基于ANSYS概率设计软件的井架可靠性分析

为研究某海洋钻机井架在使用过程中的可靠性,利用ANSYS有限元分析软件的概率设计系统(PDS)对井架的可靠度指标进行分析.通过ANSYS的梁单元建立井架的有限元模型,结合井架的实际工况,统计随机载荷变量的分布特征.编写APDL有限元分析程序,建立多随机性因素作用下井架可靠度的蒙特卡罗模拟方法,借助概率设计技术,预测井架的可靠性.该分析技术简单方便,但其结果的准确性依赖于建立完备的统计数据库.     

JJ450／45—K4型石油钻机井架可靠性评定

可靠性是石油钻机井架的一个十分重要的质量指标。井架的安全性评定单纯用安全系统来作保证是不够的，还应从井架的可靠性方面对井架进行评估分析，才能保证井架安全可靠使用。现文通过应力测试、分析计算，对ＪＪ４５０／４５－Ｋ４型石油钻机井架进行了可靠性评定。评定结果表明，该井架的可靠性指标β≥３．２，符合设计要求。     

滩海勘探螺旋钻机井架的有限元分析

利用ANSYS软件对自行研制的滩海勘探钻机的井架进行了有限元分析，得到了井架在起升和几种工作状况下各杆件的应力分布。分析了最大应力值及其所在的位置，校核了井架的可靠性，最后对井架进行了稳定性分析，求得了井架结构的失稳载荷。计算结果可以评价井架设计方案的合理性，特别是井架起升和工作状况的可靠性。     

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。     

K型井架和双升式底座的结构静力分析

根据ZJ40／2250DB型变频调速电驱动石油钻机的K型井架和双升式底座的实际结构特点，建立了它的三维有限元模型，按2种工况对井架及底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS9.0进行分析计算，给出了计算结果。结果表明，该型钻机的井架及底座满足强度、刚度要求。     

ZJ40／2250DB型双升式钻机井架及底座结构静力分析

根据钻机井架及底座的实际结构特点，建立了它的三维有限元模型，按2种工况对钻机及底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS9．0进行分析计算，给出了计算结果，结果分析表明ZJ40／2250DB型双升式钻机井架及底座满足强度、刚度要求。     

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。     

ZJ70DB型钻机井架起升过程有限元仿真分析

针对ZJ70DB型钻机井架起升过程,在结构分析的基础上,应用ANSYS有限元软件建立了钻机起升过程中12个位置的有限元分析模型.计算得到井架在起升过程中井架起升力及钻机底座、井架、人字架的最大应力和应变.有限元计算结果分析表明,ZJ70DB型钻机在井架起升过程中井架上起升大绳安装处应力较大,需进行重新加固,其他结构是安全可靠的.     

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.     

有支座沉陷缺陷的钻机井架有限元仿真研究

井架在油田服役多年后,会出现各种服役缺陷(如井架支座沉陷),这对井架结构承载能力的影响非常大。鉴于目前各油田对井架进行检测的方法受现场工况条件所限,不能真实测出井架实际设计载荷的情况,提出一种有支座沉陷缺陷钻机井架的建模方法,利用计算机仿真方法,模拟井架加载试验。该仿真分析模型对有服役缺陷钻机井架的可靠性处理、剩余寿命计算、维修技术等具有较大的应用价值。     

基于有限元的JJ40/225-K型井架承载能力计算方法

井架的承载能力是评估其安全性的重要参数。应用MIDAS软件建立了JJ40/225-K型井架的有限元模型,计算关键部位的最大应力。依据SY/T 6326—2008标准测试相应部位的几组应力,并线性推算该部位的最大应力。测试值比计算值高10%～12%,原因是井架构件存在损伤和变形。为了评估该井架的安全性,可以用有限元方法计算的应力值乘以井架损伤系数K来估算井架的承载能力,服役时间〈10 a,K=1.1～1.2;服役时间≥10 a,K=1.2～1.5。     

