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基于有限元的JJ40_225_K型井架承载能力计算方法

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／ Ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｎ Ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｊ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ Ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｓ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ －Ｋ ｐ ｙ
／ 图 １ Ｊ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ －Ｋ 型井架有限元模型
１ 有限元模型的建立
／ 各节之间用销 Ｊ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ －Ｋ 型井架由 ４ 节 构 成 ， 钉连接 ， 各节内各杆件之间均为焊接 。 配有二层台 、 天 车 等 附 属 部 件。 在 进 行 有 限 元 分 析 时， 作３个 假设 。 ） 考虑人字 １ 忽略二层 台 和 天 车 等 复 杂 结 构 ， 架的影响 。 ） 认为是一 ２ 井架竖向 ４ 节 之 间 用 销 钉 连 接 ， 个整体 。 ） 可以认为是 ３ 井架各杆 之 间 均 为 焊 接 结 构 ， 刚性联接 。 将杆 件 连 接 处 取 为 自 然 节 点 ， 两节点之间取为 对 井 架 进 行 单 元 划 分， 整个井架共划分 １ 个 单 元， １ ２ ８ 个节点 ， ２ ４ ３ 个单元 。 所加外载荷简化为集中力 由于井架结构和载荷都以ｘ 作用于井架顶端 ， ｏ ｙ平 且在外载荷 作 用 下 井 架 将 会 发 生 绕 ｘ 轴 和 面对称 ，
５］ ／ 等［ 采用空间梁单元 ， 对Ｊ Ｊ ３ ０ ０ ４ ３ 型井 架 进 行 了 非
线性有限元分析 ， 认为采用几何和材料双重非线性 的分析方法能准确评估井架的承载能力 。
］ ６ ７ － ， 现有研究对井架的理论分析较多 ［ 而将理论
分析和实 测 数 值 进 行 比 较 的 研 究 较 少 。 本 文 利 用 ／ 以Ｊ Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ 大型有 限 元 软 件 ， Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ －Ｋ 型 钻 机 井 架为例建立有限元 模 型 ， 将理论计算值和实测数值 探讨理论 计 算 结 果 对 评 价 井 架 承 载 能 力 进行比较 ， 的适用性 ， 为井架的安全使用提供理论数据 。
［ ］ ］ 螺杆 泵 抽 油 杆 柱 瞬 态 有 限 元 分 析 ［ 石油矿 ３ Ｊ ． 党延祖 ． （ ） ： 场机械 ， ２ ０ １ ０， ３ ９ １ ２ ３ ７ ４ ０． － ［ ］ 螺杆泵抽油杆柱工况诊断与断脱失效分析 ４ 陈 丽 英． ［ ］ （ ） ： 石油矿场机械 ， Ｊ ． ２ ０ １ ０， ３ ９ １ ０ ８ ６ ８ ９． － ［ ］ 螺杆 泵 井 抽 油 杆 柱 扶 正 器 安 放 位 置 设 计 方 法 ５ 纪国栋 ． ［ ］ （ ） ： 石油矿场机械 ， Ｊ ． ２ ０ １ ０， ３ ９ ４ ７ １ ７ ３． －
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
２ ０ １ １ ０ ４ １ ０ ① 收稿日期 ： － － ， ： 白嘉伟 （ 男， 甘肃礼县人 ， 主要从事石油 钻 采 设 备 及 工 具 的 检 验 、 检测 和 鉴 定 评 审 工 作， １ ９ ８ ２ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｂ ａ ｉ ｉ ａ ｗ ｅ ｉ 作者简介 ： －） ｊ 。 ｌ ａ ｎ ｅ ｃ ． ｃ ｏ ｍ ＠ ｐ
根据
／ 建立 Ｚ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ ０ Ｄ Ｂ 型钻机井 架 及 底 座 的 结 构 特 点 ， 了三维有限元模型 ， 应用有限元分析软件对井架及
３］ 底座进行了静 、 动 态 特 性 分 析 。 任 国 友［ 基于相似
建立了井架有限元模型 ， 进行了结 理论和基本假设 ， ／ 构的有限元分析 ， 并以 Ｊ Ｊ １ ６ ０ ４ １ －Ｋ 型井架为例进行

