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.     

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。     

局部损伤井架安全评定方法

在役钻机中,井架局部损伤缺陷普遍存在,对此既不能回避,也不能夸大,而应采取科学合理的评价方法进行评定。详细介绍了英国中央电力局对电力设备进行安全评价的CEGB R62001标准,并将其引入到局部损伤井架的安全评定中,给出了评定的步骤,结合所开发的软件给出了评定实例。评定结果表明,对存在局部损伤的井架,应按所介绍的评定方法对损伤本身进行评定,对安全评定缺陷落在非安全区的井架,应立即停用整改;对安全评定缺陷落在安全区的井架,应再按照SY/TG 236—2008标准进行综合评定。该评定方法还可用于其他油田设备和压力容器的安全评定。     

钻机井架动态应力适时响应分析与研究

主要以石油钻机井架起升和下放两种工况为例,对井架动态应力适时响应系统和分析方法进行了研究,通过实测数据分析,得出了两种工况井架动态应力分布的差异,并且指出了井架起放过程应力变化的趋势及危险阶段,保证了钻机井架起升和下放安全作业,为钻机井架在处理一些特殊工况,如接卡等,需要对井架施加较大载荷时提供监控,为公司的重点井位实施全程监控,以确保生产过程的安全.     

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。     

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。     

基于可靠性理论的井架承载能力评定系统

基于可靠性理论的一次二阶矩极限状态设计方法,采用分布式光纤光栅传感器网络测量井架多点应力和位移数据,由根据JC法编制的Matlab程序计算井架承载能力。试验数据和计算结果均写入Access后台数据库,自动生成Word格式的评定报告。通过ADO、VBA和MatrixVB组件技术,实现了VB、Access、Word与Matlab软件的混合编程,构成了基于井架承载能力检测技术的评估系统。     

新型车载式作业井架静动态应力测试与分析

大型修井机井架的强度是保证正常修井作业的安全指标。利用电测方法．对新研制的40型修井机井架进行最大负荷下的静态应力测试和额定负荷下的动态应力测试，指出组成井架上节的2根后腿的根部受力较大，应对其进行加固或改进；载荷下降过程的动载系数较起升阶段大1．3倍，设计该井架时应考虑。     

井架和底座承载能力测试及安全性评估方法研究

由于频繁拆装、搬运等,使井架及底座构件易产生缺陷,降低其承载能力。目前采用应力测试的方法评估其承载能力,存在5个方面的不足。有限元分析方法存在建模困难,边界条件难确定等难题。提出采用相似模型、激光测距和有限元分析的方法获取井架和底座力学数据,以便在现场评估其承载能力和安全性。     

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.     

井架测试数据分析处理方法初探

井架由于长期使用,各部件在拆卸、运输和安装过程中产生了不同程度的变形、损伤和腐蚀,影响了井架原设计时的承载能力。为此,提出了以实测应变参数为主的井架可靠性评估,来评定井架承载能力的方法,为使数据处理的准确性,以现场测试数据为基础,应用最小二乘法原理,用线性回归推算出井架在大载荷下的应力;利用结构抗力—荷载响应干涉理论,对井架进行可靠性评估,并且在评估方法中考虑了标准偏差的修正问题,在实例中对修正前、后井架可靠指标作了比较。在上述方法基础上,编制了一套数据处理分析软件,使得评估工作快速、方便、准确,及时避免可能的事故发生。文中还介绍了在高科１ 井、克拉２ 井的测评情况,使得该方法获得圆满效果。     

井架模型极限载荷试验

为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力较大部位;井架立柱测试应力与大钩作用载荷呈线性关系。井架压溃试验发现:井架破坏发生在井架上段;实测井架模型大钩极限载荷为19.0kN,与双重非线性有限元分析计算结果基本一致,其相对误差在5.0%以内,证明以这种方法预测井架原型极限载荷是可行的。     

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。     

基于主元分析法的井架损伤定位研究

由于实测FRF频谱受到噪声污染和其它干扰因素的影响,数据变量间存在相关关系,直接利用这些数据进行井架的损伤识别很难实现。为此,提出了基于主元分析法和FRF的井架损伤识别方法。用实测FRF数据作为损伤识别的基本变量,用PCA方法和变量重构对FRF数据进行降维处理,用T2控制图分离异常数据,进而识别井架的损伤。井架测试试验结果显示,前5阶主元几乎包含了原始数据的全部信息特征,因此,用主元分析法对原始数据矩阵进行降维处理是可行的,尤其对噪声和非线性状态下井架的损伤识别有良好的适应性。     

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。     

石油钻机井架的冲击响应分析

对钻机井架受纵向冲击和正常工作阶段受周期性持续载荷的响应作了分析,依据JJ300/43—A形井架的实际工况,运用时间历程分析方法,对井架顶端节点施加2次冲击载荷作用,其余冲击皆为零。分析结果认为,在瞬时冲击载荷下,位移在很短的时间内具有一定的波动性,随着时间间隔的变化,波动的幅度各不相同;在严重的冲击载荷作用下,井架顶部Z方向响应最为强烈,危险时位移可达24.5cm。     

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。     

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。