深水钻机K型井架稳定性数值模拟研究

针对K型井架整体防护性较弱、在恶劣的海洋环境下可能发生失稳的问题,以南海某深水半潜式平台在作业工况下的运动响应为背景,对浮式平台配套的K型井架进行了稳定性研究。平台动边界对井架产生的动载荷等效为惯性力施加在井架上,同时考虑海洋风载、平台倾斜使井架受到的重力横向分量以及平台升沉引起的附加动载荷,利用有限元模型计算了井架的受力状态和整体稳定性;研究了各杆件在轴力和双向弯矩下的局部稳定性;将前大腿等效为弹性支撑梁,在轴向压力作用下进行了屈曲分析;对比了该井架用于陆地钻井的稳定性质。结果表明,海洋环境载荷使K型井架的稳定性有较大程度降低,但仍满足该工况的稳定性要求。

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。

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。

JJ16041-K型石油井架结构的动力响应分析

针对石油井架结构长期服役在野外恶劣环境下,局部或整体损伤等缺陷常成为安全生产中的事故隐患。通过白噪声模拟随机环境激励,利用ANSYS有限元建模,对石油井架系统进行动力响应分析。研究结果表明:井架结构的振动模态为空间振动,同时各节点在白噪声激励下的动力响应规律基本一致,动力响应数据的获得可为损伤诊断研究提供输入数据,对提高井架承载能力检测与安全评估水平,具有重要的理论意义和实用价值。

基于ANSYS的K形井架结构研究

基于ANSYS建立了K形井架的有限元分析模型,进行了静态力学性能、自振特性、稳定性综合分析和计算,全面了解了其力学行为,为安全使用该井架提供了依据。

基于ANSYS10.0的JJ170/30-K型井架结构研究

采用有限元法建立了K形井架的有限元分析模型,将钻机井架各杆件简化为空间梁单元,对钻机井架三维计算模型进行了离散,给出了模态分析和稳定性分析结果,得到了井架的固有频率和振型等重要参数。结果表明,该井架最大应力位于井架中段前立柱198单元,最大应力值为160 MPa;其安全系数为2.15,满足美国API安全系数的要求。通过将井架的固有频率与钻机的设计工作转速进行比较,并对各阶模态主振型进行分析,得出该钻机井架结构设计合理的结论。

基于RD＆ITD法的JJ160／41-K型石油井架结构的模态参数识别

模态参数作为石油井架结构重要的动力指纹,以JJ160/41—K型石油井架结构为研究对象,通过随机减量法获取环境随机激励下,井架结构的自由振动衰减信号,利用ITD法对单测点和多测点两种情况下的脉冲响应信号进行模态参数识别;并将有限元和频谱分析的模态参数进行对比分析。数值模拟分析表明,利用RD&ITD法识别的模态频率结果基本一致,而模态阻尼比的识别结果则相差较大,同时有限元分析表明,由于噪声的干扰,存在着虚假阻尼比,需要人为地进行甄别。故对于难以直接激励的大型石油井架结构来说,利用RD&ITD法进行系统模态参数识别是可行的,为做好井架结构的安全评估工作,减少工程事故隐患提供了有效的理论依据。

基于广义柔度矩阵的井架钢结构损伤识别

钻机井架结构在生产过程中会因各种原因而出现不同程度的损伤及破坏,为解决复杂工作环境下石油钻井井架结构健康监测中损伤识别问题,提出了一种基于广义柔度矩阵的井架结构损伤识别方法。相比于柔度矩阵方法,广义柔度矩阵仅需前几阶低阶固有频率及相应的模态振型便可确保计算的精度。在构建损伤控制方程的过程中,采用矩阵分块模式求解方法,与传统方法中需将单元刚度矩阵扩充整体刚度矩阵维数相比较,所提出的求解方法只需针对单元刚度矩阵的行数进行相应扩充,而列数不变,因此从计算量的统计角度分析可大大降低构建损伤识别控制方程的计算量。最后,以实际工程中的K型井架钢结构为例,结果显示对于不同的损伤位置及程度,该方法均具有良好的识别效果,可用于其他大型结构的损伤诊断或健康监测。

JJ225/43-K型石油钻机井架屈曲分析

根据结构稳定理论,使用ANSYS软件对JJ225/43-K型石油钻机井架进行了屈曲分析,得到了该井架在线性屈曲、几何非线性屈曲和双重非线性屈曲3种情形下的临界失稳载荷。通过对比分析可全面了解该井架的稳定性能,为安全使用提供依据。

K型井架相似模型起升过程应力测试分析

针对近年来井架在起升过程中出现弯曲或倒塌的现象,根据相似理论研制了与JJ450/45-K型井架结构几何尺寸比为l:8的模型,对井架模型进行了起升过程力学分析,利用matlab软件对起升大绳拉力变化规律进行了分析计算,确定了该种穿绳方式下的井架在起升过程中起升大绳受力最大的位置,并对井架模型起升过程进行了应力测试分析。结果表明,井架在起升初始位置时,整体受力最大,最大应力位于井架立柱下段起升大绳缠绕的导轮处和人字架的人字连接处,在井架设计、井架起升时,应对受力较大位置和杆件进行重点关注。

K型井架有限元仿真分析及检测方案优化

建立K型井架有限元模型,对其设计载荷作用下的变形位移及应力分布情况进行仿真分析,从而确定井架承载过程中的主要危险应力区。基于有限元分析结果,结合SY/T6326-2008标准要求对井架检测方案中应变片的选择及测点规划布置进行适当优化,制定符合标准要求的井架检测实施方案,对井架安全检测评定工作具有一定的参考价值。

损伤缺陷对K型试验井架应力分布影响分析

以K型试验井架为例,用有限元分析方法,对无损伤井架以及存在截面腐蚀、立柱穿孔、斜撑缺失、载荷偏心等损伤和缺陷井架进行分析与对比。结果表明,立柱锈蚀、穿孔或开裂等局部损伤使井架立柱损伤部位应力明显增大,而对井架的整体应力分布影响不大;基础下沉对井架的下部立柱、人字架和斜撑的应力分布有影响,而对其余各层影响不大;钩载偏心对井架各层的应力分布有较大影响,斜撑缺失使井架该位置及相邻层立柱和斜撑的应力明显增大,对其余各层的影响不大。对有损伤和缺陷的井架,除按照SY/T 6236—2008标准进行检测评定外,还应对这些局部损伤和缺陷本身进行安全评定。

前开口“K”型井架起升过程有限元计算与分析

以前开口"K"型井架为研究对象,利用ANSYS软件建立其三维有限元模型,分析了在井架起升过程中,井架起升钢丝绳拉力及大钩荷载随起升角度的变化规律,得到了可靠结论。

直立无绷绳井架车装修井机方案研究

为了满足特殊地区开发丛式井的需要,以冀东端岛的条件为假设,提出了一种新型钻修机。该钻修机吸收了国内外的先进技术,拥有传统车装、撬装钻机的优点。该钻机采用K型井架;在海洋环境下使用,钻台的安装方式不同。该方案不仅适合人工岛的作业要求,也为丛式井作业做出了初步探索。

8000 m海洋自举式井架研发与应用

为满足国内外客户对海洋用8 000 m钻机的需求,设计了一种8 000 m钻机用自举式井架,也称为垂升式K形井架。自举式井架可采用单独的液压起升系统实现分段起升,在海洋平台可采用平台吊机逐段吊升方式实现井架的起升。8 000 m自举式井架在满足用户对各种钻井工况要求的前提下,通过三维建模分析及计算,主要针对零部件进行了结构优化,减轻井架各段重量,提高井架的性价比。