第七代超深水海洋平台钻机双井架的等强度多目标优化

为了解决第七代超深水海洋平台钻机双井架结构笨重、安全系数小、变形大和材料使用率低等设计不合理的问题,基于等强度理念对双井架进行了优化设计:参照API Spec 2C-2004标准并采用有限元法,分析了双井架在典型工况下不同杆件截面参数时的应力、位移变化规律;以双井架质量、最大应力、最大位移和不同高度段的应力差异程度为优化目标,采用单因素与响应曲面法进行杆件截面参数优化,获得了最优截面参数组合。研究结果表明:①初步设计的双井架在风暴自存工况下安全系数小于API Spec4F-2013要求的1.67,最大位移大于规范允许值l/400,在井架的下支柱和顶部横杆处最危险;②双井架应力随高度升高而减小,在设计双井架时应偏向从低到高考虑杆件截面强度;③双井架最终优化方案满足各典型工况要求,较之于原方案,质量、最大应力、最大位移和不同高度段应力的最大偏差率分别降低16.18%、29.25%、29.35%、67.67%,提高了材料利用率。结论认为,采用单因素与响应曲面法相结合的等强度多目标截面参数优化方法,对于双井架结构参数优选和相关井架设计具有指导意义。     

基于API标准的浮式平台塔形井架有限元计算

半潜式钻井平台的塔形井架承载大、高度高、工况恶劣,需重点校核其变形和应力。以某塔形井架结构及海洋环境数据为对象,建立井架有限元模型,采用API Spec 2C—2004规范确定井架的等效计算载荷,通过ANSYS软件模拟计算设计载荷作用下井架的变形位移及应力分布。结果表明,井架可满足正常作业工况下的强度要求;但在设计生存工况下井架的最大变形发生在井架顶端,达到30.28mm,最大应力发生在井架地脚与平台连接处,达到305 MPa,接近材料的屈服极限,需要引起高度关注。研究结果可为半潜式钻井平台井架设计计算与安全评定提供一定的参考。     

基于ANSYS的HJJ31546型海洋井架安全性分析

采用ANSYS软件对HJJ31546型海洋井架进行不同工况下的静力计算、模态分析及地震谱响应分析,得到了井架结构的固有频率、振型及在各种工况下的最大应力。结果表明:HJJ31546型海洋井架符合API Spec 4F设计规范;外界环境频率接近1.5Hz时,井架可能会因共振而受到破坏;井架沿地震位移激励方向的响应明显。所得结论可为海洋钻机井架的设计、优化、评价提供理论依据。     

超深井海洋钻机井架的研制

为满足水深更深、钻深能力更强的海洋钻机的需求,研制了9 000 m海洋超深井钻机井架。该井架最大钩载6 750 k N,满足海洋9 000 m钻机作业需要。通过有限元分析优化及采用单斜瓶颈式结构,减轻了井架重力;采用新型栓装结构,降低了安装难度;采用了三维设计技术,减少了加工制造过程中的问题。最大钩载静载荷试验中测得的最大应力为120.2 MPa,测试点材料的屈服强度为345 MPa,结构的安全系数大于API Spec 4F规范要求的数值(1.67),这说明井架设计满足API Spec 4F规范要求。     

非海洋平台环境下海洋双井口井架载荷试验装置设计

通过对海洋双井口井架的设计原理、使用工况和功能特点进行分析,设计了非海洋平台环境下海洋双井口井架载荷试验装置。该试验装置包括安装底座、双井口加载系统和控制系统。介绍了双井口井架加载试验装置主承载部件的结构设计特点和强度计算。双井口载荷试验装置可用于非海洋平台环境下双井口井架在满载工况下的型式试验研究。     

ZJ90/6750DB超深井钻机井架静态特性分析

以ZJ90/6750DB超深井钻机井架为研究对象,依据API Spec 4F《钻井和修井结构规范》2008-01第3版中载荷设计的要求,选取最恶劣工况对该井架进行静态分析,得到位移和应力分布规律,计算结果为设计者更好地了解该井架的静态特性提供理论基础。     

