含弯曲杆件的井架承载能力有限元分析

服役多年的钻机井架常会出现局部杆件弯曲现象。提出一种含杆件弯曲缺陷井架的建模方法，介绍了含该缺陷的井架承载能力的分析过程，并利用ANSYS9．0有限元分析软件，以ZJ40型钻机井架为例建立了含杆件弯曲井架模型，约束、加载并求解，根据计算结果分析了杆件单元应力的变化规律。     

在用井架承载能力及使用寿命测试系统的研制

在用井架承载能力及使用寿命测试系统能在钻井作业现场快速测出井架的最大承载能力、可靠性以及使用寿命。该系统研究属国内首创，达到国际先进水平，已用于辽河油田２０部开架的测试，创效益２６６．８万元。     

JJ160/41-K型井架有限元分析与承载能力研究

文章针对目前在大庆油田广泛使用的石油钻机JJ160／41-K型井架存在的结构问题，利用I-DEAS有限元程序对该井架进行有限元分析。结果表明，该井架前部2根立柱受力最大，为井架承栽的薄弱环节；振动也较大，刚度不足。为了提高该井架的承栽能力，优化立柱的箱形截面参数，将宽高比由原来的1：2变为3：5。     

作业井架结构非线性力学行为分析

分析了作业井架结构的极限承载力问题,对井架的失稳形式进行了分析,确定了井架结构的失稳形式属于极值点失稳,并通过结构几何非线性与材料非线性的双重非线性稳定性分析计算井架结构的极限承载力。对具有不同程度初始弯曲的井架进行了承载能力研究,得出了井架整体初弯曲程度与结构极限承载力之间的变化关系。     

海洋修井机井架承载能力评估及结构改进分析

海洋钻修井机井架所处环境复杂,易产生缺陷,更换困难,对其承载能力研究意义重大。对某海洋修井机井架进行现场测试,发现该井架存在初始弯曲和应力集中等缺陷。考虑这些缺陷影响,对井架进行有限元计算和承载能力评估,结果和实际测试基本相符。针对井架主腿弯曲的情况,提出2种可行的结构加固方案,有限元计算表明：2种结构能增加井架稳定性,但对强度几乎无改善,不能有效提高承载能力。     

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。     

井架承载能力评估软件开发与应用

针对井架承载能力评估工作中数据繁琐易出错的问题,应用VC++软件开发工具,依据井架评估原理,编写了井架承载能力计算软件。该软件系统的程序模块包括参数输入、应力查看、回归曲线及评估结果等,以新、旧2种井架评估规范计算井架承载能力,便于对比分析井架承载能力评估结果。现场应用表明,编写的软件系统计算井架承载能力结果与井架实际承载能力基本相符,软件运行正确,应用方便,简化了井架承载能力评估工作。     

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。     

基于接触刚度法的井架承载能力评估

井架由于受气候、搬迁运输、装配和地基沉降等因素的影响会造成结构不同程度的损伤,这些损伤均影响井架大腿及结构承载的均匀性。为全面反映井架总体的受力情况,采用接触刚度法模拟井架大腿在不同载荷下的承载不均问题,并对特制的受力严重不均的实验室K形井架进行应力测试,以验证接触刚度法的适用性和适应性。模拟结果与大腿承载严重不均的实验室模型井架的应力测试结果相比,最大相对误差为17.5%,证实了接触刚度法能有效反应井架在不同载荷下大腿承载的不均匀性,能较好地模拟井架的应力分布情况,可用于井架承载能力的评估。     

钻修机井架承载能力评估系统软件开发

针对现有钻修机井架承载能力和稳定性计算软件存在的不足,结合现场测试数据以及有限元分析软件,开发了钻修机井架承载能力评估系统软件。该评估系统软件采用VB设计用户界面,采用菜单框架结构,包括登陆界面、模块选择主菜单以及各功能模块界面。该软件可以后台调用ANSYS软件,实现井架的有限元计算,并将分析结果实时显示在界面中;同时可以结合现场加载应力测试数据对井架进行稳定性分析和承载能力评估。实例验证结果表明,钻修机井架承载能力评估系统软件可以很好地实现预定功能,界面简洁,操作方便。     

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。     

提高A形井架承载能力的两种方法

我国各油田拥有的A形井架大多数已服役8年以上，其承载能力都有明显下降。为了确保钻井生产的安全和可靠，大港油田钻井工程公司采用电测应力法和动态参数法，于1993、1995和1997年对在用A形井架进行了3次安全性评定，并在此基础上探索出井架大修和现场加固两种提高井架承载能力的方法。A形井架大修主要是针对井架存在的立柱局部磨损，横杆及斜杆的变形、断裂、弯曲、凹陷、磨损、开焊和裂缝等缺陷，分别进行补焊、更换、校正和贴补焊接。现场加固主要是对井架的立柱利用专用卡子、势块和钻杆进行加固。实践证明，通过大修和现场加固的A形井架，其承载能力都有明显提高。每大修一部A形井架及底座可节约资金101．3万元，经济效益十分显著。     

