变截面大腿的井架承载能力研究与安全评定

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,属于一种大型承载结构,对钻井生产起着重要作用。井架由于多年使用,各杆件及联结部位产生的各种缺陷,直接影响钻井作业的安全。目前,对石油井架进行安全评定,工程上最常用的方法是现场测试井架应力、位移及结构动态特性,以测试数据为基础,按照线性外推的方法确定井架的承载能力。但是现场井架荷载试验时只能对有限的危险部位进行布置测点,而且试验载荷也大大低于设计载荷,因此很难取得全面、合理的评定结果。因此,结合有限元分析方法开展石油井架结构承载能力研究,提高石油井架承载能力检测与安全评价水平,无疑具有重要的理论意义和实用价值。本论文主要对变截面大腿井架的承载力进行安全评定,首先以在用JJ225/43-K型变截面大腿井架为例,在最大载荷工况下对其进行静力分析,确定井架结构在大钩载荷作用工况下的应力和位移分布;然后介绍了现场井架测试分析技术,并对在用的JJ225/43-K型变截面大腿井架进行了外观检测、静载荷试验、动载荷试验及计算机仿真试验,为下文的安全评定奠定基础。最后,论文详细阐述了初始弯曲、截面锈蚀等井架初始缺陷的等效处理方法,研究了石油井架承载力的安全评定理论,并对等效处理后的变截面大腿井架进行了承载能力分析与安全性评价。本论文与工程实际相结合,采用有限元分析与现场测试相结合的方法,对变截面大腿井架进行了承载能力分析及安全评定,为在用井架及新井架承载能力和可靠性评估提供参考,亦将对石油井架安全评估系统理论走向细致化和深入化具有重大意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 变截面大腿井架的结构静力分析
• 1.1 刚架结构有限元静力分析原理简述
• 1.1.1 有限单元法概述
• 1.1.2 有限元静力分析的基本原理
• 1.2 变截面大腿井架的静力学模型
• 1.2.1 约束条件的确定
• 1.2.2 计算荷载
• 1.2.3 计算工况
• 1.3 变截面大腿井架的静力学计算
• 1.4 本章小结
• 第二章 现场井架测试分析
• 2.1 井架测试技术的研究
• 2.1.1 测试基本原理
• 2.1.2 传感器的选用
• 2.1.3 信号处理及放大
• 2.1.4 信号采集和分析
• 2.2 井架测试中的几个问题
• 2.2.1 测量截面的选择
• 2.2.2 使用不同灵敏系数的电阻应变片时读数的修正
• 2.2.3 温度补偿问题
• 2.2.4 长导线的影响问题
• 2.2.5 测量数据的取舍
• 2.3 现场实际测试
• 2.3.1 井架的外观检测
• 2.3.2 井架静载试验
• 2.3.3 动载荷试验
• 2.3.4 井架计算机仿真试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 变截面大腿井架的承载力安全评定
• 3.1 在用钻井井架初始缺陷的等效处理方法
• 3.1.1 初始弯曲的等效处理——等价应力法
• 3.1.2 截面锈蚀的等效处理
• 3.1.3 其它初始缺陷的等效处理
• 3.2 井架结构剩余承载能力极限状态评定理论
• 3.2.1 结构的极限状态方程
• 3.2.2 结构可命度指标与失效概率的关系
• 3.2.3 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
• 3.3 井架评定实例
• 3.4 井架安全评定总结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要