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。     

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。     

ZJ70DB型钻机井架起升过程有限元仿真分析

针对ZJ70DB型钻机井架起升过程,在结构分析的基础上,应用ANSYS有限元软件建立了钻机起升过程中12个位置的有限元分析模型.计算得到井架在起升过程中井架起升力及钻机底座、井架、人字架的最大应力和应变.有限元计算结果分析表明,ZJ70DB型钻机在井架起升过程中井架上起升大绳安装处应力较大,需进行重新加固,其他结构是安全可靠的.     

ZJ70DZ型钻机工作工况下结构静力分析

针对ZJ70DZ型钻机结构,采用StruCAD＊3D有限元专业软件,建立了能够准确反映井架及底座在承载过程中各构件的受力及变形的力学模型,并进行静力分析计算。结果表明,井架、底座设计安全可靠。     

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。     

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。     

双升式钻机井架及其底座静力学分析

应用ANSYS有限元分析软件,对双升式钻机井架及其底座进行了静力结构分析。在分析计算结果的基础上,确定了井架及底座结构在静力条件下受指定载荷作用时的应力和位移分布,从理论上满足了强度、刚度等方面的基本要求,找出了薄弱部位和过剩环节,为井架结构强度设计提供依据。     

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。     

ZJ30/1700CZ型钻机井架钻台体固有振动特性分析

应用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂研制的ZJ30／1700CZ型钻机井架与钻台结合体的固有振动特性进行了分析。建立了该钻机井架与钻台结合体固有振动特性理论分析的有限元模型并给出了其固有振动频率结果和相应的主振型。计算结果表明，该钻机在不同设计转速下钻井时，不会引起井架钻台结合体的固有振动。     

DZ450／9—S型双升式钻机底座静力结构分析

根据钻机底座的实际结构特点， 建立了它在弹性基础上的三维有限元模型，按2种工况对底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS5．5 进行分析计算，给出了可靠的计算结果。在对计算结果分析 基础上提出了改进DZ450／9－S型双式底座结构的建议。     

高强度材料在超深井钻机井架底座中的应用

超深井钻机井架底座在结构形式、构件布局、主体材料的选取等方面均有较高要求,常规的井架、底座主体材料难以满足超深井钻机特定的载荷和工况要求。通过对超深井钻机井架底座的结构分析、高强度材料的性能分析与对比以及井架底座有限元强度分析,最终选择具有高强度、高冲击韧性和良好焊接性的低合金高强度结构钢Q420E作为超深井钻机井架底座主体材料,并总结出高强度材料对超深井钻机井架底座结构性能的影响以及高强度材料的应用原则。     

海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例

渤海某海洋平台配置的ZJ50/3150DB海洋钻机在钻井作业时井架振动幅度较大,为了评估井架在钻井作业时的安全性,对井架进行了振动检测,并建立了井架结构有限元模型,结合现场检测数据和模型计算结果分析井架振动对井架结构安全的影响。分别进行了井架固有频率检测、钻进作业工况井架幅频响应检测、井架振动幅值检测和井架振动加速度检测;依据井架图纸及现场井架实际情况,采用ANSYS软件建立了井架结构有限元模型。使用该模型计算出的井架第1阶固有频率为0.555 8 Hz,与现场检测结果较吻合,验证了模型的正确性。分析现场检测数据和模型计算结果发现:顶驱转速为36 r/min时,井架易发生共振;井架C型开口抗扭强度低;井架底座2个前撑杆为关键构件,其结构安全性影响整个井架安全;各种工况下的井架振动和顶驱通过二层台时引起的井架冲击振动均符合安全要求。     

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.     

基于API极限工况下钻机结构安全性分析

以现场使用的某型号ZJ80钻机为研究对象，API设计验证为背景，结合现有对钻机井架力学特性的研究方法，提出一种结合稳定性研究的力学分析方法，旨在为井架设计安全性验证提供一种更为准确的分析方法。结合稳定性分析中的非线性屈曲分析研究方法，模拟井架及底座结构在受扰动及含缺陷状态下的失稳极限点，在此状态下分析结构强度及安全性。研究结果表明：在考虑井架及底座受到扰动及含缺陷时，各工况下井架及底座结构等效应力值均小于许用应力值，各工况计算UC值均小于1;其中当作业中存在钩载时，结构危险位置出现在天车梁处，无钩载状态下结构危险位置出现在底座转盘梁处；钻机井架在临近失稳状态时，结构综合强度依然满足设计需求。该计算方法及结果更符合现场作业情况，满足API规范要求。研究结果可为钻机井架结构改进提供理论支撑。     

ZJ70D型钻机双升式底座有限元模态分析

针对ZJ70D型钻机双升式底座的振动问题,在结构分析的基础上,应用ANSYS7.0有 限元软件建立了钻机底座有限元模型,计算得到钻机底座前10阶固有振动频率和主振型。对现役 钻机底座做了现场振动测试,得到频响函数曲线及前10阶模态频率。有限元计算和现场测试结果 的对比分析表明,ZJ70D型钻机转盘工作转速与钻机底座低阶固有频率接近,转盘的转动必然会 激起钻机的振动,因此需要对钻机底座结构进行调整。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于有限元动力模型的在役钻机井架仿真模型

为改善在役钻机井架仿真建模的精度,减小理论模型计算结果与试验结果之间的偏差,利用优化原理,基于有限元动力模型,建立了在役钻机井架仿真分析模型.依据简单实用原理,利用灵敏度分析方法确定了井架结构主要承载杆件的材料、截面形状和几何尺寸为待修正参数;以试验模态参数和理论模态参数之间的残差最小值构建优化修正函数,利用一阶搜索优化算法对待修正参数进行了优化和状态评估.以某型号在役钻机井架为例,利用该方法并结合线性屈曲法、几何非线性法、双重非线性法,对其进行了仿真建模和承载性能仿真分析,确定了该钻机井架的极限承载力、破坏形式及危险部位.仿真结果表明,经过修正后的有限元计算模型的计算结果与实验结果非常接近.说明该方法适合于对在役钻机井架的承载力预测和安全评估.