基于ANSYS5.4的A形井架结构综合分析

以JJ30 0 / 4 3—A形井架为例 ,采用有限元分析软件ANSYS5 4对井架进行了模态、瞬态动力、稳定性等分析。在建模时 ,省略掉了人字架、井架各段销子连接处 ,没有考虑排满立根等情况 ;通过模态分析得出 ,井架结构前 3阶振型以侧向和前后振动为主 ,第 1、 2阶振型能反映出井架的整体振动 ;通过瞬态动力分析得出 ,在动力载荷作用下 ,井架以前后振动为主 ,上下振动幅值小于前后振动幅值 ;通过稳定性分析得出的数据与现场数据吻合。但力学分析方法还需与实验方法结合 ,才能提高分析结果的可靠性     

地锚桩安装位置与井架极限承载能力研究

在对修井机井架进行安全评价时,大部分研究者极少考虑到井架结构的承载能力与地锚桩之间的关系。为此,利用ANSYS软件建立井架-绷绳-地锚桩系统有限元分析模型,对地锚桩绷绳固定的理想修井机井架进行线性屈曲分析和双重非线性分析,以评定井架结构极限承载能力。以桩基础安装位置作为变量,并利用参数化编程方法,分析地锚桩位置与修井机井架极限承载能力的关系,进而得出井架承载能力的分布规律。该项研究结果可为井架现场施工提供理论依据。     

JJ160/41-K型钻井井架非线性稳定性分析

根据对JJ160/41-K型井架的结构分析,确定该井架的失稳类型属于极值点失稳,具有很强的非线性,在计算时需考虑结构几何非线性和材料非线性对结构承载能力的影响.应用ANSYS软件建立了井架有限元分析模型,对结构材料本构关系采用线性增强型的弹塑性模型.通过线性屈曲分析及非线性稳定性分析,得到结构临界载荷系数分别为4.21和2.44,计算结果表明,非线性稳定性分析可以更准确地评估出结构的稳定极限承载能力,采用非线性的分析方法更接近实际.     

在用井架剩余承载能力极限状态评定方法

钻井井架因长期使用，各构件、构件间连接及井架整体都会产生不同程度的损伤与缺陷，严重影响井架的承载能力。与承载能力降低的同时，井架结构的应变参数也发生相应的变化。对此，为提高井架的使用安全性，提出以实测应变参数为基础的井架剩余承载能力极限状态评定方法，即采用以应变参数测试为主，辅以结构变形测量、腐蚀测厚、焊缝探伤等综合测试方法检测在用井架结构性能，应用权限状态理论评定在用井架剩余承载能力。应用该方法已测试与评定了98部在用井架，取得了满意的效果。     

结构损伤井架承载能力分析方法研究

目前对损伤井架承载能力研究方法存在一定的局限性,提出一种简便、科学的损伤处理方法——参考应力统一折减法,通过等效分析方法处理损伤缺陷,直接利用有限元软件ANSYS对结构损伤井架进行承载能力计算。通过现场井架承载能力评定,验证此损伤处理方法正确、简捷。     

基于ANSYS6.0钻机井架几何非线性分析

文章对JJ315／43-A型井架在设计载荷作用下进行了几何非线性分析，提出非线性影响度的概念．通过分析非线性影响度来确定几何非线性对井架承载各参数的影响。分析得出．几何非线性对井架顶部x向、y向住移影响较大；对井架杆件轴向应力影响较小；从而得出在井架大钧较小载荷作用下，通过测量井架顶部z向位移及测试井架主要杆件的应力．以线性外推法进行井架安全承载能力评定是可行的。     

基于超声波测厚的海洋修井机井架强度分析

为评估在役井架的承载能力,采用超声波测厚仪,在海上平台现场对服役8 a的HXJJ180井架杆件厚度进行了测量,据此建立了井架有限元模型,并按16种组合工况对井架进行了强度分析。由于井架各杆件不仅承受轴向力,而且也承受弯矩作用,故单元类型选择时考虑了结构尺寸和承受的载荷;将井架下底座视为刚体,约束连接处的所有自由度。分析结果表明,海洋修井机井架受环境腐蚀较为严重,有限元分析有助于掌握各杆件在给定工况下的应力及强度特性,采用超声波测量方法可获得精确的杆件厚度数据,保证有限元模型与实际井架相符;井架在最大钩载下最大应力小于许用应力,仍可安全服役,但最大应力200.41 MPa接近许用应力,使用中应避免过载,并注意防腐,以延长井架服役寿命。     

450T海洋井架模态分析与钻井工艺建议

井架的固有频率与外部设备振动频率及风载荷等频率接近或吻合时,井架将发生共振。在模态分析理论介绍的基础上,采用有限元软件对450T海洋井架进行了动态特性分析,研究了其振动特性。建模时依据井架杆件采用的材料结构定义了17种截面属性,网格划分选取2节点188梁单元。分析结果表明,与不考虑预应力相比,在考虑预应力效果时,井架的前10阶频率均有下降,但下降幅度不大,说明预应力效应对井架的振动特性影响较小;井架前4阶模态频率对应的转速在转盘和绞车的正常转速范围内,但第1、2阶模态频率对应的转盘和绞车转速在100 r/min以下,且2阶模态频率接近。