海洋钻机井架承载能力及结构补强分析

将现有井架的评估理论、相关标准与计算机辅助设计及分析技术结合起来,对海洋钻机井架承载能力进行了评估,并依据评估结果提出了井架结构补强方案。结合相关的钢结构承载能力评估理论,编写了命令流程序,通过工程软件的后处理将井架的实际承载能力图形化显示。将现场实测的部分应力集中杆件按缺陷杆件处理,并进行了有限元分析,结果显示井架承载能力比未考虑应力集中缺陷的计算值略小,说明应力集中对井架承载能力的影响很小,可以不予考虑。要使井架承载能力达到4 500 kN并有明显提升,在进行结构补强设计时推荐在井架上体4个H型钢主腿的正面和背面均焊接10 mm厚的钢板进行加固。     

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。     

在役钻机井架承载能力极限状态评定方法及应用

为了准确评定在役钻机井架的极限承载能力,以极限状态评定理论为基础,给出了以应力表示的井架承载能力极限状态评定表达式。以某在役JJ300/43-A型井架为例,说明了井架剩余承载能力极限状态评定方法的具体应用过程。应用情况表明这种极限承载能力评定方法具有应用简单、评定结果可靠等优点。     

前开口井架大腿截面对承载能力的影响

在有限元分析和现场电测的基础上，从强度、刚度和稳定性方面，对三种不同大腿截面的前开口井架进行了系统的分析，探讨了大腿截面对井架承载能力的影响。     

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。     

有支座沉陷缺陷的钻机井架有限元仿真研究

井架在油田服役多年后,会出现各种服役缺陷(如井架支座沉陷),这对井架结构承载能力的影响非常大。鉴于目前各油田对井架进行检测的方法受现场工况条件所限,不能真实测出井架实际设计载荷的情况,提出一种有支座沉陷缺陷钻机井架的建模方法,利用计算机仿真方法,模拟井架加载试验。该仿真分析模型对有服役缺陷钻机井架的可靠性处理、剩余寿命计算、维修技术等具有较大的应用价值。     

钻机井架的可靠性分析

对ZJ30/1700DB型钻机井架进行了静力结构分析,得到井架的应力和位移分布,由此分析该井架是否满足可靠性的基本要求。井架结构的可靠指标β能较好地反映出井架的承载能力,计算出井架的最小β值可判断井架的可靠性;井架整体失效概率采用失效函数计算,并分析出保护井架安全工作的措施。     

钻机井架安全承载能力评定方法研究

钻井是石油天然气勘探与开发的一个重要环节，钻机井架作为钻井设备的关键部分，其承载性能直接关系到整套钻机系统的安全运行。为了准确评定出钻机井架的安全承载能力，提出了以测试应力为基准定量评定含损伤缺陷钻机井架安全承载能力的新方法。首先建立了以测试应力为基准的参考应力修正数学模型，其次推导出以截面锈蚀、杆件初弯曲、载荷偏心等主要损伤缺陷指标所确定的修正函数，得到真实反映含损伤缺陷钻机井架力学行为的数值修正模型，实现对安全承载能力的预测。对现场某型号钻机井架进行逐级加载试验，得到了载荷与应力的关系曲线；结合现场钻机井架实际的损伤缺陷状况修正数值模型，并进行了数值仿真模拟加载试验，实测值与仿真值误差在5%以内，验证了该数值模型的准确性。最后根据仿真预测结果对该井架安全承载性能进行了评定，为提高油气勘探开发过程中钻机系统的安全运行提供了参考。     

在用钻机井架可靠性的鉴定

对在用钻机井架的可靠性进行鉴定是保证钻井作业安全的一项重要工作。本文根据油田在用井架的结构特征,按照“局部-边界-整体”的鉴定思想,论述了鉴定的项目、内容及手段。并应用失效树分析方法探讨了可能出现的各种缺陷模式、相互间的关系及其对井架整体系统可靠性的影响。     

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。     

在役钻机井架极限承载性能分析

1. Introduction At present, there are more than one thousand oil field drilling masts operating in China, most of which are always being used in formidable field conditions. Various defects and damages can exist in these masts’ member bars, the knock-off…     

地基沉陷对石油钻机承载能力的影响

把井架、底座、基础和地基视为整体,地基用压缩层模型,以—40钻机为例,编程电算和现场实测钻机底座基础的不均匀沉降对井架整体稳定的影响,当井架底座不均匀沉降值达10cm时,井架整体稳定系数下降到2左右,建议类似—40等钻机应铺设三条基础,基础不均匀沉降量不应超过10cm。     

