JJ160/41-K型井架动力特性及承载能力评定研究
|
摘要
JJ160／41-K型井架是大庆石油管理局钻技公司机修厂研制开发的一种适合大庆地区的K型井架，近几年陆续在大庆油田投入使用。由于设计时仅进行了静强度和稳定性计算，而没有进行动力计算，在使用过程中出现了有时振动过大、个别部位刚度弱的问题。特别是近1—2年来，随着大庆以外油田钻探的需要，其强度、动力稳定性及承载能力等成为现场普遍关注的问题，必须从理论上予以解决。
本文以JJ160／41-K型井架为实例对井架进行了结构动力特性分析及现场应力测试，提出了一套井架评定方法，可以较为真实地反映各种载荷作用下的井架任意部位的力学性能，较为科学地对JJ160／41-K型井架进行安全评定。
井架动力特性分析主要采用I-DEAS软件，以空间梁单元作为有限元计算的基本单元，通过井架空间结构数值化，建立井架计算机数值模型，分析得到位移、应力、模态、稳定性等计算结果；建立了井架大腿截面几何尺寸的优化模型，分析了作用载荷对井架结构频率的影响；研究了锈蚀和初始弯曲对井架承载能力的影响；以DASP软件为分析平台，对在用井架进行现场动态应力测试；通过计算机仿真后，评定所测试井架的承载能力。
The JJ160/41-K type derrick is one of K type derrick adapted to the district of Daqing. It is developed by Oil well drilling Technology and Service Company of Daqing Petroleum Administration Bureau. Mechanical Factory, And it has been used widely in Daqing Oil Field in recent years. Because only static intensity and stability analysis is considered and dynamic calculation is usually neglected in design, the problems like heavy vibration and local weak rigidity have appeared. Especially in these two years, with the increasing need of drilling and exploration besides Daqing Oil Field, much attention is paid on the problems of intensity, dynamic stability and carrying capacity, which need to be theoretically solved.
This thesis takes derrick JJ160/41-K as example and puts forward an evaluation method by structure dynamics characteristic analysis and locale test. It can better reflect the mechanical performance of any part of derrick under varying load and carry out the safety evaluation for derrick scientifically.
The analysis of dynamic characteristic for derrick has been mainly done with I-DEAS software, by adopting three dimensional beam element as the basis element for FEM analysis and analyzing numerical derrick structure, the author establishes the computer numerical model to calculate mechanical parameters such as displacement, stress, mode and stability. In addition, the author establishes an optimization model of beam section's geometrical dimension to analyze the influence of different loads on structure frequency and the influence of rust and initial winding on carrying capacity. Besides, the locale tests are carried out, and the carrying capacity for the derrick are evaluated based on the DASP software analysis platform and computer emulation.
本文以JJ160／41-K型井架为实例对井架进行了结构动力特性分析及现场应力测试，提出了一套井架评定方法，可以较为真实地反映各种载荷作用下的井架任意部位的力学性能，较为科学地对JJ160／41-K型井架进行安全评定。
井架动力特性分析主要采用I-DEAS软件，以空间梁单元作为有限元计算的基本单元，通过井架空间结构数值化，建立井架计算机数值模型，分析得到位移、应力、模态、稳定性等计算结果；建立了井架大腿截面几何尺寸的优化模型，分析了作用载荷对井架结构频率的影响；研究了锈蚀和初始弯曲对井架承载能力的影响；以DASP软件为分析平台，对在用井架进行现场动态应力测试；通过计算机仿真后，评定所测试井架的承载能力。
The JJ160/41-K type derrick is one of K type derrick adapted to the district of Daqing. It is developed by Oil well drilling Technology and Service Company of Daqing Petroleum Administration Bureau. Mechanical Factory, And it has been used widely in Daqing Oil Field in recent years. Because only static intensity and stability analysis is considered and dynamic calculation is usually neglected in design, the problems like heavy vibration and local weak rigidity have appeared. Especially in these two years, with the increasing need of drilling and exploration besides Daqing Oil Field, much attention is paid on the problems of intensity, dynamic stability and carrying capacity, which need to be theoretically solved.
