在用A型井架承载能力分析及其缺陷识别
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摘要
采油井架钢结构是钻采石油时所必需的支架结构，对油田生产起着重要作用。A型井架在石油钻井中被广泛地应用，其最大承载能力是石油界普遍关注的问题。以往对井架的研究一般从强度设计方面展开，很少考虑井架由于多年使用而产生的各种缺陷及其对承载能力的影响，对井架具体缺陷的研究仅停留在经验测量阶段。
本文综合考虑在用A型井架存在的各种缺陷，对缺陷进行分析并分类，对影响井架承载能力的三个主要缺陷进行等效处理，其中构件弯曲引用纵向刚度折减系数等效处理。建立井架结构的力学模型，通过有限元分析软件ANSYS对其进行了静力特性、自振特性、动态响应和稳定性分析，并计算其最大承载能力。结合现场测试情况提出识别井架具体缺陷的方法，给出缺陷识别的计算式。
以在用JJ170／41A型井架为例，进行井架的力学性能分析，计算其最大承载能力。用计算值代替现场测试值对井架缺陷进行识别，验证了缺陷识别方法的正确性和精确度。
本文计算结果和处理方法为在用A型井架承载能力的评估提供参考，缺陷识别方法为现场测试井架缺陷提供参考。
An oil derrick is a necessary supporting frame, and plays an important role in oil production. 'A' form derrick is in extensive use. The workers take attention on it's carrying capacity. Nowadays, the study of derrick usually is about it's intensity, some initial defects are not considered. Didn't think about the effect to the carrying capacity.
Some initial defects are considered and studied. Deducing the equivalent formula of the initial defect. The finite element analysis software (ANSYS) is applied to establish the model of 'A' form derrick. Based on the design feature of the derrick, the actual derricks structure is idealized an assemble of space pipe element and space beam element, and carry out the static, dynamic analysis and stability analysis. Calculates the max load. Depend on the conditions in oil production, put forward a test method for the most important initial defects, and deduce the formula.
In this paper, the author takes JJ170/41-A form derrick for example. To obtain practice result of the derrick's load capacity, both the dynamic and static stability and behavior should be taken into consideration. The result of the calculation can offer reference basis to designing and evaluating the load carrying ability of the derrick. The method for initial defect can offer the test of derrick.
本文综合考虑在用A型井架存在的各种缺陷，对缺陷进行分析并分类，对影响井架承载能力的三个主要缺陷进行等效处理，其中构件弯曲引用纵向刚度折减系数等效处理。建立井架结构的力学模型，通过有限元分析软件ANSYS对其进行了静力特性、自振特性、动态响应和稳定性分析，并计算其最大承载能力。结合现场测试情况提出识别井架具体缺陷的方法，给出缺陷识别的计算式。
以在用JJ170／41A型井架为例，进行井架的力学性能分析，计算其最大承载能力。用计算值代替现场测试值对井架缺陷进行识别，验证了缺陷识别方法的正确性和精确度。
本文计算结果和处理方法为在用A型井架承载能力的评估提供参考，缺陷识别方法为现场测试井架缺陷提供参考。
An oil derrick is a necessary supporting frame, and plays an important role in oil production. 'A' form derrick is in extensive use. The workers take attention on it's carrying capacity. Nowadays, the study of derrick usually is about it's intensity, some initial defects are not considered. Didn't think about the effect to the carrying capacity.
Some initial defects are considered and studied. Deducing the equivalent formula of the initial defect. The finite element analysis software (ANSYS) is applied to establish the model of 'A' form derrick. Based on the design feature of the derrick, the actual derricks structure is idealized an assemble of space pipe element and space beam element, and carry out the static, dynamic analysis and stability analysis. Calculates the max load. Depend on the conditions in oil production, put forward a test method for the most important initial defects, and deduce the formula.