基于有限元的 Ｊ Ｊ ４ ０／ ２ ２ ５ －Ｋ 型井架承载能力计算方法
白嘉伟 ， 杨本灵
①
／ 等： 基于有限元的 Ｊ ０ 卷 第 ８ 期 白嘉伟 ， Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ 第４ －Ｋ 型井架承载能力计算方法
１］ 究 。 例如 ， 邹龙庆等 ［ 应用时间历程方法 ， 通过模拟
·１ １·

２ ０ １ １年 第４ ０卷 第８期 第１ ０页 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ １ ３ ４ ８ ２ ２ ０ １ １ ０ ８ ０ ０ １ ０ ０ ４ － － －
石 油 矿 场 机 械 Ｏ Ｉ Ｌ Ｆ Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ Ｅ Ｕ Ｉ ＰＭＥ Ｎ Ｔ Ｑ
（ ） ： ２ ０ １ １， ４ ０ ８ １ ０～１ ３
（ ） 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 ， 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０
／ 摘要 ： 井架的承载能力是评估其安全性的重要参数 。 应用 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ 软件建立了 Ｊ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ －Ｋ 型井架 ／ 计算关 键 部 位 的 最 大 应 力 。 依 据 Ｓ 的有限元模型 ， Ｙ Ｔ ６ ３ ２ ６—２ ０ ０ ８标准测试相应部位的几组应 力， 并线性推算该部位的最大应 力 。 测 试 值 比 计 算 值 高 １ 原因是井架构件存在损伤和 ０％ ～１ ２％ ， 可以用有限元方法计算的应力值乘以井架损伤系数 Ｋ 来估算井 变形 。 为了评估该井架的安全性 ， ， ， 架的承载能力 ， 服役时间 ＜１ 服役时间 ≥１ ０ａ Ｋ ＝１． １～１． ２； ０ａ Ｋ ＝１． ２～１． ５。 关键词 ： 井架 ； 载荷 ； 应力 ； 有限元 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ２ ３． ０ ７ 文献标识码 ： Ａ
井架钻井时的情况 ， 用有限元软件对大庆油田普遍 使用的 Ｚ Ｊ １ ５ Ｄ 型石油钻机井架进行了动态响应计 算， 得 出 了 许 多 有 价 值 的 结 论。 邹 龙 庆 等
［ ２］
在模拟计算时将井架 、 人 ｙ 轴弯曲变形和竖向变形 ， 字架和底座之间简化为铰接 。 井架的有限元模型如 图 １。
４］ 为 提 高 井 架 的 使 用 安 全 性， 了现场实测 。 周 国 强 ［
提出以实测应变参数为基础的井架剩余承载能力极 限状态评定方法 ， 即采用以应变参数测试为主 ， 辅以 腐蚀测厚 、 焊缝探伤等综合测试方法 结构变形测量 、 检测在用井架结构 性 能 ， 应用极限状态理论评定在 取 得 了 满 意 的 效 果。 苗 同 臣 用井架剩余承载 能 力 ，
， Ｂ Ａ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｅ ｉ ＹＡＮＧ Ｂ ｅ ｎ ｌ ｉ ｎ －ｗ － ｇ
（ Ｌ ａ ｎ ｅ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ， Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ７ ３ ０ ０ ７ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｐ ｇ
： ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｓ ａ ｖ ｉ ｔ ａ ｌ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｎ ｉ ｔ ｓ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ． Ｉ ｎ ｐ ｐ ｙ ｐ ｇ ｙ ， ／ ａ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ Ｚ Ｊ ４ ０ ２ ２ ５ ｔ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈ ＭＡ Ｄ ｔ ｈ ｉ ｓ －Ｋ － ｐ ｐ ｙ ｐ ｇ Ｉ Ｓ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｋ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｒ ｔ ｓ ｙ ｐ ／ ｂ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｎ Ｓ Ｙ Ｔ ６ ３ ２ ６—２ ０ ０ ８． Ｉ ｔ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｌ － ｙ ｇ ｇ ｙ ｔ ｉ ｎ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ａ ｎ ａ ｌ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｂ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｄ ａ ｍ ａ ｅ ａ ｎ ｄ ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ． Ｓ ｏ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｄ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ Ｋｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｙ ｐ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ｉ ｔ ｓ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ． Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｓ ｐ ｙ ｙ ｇ ， ， Ｋ ＝１． １～１． ２ｉ ｆ ｕ ｓ ａ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ １ ０ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ Ｋ ＝１． ２～ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｕ ｓ ａ ｅ ｇ ｇ ｐ ｐ １． ５ｉ ｆ ｕ ｓ ａ ｅ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ ｉ ｓ ｌ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ １ ０ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ． ｇ ｐ ｇ ： ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｃ ｋ； ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ 井架的承载能 力 对 钻 机 的 安 全 使 用 至 关 重 要 。

