初始缺陷对塔形井架可靠度的影响

在对油田进行现场调查的基础上,讨论了初始缺陷对塔形井架可靠度的影响,推导了节点平移或支座沉陷引起的位移或应力值变化的计算公式,并对现场测试的某塔架进行了实例计算。还讨论了锈蚀对塔架可靠度的影响。     

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。     

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。     

服役塔形井架承载力的二级模糊综合评判

目前，油田对服役井架类别划分的一刀切标准不够合理。服役井架承载力随已有缺陷的增加而降低的过程是渐变的，所以服役井架分类标准存在着模糊性。在讨论了服役塔形井架划分等级的模糊性后，研究了立柱弯曲度与弯曲数、螺栓孔胀大量、拉筋弯曲度、锈蚀率和钻机月等因素对各个评定等级的隶属函数及隶属度的确定。综合考虑井架、天车、底座和附件的状况，给出了确定服役塔形井架安全承载力的二级模糊综合评判公式。工程实际算例表明，文中所述方法合理可行。     

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。     

股役塔形井架承载力的二级模糊综合评判

目前，油田对服役井架类别划分的一刀切标准不够合理。服役井架承载力随已有缺陷的增加而降低的过程是渐变的，所以服役井架分类标准存在着模糊性。在讨论了股役塔形井架划分等级的模糊性后，研究了立柱弯曲度与弯曲数、螺栓孔胀大量、拉筋弯曲度、锈蚀率和钻机月等因素对各个评定等级的隶属函数及隶属度的确定。综合考虑井架、天车、底座和附件的状况，给出了确定股役塔形井架安全承载力的二级模糊综合评判公式。工程实际算例表明，     

П型井架的可靠性分析

针对在用П型井架存在基础沉陷这一客观现实，提出了井架结构可靠性分析的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ有限元法，并以ＺＪ－１５钻机П型井架为例进行了计算，结果表明：基础左右不均匀沉陷对构件可靠性指标的影响较大，而基础前后不均匀沉陷的影响相对较小。     

Π型井架的可靠性分析

针对在用Π型井架存在基础沉陷这一客观现实,提出了井架结构可靠性分析的Monte-Carlo有限元法,并以ZJ-15钻机Π型井架为例进行了计算,结果表明:基础左右不均匀沉陷对构件可靠性指标的影响较大,而基础前后不均匀沉陷的影响相对较小。     

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。     

考虑初始缺陷的服役井架承载力分析

推导了服役井架初始缺陷的等效处理公式，给出了考虑初始缺陷的服役井架承载力计算步骤和程序，计算实例表明，此文方法简便，在已有井架结构分析程序上稍加修改即可进行计算，文中给出一种井架模型的承载力数值。     

现役钻机井架仿真系统的研究和开发

现役钻机井架仿真系统包括现役井架模型数据库，完好井架和带缺陷杆井架的静力、动力特性和稳定性有限元分析，以及结构的可靠性分析和局部加固方案有限元分析等。系统开发应用面向对象有限元技术，利用C 面向对象语言实现整个系统的开发， 系统具有很好的可扩展性和维护性。将系统实际应用于F320-A型钻机井架的仿真，验证了系统的可靠性和应用的灵活性。     

基于曲率模态的K型井架支座沉降缺陷评价

井架立柱支座沉降会导致井架的整体承载能力下降。基于曲率模态的损伤识别理论,利用ANSYS有限元分析软件建立井架计算模型,对不同缺陷位置和角度参数的石油井架位移模态规律进行模拟计算和分析,得到不同缺陷位置和角度参数对井架位移模态的影响规律。以仿真井架与实验室模型井架相应单元杆件的应力数据和位移模态数据为基础,建立优化目标函数,采用一致逼近优化算法对仿真井架模型进行修正,得到与实验室模型井架的应力数据和位移模态数据相等效的仿真井架模型,并依据仿真模型计算出井架的最大承载能力。     

