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。     

有初始变形井架结构分析的简便方法

研究井架结构的折算长细比法和单肢演算法并不能真实反映井架的应力大小,也不能精确确定危险截面位置及应力分布;而有限元分析方法又没有普遍意义。为此,采用等价应力法对有初始变形的井架进行结构分析。该方法通过对没有变形的井架整体或构件的有限元模型施加一组等价力,使之产生的应力与具有初始变形时的井架应力值相一致,可以在不改变井架有限元模型的基础上,达到计算快速且结果准确的目的。实例计算表明,除井架整体稳定临界系数的相对误差为１１.７％以外,其余各项的相对误差都小于１０％。     

井架整体初弯曲对结构极限承载力的影响分析

采用与井架失稳时屈曲一致的初始缺陷波形模拟井架结构的整体初弯曲，建立有限元分析模型。通过双重非线性分析。得到了井架在具有不同程度整体初弯曲情况下结构的极限荷载．以及初弯曲对结构极限承载能力的影响。     

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。     

K型井架有限元仿真分析及检测方案优化

通过建立K型井架有限元模型,对设计载荷作用下井架的变形位移及应力分布情况进行了仿真分析。分析结果表明,K型井架承载过程中结构形状的变化将导致井架顶端产生前倾位移,最大位移量可达41 mm;井架最大应力发生在井架上段与中上段连接处。基于有限元分析确定的井架承载主要危险应力区,结合SY/T 6326—2008标准要求确定了K型井架检测方案中应变片的选择及测点规划布置,制定出符合标准要求的井架强度检测实施方案,这对井架安全检测评定具有一定的参考价值。     

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。     

结构损伤井架的承载能力研究

以受损的JJ450/45K钻机井架为研究对象,从有限元分析和应力测试2个方面,对井架结构损伤情况下的承载能力进行研究。计算了井架在最大钩载下的受力情况,得到了损伤杆件变形部位的应力分布。数值计算与试验结果表明,结构较小的损伤对井架的承载能力影响不大,不影响其正常使用;有限元分析结果与试验结果较接近。因此,在不具备试验条件的情况下,可通过有限元分析对井架结构损伤部位做保守的承载力评估。     

JJ225/42-KC型石油钻机井架结构强度分析

根据JJ225/42-KC型井架的基本结构和受力特点,运用ANSYS有限元软件建立了井架结构有限元模型。结合ANSI/AISC中UC值方法,对该型井架进行了最大钩载工况、工作风载工况和最大风载工况等3种组合工况的强度和稳定性分析。分析结果表明,井架整体结构设计合理,具有较好的动态与静态特性和良好的总体稳定性,可满足典型钻井工况下的强度要求。最后,对JJ225/42-KC型井架的起升装置和井架大腿销轴的强度进行了计算和校核,校核结果显示强度均满足要求。     

海洋修井机井架稳定性计算研究

对某海洋修井机井架进行了应力集中扫描检测,并利用ANSYS软件对该井架进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。结果表明,个别杆件应力集中程度较严重,最大钩载工况下,井架强度满足要求。对该井架进行稳定性校核,其局部稳定性和整体稳定性足够。考虑应力集中条件下对井架整体稳定性进行计算,结果表明应力集中对井架的整体稳定性有一定的削弱作用。     

油田修井机井架的力学分析与优化设计

修井机井架承受着主要的载荷，如果设计不当，会浪费原材料，甚至在使用中出现事故。在对修井机井架进行有限元分析的基础上，得到了一种新井架结构。改进后的整个井架应力分布趋于均匀，最大应力比原结构降低12％。受压稳定性分析表明，改进设计的整体稳定性较好，完全可以保证井架的正常工作。对井架的模态分析表明，井架的固有频率与底盘发动机、绞车的工作频率不同，因此当绞车在不同转速下工作时，不会发生共振。将有限元分析技术、结构优化技术与大型设备设计相结合，为设计师提供了主动设计的依据，提高了修井机的技术含量和设计水平，同时，也为其他产品应用结构优化设计技术提供了有价值的参考。图3表l参16     

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。     

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。     

提高JJ170/41-K型井架承载能力的方法及安全评定

为了提高JJ170/41-K型井架的承载能力,在大腿翼板焊接钢板来补强.通过应力测试,结合有限元分析结果对该井架进行安全评定.结果表明,技术改造后井架的承栽能力可提高20％,满足了钻深井的要求.     

评估石油井架工作寿命及可靠性的新方法

材料的腐蚀是石油井架的主要破坏形式之一。依据井架材料腐蚀率来研究井架的极限工作寿命及可靠性的变化规律具有普遍意义。根据井架材料腐蚀研究的成果，结合有限元计算、结构可靠性分析等方法，探讨了A形井架的极限工作寿命及可靠性变化规律，指出该类型井架的极限工作寿命为50年左右，而对于某一具体井架，其工作寿命则须视实际工作状况和损伤状况而定。     

起升中四腿落地式K型井架及底座的应力分析

针对在用四腿落地式K型井架在起升中井架与底座存在的问题,文章以JJ162/42-K型井架为例,采用I-DEAS有限元软件对起升过程中处于各角度时的井架及底座做了应力分析,并将其结果与两腿落地式K型井架进行了比较。分析表明,四腿落地式K型井架及底座在井架刚起升时,应力值较大,存在安全隐患。为了增强在井架起升过程中底座的安全性,建议在底座上井架2个铰支座之间加焊加强钢板,并加大井架前立柱铰支座的尺寸。     

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。     

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。