超深井钻机井架底座特点分析

井架、底座作为石油钻机的主要部件,其结构方案的优劣很大程度上影响和决定着钻机方案的优劣,在超深井钻机设计中,井架、底座技术更是钻机的关键技术之一.通过对9000m及以上超深井钻机井架、底座的特点及典型结构进行分析,提出了超深井钻机井架、底座技术方案和设计要点.     

超深井钻机K型井架底座4种起升原理和特点

为了提高超深井钻机的性能和安装、拆卸效率,钻机生产商设计了以K型井架为主要结构形式的钻机,井架、底座的起升方式是其研究重点之一。介绍了K型井架底座的4种起升方式,及其钻机的结构特点、井架底座的起升原理,分析了各种起升方式适用的钻机井深级别。为超深井钻机的发展提出了建议。     

ZJ90/6750DB超深井钻机井架及底座地震响应分析

为了研究地震作用下井架及底座的力学性能,以ZJ90/6750DB超深井钻机井架及底座为对象,应用BEAM188建立有限元模型。通过模态分析得到其自振频率和固有周期,依据APISpec4F第3版应用反应谱振型法对结构进行地震响应分析,得到了井架及底座在X、Y、Z3个方向地震激励作用下的变形及应力分布规律。结果表明,该井架及底座结构设计安全可靠,抗震能力强,在地震激励作用下的变形和应力均符合要求,计算结果为超深井钻机井架及底座的抗震设计提供了理论基础。     

中深井陆地钻机井架底座结构和发展方向

介绍了目前4000～7000m陆地钻机常用的井架底座结构形式，指出中深井钻机井架底座的发展方向是液压缸起升、模块化设计、井架和顶驱一体化设计，与先进的钻机移运技术相结合，减轻质量、提高移运性、减少安装工作量和安装时间。并对发展我国新型液压旋升式井架底座提出了建议。     

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。     

折叠人字架式井架研制与应用

传统钻机的井架底座在起升后井架和人字架均在钻台面以上,占用了钻台空间,并且底座起升过程之中存在重心偏斜现象,影响起升平衡。折叠人字架式井架的优点是在井架起升后,将人字架折叠至台面以下,增大了钻台上的实际使用面积,采用分体结构起升,平稳无偏斜。通过井架起升力及钩载计算以及三维建模分析,对井架底座在各个工况下进行强度分析,以满足新型钻井市场对钻机结构型式和功能等方面的特殊使用要求。     

K型井架和双升式底座的结构静力分析

根据ZJ40/2250DB型变频调速电驱动石油钻机的K型井架和双升式底座的实际结构特点,建立了它的三维有限元模型,按2种工况对井架及底座的有限元模型加载,应用专业有限元分析软件ANSYS9.0进行分析计算,给出了计算结果。结果表明,该型钻机的井架及底座满足强度、刚度要求。     

ZJ70/4500DB型极地石油钻机设计

俄罗斯亚马尔地区环境恶劣,对在其井场作业的石油钻机超低温性能有非常严格的要求。为使得钻机能满足-50～+40℃使用环境温度和-60～+40℃储运温度的要求,通过对钻机总体布局、井架、底座、平移及保温、供热系统的设计、材料的选取,研究设计了符合俄罗斯超低温环境的ZJ70/4500DB型极地石油钻机。     

超深井海洋钻机井架的研制

为满足水深更深、钻深能力更强的海洋钻机的需求,研制了9 000 m海洋超深井钻机井架。该井架最大钩载6 750 k N,满足海洋9 000 m钻机作业需要。通过有限元分析优化及采用单斜瓶颈式结构,减轻了井架重力;采用新型栓装结构,降低了安装难度;采用了三维设计技术,减少了加工制造过程中的问题。最大钩载静载荷试验中测得的最大应力为120.2 MPa,测试点材料的屈服强度为345 MPa,结构的安全系数大于API Spec 4F规范要求的数值(1.67),这说明井架设计满足API Spec 4F规范要求。     

K型井架和双升式底座的结构静力分析

根据ZJ40／2250DB型变频调速电驱动石油钻机的K型井架和双升式底座的实际结构特点，建立了它的三维有限元模型，按2种工况对井架及底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS9.0进行分析计算，给出了计算结果。结果表明，该型钻机的井架及底座满足强度、刚度要求。     

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。     

新型钻机井架及底座设计模型

目前我国油田正在使用的中型、重型模块钻机的井架和底座结构都不适合快移式钻机 的要求,为此,在分析我国钻机井架、底座现状的基础上,提出了快速移动、快速安装的新型钻 机井架、底座的设计原则和标准,同时还对其设计模型和设计特点作了详细的论述。这种新型的 模型除充分考虑了拆装便捷、移运高效外,还应用液压油缸自动举升和控制技术,是一种具有全 新理念的快速移运、快速安装的钻机。     

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。     

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。     

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。     

高钻台底座的综合分析

本文运用系统工程的方法对钻井工程系统,重点为钻机底座进行了综合分析,对影响钻台高度的各种因素进行了深入的研究,给出了计算钻台高度的方法。并就钻井工程实现最佳经济效益进行讨论,得到了有益的启示。     

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.     

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。     

大跨距K型伸缩井架及底座试验模型设计

在介绍大跨距Ｋ型伸缩井架及底座基本结构之后，应用相似理论，阐述了模化设计的理论和方法，以及用方程分析法求物理量相似比的基本方法。推导出模型与设计机型之间应力和应变的相似方程。指出在设计制造模型时应根据试验的不同要求，有所侧重地满足各参数的相似关系。着重分析了模型试验中忽略自重和工作绳作用力而产生应力误差的原因，并提出了解决误差的方法。最后介绍了井架的其他试验和底座的整拖试验。