对《API Spec 8A》中所规定的安全系数的几点看法

<正> 近两三年来,围绕着吊环设计展开了对石油钻采设备中提升工具的安全系数及试验载荷的讨论,这对提高石油钻采机械设计、研究及制造水平,无疑是大有裨益的。 然而有的讨论认为《API Spec 8A》(以下简称《规范》)“关于吊环的安全系数的规定是不准确、不完整的”,“对吊环的安全系数的规定是含糊不清的。它没有说明,此安全系数是仅指吊环的直杆部分,还是包括环体部分”。有的对《规范》提出了自己的解释:“以吊环断面的轴向载荷除以断面面积所得的平均名义拉应力σ名再除其材料的拉伸屈服强度σ屈,即σ屈/σ名定义为吊环的屈服强度安全系数n屈,等等。对这些观点,笔者有不同看法,仅以此文参与讨论。若有谬误,切望同行予以指正。     

吊环的强度分析

吊环是钻井设备中最重要、最常用的工具之一。本文引用能量法的概念,分析了吊环应力分布规律、应力计算以及安全系数选择等问题。     

薄壁内压球形容器的安全系数与试验压力

确定钢制薄壁内压球形容器的安全系数与试验压力,是构建压力容器可靠性设计体系的基本内容。考虑容器静强度与载荷的不确定性,根据静强度在耐压试验和正常操作时的许用可靠度,建立了确定容器静强度安全系数与试验压力的方法。研究表明,对于钢制薄壁内压球形容器,屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．45与1．90,试验压力系数在气压试验与液压试验时应分别不大于1．15与1．29。     

再论吊环的设计与使用

本文在分析了钻机承载特点、疲劳强度和静强度计算方法后,认为吊环按静强度计算加安全裕量是一种简便的、有效的计算方法。只要加强质量管理,吊环的安全使用是可以保证的。 吊环的系列标准应按照钻机国家标准GB1806-79尽快制订,在结构尺寸和安全系数方面可参考美国API标准,以避免目前的混乱和便于今后的生产。     

钻杆弯曲断裂原因分析及预防措施

某油田在钻井过程中发生多起钻杆弯曲断裂事故,对YM35-9H井钻杆弯曲断裂事故进行了调查研究,对钻杆弯曲断裂形貌进行了分析。结果表明:钻杆断裂原因是由于井口摘挂吊环的操作工人与司钻操作配合失误,单吊环起钻所致;在单吊环起钻过程中钻杆弯曲断裂部位承受了异常的撞击、弯曲、剪切和拉伸等载荷;经过理论计算,发生单吊环起钻时钻杆所受的应力已超过材料断裂强度。为有效地防止单吊环起钻事故,建议采用带有锁紧销子的吊卡和液压卡盘。     

试论吊环设计与使用中的几个问题

<正> 近几年来,国内对吊环问题进行了理论研究,并开展了吊环试制工作,取得了一定成绩。目前看来,在这方面仍然存在一些问题,还应继续认真研究,以期在吊环强度分析、结构设计、材料选择、工艺制造等方面有新的进展。 本文拟针对“吊环的设计与使用”(以下简称“使用”)一文,谈几点粗浅的看法,与有关同志商讨,不妥之处请读者指正。     

基于模型冰试验的多腿柱导管架平台结构最大冰载荷计算新方法——以渤海绥中36-1油田AII井口平台为例

针对绥中36-1油田AⅡ井口平台上部组块载荷不能满足桩基承载力安全系数规范要求的问题,在总结抗冰结构设计实践的基础上,进行了模型冰试验。基于模型冰试验结果,提出了新的多腿柱导管架平台结构最大设计冰载荷的计算方法,解决了设计冰力与实际受力之间差别过大而导致的桩基承载力安全系数不能满足规范要求的问题,对今后井口平台、综合平台基础导管架抗冰设计具有一定的参考价值。     

钢制薄壁外压容器的稳定安全系数

基于钢制薄壁外压容器模糊临界失稳强度的信息熵分析,建立分析稳定性模糊可靠度的模糊临界失稳强度等效随机-载荷随机的力学模型,从控制钢制薄壁外压容器稳定性在正常操作与外压压力试验时模糊可靠度的角度,对其稳定安全系数、试验压力系数与超压限制系数进行探索。研究表明:(1)从等可靠度的观点,在外压压力试验与正常操作时,薄壁外压球壳稳定性的模糊可靠度应分别不小于0.999 998 693与0.999 998 494;薄壁外压圆筒稳定性的模糊可靠度应分别不小于0.999 998 931与0.999 999 975 3。(2)薄壁外压球壳稳定安全系数应不小于14.53;薄壁外压圆筒稳定安全系数应不小于2.20。(3)薄壁外压球壳外压试验压力系数在外压压力试验时等于1.00;薄壁外压圆筒外压试验压力系数应不小于1.00但不大于1.28。(4)在外压压力试验时,薄壁外压球壳的超压限制系数应不大于0.068 8;薄壁外压圆筒的超压限制系数应不大于0.579 8。     

保证吊环安全使用的“有限安全寿命”设计

本文在分析了吊环环部与吊卡的三种不同接触形式及受力计算后,提供了可供设计计算使用的钻机载荷-脉动周次的近似经验计算公式,然后介绍了吊环的“有限安全寿命”设计的方法和原理。     

塔类吊装工程中几个施工技术问题的探讨

关于塔体吊离排子,腾空越过塔基础时,对溜尾铜丝绳和起重滑轮组的受力分析,本文提出了比较准确的计算方法;对采用把杆吊塔,缆风绳受力计算中,如何合理地选用安全系数,以及滑轮摩阻总系数,作者根据施工经验及现场粗略试验,提供了一些参考意见;对于采用单根独脚把杆倾斜架设进行吊塔的合理性和施工中应注意的问题,以及在吊塔过程中经常出现塔尾从排子上甩落的现象,也进行了初步分析。     

滩涂修井机车架的设计

设计滩涂修井机车架时，应考虑行驶时车架承受由作业部分的重量引起的冲击、交变载荷和修井作业时承受井架起落引起的巨大载荷。为此，着重论述了两种工况下车架的载荷确定、应力计算、疲劳系数和安全系数的选取。用计算机对车架纵梁的弯矩和变形进行了计算，得出车架在行驶工况的实际安全系数为1．853，在起升工况时的实际安全系数为3．428。样机经一年的工业试验，行驶5900km，修井24口，证明车架无塑性变形，横向刚度合适，纵向刚度偏大，这为将来升级为60t修井机奠定了基础。     

吊环的强度与结构设计

<正> 前言 《石油钻采机械》1978年第6期、1979年第1期和第3期连载了《与吊环和吊卡设计有关资料汇编及对若干问题的探讨》(以下简称《探讨》)。该文对250吨单臂吊环所作的强度分析是不确切的,从而导致校核计算及设计计算的错误。为此,笔者就单臂吊环的强度分析和结构设计提出自己的一些见解,并与《探讨》一文商榷。     

APl Spec 8A和DNV TN B105评介

<正> API Spec 8A(以下简称8A)是美国石油学会的钻井和采油提升设备规范,DNV TN B105(以下简称B105)是挪威船级社的海洋钻机提升设备技术说明。因为它们都对石油钻采设备中的天车、游车、大钩、水龙头、吊环、吊卡等重要部件的载荷定额、材料、强度条件、制造、试验要求、连接尺寸等作了重要规定,所以它们都是目前国际上公认的石油     

用断裂力学预测吊环剩余寿命的初步探讨

本文在调查、分析吊环失效、断裂的基础上,探讨了用断裂力学预测吊环剩余寿命,测定了吊环用钢的机械性能、断裂韧性K_(IC)和疲劳裂纹扩展速率da/dN根据应力强度因子K_I和能量释放率的关系,采用二维折算厚度有限元程序,计算了吊环小环部危险断面的应力强度因子K_I,并用实物疲劳试验校核了吊环危险断面有限元应力强度因子K_I和吊环剩余寿命的计算。最后用在现场断裂的150吨吊环对各项计算进行验证,表明实测的临界裂纹尺寸和剩余寿命与计算的较吻合,能够满足钻井作业的需要。     

抽油机井机型优化匹配技术的研究与应用

随着油田加密扩边井的不断开发,机采井的能耗问题日益突出,早期开发时采油工程方案中规定使用的抽油机机型已不适用,存在抽油机的载荷利用率低、机采能耗增加的问题.结合油田的开发特点,从油井载荷及产液量两方面入手,对早期的载荷计算公式及安全系数进行修正,通过现场试验,优化抽油机机型,从而达到提高抽油机载荷利用率、降低机采能耗的目的.     