This thesis takes derrick JJ160/41-K as example and puts forward an evaluation method by structure dynamics characteristic analysis and locale test. It can better reflect the mechanical performance of any part of derrick under varying load and carry out the safety evaluation for derrick scientifically.
The analysis of dynamic characteristic for derrick has been mainly done with I-DEAS software, by adopting three dimensional beam element as the basis element for FEM analysis and analyzing numerical derrick structure, the author establishes the computer numerical model to calculate mechanical parameters such as displacement, stress, mode and stability. In addition, the author establishes an optimization model of beam section's geometrical dimension to analyze the influence of different loads on structure frequency and the influence of rust and initial winding on carrying capacity. Besides, the locale tests are carried out, and the carrying capacity for the derrick are evaluated based on the DASP software analysis platform and computer emulation.
引文
[1]．华东石油学院矿机教研室．油钻采机械．第一版．北京：油工业出版社，1980．236～286．
[2]．常玉连，刘玉泉．钻井井架、底座的设计计算．第一版．北京：石油工业出版社，1994．157～210．
[3]．曹丹青．使用I-DEAS软件进行有限元分析．设计制造，1994，23(6)：9～12．
[4]．API Spec 4E．钻井和修井井架规范．第2版．1974．3．
[5]. Non-destructive Industrial Condition Test Process for Drilling Derricks. USSR 1716075～Al.
[6]．常玉连等．由单位荷载变形判定钻机井架的承载能力．石油机械，1995，23(2)：24～28．
[7]．李学彤，周国强．在用7000m钻机井架可靠性评定．石油矿场机械，1992，21(6)：19～23．
[8]．裴峻峰，杨其俊．评估石油井架工作寿命及可靠性的新方法．石油机械，1997，25(5)：17～18，44．
[9]．张爱林，王光远．服役塔型井架承载力的二级模糊综合评定．石油机械，1995，23(4)：31～35．
[10]．范祖尧，郁永熙．结构力学．第一版．北京：机械工业出版社，1980．
[11]．钟万勰，丁殿明等．计算杆系结构力学．第一版．北京：水利电力出版社，1982．
[12]. C. T. F. ROSS, B. Sc. (Hons) , Ph.D.. Computational Methods in Structural and Continuum Mechanics. First published in 1982 by Ellis HORWOOD Limited
[13]．王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．第一版．西安：西北工业大学出版社．1998．8．
[14]．沈鹏程，苏甘龙．结构分析与绘图微电脑程序．第一版．北京：水利水电出版社．1989．
[15]．李润方，王建军．结构分析程序SAP原理及应用．第一版．重庆：重庆大学出版社．1992．
[16]．周国强，刘金梅．考虑初始缺陷的塔型井架结构分析．石油矿场机械，2000，29(5)：10～12．
[17]．秦延龙，杨玉霞．井架试验模型设计．石油矿场机械．1993，22(3)：8～11．
[18]．石国桢．箱形截面梁优化的分析解．港口装卸．1998，119(5)：11～13．
[19]．周国强，郭奕珊．考虑初始缺陷时井架的设计与验算．石油矿场机械．1990，19(4)：26～29．
[20]．陈淮，王伟等．A型石油钻井井架结构分析．石油机械，1997，25(4)：1～3．
[21]．郭奕珊，周国强．井架临界载荷与振动参数的关系．石油机械，1995，23(12)：18～21，26．
[22]．刘玉贵．石油井架安全评定理论及测试技术的研究．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，1997．
[23]．周国强，郭奕珊．在用井架剩余承载能力极限状态评定方法．石油机械，1998，26(11)：15～17．
[24]．武吉有等．JJ160／41-K型井架结构优化及稳定性分析．钻采工艺，2000，23(2)：54～56．
[25]．刘志，刘东升等．有初始变形井架结构分析的简便方法．石油机械，2001，29(10)：17～18．
[26]．邓东．井下作业提升系统受力分析与安全评定．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，2002．
[27]．刘金梅．在用石油井架结构分析测试及评定理论．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，2001
[28]．周国强，郭奕珊．钻井井架结构承载力的振动诊断方法．中国机械工程学会设备维修分会设备诊断技术委员会主编．全国设备诊断技术学会会议，北京，1997．北京：兵器工业出版社，1997．133～138．
[2]．常玉连，刘玉泉．钻井井架、底座的设计计算．第一版．北京：石油工业出版社，1994．157～210．
[3]．曹丹青．使用I-DEAS软件进行有限元分析．设计制造，1994，23(6)：9～12．
[4]．API Spec 4E．钻井和修井井架规范．第2版．1974．3．
[5]. Non-destructive Industrial Condition Test Process for Drilling Derricks. USSR 1716075～Al.
