石油钻机井架结构梁单元计算精度分析

目前,对于如何提高BEAM188梁单元在石油井架结构设计中的计算精度研究不多。为此,在分别介绍BEAM188梁单元及其一次、二次和三次形函数之后,通过一悬臂梁算例,分析了一次、二次和三次形函数的适用条件,指出它们分别适合于计算常弯矩、一次弯矩和二次弯矩载荷作用。在侧风无立根条件下,对某ZJ30-1700DBF钻机井架进行了工程实例有限元应力计算。计算结果表明,井架梁结构划分为一个梁单元计算规模小,且采用二次及三次形函数具有较高的计算精度。     

石油钻井井架结构优化设计

本文以井架结构经济指标为目标函数,对给定结构几何拓扑布局的陆地用石油钻井井架进行优化设计,使井架在多种约束及工况下结构经济指标最佳。设计变量是井架构件截面尺寸。约束有应力、变位、杆件局部稳定、刚度及结构系统稳定。文中考虑井架实际受载情况:自重、风载、立根载荷、大钩静负荷以及各种恒载。文后根据所编制的程序计算了两个工程实际井架,并与原设计方案进行了比较。     

基于接触刚度法的井架承载能力评估

井架由于受气候、搬迁运输、装配和地基沉降等因素的影响会造成结构不同程度的损伤,这些损伤均影响井架大腿及结构承载的均匀性。为全面反映井架总体的受力情况,采用接触刚度法模拟井架大腿在不同载荷下的承载不均问题,并对特制的受力严重不均的实验室K形井架进行应力测试,以验证接触刚度法的适用性和适应性。模拟结果与大腿承载严重不均的实验室模型井架的应力测试结果相比,最大相对误差为17.5%,证实了接触刚度法能有效反应井架在不同载荷下大腿承载的不均匀性,能较好地模拟井架的应力分布情况,可用于井架承载能力的评估。     

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。     

伸缩式石油钻机井架的仿真计算方法

伸缩式石油钻机井架由上下2部分嵌套组成,以往的仿真计算是将井架简化为一体结构,忽略了上下井架嵌套对井架受力的影响效果。利用ANSYS有限元软件的耦合功能,对伸缩式上下井架的嵌套进行了技术处理,完成了井架承载能力的仿真分析。利用耦合单元法,考虑上下井架的嵌套作用效果,其计算结果更真实,对今后井架承载能力的仿真计算有重要的指导意义。     

井架可靠度计算

根据可靠性理论基础,阐述了井架可靠度的基本概念。井架可靠度分为构件可靠度和结构可靠度,重点讨论了井架因构件失效而引起的结构失效问题。提出了井架系统,包括串联系统、并联系统和混联系统的可靠度计算方法。     

井架与底座连接刚度对钻机振动的影响研究

为定量研究井架与底座连接刚度对钻机振动特性的影响,推导了连接结构固有频率的计算方法,建立了深井钻机井架与底座的有限元模型。在ANSYS软件中利用Combin14单元模拟井架与底座之间的连接。经模态分析得到钻机在X方向的模态参数,发现在不同的连接刚度下,前3阶模态振型基本一致,但随着连接刚度的增加,各阶模态频率均增大,第2阶模态频率增加最明显,从最低2.582 Hz提高到3.045 Hz,提高了17.93%,而最大模态位移则从23.2 mm减小至15.9 mm,说明井架之间的连接刚度对钻机振动特性具有重要影响。为确保钻机具有良好的结构动态特性,应尽可能提高井架与底座及钻机其他部件的连接刚度。     

中型钻机前开回井架外形结构分析

在静力结构电算和现场实际电测的基础上，对中型钻机前开口井架的弦杆斜度不变井架和弦杆斜度折线变化井架，从位移、受力和应力等三方面进行系统的对比分析，结果表明：弦杆斜度不变井架比弦杆斜度折线变化井架的刚度好，承载能力强。建议设计井架时，优先选用弦杆斜度不变的外形结构；使用井架时，应避免发生弦杆不共线问题。     

