海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例

渤海某海洋平台配置的ZJ50/3150DB海洋钻机在钻井作业时井架振动幅度较大,为了评估井架在钻井作业时的安全性,对井架进行了振动检测,并建立了井架结构有限元模型,结合现场检测数据和模型计算结果分析井架振动对井架结构安全的影响。分别进行了井架固有频率检测、钻进作业工况井架幅频响应检测、井架振动幅值检测和井架振动加速度检测;依据井架图纸及现场井架实际情况,采用ANSYS软件建立了井架结构有限元模型。使用该模型计算出的井架第1阶固有频率为0.555 8 Hz,与现场检测结果较吻合,验证了模型的正确性。分析现场检测数据和模型计算结果发现:顶驱转速为36 r/min时,井架易发生共振;井架C型开口抗扭强度低;井架底座2个前撑杆为关键构件,其结构安全性影响整个井架安全;各种工况下的井架振动和顶驱通过二层台时引起的井架冲击振动均符合安全要求。     

套装式井架在TLP平台的动态适应性分析

TLP海洋钻井平台的升沉运动和摇摆运动会对井架产生动态载荷,影响井架的安全性能。为了保证钻井作业的安全,以流花油田为例,在作业工况(风速为36m/s)、2种风暴工况(风速分别是51.5m/s,55.4m/s)条件下,采用ANSYS软件分析了5 000m套装井架的强度和稳定性能。分析结果表明,当考虑TLP平台附加的动载荷时,按照AISC(335-89)规定的校核公式对井架各单元进行校核,强度和稳定性的综合校核值已接近校核系数的极限值,存在安全隐患。因此,对于TLP平台上的钻井套装井架,在结构件选型设计时必须对局部结构进行加强,并进行严格的安全评估。     

基于SAFI的海洋塔形井架的拖航计算分析

由于海洋环境恶劣,为了保证自升式平台配备的塔形海洋井架的结构安全,除了静载工况外,研究井架在拖航运输过程中的载荷变化过程很有必要。用SAFI软件对海洋塔形井架的拖航运输工况进行了计算分析,包括拖航过程惯性载荷和动态分析。该方法还可为深海钻井平台上的动态海洋井架设计提供借鉴。     

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。     

勘探三号海洋钻井井架动力特性测试与安全评估

为了准确地评估海洋钻井井架安全承载能力，提高海上石油钻探过程中钻井作业的安全，以勘探三号海洋钻井井架为例，提出了海洋钻井井架动力特性测试理论与技术。利用海洋波浪脉动激励反应来识剐井架结构模态参数，根据模态参数与物理参数之间的关系，分析井架物理性态，进而评估井架当前实际状态，定量确定井架实际承载能力。识别结果与计算结果比较，其误差不超过6％。此方法可应用于海洋平台上大型钢结构动力特性测试、承载力预测及安全评价。     

K型井架的工作振动分析

本文通过在典型钻井工况下对K型井架的振动测试,分析出该型井架各部分的振动参数,得出它的基本振动频率和形态,为改善其动态性能提供参考。     

东方13-2B钻井平台自升式井架设计分析

以东方13-2B钻井平台井架为研究对象,采用专业分析软件SAFI对其进行分析。由于井架结构的复杂性,选取井架作业工况和起升工况对该井架进行静态分析。根据计算结果,对设计提出改进建议,提高了该型井架的可靠性,并为节约平台空间、减轻质量和提高井架产品质量提供了可靠保证。型式试验证明该型井架满足作业工况的要求。     