[6]．常玉连等．由单位荷载变形判定钻机井架的承载能力．石油机械，1995，23(2)：24～28．
[7]．李学彤，周国强．在用7000m钻机井架可靠性评定．石油矿场机械，1992，21(6)：19～23．
[8]．裴峻峰，杨其俊．评估石油井架工作寿命及可靠性的新方法．石油机械，1997，25(5)：17～18，44．
[9]．张爱林，王光远．服役塔型井架承载力的二级模糊综合评定．石油机械，1995，23(4)：31～35．
[10]．范祖尧，郁永熙．结构力学．第一版．北京：机械工业出版社，1980．
[11]．钟万勰，丁殿明等．计算杆系结构力学．第一版．北京：水利电力出版社，1982．
[12]. C. T. F. ROSS, B. Sc. (Hons) , Ph.D.. Computational Methods in Structural and Continuum Mechanics. First published in 1982 by Ellis HORWOOD Limited
[13]．王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．第一版．西安：西北工业大学出版社．1998．8．
[14]．沈鹏程，苏甘龙．结构分析与绘图微电脑程序．第一版．北京：水利水电出版社．1989．
[15]．李润方，王建军．结构分析程序SAP原理及应用．第一版．重庆：重庆大学出版社．1992．
[16]．周国强，刘金梅．考虑初始缺陷的塔型井架结构分析．石油矿场机械，2000，29(5)：10～12．
[17]．秦延龙，杨玉霞．井架试验模型设计．石油矿场机械．1993，22(3)：8～11．
[18]．石国桢．箱形截面梁优化的分析解．港口装卸．1998，119(5)：11～13．
[19]．周国强，郭奕珊．考虑初始缺陷时井架的设计与验算．石油矿场机械．1990，19(4)：26～29．
[20]．陈淮，王伟等．A型石油钻井井架结构分析．石油机械，1997，25(4)：1～3．
[21]．郭奕珊，周国强．井架临界载荷与振动参数的关系．石油机械，1995，23(12)：18～21，26．
[22]．刘玉贵．石油井架安全评定理论及测试技术的研究．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，1997．
[23]．周国强，郭奕珊．在用井架剩余承载能力极限状态评定方法．石油机械，1998，26(11)：15～17．
[24]．武吉有等．JJ160／41-K型井架结构优化及稳定性分析．钻采工艺，2000，23(2)：54～56．
[25]．刘志，刘东升等．有初始变形井架结构分析的简便方法．石油机械，2001，29(10)：17～18．
[26]．邓东．井下作业提升系统受力分析与安全评定．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，2002．
[27]．刘金梅．在用石油井架结构分析测试及评定理论．[硕士学位论文]．安达：大庆石油学院，2001
[28]．周国强，郭奕珊．钻井井架结构承载力的振动诊断方法．中国机械工程学会设备维修分会设备诊断技术委员会主编．全国设备诊断技术学会会议，北京，1997．北京：兵器工业出版社，1997．133～138．
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |