论文摘要
石油钻机井架是石油工业生产设备中的重要组成部分,属于一种大型承重结构,对油田生产起着重要作用。目前,在对钻机井架的分析计算中,对井架进行整体承载能力的评定研究居多,一般不计算井架起升过程各杆件的强度问题。对于整体起放式井架,在起升或下放过程中,井架承受由于自重产生的弯曲载荷,在正常工作时井架则承受着大钩上的静、动载荷,同时还承受着自然风载,这些载荷都在一定程度上影响着井架结构的强度和稳定性。为了保证井架起升、下放过程中的井架结构安全,确保正常钻井过程中钻井设备和人员的安全,必须对井架起升、下放、正常钻井等工况进行井架的结构可靠性分析。本文通过对新研制的ZJ40/225D钻机井架起升过程的分析,建立了井架起升过程的起升拉力分析模型,计算了井架起升不同角度对应的起升拉力。应用有限元软件ANSYS实现了对ZJ40/225D钻机井架的有限元模型的建立,模拟井架起升的不同角度,对模型施加对应角度的起升拉力,分析了井架杆件的应力分布,确定了井架起升过程中最危险的起升角度及危险部位。结合对ZJ40/225D钻机井架的现场应力应变测试数据,分析了实测情况下井架起升过程的最大应力分布情况,确定了井架的受力危险部位,并将实测结果与仿真分析结果进行了分析比较,得出了井架起升过程的安全性评价结论。此外,还对ZJ40/225D钻机井架在正常钻井工况下的承载能力进行了研究,应用ANSYS软件建立了井架仿真模型,对模型施加不同载荷,分析得出井架最大应力部位,发现最大应力与载荷存在一定的线性关系,据此推断井架的极限载荷。运用模型修正理论结合现场实测的应力应变数据,对井架的仿真模型进行了修正,得出了井架的极限载荷数据,实现了对ZJ40/225D钻机井架的承载能力的评定。