ZJ15D型石油钻机井架的瞬态响应研究

传统的通过静力或者利用最大设计大钩载荷乘以动载系数代替动载荷的研究方法对石油钻机井架进行结构分析，已经不符合现场石油钻机井架在复杂时间载荷作用下的真实动响应情况，尤其在起下钻和钻进时，钻机井架要承受瞬态冲击、钻机振动等随时间变化的载荷作用。为此，运用时间历程方法，通过模拟井架钻井时的情况，结合大型有限元ANSYS软件，对大庆油田普遍采用的ZJ15D型石油钻机井架进行了动响应计算。得出了以下结论：①在瞬时冲击下，井架动力响应的产生在钻具立柱轴向、井架侧向和前开口方向具有同时性，但最大值出现的时刻不同；②严重冲击载荷作用下，井架顶部开口方向响应最为强烈，危险时位移可达4 cm。     

石油钻机井架的冲击响应分析

对钻机井架受纵向冲击和正常工作阶段受周期性持续载荷的响应作了分析,依据JJ300/43—A形井架的实际工况,运用时间历程分析方法,对井架顶端节点施加2次冲击载荷作用,其余冲击皆为零。分析结果认为,在瞬时冲击载荷下,位移在很短的时间内具有一定的波动性,随着时间间隔的变化,波动的幅度各不相同;在严重的冲击载荷作用下,井架顶部Z方向响应最为强烈,危险时位移可达24.5cm。     

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。     

大型海洋石油平台风振响应

针对大型海洋石油平台钻井架、吊机等高耸镂空结构抗风敏感性问题,进行了高耸结构风致振动响应分析。基于相似准则开展了0~360°全风向角下大型海洋石油平台高频动态测力天平实验,建立了平台结构全风向角下脉动风载荷空间分布估计模型,进行了全风向角下平台结构风致振动评估,获得了平台结构风致振动特性和阵风载荷因子变化规律。结果表明:平台结构横风向脉动风载荷均方根值约为顺风向脉动风载荷均方根值的10%;平台结构风致振动主要集中于井架等高耸镂空结构,横风向加速度均方根值约为顺风向加速度均方根值的55%;井架等高耸结构对横风向脉动风载荷动力放大作用较大。进行大型海洋石油平台结构抗风设计时不应忽略横风向风载荷作用,还要重点关注高耸井架顶部和底部的风振响应以及高耸结构对横风向脉动风载荷的放大作用。     

JJ315-K型井架动力学特性分析

钻机井架作为一种高耸的悬臂梁结构,其工作环境非常恶劣,不仅要承受大钩的载荷、风载及天车的质量,还要抵消顶驱对反转矩梁的转矩。研究了国内某5 000m钻机井架在这些载荷作用下天车处的振动,分析了井架的动态响应特性,探讨了该井架在工作状态下的力学性能。为石油钻机井架的设计和优化提供了一定的理论参考。     

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。     

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。     

JJ454/49-H型海洋动态井架动力特性分析

基于大型通用有限元软件ANSYS,对JJ454/49-H型海洋动态井架结构进行模态分析和谐响应分析,得到井架的自振特性（频率和振型）和结构的响应随频率变化的规律。首先进行模态分析,确定井架结构的固有振动特性,并对井架进行了海洋波浪脉动反应测试,测得结构的动态特性与理论计算结果基本吻合;其次,对该井架进行谐响应分析,分析在正常工作载荷作用下的稳态响应,得出结构的响应随频率变化的规律,从而确定该井架的共振特性,为海洋井架的优化设计、强度校核和安全性评定提供依据。     

石油钻井井架结构优化设计

本文以井架结构经济指标为目标函数,对给定结构几何拓扑布局的陆地用石油钻井井架进行优化设计,使井架在多种约束及工况下结构经济指标最佳。设计变量是井架构件截面尺寸。约束有应力、变位、杆件局部稳定、刚度及结构系统稳定。文中考虑井架实际受载情况:自重、风载、立根载荷、大钩静负荷以及各种恒载。文后根据所编制的程序计算了两个工程实际井架,并与原设计方案进行了比较。     

载荷对石油钻机井架动力特性的影响分析

根据石油钻机井架的结构特点,采用有限元方法对井架结构进行有限元离散,主弦杆和斜横撑杆采用2种单元截面形状的空间梁单元模拟,建立了精细的井架有限元模型,共分析计算了8种工况下的井架动力特性。探讨了石油钻机井架的自重载荷,特别是大钩载荷产生的预应力对井架动力特性的影响,得出了一些有价值的结论。