XJJ60斜井修井机井架静力强度分析

以南阳二机石油装备(集团)制造的XJJ60斜井修井机井架为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行应力分析。取井架的极限位置,即最高位置进行计算,并分3种工况进行分析,得到每种工况下井架的变形及应力云图。分析结果认为,井架的最大等效应力值为180.23MPa;井架大腿受力以拐点、中支杆作用点为峰点呈波形变化,尤其是中支杆作用处由于奇异效应,应力最大;主体背面横梁以拐点处横梁受力较大,主要是因为截面收缩;井架大腿各部均需具备足够的强度,可采取内加衬套、外贴加强筋、并接大腿的方式进行加强。     

修井机井架的应力分析及结构改进

对修井机井架进行有限元分析，同时也对井架的应力分布及危险截面进行了分析。在此基础上，分析了几种结构形式的优缺点，并用“方案选择方法”对井架进行反复计算，得出了一些对井架设计工作具有借鉴意义的结论     

第七代超深水海洋平台钻机双井架的等强度多目标优化

为了解决第七代超深水海洋平台钻机双井架结构笨重、安全系数小、变形大和材料使用率低等设计不合理的问题,基于等强度理念对双井架进行了优化设计：参照API Spec 2C-2004标准并采用有限元法,分析了双井架在典型工况下不同杆件截面参数时的应力、位移变化规律;以双井架质量、最大应力、最大位移和不同高度段的应力差异程度为优化目标,采用单因素与响应曲面法进行杆件截面参数优化,获得了最优截面参数组合。研究结果表明：①初步设计的双井架在风暴自存工况下安全系数小于API Spec 4F-2013要求的1.67,最大位移大于规范允许值l/400,在井架的下支柱和顶部横杆处最危险;②双井架应力随高度升高而减小,在设计双井架时应偏向从低到高考虑杆件截面强度;③双井架最终优化方案满足各典型工况要求,较之于原方案,质量、最大应力、最大位移和不同高度段应力的最大偏差率分别降低16.18%、29.25%、29.35%、67.67%,提高了材料利用率。结论认为,采用单因素与响应曲面法相结合的等强度多目标截面参数优化方法,对于双井架结构参数优选和相关井架设计具有指导意义。     

基于遗传算法的无绷绳修井机钢丝绳与井架夹角优化设计

定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角,对无绷绳修井机井架的应力和变形影响很大,为了降低井架的应力和变形,用遗传算法优化了无绷绳修井机定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角.基于ANSYS分析了优化前后两种方案无绷绳修井机井架的应力和变形,分析结果表明,优化后的方案井架的应力和井架上天车位移减小了,优化设计方案明显改善了无绷绳修井机的结构参数.     

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。     

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。     

海洋修井机井架的有限元分析

海洋修井机井架的设计除能满足钩载工况外，还应满足风载工况。对井架在几种风能和钩载工况下的受力进行了模拟计算和有限元分析。结果表明：在钩载工况作用下，井架大腿的应力不是很大，应力最大值位于井架上体收口处两条前大腿上；井架的主要受力工况不是钩载，而是风载；在同一级别风速下，井架受斜向风时受力最大，背向风次之，侧向风最小；设计井架时，应尽可能减小井架的门框尺寸，以减小井架迎风面积，使风载减到最小程度。     

K型井架有限元仿真分析及检测方案优化

通过建立K型井架有限元模型,对设计载荷作用下井架的变形位移及应力分布情况进行了仿真分析。分析结果表明,K型井架承载过程中结构形状的变化将导致井架顶端产生前倾位移,最大位移量可达41 mm;井架最大应力发生在井架上段与中上段连接处。基于有限元分析确定的井架承载主要危险应力区,结合SY/T 6326—2008标准要求确定了K型井架检测方案中应变片的选择及测点规划布置,制定出符合标准要求的井架强度检测实施方案,这对井架安全检测评定具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

釜式重沸器锥壳上开设人孔分析

对釜式重沸器斜锥壳上开设人孔的结构建立了简化力学模型,并进行了有限元计算,发现该结构的最大应力强度点发生在斜锥壳开孔与接管的连接区,且位于斜锥壳具有最大倾斜角的经线上靠近大端筒体侧的接管内壁。对几组人孔的分析计算及应力强度评定结果表明,该结构人孔接管及斜锥壳壁厚需要有一定的裕度才能满足强度要求。此类结构可行,建议进行详细的应力分析以保证结构的安全性。     

大民屯凹陷构造应力场及其与油气运聚关系

为研究大民屯凹陷构造应力场与油气运聚的关系,根据其地质及区域构造应力场特征,建立了研究区三维构造应力场有限元模型,并通过数值模拟分析,得到了太古界和元古界的最大主应力、最小主应力和最大剪应力等应力分布,在此基础上结合油气运移理论对研究区的油气富集区进行预测。结果表明:在构造应力场的作用下,油气运移与富集的方向为从地应力场的高值区向低值区和从流体势场的高势区向低势区;应力低值区、流体势场低势区和油气运移所经由的靠近断裂带的圈闭是油气聚集的有利部位。综合预测结果和已完钻井的产能情况表明,油气井中的高产井区与地应力场和流体势场的低值区相吻合。     

套装伸缩式钻机井架的研制及应用

为适应现代钻机的发展要求 ,设计研制出JJ2 2 5 41型套装伸缩式钻机井架。该井架采用五节套装加对接结构 ,起升时上体和下体套装后共同起升 ,伸缩完上体后 ,将中体接入下体内 ,分段伸缩中体 ,运输时可将井架拆卸成独立运输单元 ,本体及附件用平板拖车及卡车运输只需 5个车次。该井架安装快捷、占地面积小 ,工作平稳 ,在现场的工业性试验中 ,整个井架的装配时间为 3h ,井场占地 5 0× 6 0m2 左右 ;使用时 ,最大起升力为 4 0 0kN ,正常作业时 ,在无钩载、满立根的情况下 ,最大抗风能力可达 36m/s。该井架非常适合我国东部的各大油田 ,具有很大的推广价值。     