HJJ900/64-T型海洋超深井井架可靠性分析

HJJ900/64-T型海洋井架是为满足12 000 m钻深的自升式钻井平台超深井钻井而研制。该井架设计为满足4单根组成一立根结构的井架高度,比传统的3单根井架至少增加了10 m的高度,达到了64 m。为使该井架满足在恶劣的海洋环境下的使用要求,对井架主体结构进行了可靠性分析。使用有限元分析软件ANSYS对HJJ900/64-T型超深井井架建立了完整的井架有限元模型,根据井架的设计使用条件及自存环境条件,对井架工作工况、风暴自存工况、拖航工况及在顶驱转动、风振、波浪等外部载荷激励时进行了模态分析。分析结果表明,井架在工作工况、风暴自存工况、拖航工况下结构强度及刚度都能满足设计和使用要求,而在拖航工况下受到波浪载荷激励时有可能产生共振。因此可根据共振产生的阵型特性对该井架的局部结构做加强处理,使之更加安全可靠。     

Weatherford公司推出用于海上作业的“无钻机”简易钻井系统

正美国Weatherford公司为应对世界石油业不景气形势,同时也为降低海洋钻井与修井成本,推出一种无常规大型井架,名为"35/1000无井架轻型钻井起下设备",该设备可安装在海洋生产平台进行起下钻柱作业。这种简易钻井系统可作为常规海上生产平台的钻机、修井机或"不压井"设备的可选择替代设备。     

海洋钻修机井架安全承载性能实时监测及预警

海洋钻修机井架的安全承载性能受到历史服役过程和实际运行状态等因素的影响,如何在井架实时监测的基础上开展安全承载性能评估和预警具有重要工程意义。在井架结构力学性能研究的基础上开展监测方案制定,并以南海某导管架平台钻机井架为对象首次开展井架钻井作业工况结构安全实时监测研究,同时将监测结果与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明,提出的基于井架多种工况有限元分析的监测方案制定方法,能够实现通过尽可能少的监测点反映井架结构的安全状态;有限元计算结果与现场监测结果的相对误差为2.53%,说明监测技术具有较高的精确性。所得结论可为井架检修决策的合理制定提供参考。     

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。     

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。     

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。     

海洋半潜式平台将首次采用K型井架

<正>宝鸡石油机械有限责任公司设计制造的K型动态海洋井架经过各种载荷试验后,将被用于南海深水半潜式海洋钻井平台钻井作业。这套海洋动态井架是该公司为中海油流花项目设计生产的,是国内首次将大开裆K型动态井架应用于深水半     

基于应力分析的海洋钻机井架结构可靠性分析

传统井架可靠性分析中,将结构抗力和荷载效应看作确定量,与井架实际工况不符,也不能确定安全状态下井架具体的可靠度。为此,以ABAQUS软件为工具,对该海洋钻机塔形井架进行有限元分析,提取出所需工况的应力。采用经过验证的程序对所得应力进行计算,得到该井架的构件截面可靠指标。结果表明,风载和垂直载荷情况下的可靠指标明显低于最大钩载下的可靠指标,表明不可忽视风载对海洋钻机井架的影响。     

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。     

海洋修井机井架有限元分析及结构优化

为了将海洋修井机改造成可钻调整井的钻修井机,必须依据现有修井机的设备能力和已具备的顶部驱动钻井装置,针对钻调整井的钻井参数,对其支撑系统等进行校核计算。利用ANSYS软件对某海洋修井机井架进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。分析结果表明,几种极限工况下的强度不能满足要求,必须对井架采取结构加强。提出了井架结构优化和顶驱系统安装方案,通过有限元计算和结构干涉模拟,方案满足安全使用要求。     

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。     

HJJ675/52-T型海洋井架在风暴自存下的特性分析

海洋井架不但承受工作载荷,同时也承受风载荷以及海洋环境载荷。运用ANSYS有限元软件建立了HJJ675/52-T型海洋井架模型,对井架所受的风载荷进行了计算,对井架进行了模态分析和谐响应分析,指出了井架在风暴自存工况下的薄弱环节。建模时井架上所带的扶梯、栏杆等附件以及天车、游车、顶驱、二层台等装置视为集中载荷施加于相应节点上。分析结果表明,节点的位移频率曲线反映了井架的共振特性;实际操作中应根据钻井工况的不同,调节绞车的转速使其避开井架的固有频率,以免引起井架共振。     

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。