JJ113/32修井机井架的承载能力研究与安全评定

论文摘要

修井机是各类油田作业中起下油管柱和更换井下工具的必需装备,而井架是修井机的关键部件。修井机在完成修井作业过程中,特别是刚开始起钻和下钻末的突然刹车均会产生较大的冲击,使井架承受较大的额外动载荷并产生剧烈振动。此外,由于转盘的周期性激励,井架也会产生不同形式和不同程度的振动,如果设计不当,会浪费原材料,甚至在使用中出现事故。因此,研究修井机井架整体的静、动态特性,寻找薄弱环节和安全隐患,为现场修井机作业提供理论规范,避免现场事故的发生,进一步丰富、完善和发展修井机井架结构的分析理论。本文按照JJ113/32修井机井架的实际结构特点,建立有限元模型,运用ANSYS有限元软件按最大钩载工况对其进行静态分析,得出在给定载荷作用时的应力和位移。模态分析作为结构动力特性研究的一种近代方法,逐渐成为现代工程领域动态分析与设计的核心,它所决定的结构固有频率和振型,正是结构承受动态载荷结构设计中的重要参数,故而成为其它诸如瞬态分析等动力学分析的起点。本文利用有限元方法完成了钻机井架及其底座的模态分析,获得前十阶固有频率和振型,观察计算位移与等效应力,得到JJ113/32修井机井架的振动特性。通过静态及模态分析,获知井架的应力集中部位,进而提出对JJ113/32修井机井架的危险截面部位进行结构改进,避免薄弱环节的出现。详细研究了安全评定理论之后,本文对现场在用的JJ113/32修井机井架进行了安全评定,得出在用井架的评定等级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、选题背景及意义
• 二、修井机井架设计现状
• 三、ANSYS 有限元分析技术
• 四、本文研究主要内容
• 第一章 JJ113/32 修井机井架的静力分析
• 1.1 结构静力分析
• 1.1.1 静力分析基本原理
• 1.1.2 单元特性分析
• 1.2 JJ113/32 修井机井架的静力有限元分析
• 1.2.1 井架结构特点与有限元模型的建立
• 1.2.2 加载与求解
• 1.2.3 计算结果及分析
• 1.3 小结
• 第二章 JJ113/32 修井机井架的模态分析
• 2.1 模态分析理论
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 结构模态分析基本原理
• 2.1.3 子空间迭代法
• 2.2 JJ113/32 修井机井架结构的模态计算
• 2.2.1 前十阶固有频率
• 2.2.2 前十阶振型
• 2.2.3 位移与应力
• 2.3 小结
• 第三章 JJ113/32 修井机井架危险截面部位的结构改进
• 3.1 应力集中的原因及改进方案
• 3.2 方案实施及结果
• 3.2.1 改进方案的实施
• 3.2.2 改进结论
• 3.3 小结
• 第四章 井架安全评定理论
• 4.1 井架初始缺陷的等效处理方法
• 4.1.1 截面锈蚀等效截面处理方法
• 4.1.2 杆件初始弯曲等价应力处理法
• 4.2 井架结构剩余承载力极限状态评定理论
• 4.2.1 结构的极限状态方程
• 4.2.2 结构可命度指标与失效概率的关系
• 4.2.3 以分项系致表示的井架结构剩余承载能力极限状态评定方法
• 4.3 井架结构剩余承载力模态参数评定理论
• 4.4 小结
• 第五章 JJ113/32 修井机井架的安全评定
• 5.1 JJ113/32 修井机井架的有限元分析
• 5.2 井架现场测试试验
• 5.2.1 井架测试内容
• 5.2.2 外观检测
• 5.2.3 井架静载试验
• 5.2.4 井架动载试验
• 5.2.5 井架计算机仿真试验
• 5.3 小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要