ZJ70DB型钻机底座承载能力的有限元分析

根据钻机底座的实际结构特点,利用有限元分析软件ANSYS建立底座三维有限元模型,对模型进行静态分析,评估钻机底座的承载能力。以ZJ70DB型钻机底座的应力分析过程为例,详细介绍了利用ANSYS来分析底座承载能力的方法。     

在役海洋修井机底座承载能力评估技术研究

为弥补当前海洋修井机底座承载能力评估技术的不足,提出了综合运用缺陷等效处理和有限元分析技术的在役海洋修井机底座承载能力评估技术,并通过某平台修井机底座承载能力分析实例对评估技术进行了验证。该方法采用截面锈蚀等效截面法和杆件初始弯曲等价应力法处理缺陷对底座承载的影响,并将处理结果应用于有限元分析中。实例分析结果表明,在各种工况下底座轴向强度均满足工作要求,但在最大立根载荷工况下各位置底座承载能力不足。现场实测的轴向应力值与有限元分析结果基本相同,这说明所提出的修井机底座承载能力评估理论合理。     

海洋钻机井架承载能力及结构补强分析

将现有井架的评估理论、相关标准与计算机辅助设计及分析技术结合起来,对海洋钻机井架承载能力进行了评估,并依据评估结果提出了井架结构补强方案。结合相关的钢结构承载能力评估理论,编写了命令流程序,通过工程软件的后处理将井架的实际承载能力图形化显示。将现场实测的部分应力集中杆件按缺陷杆件处理,并进行了有限元分析,结果显示井架承载能力比未考虑应力集中缺陷的计算值略小,说明应力集中对井架承载能力的影响很小,可以不予考虑。要使井架承载能力达到4 500 kN并有明显提升,在进行结构补强设计时推荐在井架上体4个H型钢主腿的正面和背面均焊接10 mm厚的钢板进行加固。     

石油钻机底座的发展

作者以钻井工艺发展为背景,系统地研究了石油钻机底座的发展历史,重点探讨了高钻台自升式钻机底座的产生与发展过程,由此提出发展我国钻机底座的建议:选择合适的钻台高度参数,以满足先进钻井工艺要求;选择合理的底座结构形式,以降低钻机搬迁安装的成本;加强引进底座的研究,改造老钻机底座;研究并推广运用底座设计的新方法。     

海洋钻机应力测试工装设计

应力测试是评价在用海洋钻机井架承载能力的重要手段,在测试过程中需要特制的工装以便对井架进行加载。依据某海洋钻机结构尺寸及应力测试要求,设计了相应的工装,并采用有限元方法对设计的工装进行了强度和刚度校核。分析结果表明,工装的最大应力发生在承载轴和主吊耳接触处,应力值为197.03 MPa,其余部位应力水平均在185 MPa以下,强度足够;工装的最大变形位移为9.678 mm,发生在主吊耳右侧的主梁上,垂直方向的最大挠度为9.664 mm,均为小变形,刚度满足要求。     

海洋模块钻机、修井机上下底座移动闭环控制技术

由于受条件和成本的制约,海洋油气开采的井位只能采取多井位丛式布置,而在生产平台上的钻井、修井作业变换作业井位是通过海洋模块钻机、修井机上下底座的移动来实现的。为保证上下底座移动时的安全和效率,左右液压油缸伸缩的同步至关重要。我国海洋模块钻机、修井机上下底座移动常用的液压控制系统都为开环控制系统,国外先进的同类产品上下底座移动常用的液压控制系统都为电控液闭环控制系统,有些甚至实现了自动控制。采用电控液闭环控制系统,作业安全、效率高、移动对象的状态要求低、操作简单方便,将给企业带来显著的经济效益和社会效益。     

在役钻机井架承载能力极限状态评定方法及应用

为了准确评定在役钻机井架的极限承载能力,以极限状态评定理论为基础,给出了以应力表示的井架承载能力极限状态评定表达式。以某在役JJ300/43-A型井架为例,说明了井架剩余承载能力极限状态评定方法的具体应用过程。应用情况表明这种极限承载能力评定方法具有应用简单、评定结果可靠等优点。     

ZJ—15钻机底座系统振动特性试验分析

介绍了功率谱密度法分析随机振动信号的基本原理,并用此法对ＺＪ－１５钻机底座系统的随机振动测试了分析和处理,给出４４个测试点在三挡和四挡及不同钻井深度时的主要频率、振动幅值和有效值。分析结果表明,四挡钻进比用三挡钻进时的振源幅大,三挡时的主要振源为电动机输出轴四挡时的主要振源为变速箱输出轴,钻台面上的振动比梁下部振动强列。为了减少振动,建议将同上钢板与上船连续实焊,将上船及传动底座和支架联结螺栓上紧     