中型钻机前开口井架外形结构分析

在静力结构电算和现场实际电测的基础上，对中型钻机前开口井架的弦杆斜度不变井架和弦杆斜度折线变化井架，从位移、受力和应力等三方面进行系统的对比分析，结果表明：弦杆斜度不变井架比弦杆斜度折线变化井架的刚度好，承载能力强。建议设计井架时，优先选用弦杆斜度不变的外形结构；使用井架时，应避免发生弦杆不共线问题。     

石油钻机井架的现状与发展趋势

介绍了国外及我国石油钻机用塔形井架、Ａ形井架、Ｋ形井架和桅形井架等的现状与发展趋势。在对各类型井架结构特点和发展过程进行分析的基础上，提出了发展我国井架的若干设想：淘汰塔形井架；优先发展Ｋ形或Ａ形井架；积极开展顶驱井架的理论研究，同时为适应顶驱装置安装开展老式井架的改造；大力开发井架上的机械化、自动化设施；着手研究超深井大型井架。建议我国钢铁生产部门开发新的型钢品种，以进一步改善井架构件的受力状况。     

钻井全尺寸综合模拟试验装置中井架结构静动力有限元分析

采用有限元法对钻井全尺寸综合模拟试验装置中并架所作的结构静动力分析表明，该结构设计满足强度和刚度要求。井架结构第一阶固有频率在正常工作位置时为１５．４４Ｈｚ，在最低工作位置时为１６．８８Ｈｚ。当使用三牙轮钻头的工作转速变化范围为３５～３００ｒ／ｍｉｎ时，井架不会发生共振。     

基于可靠性理论的井架承载能力评定系统

基于可靠性理论的一次二阶矩极限状态设计方法,采用分布式光纤光栅传感器网络测量井架多点应力和位移数据,由根据JC法编制的Matlab程序计算井架承载能力。试验数据和计算结果均写入Access后台数据库,自动生成Word格式的评定报告。通过ADO、VBA和MatrixVB组件技术,实现了VB、Access、Word与Matlab软件的混合编程,构成了基于井架承载能力检测技术的评估系统。     

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ANSYS的K形井架结构研究

基于ANSYS建立了K形井架的有限元分析模型,进行了静态力学性能、自振特性、稳定性综合分析和计算,全面了解了其力学行为,为安全使用该井架提供了依据.     

HJJ31547海洋钻机井架的风动力学分析

对大多数的石油井架来说,一般都只采用等效静力计算方法来验证或指导井架使用。通过预应力模态分析、谐响应分析,对HJJ31547海洋钻机井架进行了风动力学计算,计算结果表明,HJJ31547海洋钻机井架没有全包覆式防风墙,也不存在大跨屋盖结构,其低阶固有频率超过2.00 Hz,井架不属于风敏感结构;海洋钻机旋转设备的振动不会引起井架共振;当暴风作用频率接近4.30 Hz时,可能对井架产生共振破坏。该项研究可有效指导井架的设计和现场应用。     

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。     

钻修机井架冷放空方法在旅大5-2油田的应用

介绍了利用钻修机冷放空系统方法在旅大5-2油田的应用风险及其控制措施。由于旅大5-2WHPB平台重新定位后,2平台间距只有2 m,从而造成DPP平台火炬臂影响导管架和组块安装,为此需要在导管架下水前拆除DPP平台火炬臂,同时将平台火炬放空改为临时冷防空。绥中36-1一期调整项目LD5-2DPP平台利用钻修井井架进行冷放空技术的成功应用,不仅充分利用了老平台的结构设施,无需建造安装新的冷放空设施,同时在短期切除火炬后平台无需停产,原有平台的各种作业照常进行,大大节省了投资和能耗,并保证了原有油田的产量,为今后相似油田开发提供了成功的范例。     

车载式不压井修井机井架应力及动力特性分析

以车载式不压井修井作业设备中的井架及伸出支架为研究对象,分别采用有限元分析软件的静力分析、模态分析研究了二者的受力特点,获得了井架的模态振动规律.分析结果标明,该井架具有较好的抗栽荷能力,但应避免井架的低频振动.     

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。