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基于StruCAD-3D的旅大4-2海洋修井机井架设计计算

基于StruCAD-3D的旅大4-2海洋修井机井架设计计算

ｏＩＬＦＩＥＬＤＥＱＵＩＰＭＥＮＴ２００６Ｖ０１．３５№５井架下体、井架上体、二层台和天车等部分组成，其连接点看作刚性连接。

ｅ）根据截面尺寸不同，把井架各构件划分为１６种单元类型，其中方管（ＢｏＸ）９种、宽边工字钢（ＷＦ）２种、圆管（ＴＵＢ）５种。

ｆ）井架安装在底座上，由于底座的刚度很大，将其视为刚体，通过２个销子和４个螺栓使井架与底座连接；其中，井架撑杆底部２个销结点５个自由度受约束，绕销轴方向旋转自由度放开；井架支座４个螺栓固定点６个自由度全部约束。

井架的有限元分析模型如图１所示，该模型总计有１８５个节点，３２５个单元。

井架主体构件的材料均为Ｑ３４５Ｂ，屈服强度为３４５ＭＰａ，二层台的材料为Ｑ２３５Ａ，屈服强度为２３５ＭＰａ。

图１旅大４—２井架有限元模型２井架计算载荷和工况在不同工况下，井架承受的载荷是不同的。

其载荷主要有两类，即垂直载荷和水平载荷，垂直载荷主要有井架及其附件的自重、钩载等；水平载荷主要有风载以及立根水平靠力等。

计算参数定为：最大钩载１３５０ｋＮ井架有效高度３３ｍ无立根、无钩载时最大风速５５ｍ／ｓ满立根、无钩载时最大风速４８ｍ／ｓ满立根、满钩载时最大风速２５ｍ／ｓ海平面到甲板面高度２３ｍ甲板面到钻台面高度６．７ｍ提升系统采用３×４绳系，因此钢丝绳受力为２２５ｋＮ，钩载通过天车作用于井架主体上，除了最大钩载１３５０ｋＮ外，天车还受快绳力和死绳力，忽略摩擦，快绳和死绳力均为２２５ｋＮ，快绳和死绳力具有一定的水平分力。

立根靠在二层台上，产生的水平力根据立根排放的数量和角度确定。

设立根总的载荷为Ⅳ，立根倾斜角度口，则立根水平靠力为（参见图２）Ｆ＝警ｔａ硼图２立根靠力不意井架在自然环境中受到风力的作用，风力作用在整个结构上，包括井架主体、排放的立根以及二层台挡风墙。

风力和风压公式参见ＡＰＩ４Ｆ规范第２版［４］。

对于井架本身，软件可以自动计算构件各个方向的迎风面积，根据构件所在的高度算出风速大小，从而得到构件受到的风力。

JJ675／48-K 型井架有限元及应力测试对比分析

JJ675／48-K 型井架有限元及应力测试对比分析

JJ675／48-K 型井架有限元及应力测试对比分析乔长奎;郝奉禹;华小涛【摘要】In terms of JJ675/48-K mast,a finite element model was established by means of SAFI. The design load was analyzed to ensure that it conformed to API 4F and AISC 335-89 and stress testing with 6 750 kN load was also performed on the mast.At the same time,the date were com-pared and analyzed by combining the finite element model which verified the accuracy of the finite element model and the reasonability of the mast design.%针对 JJ675／48-K 型井架，运用 SAFI 软件建立有限元模型，对设计载荷进行分析研究，使其符合 API Spec 4F—2013及 AISC 335—1989的设计要求。

对 JJ675／48-K 型井架进行6750 kN载荷的应力测试，同时结合有限元模型进行数据对比分析，验证了有限元模型的准确性及井架设计的合理性。

【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2016(045)006【总页数】6页(P31-36)【关键词】井架;SAFI;有限元模型;应力测试;对比分析【作者】乔长奎;郝奉禹;华小涛【作者单位】兰州兰石石油装备工程有限公司，兰州 730314;兰州兰石石油装备工程有限公司，兰州 730314;渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦 124010【正文语种】中文【中图分类】TE923石油钻机井架按照结构形式大致可分为4大类：A型井架、塔型井架、前开口K 型井架以及桅杆型井架。