海洋修井机底座有限元分析及优化设计

针对海洋修井机底座轻量化的要求,利用ANSYS软件对某海洋修井机底座进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。结果表明,最大钩载工况下强度和稳定性均满足要求。用Matlab和ANSYS软件对底座结构尺寸进行优化,得到符合底座工况要求的最优梁的截面尺寸,并对优化结构进行有限元分析。结果表明,优化结构也满足底座的强度及稳定性要求。通过对比发现,Matlab优化设计的底座结构更节约材料,所得到的设计尺寸更接近最优解,因此选取Matlab优化设计的底座结构来指导实际生产。     

高强度材料在超深井钻机井架底座中的应用

超深井钻机井架底座在结构形式、构件布局、主体材料的选取等方面均有较高要求,常规的井架、底座主体材料难以满足超深井钻机特定的载荷和工况要求。通过对超深井钻机井架底座的结构分析、高强度材料的性能分析与对比以及井架底座有限元强度分析,最终选择具有高强度、高冲击韧性和良好焊接性的低合金高强度结构钢Q420E作为超深井钻机井架底座主体材料,并总结出高强度材料对超深井钻机井架底座结构性能的影响以及高强度材料的应用原则。     

基于应力测试的海洋修井机井架承载能力评价

常规井架承载能力评价方法主要采用应力测试法或有限元法,单独采用应力测试法存在杆件考察不全面等问题,而采用数值模拟时则需要进行必要的假设,这与实际情况有出入。鉴于此,采用无线结构测试系统,对某在役HXJ180海洋修井机井架进行了应力测试,得出相应32个测点的应变应力,通过对测试结果进行数据拟合,获得井架在设计钩载下的应力,在此基础上修正有限元模型,并完成其承载能力评价。分析结果表明,被测井架3个危险杆件的最大强度系数均小于1,其中最大值为0.937 8,说明该井架具有足够的强度,在设计最大载荷下仍可安全工作。     

基于ANSYS的深井钻机底座模态分析

ZJ70LDB型钻机在转盘转速为110 r/min左右时,底座振动较大,对正常钻井产生了一定影响。针对该问题,在充分掌握底座结构特性的基础上,建立了有限元模型,然后通过缩减法求解底座的固有频率、预应力模态频率及各阶振型,并进一步分析各振动激励设备的频率。经比较后发现,钻机底座的第1、3阶模态频率易被激发,说明底座的振动与钻机工况之间存在必然的联系,应采取适当的措施进行减振。     

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。     

基于灵敏度分析的深井钻机底座结构动力修改

针对ZJ70LDB钻机平台工作中出现X方向振动较大的问题,采用动态信号采集及分析系统对底座进行了现场模态测试,得出各阶振型及模态频率。分析得到减速箱输入轴和输出轴的工作频率激起了底座的第3阶模态。为减小振动,对底座各节点进行质量对固有频率的灵敏度分析,选择14、31及22这3个节点实施结构动力修改。修改结果表明钻机底座第3阶模态频率降低13.42%,有效避开了设备的共振频率。     

深井钻机井架及底座系统的谐响应分析

为研究转盘偏心旋转对钻机结构的影响,建立了钻机井架及底座的有限元模型,并对钻机进行谐响应分析,计算出钻机底座发生共振的频率、共振幅值和共振幅度最大的方位。计算结果表明,钻机底座在X向位移响应最大,激振频率也最低,共振频率为5.75 Hz,相比其他方向而言,X向比较薄弱,在结构上应适当加强;在X向谐响应分析中,X向是钻机在激励力作用下的主振方向;在Y向谐响应分析中,Y向是在此激励力作用下的主振方向;在Z向谐响应分析中,Y向是在此激励力作用下的主振方向。     

深井钻机井架及底座系统的有限元静力分析

在对钻机进行工况分析的基础上,通过命令流方式用ANSYS建立了ZJ70LDB钻机井架和底座的实体模型,并采用Beam188单元进行网格划分。针对最大钩载和最大转盘梁载荷这2种工况,对井架和底座系统进行了有限元静力分析,分析结果表明,最大钩载工况下的应力和位移均较大,最大位移为28.417 mm,发生在井架顶部,最大应力为205.061 MPa,位于井架下部与人字腿上方,但此处为钻机结构的薄弱环节,使用中应加以关注,以避免失效。