轴向斜接管内压容器爆破压力的预测

接管是容器必不可少的结构,在接管部位由于开孔产生应力集中,加之与接管的连接处发生边缘效应,使得该部位的应力分布相当复杂。对3台具有不同结构尺寸的轴向斜接管内压容器进行水压爆破试验,并采用静态非线性有限元法对3种模型的爆破压力及失效位置进行了预测分析,并与试验结果做比较。比较结果表明:(1)开孔结构削弱了结构的强度,降低了容器的承载能力;(2)有限元预测得到的爆破压力与试验及理论计算所得的爆破压力比较接近;(3)带轴向斜接管内压容器的等效应变最大节点都位于筒体和接管相交的锐角侧。     

渤中19-6复杂断块构造地应力分布规律试验研究

渤中凹陷19-6复杂断块构造同时受到走滑断裂与次级断裂切割的影响,难以通过对区域主控构造来判断地应力大小关系和方向。为提高区域钻井作业安全与效率,落实区域主控构造类型及地应力分布规律,对渤中19-6构造北部的2口探井开展了地层破裂试验,并对3口井进行了井下电成像测井。试验结果分析表明:渤中19-6构造区域内地应力表现为水平最大地应力>上覆岩层压力>水平最小地应力的分布特征,与区域内走滑断层为主控构造、正断层为次级构造的地质认识相符。井下电成像测井分析表明:受走滑断层影响,与周边油气构造地应力方向不同,构造区域内水平最大地应力方向在NE90°~110°。根据试验结果分析得出区域构造应力系数,并建立了渤中19-6构造北部沿深度的地应力剖面,具有较高的精度,为井位与钻井轨道优化、开展井壁稳定分析提供了可靠依据。     

扇形长冲程抽油机的优化设计与动力仿真

在常规游梁式抽油机的基础上, 设计了一种新型柔性连杆变矩节能扇形抽油机, 其特点是结构简单紧凑, 天车轮可以实现大摆角, 易实现长冲程, 节能效果显著。建立了该抽油机机构尺寸的优化设计方法以及悬点运动规律与动力性能仿真模型。仿真结果表明, 该新型抽油机具有优越的动力性能, 和常规游梁式抽油机相比, 该机曲柄轴扭矩波动小, 基本消除了负扭矩, 曲柄轴最大扭矩约下降 25%, 装机功率约下降 30%, 节能效果在 20%左右。     

ANSYS曲壳模型计算复杂断块现今地应力场

中原油田属于复杂断块油气田,断层多,地层倾角大。地应力异常导致套管不断发生缩径变形或错断等情况,从而缩短了油气水井的寿命。为了从根本上解决套管损坏问题,就必须对地应力进行定量及定性研究。应用有限元算法中的曲壳模型模拟计算了地层中正在活动着的构造应力场,经过计算分别绘出了地层最大、最小水平主应力图,得出地层水平主应力最大值与最小值相差较大的区域及地应力变化较大的边界区域是套管容易发生损坏的地区。该方法可快速准确地模拟地质真实情况,目前已广泛应用到套管损坏的预防和治理工程当中。     

压裂泵虚拟试验连杆疲劳性能研究

压裂泵动力端的连杆在交变载荷的作用下会产生疲劳裂纹,随后裂纹迅速扩展,直至连杆疲劳断裂失效。为了探究裂纹产生的位置及裂纹扩展的过程,进行连杆的3种极限工况的有限元静强度分析,结果表明:在连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区有应力集中,并且出现最大Mises 应力。连杆的疲劳分析结果表明:靠近连杆大头的连杆杆身部分、连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区是连杆疲劳安全系数最小的位置。裂纹的萌生和扩展都是发生在应力集中的区域,因此连杆在这2处区域萌生裂纹的可能性最大。在靠近连杆大头的连杆杆身部分的过渡区进行裂纹扩展模拟计算,分析了连杆的裂纹扩展规律,预测了连杆的疲劳裂纹寿命,结果表明:当裂纹长度为16.9 mm时,连杆的疲劳裂纹寿命约为8.85×10⁴次。     

焊接天车和游车滑轮脱焊的修复

焊接的天车和游车滑轮,因在焊接时存在工艺上的某些缺陷,在使用中容易脱焊,导致滑轮体与轴承座之间产生转动位移和轴向位移,滑轮体内孔磨大,轴衬座外径磨小,严重时滑轮体会在轴承座上摆动。对于脱焊滑轮的修复,采用简单的重新焊接不能解决根本问题。经分析研究提出,修复脱焊滑轮必须消除工艺缺陷,保证滑轮不变形,关键是在A、B、C三点开出消除内应力槽,使焊接成功。实践证明,采用这种修复方法是成功的,修复后的滑轮使用效果良好。     

断层对地应力场方向的影响机理

断层附近区域地应力方向相对于远离断层区域存在明显变化。前人利用实验及有限元模拟等手段研究了断层对其附近区域地应力方向的影响规律,但是缺少从力学机理角度解释这些规律的研究。研究总结了单一断层附近最大水平主应力方向变化规律,利用孔口问题弹性力学解析解揭示了这种规律的力学机理,并以某单元为例,研究了多断层区域最大主应力方向沿断层走向上的变化。结果表明,断层端部区域最大水平主应力朝着断层走向偏转,应用孔口问题弹性力学求解可以获得理论证明,塔河某单元的地应力计算结果也验证了这种规律。