初始曲率对管道承载能力的影响

为研究初始曲率对管道承载能力的影响,基于梁理论建立管道横截面应变能与变形之间的数学关系式,采用三角级数法对方程进行求解,获得了管道的弯矩和椭圆度。以φ254 mm(10 in)管道为例,基于有限元仿真计算了含有初始曲率管道的弯矩、张力承载能力和椭圆度,并通过试验对弯矩和椭圆度进行比较分析。研究结果表明:随初始曲率增大,弯矩呈现先增加再减小的规律,椭圆度则一直增大;含有初始曲率的管道比没有初始曲率的管道弯矩承载能力更小、椭圆度更大;管道张力承载能力随初始曲率和弯曲段长度的增加而降低;在相同初始曲率下,管道相对弯矩的试验值和仿真值分别比理论值大约18. 9%和8. 5%,椭圆度试验值比理论值和仿真值分别小约17. 5%和9. 1%,说明理论值偏保守,但偏差在工程应用的允许范围内,验证了理论方法的正确性。研究结果可为管道安全设计提供一定的参考。     

改进膨胀尾管悬挂器悬挂力技术研究

为提高膨胀尾管悬挂器的悬挂力和膨胀过程中膨胀锥与膨胀本体的润滑性能,对膨胀尾管悬挂器的膨胀结构进行了改进,在膨胀本体外壁镶嵌金属块提高其悬挂能力;通过在膨胀本体内表面和膨胀锥表面预涂固体润滑涂层,提高其润滑性能,降低膨胀力。膨胀尾管悬挂器膨胀试验表明:膨胀本体镶嵌单组金属块的悬挂力达到200 kN,与未镶嵌金属块相比提高了3倍;预涂固体润滑涂层后膨胀力为268 kN,与未经过润滑相比降低了21%。这表明,在膨胀本体外壁镶嵌金属块可以提高膨胀尾管悬管挂器的悬挂润滑性能,在膨胀本体内表面和膨胀锥表面预涂固体润滑涂层的方法可以改善悬挂器的润滑性能。      

初始弯曲对塔形井架承载能力的影响

本文以文献[1]为基础,根据塔形井架的结构特点,应用弹性稳定理论,在考虑构件(主弦杆)初始弯曲和井架整体初始弯曲同时存在的情况下,确定初始弯曲程度与塔形井架承载能力之间的关系,并绘制成图表,可供现场人员判定塔形井架安全工作能力之用。     

由单位载荷变形判定钻机井架的承载能力

为了确保在用钻机井架的安全服役，须对其承载能力加以判定。鉴于目前尚无理想的方法可供采用，特在理论分析及对井架变形、刚度和单位载荷变形进行实测并在综合考虑钻机井架各种缺陷、损伤对承载能力影响的基础上，提出了一种用单位载荷变形判定井架承载能力的新方法。实践表明，这种方法便于在钻井现场实施。     

连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力计算方法研究

连续循环系统可以在更换钻杆接头操作时保持泥浆的连续循环。从连续循环系统上卸扣卡瓦的工作机理入手,分析了钻杆工作时的受力状态。在调研了卡瓦卡紧管柱力学模型的基础上,将钻杆看作厚壁筒,采用弹性力学中的拉美公式求解连续循环系统钻杆内、外受压的应力问题;将钻杆外表面承受的摩擦力矩看作圆筒扭转问题进行求解。给出了连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力的计算方法,可用于指导连续循环系统的设计。     

基于APDL的损伤缺陷对K形井架受力影响分析

利用APDL参数化设计语言建立了含损伤缺陷的K形井架参数化模型,并将其结果保存为数据文件。仿真结果表明:杆件截面锈蚀对杆件本身应力产生较大影响;局部杆件弯曲使该杆件自身应力增大,并导致与其连接的上端杆件应力减小,下端杆件应力增大;井架大腿整体弯曲会导致其应力增大,且井架前腿的弯曲比后腿弯曲更加危险;井架支座沉陷会导致下沉侧大腿应力减小,另一侧大腿应力增大,支座沉陷对井架整体的受力影响较明显。     

修井机大钩位移和载荷的检测计算

修井机大钩位移和载荷的检测对于保证修井过程中的安全起着重要作用。目前大钩位移和载荷测量主要存在传感器布局不合理、自动化程度低及测量计算方法不合理等,导致测量误差大。根据修井机的结构特点和大钩复杂的工作状况,设计了大钩位移和载荷的测试系统,推导了大钩位移和载荷的计算方法,提高了大钩位移和载荷测量的准确性和修井机的安全性。