石油钻机井架承载力安全评估检测系统研究设计

发布时间：2020-06-08 01:52

【摘要】：石油井架是钻井机械设备的主要组成部分,提供起下钻及摆放钻柱的操作高度和空间,是一种大型复杂的塔桅式金属钢架结构物。所以石油井架结构的安全稳定性能直接影响到整个钻井作业的安全与顺利进行。本文依据“石油钻机用井架承载能力检测评定方法(SY 6326-2008,SY 6442-2000和SY/T 6326-1997)”和“API Spec 4F钻井和修井井架、底座规范”标准,对JJ170/42-K型石油井架进行理论分析、现场测试和有限元仿真计算分析,对该井架的整体特性和承载能力从不同方面采用不同方法进行了评估。本文总结列举了三种对石油井架进行理论评估的方法,分别是石油井架剩余承载力模态参数评定理论、石油井架可靠性分析理论和石油井架结构承载力强度评定理论。可以分别从石油井架剩余承载力、石油井架可靠性和石油井架结构承载力强度三个方面对井架进行整体结构特性的分析评估。对在使用中的井架进行稳定性评估具有重要意义。根据国家能源局的行业标准《SY6326—2012》,结合电子技术、嵌入式技术、通信技术、计算机技术,设计了基于电阻应变片、PIC单片机和RS485总线的石油井架承载力现场检测系统,并使用该系统完成了对JJ170/42-K型石油井架静载数据和动载数据的现场检测。实现通过现场数据检测对石油井架进行评估。采用有限元分析软件ANSYS搭建JJ170/42-K型石油井架的有限元模型,结合该井架实际参数对井架有限元模型添加材料属性和约束。利用有限元软件结构静力学分析方法对JJ170/42-K型石油井架模型分别进行大钩载荷和三种不同风载工况作用下的井架结构有限元静力分析,分析得出井架结构在不同工况下的形变和应力的大小及分布规律。分析结果表明各工况均满足井架静力强度要求。按照稳定性计算理论折算算法对J170/42-K型石油井架进行稳定性计算,结果表明该井架整体稳定性良好,不存在失稳现象。利用有限元软件的结构屈曲分析方法对J170/42-K型石油井架进行结构有限元稳定性计算分析,得出该石油井架最小屈曲系数为1.1789,进而得出井架临界屈曲载荷为1240.1kN,大于井架最大设计钩载,所以该井架不会发生重大变形失稳现象。为了确定该石油井架结构的各阶固有频率和振型,掌握结构振动特性,利用有限元分析软件结构模态分析方法对J170/42-K型石油井架进行模态分析,得出该石油井架前十阶固有振形和固有频率。分析结果表明该石油井架主要以受压变形为主,基本振型为第一阶模态形式,井架顶部产生局部扭转振动,对应固有频率为0.83Hz,属于低频振动的大结构物。本文提出了基于强度和稳定性理论的石油井架承载力评定方法,设计了新型的石油井架承载力现场检测系统并完成井架静动载的现场检测。使用有限元分析软件对石油井架进行不同工况下的静力分析、稳定性分析和模态分析,对石油井架的现场使用和安全性评估提供了理论参考和实验数据。最后结合实测数据和有限元分析结果共同对石油井架结构特性进行评估。
【图文】：

图 1.1 塔型井架点为：封闭式结构，，整体稳定性好，采用螺栓连接方式固定的单独构全。，运输条件局限小。但因为井架井架的拆卸、移运工作量大，高点可知，塔型井架适合用于较少平台、超深井钻井平台。的空间杆件或管柱式结构的大腿井架大腿部位的前部或后部是由的组装需要在水平地面位置完成、迅速而又安全。两个大腿都是

图 1.2 A 型井架点为：主要是由井架大腿部位承担，合成一个封闭的结构，因此 A 型一个很大的内部空间，一个宽敞，被称为“全视野井架”。之间联系较弱，导致井架整体种：杆来实现对井架的起放，该方法须在井架大腿上滑动，并且撑杆座上的人字架来实现对井架的
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE923

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本文编号：2702343