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。     

9000kN深水钻机井架设计与试验

深水钻机井架在作业过程中不仅要承受环境载荷和操作载荷,还要承受由于平台运动而产生的动力载荷。在分析9 000 kN深水钻机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,即选择单斜瓶颈式塔形结构,有效高度64 m;同时应用有限元分析软件SACS对井架进行了计算分析,并依据相似原理设计了井架的缩放模型,对模型井架进行了动态载荷和最大钩载荷联合加载。分析结果表明:井架在操作工况和风暴工况下的最大UC值分别为0.984和0.933,满足API Spec 4F规范;模型井架的最大Von Mises应力为126.12 MPa,结构的安全系数为1.67,验证了有限元计算的正确性。所得结论为我国的海洋井架设计提供了参考。     

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。     

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。     

陆地石油井架电算概论

本文根据美国API-4E规范的有关规定,叙述了陆地石油井架的电算过程。以设计、研究为重点,介绍了陆地石油井架的电算准则和方法。此方法也可供海洋井架电算参考。     

XJ1000型修井机的设计

XJ10 0 0型修井机由自走式底盘和修井专用装置两大部分组成 ,装机功率 74 6kW (10 0 0hp) ,最大钩载 180 0kN。修井机的设计严格按照APISpec规范和我国石油行业标准 ,在总体设计方案、动力配置、并车方式、底盘系统、绞车传动系统和井架结构等方面在吸取国外同类设备优点的基础上 ,结合国内的实际情况加以改进 ,使其在国际、国内石油装备市场上确保通用性和先进性。     

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。     

石油钻机井架的冲击响应分析

对钻机井架受纵向冲击和正常工作阶段受周期性持续载荷的响应作了分析,依据JJ300/43—A形井架的实际工况,运用时间历程分析方法,对井架顶端节点施加2次冲击载荷作用,其余冲击皆为零。分析结果认为,在瞬时冲击载荷下,位移在很短的时间内具有一定的波动性,随着时间间隔的变化,波动的幅度各不相同;在严重的冲击载荷作用下,井架顶部Z方向响应最为强烈,危险时位移可达24.5cm。     

A形石油钻井井架结构分析

根据A形石油钻井井架的结构特点，用有限单元方法，把井架杆件模拟为空间梁单元，对井架结构进行了静态力学性能、自振特性、动态响应、稳定性等综合性能分析。由计算结果可知，井架的竖向位移及杆件中的应力值与大约载荷呈良好的线性关系，通过检测井架大腿杆件的应力值，可间接评价井架的承载能力；A形井架没有明显的局部刚度薄弱部位，低阶振型就反映了结构的整体振动形式；钻井过程中井架始终处于动态，对其承载能力进行评估时，必须综合考虑静力、动力和稳定性，才能得到符合实际的结果。     

基于Pro/E的海洋修井机井架静态设计

文章以国产HYX90型海洋修井机井架为例。采用美国PTC公司开发的机械设计及自动化软件Pro／E完成了海洋修井机井架的设计。重点阐述了用Pro／E软件进行井架静态设计的方法和步骤．找到了该修井机井架应力最大值和位移最大部位，对该修井机井架结构提出了改进意见。该设计理论及方法为石油钻采装备及工具的改造和新产品研制提供了一种新的方法。     

基于ANSYS6.0钻机井架几何非线性分析

文章对JJ315／43-A型井架在设计载荷作用下进行了几何非线性分析，提出非线性影响度的概念．通过分析非线性影响度来确定几何非线性对井架承载各参数的影响。分析得出．几何非线性对井架顶部x向、y向住移影响较大；对井架杆件轴向应力影响较小；从而得出在井架大钧较小载荷作用下，通过测量井架顶部z向位移及测试井架主要杆件的应力．以线性外推法进行井架安全承载能力评定是可行的。     

大型塔器桁架内件结构的设计与计算

桁架具有材料荷载较大的工况利用率高、结构轻巧、利于塔内介质径向流动等优点,在大跨度塔内件支撑中逐渐得到应用;在探讨了形式选择、载荷作用点传到支座端部支撑设置前提下,分析了如何确定塔器支撑用桁架的杆件截面形式、斜杆角度和高跨比;详细介绍了如何进行平面桁架桁架的强度、刚度和稳定性计算,尤其是如何计算梁的最大挠度和长细比;阐述了侧向支撑的设置前提和设置方式,如何进行腹杆与弦杆间的连接节点设计;为了在能够在满足使用要求的前提下尽量减轻桁架的重量,讨论了如何进行桁架进行优化设计,找到最合理的设计序列。