大跨距K型伸缩井架及底座试验模型设计

在介绍大跨距Ｋ型伸缩井架及底座基本结构之后，应用相似理论，阐述了模化设计的理论和方法，以及用方程分析法求物理量相似比的基本方法。推导出模型与设计机型之间应力和应变的相似方程。指出在设计制造模型时应根据试验的不同要求，有所侧重地满足各参数的相似关系。着重分析了模型试验中忽略自重和工作绳作用力而产生应力误差的原因，并提出了解决误差的方法。最后介绍了井架的其他试验和底座的整拖试验。     

井架实验模型设计

井架是重要的石油钻井设备,在其新产品的开发和研制过程中,利用大比例模型进行井架各种性能实验是一种既经济又行之有效的方法。本文应用相似理论推导出井架实验模型几何参数及各物理量与井架原型之间的相似关系,讨论了井架模型设计中的具体问题;对一些无法满足的相似条件,提出了具体解决办法。     

作业井架极限承载能力研究

以QJ30-18型作业井架为例,应用大型有限元分析软件ANSYS分析了该井架的极限承载力。计算结果表明,只有采用几何和材料双重非线性的方法才能准确评估结构的极限承载力。     

海洋修井机井架设计计算工况及载荷计算方法

按APIRP2A－LRFD《海上固定平台的规划、设计和建设推荐作法草案－－载荷和抗力系数设计法》的有关规定，确定HXJ125A主HXJ90A海洋修井机井架的设计计算工况及载荷计算方法，给出了不同工况下的载荷计算公式。在最大钩载1600kN工况下应力计算结果与实际测试结果相比较，井架顶部的结构单元应力相差较小，下部单元相差较大，测得最大应力处两者相差2．21％。在无立根、无钩载、最大风速198．2km/h工况下用APIRP2A－LRFD和API4F两种方法有限元结果对比表明，两者最大应力相差2％。     

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。     

弯管塑性极限载荷分析

利用Von-Mises屈服准则,推导出内压和扭矩联合载荷以及内压、弯矩与扭矩联合载荷作用下弯管的塑性极限载荷方程,经过简化后可得到任一单个载荷、两个或3个载荷共同作用下的塑性极限载荷.有关实验验证了理论的正确,为充分挖掘弯管的塑性极限承载能力提供了理论依据,也为研究有缺陷弯管塑性极限载荷提供了方法.     

平面闭合弯矩作用下弯管塑性极限载荷分析与试验

对平面闭合弯矩作用下弯管的极限载荷进行了分析研究。研究采用有限元分析法、Kitching公式计算法和试验测定法。有限元分析结果表明 ,弯管的极限载荷随着弯管壁厚和弯曲系数的增加而增加 ,该结果与Kitching公式计算结果以及试验结果一致     

井架临界载荷与振动参数的关系

根据结构形式和受力特征，将井架折算成一根沿长度上质量均匀分布、刚度恒定的简支渠，用振动理论研究井架的结构频率与作用载荷的关系。计算实例表明，井架上作用的载荷与井架结构频率的平方三线性关系。据此，可在井架载荷较小情况下，测量无载荷和有载荷下的井架结构基本频率，并通过计算公式确定井架的临界载荷。     

前开口模型井架试验模态分析

在简述试验模态分析的基本原理后，通过模型井架的模态试验，获得了可靠的频响函数，并应用模态参数识别技术，获得了模型井架的动态特性参数，指出模型井架在动态特性方面存在的薄弱环节，包括上部抗扭刚度不足和中部及两前立柱抗弯刚度不足。     

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。     

海上钻井隔水导管极限承载力计算

为了更合理地确定隔水导管最小入泥深度,根据海底土的工程地质特征,结合岩土力学理论分析,建立了不同海底土层下的隔水导管极限承载力计算模型。根据隔水导管承载力计算模型,结合海上钻井隔水导管现场施工过程中不同的工况特征,建立了隔水导管最小下入深度计算模型。理论模型在渤海QHD32-6和SZ36-1油田进行了应用,得出了隔水导管底部承载力随入泥深度的变化曲线,进一步确定出隔水导管的最小入泥深度,计算结果与实际情况比较符合。研究成果将为海上隔水导管最小入泥深度的选择提供技术帮助。     

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。     

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。     

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。     

井架结构安全承载力动态参数评定方法

文章用振动理论研究井架结构频率与作用载荷的关系,对现场在用井架模型进行了数值分析,得出井架作用载荷与固有频率平方之间的线性关系.提出测试井架在不同载荷作用下的固有频率来评定其安全承载能力,并应用此方法对现场在用井架进行了测试和评定.     

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.     

用结构模态迁移法评定井架的安全承载能力

在评判在用井架的安全承载能力时,常规方法的可靠性较低。为此,提出了结构模态迁移诊断法。该方法考虑了结构整体的动力特性,由加载试验时的模态奇异,可以识别结构内部状态的变化,如焊口断裂、结点松动、构件变形等。诊断时,井架整体结构的阻尼比和振型变化不明显,模态频率或模态群的变化却很显著,因此用它们作为识别标志。结构模态迁移诊断方法客观地反映了井架整体结构状态,现场应用表明,该方法对车载井架、K形和塔形井架的安全承载能力标定可靠,效果良好。     

720kN桅杆式井架的设计计算和应力测试

为满足液压轮式通井机的使用要求而设计的桅杆式井架采用板焊结构,主体截面为长方形的方形钢,材料为HG60。对井架进行了稳定性、静强度和疲劳强度设计计算。编制制造工艺、设计工装。利用电测方法,进行了最大载荷下的静应力测试和额定载荷下的动应力测试,并作了分析。