钻机井架有限元模态分析

应用有限元分析软件ANSYS对ZJ30/1700CZ型钻机井架分别在自然状态下和有钩载状态下进行模态分析,计算得出了井架的前9阶模态频率及相对应的主振型.通过对井架的固有频率与钻机的设计工作转速的比较,并对各阶模态主振型的分析,得出该钻机井架结构设计合理的结论.     

ZJ30/1700CZ钻机井架设计中有限元分析软件的应用

应用有限元分析软件ANSYS,对ZJ30/1700CZ钻机井架分别进行了单元划分、静态分析、在自然状态和有钩载情况下的模态分析.结果表明,该井架的静态强度满足要求;井架的固有频率与钻机的设计工作转速相差较大,在工作中不会出现共振现象;井架刚度分布合理.     

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。     

ZJ40/2250DB型钻机井架及底座静动态特性研究

根据ZJ40／2250DB型钻机井架及底座的结构特点，建立了三维有限元模型，应用有限元分析软件对井架及底座进行了静、动态特性分析。在静态分析中，按2种工况给模型加载，并获得了可靠的计算结果。在模态分析中，计算出前4阶固有频率及其相对应的主振型，并对各阶主振型进行了分析。通过对井架及底座的固有频率与钻机设计工作转速比较，得出前4阶固有频率都在转盘的扰动频率范围内，容易发生共振。建议在钻井过程中注意检测转盘转速，避免发生共振。     

半潜式钻井平台上钻机井架振动分析

以某半潜式钻井平台上钻机井架为实例,借助于ABAQUS非线性有限元分析软件对井架结构进行简化,并建立有限元模型。通过对井架结构的模态分析和随机振动分析,分别得到该井架的自振特性(包括固有频率及阵型)和井架结构在地震、波浪激励下的动态响应随时间、频率的变化规律,分析结果有助于在设计井架结构时避开其共振频率范围,进而为选择平台上有振动特性的配套设备提供理论依据。     

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。     

基于I-DEAS的石油井架模态分析

文章运用I-DEAS软件强大的有限元分析功能，对JJ160/41-K型钻机井架进行模态分析。从数学概念出发,系统的结构模态是振动系统特性的一种表征，石油井架模态分析所得出的固有频率和振型，是井架承受动态载荷时的重要特性。根据固有频率和振型可以预测井架在各种振源作用下的实际振动响应和由于结构设计所产生的薄弱环节。文章通过分析在设计钩载为1568 kN时的前10阶自振频率和各阶主振型，得出了以下结论：井架以整体弯曲振动为主，四根立柱为主要承载构件，且前两立柱承载能力最为薄弱。并建议通过改变立柱截面大小和材料提高井架的稳定性和承载能力，可通过优化截面参数提高立柱刚度。同时，证明了运用模态分析方法来研究钢结构的动力特性是便捷有效的。     

动力参数法预测钻机井架结构承载能力研究

为及时准确地识别在役钻机井架结构损伤,提出了基于动力参数预测井架结构承载能力的方法。利用模态分析技术,识别出理想情况下井架结构的动力特性参数(如固有频率、振型等),与结构实测动力特性参数进行比较,由此来判断井架结构的损伤程度。通过对动力测试参数关于井架结构待识别参数的灵敏度分析形成识别过程中的残差方程,采用优化方法求解当前井架结构的参数真值,进而预测井架结构的承载能力。该方法为在役钻机井架结构的损伤识别和安全监测提供了一条有效的途径。     

前开口井架振动分析与结构动态再设计

对前开口ＪＪ２５０／４２－Ｋ型井架进行了有限元动力分析，获得了井架结构的动态特性参数，发现了井架结构设计上的３处薄弱部位。对原型井架进行了结构动力修改，并对结构修改后的井架再次进行了有限元动力分析。分析结果表明，结构修改方案合理，改善了动态性能，提高了抗振能力。     

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。     

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。     

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。     

K型套装井架结构建造精度与配合公差分析

海洋修井机井架结构通常为两节套装结构,在使用维护过程中需要进行起升及伸缩操作,建造精度要求高于其它结构。但井架结构缺少针对性强的产品精度标准,细节性结构规范描述不足。针对现役海洋修井机井架存在的不足进行研究分析,总结了海洋修井机井架总成建造精度实际需求,提出了海洋修井机井架总成建造精度标准,以规范井架总成建造精度标准,提高产品质量。     

车装钻机井架结构优化设计

以结构有限元分析为基础 ,利用优化技术 ,以耗用结构型钢最少为目标 ,探讨车装钻机井架的合理结构形式。用ZJ2 0钻机井架为例进行计算 ,结果表明 :井架结构布置方式对型钢耗用有较大的影响 ,采用合理的结构形式 ,可比现有井架节约型钢 4 0 %左右 ;井架前倾角的大小影响到井架的承载能力 ,为满足承载要求 ,前倾角小于6°为宜 ;井架所用型钢较合理的选择是 :腿杆是冷弯矩形空心型钢 ,横斜杆用热轧等边角钢。     

服役井架结构的双重非线性分析

按照空间桁架模型,充分考虑了服役井架结构的几何非线性和材料非线性,研究了承载力计算方法,为深入研究服役井架结构的安全度和可靠度评定提供了结构分析基础.     

实验室井架模型的动态测试研究

井架倒塌事故时有发生,因而合理地预报出井架结构的实际承载能力,已成为石油井架安全评定理论研究的重要内容。首先用振动分析理论研究了井架结构承载能力与其动态参数之间的关系,并通过实验室井架模型的动态测试结果从实验方面验证了二者之间的关系。在此基础上,提出井架结构安全承载力动态参数评定方法,并应用此方法对实验室井架模型进行了安全评定。为了保证评定结果的可靠性,提出在实际应用中测试大于井架额定钩载的10%的2种不同载荷值下,井架结构固有频率的井架安全承载力评定方法。该方法揭示了井架承载能力与其结构固有频率参数之间的关系,开辟了石油井架动态测试与安全评定新的途径。     

钻机整体移运系统

为了提高钻机的移运性能,减少钻机搬迁所需的运输车次,节约钻机搬迁安装时间,降低钻机搬迁成本,研制开发了一种用于钻机搬迁的钻机整体移运系统。该系统由钻机底座整体移运系统和钻机井架及其游动系统水平整体移运系统两大部分组成,可将钻机底座和钻机井架分别整体移运。现场使用情况表明,该系统结构合理,性能先进,各项技术指标均达到现场搬迁要求,提高了钻机搬迁的效率,取得了较好经济效益和社会效益。