在役石油钻机井架极限承载仿真模型研究

针对在役石油钻机井架的力学特征,建立了基于双重非线性理论的极限承载仿真模型。研究了以在役钻机井架杆件的测试应力为重要指标,与应力有关的设计参数作为修正对象的仿真模型修正理论。对实验室内钻机井架模型进行的极限承载性能实验和仿真预测研究结果表明,井架模型的实际破坏位置与仿真预测结果基本一致,极限承载力误差很小。依据现场动载应变试验,应用该仿真模型分析了在油田上广泛使用的A形和K形石油钻机井架的极限承载性能,得到了井架结构的极限承载力、载荷与应力的关系以及井架破坏形式和危险部位,为钻机井架的安全平稳运行提供了重要的参考依据。     

基于应力测试数据的K形井架模型修正仿真研究

为建立与在役K形井架相似的仿真模型,提高仿真模型的应力、损伤数据精度,提出以井架实测应力与仿真模型对应单元应力的均方差构建目标函数,以损伤缺陷类型、位置、程度等为优化变量,杆件材料的许用应力为约束条件,先后运用ANSYS零阶和一阶优化算法的模型修正方法对含损伤缺陷的参考仿真井架进行了模型修正。结果表明:修正后模型与参考井架的测点处杆件应力相对误差在0.6%左右,该方法用于钻井井架结构承载能力检测和评定是可行和有效的。为钻机系统安全运行提供了参考依据。     

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。     

在役海洋井架结构性能评估

对服役中的海洋井架结构进行检测评估,保证其服役期间的安全性和适用性具有重要意义。通过现场检测获得某海洋钻机井架结构当前状态的服役数据,采用ANSYS软件建立了其结构分析模型,并基于模型修正理论进行修正,获得符合井架实际状态的精准模型,进而从结构强度、动态响应、稳定性以及可靠性4个方面系统地对结构进行了安全评估。评估结果表明,该井架综合性能良好,整体可靠性指标为7.15,检测发现的腐蚀、整体弯曲及构件弯曲对井架工作性能和承载能力影响较小,井架可继续安全服役。为防止井架结构进一步腐蚀恶化,需对井架腐蚀构件喷涂防腐层,以保证其后期服役的安全性。     

海洋钻修机井架安全承载性能实时监测及预警

海洋钻修机井架的安全承载性能受到历史服役过程和实际运行状态等因素的影响,如何在井架实时监测的基础上开展安全承载性能评估和预警具有重要工程意义。在井架结构力学性能研究的基础上开展监测方案制定,并以南海某导管架平台钻机井架为对象首次开展井架钻井作业工况结构安全实时监测研究,同时将监测结果与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明,提出的基于井架多种工况有限元分析的监测方案制定方法,能够实现通过尽可能少的监测点反映井架结构的安全状态;有限元计算结果与现场监测结果的相对误差为2.53%,说明监测技术具有较高的精确性。所得结论可为井架检修决策的合理制定提供参考。     

振动控制的控制装置位置和控制参数的优化

井架是石油钻机起升设备的重要组成部分,其工作环境远比一般的钢结构物更恶劣.基于递阶分散控制策略,针对井架结构的振动控制问题,给出基于控制力最小为目标的优化方法,采用遗传算法,通过井架结构的仿真,获得控制效果和控制力综合最优的控制力.由优化算例证明了该优化方法的可行性和有效性,为解决油田井架结构的振动控制问题提供了一种有效途径.     

考虑初始缺陷的塔型井架结构分析

采用有限元方法,将TJ2－41塔型井架杆件简化为空间梁单元,进行了结构分析,且考虑了立柱锈蚀和支座沉陷对塔架承载力的影响,由计算结果可知,塔架的纵向位移及立柱的应力值与大钩载荷呈线性关系;塔架的承载能力与立柱截面减薄量及支座沉陷量呈线性关系。此分析结果可以对现场检测、评定,维护等提供参考。