与第４和５挡的转盘激振频率较为接近；在正常起下钻进的动应力不大，井架有足够的安全裕度。     

基于ANSYS5.4的A形井架结构综合分析

以JJ30 0 / 4 3—A形井架为例 ,采用有限元分析软件ANSYS5 4对井架进行了模态、瞬态动力、稳定性等分析。在建模时 ,省略掉了人字架、井架各段销子连接处 ,没有考虑排满立根等情况 ;通过模态分析得出 ,井架结构前 3阶振型以侧向和前后振动为主 ,第 1、 2阶振型能反映出井架的整体振动 ;通过瞬态动力分析得出 ,在动力载荷作用下 ,井架以前后振动为主 ,上下振动幅值小于前后振动幅值 ;通过稳定性分析得出的数据与现场数据吻合。但力学分析方法还需与实验方法结合 ,才能提高分析结果的可靠性     

具有多种移运方式的井架模块研制

常规井架搬家时需被分成许多块,造成移运车次繁多,安装拆卸费时费力。鉴于此,研制了一种具有多种移运方式的井架模块。该井架模块可以和天车、底座、游吊、顶驱组合体及牵引装置一起移运,整体拖挂移运可实现当天转场并开钻,也可以上、下段套合在一起移运,还可以上、下段分开单独移运。有限元计算结果表明:整体移运工况下,井架单元应力均小于材料的许用值,最大UC值也小于AISC(335-89)规定的允许值,井架设计符合API Spec 4F规范要求。现场试验结果表明:多种移运方式的井架模块整体和分块搬家性能良好,安装简单,拆装方便,简化了操作程序,提高了搬家效率。     

重载移运工况下海洋钻修机安全性评估

国内作业公司都已进行过海洋钻修机带钻具整体平移,但从未实现满立根重载移运作业。另外,对评估海洋钻修机在整体平移时能带多大钻具载荷,也尚无相关研究及理论依据。鉴于此,针对重载移运工况下海洋钻修机开展安全性评估,基于ABAQUS平台建立了HXJ180海洋钻修机重载移运的动态响应结构强度分析与评价方法,分析结果表明该井架与底座系统具有较好稳定性,其稳定性临界负载比例系数等于2.2,并确定了重载移运工况下钻柱的极限承载能力。该安全评估方法为海洋钻修机带钻具整体移运提供了技术支持,也为现场施工提供了理论依据。     

修井机井架危险截面部位的结构改进

对进口修井机井架结构进行的有限元分析表明，这种井架最大应力出现在前大腿与天车下第一层门框联结处，其次在大腿与天车联结处。这些部位都是井架的危险截面，其应力几乎高出大腿平均应力的1倍。为了改善危险截面部位的应力状况，分析了产生应力集中的原因，针对这些原因提出几种结构改进方案，并通过分析和比较选出最佳方案，得到了整体应力分布均匀的新井架结构。新结构最大应力比原结构降低30％，设计质量有较大提高。     

大腿应力集中损伤井架承载能力研究

目前,国内外对损伤井架承载能力的研究局限于宏观损伤。通过等效处理坑蚀引起的应力集中损伤,借助有限元软件ANSYS计算含有应力集中损伤井架的承载能力。与现场测试评定的结果比较,数值相差1%,证明ANSYS软件的计算精度可以满足应力集中损伤井架的承载能力评定需要。     

底脚支座不均匀沉陷下井架的内力、强度和局部稳定性

在电子计算机计算结果的基础上,本文对由井架及其人字架底脚支座的不均匀沉陷所带来的井架内力的变化进行了研究和探讨;根据强度理论和偏心压杆的稳定性理论对在不均匀沉陷下井架的强度和局部稳定性进行了分析,对今后井架电算模型的确定和井架的正确使用提出了几点意见。     

石油钻机前开口井架整体运移装置的设计

中深井电驱动橇装钻机中短途搬家时,传统方式时间长、效率低、成本高。随着对钻井成本控制要求的提高,为满足钻机在沙漠和平原地区系统整体平移要求,设计开发了前开口式井架整体运移装置。该钻机井架运移装置主要由整体运移吊耳、后端轮式拖车、前部连接架及牵引托架组成。现场试验结果表明,该井架整体运移装置将轮式拖车与井架部件有机结合,利用大马力牵引车作为动力源,可实现前开口井架整体运移,应用效果较好,钻机搬家过程工人劳动强度低,不但提高了钻机搬迁效率,而且有效降低了钻井成本,满足了现代钻井承包商对钻井成本控制的高标准要求。