In this paper, the author takes JJ170/41-A form derrick for example. To obtain practice result of the derrick's load capacity, both the dynamic and static stability and behavior should be taken into consideration. The result of the calculation can offer reference basis to designing and evaluating the load carrying ability of the derrick. The method for initial defect can offer the test of derrick.
引文
1．侯广平，黄悦华．石油钻机井架的现状与发展趋势．石油机械．1996，24(3)51-54
2．杨敏嘉，常玉连．塔型井架的破坏形式与原因探讨．石油钻采机械 1989，16(3)：14-17
3．王惠德，英经伦等．塔型井架基础初始缺陷的统计分析．石油矿场机械．1990，16(6)：13-15
4．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
5．陈于果．JJ300／43—A型井架结构电算及力学分析．石油矿场机械．1982，6：11-33
6．胡少伟．钻井A型井架稳定性分析．工业建筑．1997，27(10)：29-31
7．段明成，郑勇等．A型井架使用可靠性分析．钻采工艺．1995，18(2)：57-59
8．王慧德，周国强．用矩阵迭代法计算井架稳定．石油矿场机械．1984，13(3)：24-28
9．刘光栋，罗汉良．杆系结构稳定．北京：人民交通出版社
10．张嗣伟，裴峻峰．关于在井架设计中采用新规范的几点看法．石油机械．1988，16(9)：1-6
11．郑伯芳，陈立民等．门型井架前大腿的稳定性分析．石油矿场机械．1985，14 (5)：36-41
12．谢尊谦，白云飞等．确定服役井架承载能力的模态迁移法．黑龙江省震动工程学会交流文章．1989
13．崔晓华．用结构模态迁移法评定井架的安全承载能力．石油机械．2001，29(12)：16-17
14．田晓光．井架弯曲变形后的稳定校核及承载能力计算法．钻采工艺与装备．1996，16(4)：40-42
15．周国强，刘金梅．在用井架计算机模拟试验．石油机械．2001，29(1)：8-10
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．刘杨，杨敏嘉．A型井架的结构优化设计．石油矿场机械．1984，13(5)：1-10
18．王惠德，周国强．用概率方法确定井架安全度．石油矿场机械．1995，16(3)
19．张爱林，王惠德．初始缺陷对塔架可靠度的影响．大庆石油学院学报．1990
20. Gusella. V, Spadaccini. O, Vignoli, A. In-service dynamic behavior of a drilling derrick on a jecket platform. Gromechanics Abstracts. Vol, 1997, 5(10): 338-340
21．张爱林，田汝珉．考虑初始缺陷的服役井架承载能力分析．石油矿场机械．1994，23(6)：9-12
22．韩树江．在用钻机井架可靠性评定．钻采工艺．1995，18(2)：53-56
23．李亚明，胡云昌等．井架在风载荷作用下的可靠性分析．石油学报，18(1)：116-122
24．陆萍．有限元软件在风力及塔架结构分析中的应用．农业机械学报．2000，31(2)：
116-117
25. XUEJi-JUN, WANGZheng-Wu. ModalAnalysisofDrillingMachineDerrick. Internation al Joural of plant Engineering and Management. 2002, 7(4):222-226
26．张爱林，王光远．服役井架结构最低安全度的确定．哈尔滨建筑工程学院学报．1995，28(1)：1-6
27．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
28．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
29．袁英战，王元清等．采油井架钢结构非线性力学行为分析．工程力学．2000，17(6)：104-108
30．胡少伟，王伟等．A型井架动态特性研究．工业建筑．1997，27(9)：23-26
31．张学鸿，刘巨保等．3200m钻机前开口井架整体稳定性分析．石油机械．1990，18(5)：1-3
32．张相庭．工程结构风载荷理论和抗风计算手册．上海：同济大学出版社
33．王肇民，U．Peil．塔桅结构．上海：同济大学出版社，1989
34．徐建华，卞国瑞等．状态估计和系统识别．北京：科学出版
35．金伟良，宋剑等．海洋平台受损构件的承载能力与加固分析．工程力学．2003，20(5)：100-105
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