基于ANSYS优化设计的井架模型修正

建立一个能够反映井架真实结构状态和实际工作性能的有限元模型是进行井架检测和安全评估的第1步。根据实验室井架模型的实测模态数据,采用基于特征值灵敏度的优化设计方法对实验室井架模型进行了有限元模型修正,分析结果为实际工作井架的检测和安全评估工作提供了重要依据。     

载荷对石油钻机井架动力特性的影响分析

根据石油钻机井架的结构特点,采用有限元方法对井架结构进行有限元离散,主弦杆和斜横撑杆采用2种单元截面形状的空间梁单元模拟,建立了精细的井架有限元模型,共分析计算了8种工况下的井架动力特性。探讨了石油钻机井架的自重载荷,特别是大钩载荷产生的预应力对井架动力特性的影响,得出了一些有价值的结论。     

钻机井架的可靠性分析

对ZJ30/1700DB型钻机井架进行了静力结构分析,得到井架的应力和位移分布,由此分析该井架是否满足可靠性的基本要求。井架结构的可靠指标β能较好地反映出井架的承载能力,计算出井架的最小β值可判断井架的可靠性;井架整体失效概率采用失效函数计算,并分析出保护井架安全工作的措施。     

基于半刚性连接的石油井架安全承载性能研究

焊接是石油钻机井架钢结构主要的节点连接方式。对石油井架结构进行安全评定和仿真计算时,传统上大都按照刚性节点处理,忽略了焊接节点半刚性连接对于井架结构整体承载性能的影响。通过建立半刚性连接的石油井架钢结构节点构造模型,计算焊接节点单元初始刚度,完成了空间框架结构半刚性节点弯矩与转角的力学描述。结合有限元法,运用双向变刚度零长度螺旋弹簧模拟节点半刚性,实现了相同边界条件下刚性和半刚性井架有限元仿真计算。对比结果表明,刚性和半刚性连接对于井架竖向荷载作用下的位移变形与应力影响不大,但横向荷载作用时.计算结果表现出明显的差异性。由此提出,对在役井架承载安全评定时,除考虑竖向荷载外,还应充分考虑风载、管柱靠力等横向荷载作用时焊接节点的半刚性影响。该认识成果为大型钢结构半刚性力学研究和石油井架安全评定提供了新的思路。     

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。     

在用井架承载能力及使用寿命测试系统的研制

在用井架承载能力及使用寿命测试系统能在钻井作业现场快速测出井架的最大承载能力、可靠性以及使用寿命。该系统研究属国内首创，达到国际先进水平，已用于辽河油田２０部开架的测试，创效益２６６．８万元。     

SJY-18型试油井架优化设计

在满足井架使用要求的前提下,运用空间有限元计算方法,对传统的ＢＪ２－１８型试油井架进行优化设计。优化过程主要分两部分完成：首先分析试油井架的受力状况,建立力学模型,并设定力学模型的边界条件;用有限元法进行强度和刚度计算,对井架进行尺寸优化和几何优化,按等强度原则确定井架优化后的各截面几何尺寸。优化后的ＳＪＹ－１８型试油井架经过测试后完全达到设计要求,即强度与原井架相当,刚度及稳定性满足使用要求,经优化设计的井架比原井架质量减轻２０％,目前,该试油井架正在江苏油田推广使用。     

在用钻机井架可靠性的鉴定

对在用钻机井架的可靠性进行鉴定是保证钻井作业安全的一项重要工作。本文根据油田在用井架的结构特征,按照“局部-边界-整体”的鉴定思想,论述了鉴定的项目、内容及手段。并应用失效树分析方法探讨了可能出现的各种缺陷模式、相互间的关系及其对井架整体系统可靠性的影响。     

初始缺陷对塔形井架可靠度的影响

在对油田进行现场调查的基础上,讨论了初始缺陷对塔形井架可靠度的影响,推导了节点平移或支座沉陷引起的位移或应力值变化的计算公式,并对现场测试的某塔架进行了实例计算。还讨论了锈蚀对塔架可靠度的影响。