基于有限元方法的井架承载力安全评定

基于有限元方法的井架承载力安全评定

基于有限元方法的井架承载力安全评定
刘汉光;张士超;吴奇兵;饶茜
【期刊名称】《石油工业技术监督》
【年(卷),期】2018(034)002
【摘要】W平台修井机已服役近15年,结构承载能力大幅降低.通过现场检测获得井架结构具体参数,采用ABAQUS软件建立其结构分析模型,从结构强度、动态响应、稳定性及局部腐蚀杆件应力4个方面系统地对结构进行安全评定.评估结果表明:该井架结构强度降低较大,已不能满足设计要求;结构自振频率低,在设计和使用修井机时,要避免与之相同或相近;稳定性好,井架发生破坏时因为强度不够而非整体结构失稳;局部的腐蚀穿孔会造成应力集中;有限元分析可以得出井架的受力状态,优势明显.
【总页数】4页(P35-38)
【作者】刘汉光;张士超;吴奇兵;饶茜
【作者单位】中海油安全技术服务有限公司天津300450;中海油安全技术服务有限公司天津300450;中海油安全技术服务有限公司天津300450;中海油安全技术服务有限公司天津300450
【正文语种】中文
【相关文献】
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2.井架结构安全承载力动态参数评定方法
3.基于振动参数的钻井井架安全承载力评定
4.JJ30/18型修井井架的振动测试与安全评定
5.基于测试与有限元仿真的海洋井架安全评定
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井架载荷设计计算书

井架载荷设计计算书

井架载荷设计计算书井架的截面轮廓尺寸为1.60X 2.00米。

主肢角钢用/ 75X 8;缀条腹杆用/ 60 X 6。

一、荷载计算：为简化计算，假定在荷载作用下只考虑顶端一道缆风绳起作用，只有在风荷载作用下才考虑上下两道缆风绳同时起作用。

⑴、吊篮起重量及自重：KQ2=1.20X1000=1200kg⑵、井架自重：参考表2-67, q2=0.10t/m, 28米以上部分的总自重为：Nq2=（40-28）X 100=1200kg20 米以上部分的总自重为：Nq1=20X 100=2000kg。

⑶、风荷载：W二W0K2K B A（kg/m2）式中，基本风压W°=25kg/m2。

风压高度变化系数K Z= 1 .35 （风压沿高度是变化的，现按均布计算，风压高度变化系数取平均值） ;风载体型系数K，根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12, K=K p （1+n）=1.3 （1+n ）,挡风系数© 二艺A/A F（A为杆件投影面积；A F为轮廓面积）。

当风向与井架平行时，井架受风的投影面积艺A二［0.075 X 1.40（肢杆长度）X 2 （肢杆数量）+0.06 X 2（横腹杆长度）+0.06X 2.45(斜腹杆长度)]X 29 (井架为29节)X 1.1 (由节点引起的面积增值)=15.13m f，井架受风轮廓面积A F二Hh=40.6X 2.0=81.2m2(H为井架高度，h为井架厚度)。

所以，3 =艺A C/A F=15.3/81.2=0.19, h/b=2/1.6=1.25,由表2-68 查得n =0.88。

风振系数B,按自振周期T查出，T=0.01H=0.01 X 40.6=0.406秒，由表2-71查得B =1.37。

所以，当风向与井架平行时，风荷载：W=WK Z.1.3 3 (1 + n ). B .A F=25X 1.35 X 1.3 X 0.19 X (1+0.88)X1.37X 81.2=1740kg沿井架高度方向的平均风载：q=1740/40.6=43kg/m当风向沿井架对角线方向吹时，井架受风的投影面积:艺A c=[0.075 X 1.40 X 3+0.06 X 2X sin45 0+0.06 X 1.6 X sin45 0+0.06X2.45X sin450+0.06X2.13X sin450] X29X1.1=(0.075X1.40X3+0.06X2X0.70+0.06X1.6X0.70+0.06X2.45X0.70+0.06X2.13X0.70) X29X1.1=21.0m2井架受风轮廓面积A F= (b X 1.4 X sin45 0+h X 1.4 X sin45 0)X 29 =(1.60X1.4X0.70+2.0X1.4X0.70)X 29=102m2所以，3二艺A/A F=21/102=0.206;h/b=2/1.6=1.25, 由表2-68 查得n =0.86。