深井套管安全可靠性评价方法

考虑到深井套管载荷的不确定性和套管几何尺寸、性能参数等随机性,采用随机理论分析,给出了套管外载与强度的概率分布计算方法,采用Monte-Carlo方法模拟了非均匀载荷作用下套管强度的随机分布规律。应用"强度-应力"干涉理论,建立了套管安全可靠度计算方法,对不同类型套管在不同外载条件下危险截面处的可靠度进行了分析,得到了区域套管可靠度与安全系数的关系。结果表明,当套管抗外挤、抗内压可靠度为0.50~1.00时,套管的安全系数为1.00~1.25,在载荷变化条件相同时,安全系数的变化幅度小于可靠度的变化幅度,当安全系数大于1.25时,套管可靠度为1.00。套管安全可靠度分析可为套管传统安全系数的选取和外载不确定的情况下套管柱的设计与评价提供依据。      

低温双臂吊环的制造

针对传统工艺加工的锻焊结构的双臂吊环不能满足-45℃环境使用要求的问题,提出了一种低温双臂吊环的整体锻造工艺。按照整体锻造工艺生产的双臂吊环无焊缝,消除了焊缝在低温环境下对安全性的影响,并且经过3种热处理工艺试验,最终确立了35CrMoA经过正火+调质,淬火介质为PAG的热处理工艺方案,使得吊环在-20℃和-45℃环境下的夏比V形缺口冲击功分别达到43J和30J,综合性能完全满足APISpec8C和SY/T5035—2004标准的要求。     

远程控制单吊卡起下管柱作业工艺

在修井作业中,起下管柱的工作量最大、耗费时间最长,现在国内普遍采用的双吊卡倒换起下管柱工艺存在着工人劳动强度大、工作条件差、安全隐患多等问题。针对这种情况,基于现有修井机液压、电、气源条件,综合运用电控、液动、气动技术原理研制了一种远程控制单吊卡起下管柱施工工艺。其特点是:液动吊卡始终挂在两侧吊环上,无需拔插吊卡销子、摘挂吊环和搬抬倒换吊卡,有效地避免了人工操作时挂单吊环问题的发生;通过机械手扶正两侧吊环带着液动吊卡摆动,利用吊环与吊卡之间的柔性连接,即可完成油管在垂向与横向之间任意角度下吊卡对油管的抓取或放开;管柱提升、下放、上卸扣、移运、扶正等功能全部由操车手远程控制完成,实现了井口操作无人化,降低了工人劳动强度,削减了施工安全隐患,提高了安全操作水平。     

基于信息熵的薄壁内压容器安全系数

基于钢制薄壁内压容器模糊静强度的信息熵分析,从控制其模糊静强度在正常操作与压力试验时可靠度的角度,探索安全系数、试验压力系数与超压限制系数的定量关系。研究表明：（1）从等可靠度的观点,可要求薄壁内压容器屈服强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．992656,在气压与液压试验时分别不低于0．96926与0．7881;爆破强度的模糊可靠度在正常操作时不低于0．9999999753,在气压与液压试验时分别不低于0．999998931与0．999990226。（2）薄壁内压圆筒屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．45与1．80;薄壁内压球形容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．40与1．90;扁平绕带式容器屈服与抗拉安全系数应分别不小于1．35与2．00。（3）薄壁内压容器试验压力系数应不小于1．00。在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒试验压力系数应分别不大于1．16与1．28,薄壁内压球壳试验压力系数应分别不大于1．19与1．32,扁平绕带式容器试验压力系数应分别不大于1．16与1．30。（4）在气压与液压试验时,薄壁内压圆筒的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．800与0．900,在爆破失效准则下应分别不大于0．683与0．712;薄壁内压球壳的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．929与0．943,在爆破失效准则下应分别不大于0．640与0．675;扁平绕带式容器的超压限制系数在屈服失效准则下应分别不大于0．858与0．971,在爆破失效准则下应分别不大于0．612与0．654。     

某钻杆典型复合载荷工况下结构完整性分析

为了便于发现和解决作业过程中可能发生的钻杆损伤或失效等结构完整性破坏问题，采用有限元数值方法构建了某型号钻杆的三维模型，根据该钻杆实际工作情况，分别取压扭、压弯和压扭弯3种典型复合载荷工况，又分别在2种钻压、2种扭矩和3种弯曲载荷组合的工况下，仿真获取了钻杆的变形场、von Mises应力场和von Mises应变场分布，由此确定了该型钻杆的刚度与强度，进而评估钻杆的结构完整性。分析结果表明：在各种压扭组合载荷工况中，该钻杆的最大变形率为0.08%,最大von Mises应力位于钻杆后端仪器舱穿线孔壁处，屈服安全系数为1.56;在各压弯和压扭弯组合载荷工况时，其最大变形率分别为2.25%和2.28%,最大von Mises应力均位于前端仪器舱穿线孔壁处，屈服安全系数分别为1.94和1.70。该型钻杆的结构完整性满足要求。所得方法与结论可为钻杆的数值计算以及结构完整性分析提供理论与技术参考。