绷绳井架有限元模拟及验证分析

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XJ-650型修井机井架静强度有限元分析

XJ-650型修井机井架静强度有限元分析

XJ-650型修井机井架静强度有限元分析摘要本文利用Ansys对XJ-650型修井机井架进行建模,分析了梁单元的特性。

建模时采用了比Beam 4梁单元更加直观的Beam 189梁单元。

分析了井架在最大设计钩载时位移的变化和应力分布情况。

结果显示,最大应力为169.2MPa,位置在井架变截面处,该应力仍小于井架的许用应力206.5MPa。

说明该井架结构强度满足作业要求。

关键词修井机井架;有限元分析;静力分析The Finite Element Analysis ofStatic Strength of XJ-650 Type Workover RigHong-shan Yang,Ming-jie WangAsset Integrity Management Technology Service Centre CNOOC Energy Technology&Services-Human Resources Co.,ShenzhenBranch,Shenzhen,Guangdong,518067,ChinaAbstract This paper makes an analysis of static strength of XJ-650 type workover rig by using the general finite element soft. During modeling, the characteristic of beam elements are described, and BEAM189 is an element suitable for analyzing slender to moderately stubby/thick beam structures. This element is based on Timoshenko beam theory. Shear deformation effects are included. Under the maximum design hook load, the condition of displacement and stress are analyzed. The maximum stress is 169.2MPa, which still less than the allowable stress (206.5 MPa).Keywords workover rig;finite element analysis;static strength analysisXJ-650型修井机在各大油田广泛使用,其井架结构比较复杂,是修井机各组成部分中最关键部分之一。

“一题两课”案例式教学方法研究

“一题两课”案例式教学方法研究

“一题两课”案例式教学方法研究作者:曹金凤王志文刘鹏撒占友李策来源:《教育教学论坛》2022年第16期[摘要] “彈性力学与有限元”“有限元分析软件及应用”两门课程是各大高校理工科硕士研究生的学位课和专业课,占据十分重要的地位。

“弹性力学与有限元”课程公式多,推导过程烦琐,学习难度大,而“有限元分析软件及应用”课程则重点关注工程应用,却又离不开“弹性力学与有限元”课程的理论支撑,二者既有联系,又有差异。

为了提高研究生对两门课程的学习效果和学习效率,达到学以致用、研以致用的目的,对“一题两课”案例式教学模式进行探索,选取“弹性力学与有限元”课程中的课后练习题,通过理论分析和有限元仿真分析结果进行比较,找出两门课程学习过程中的重点、难点、差别,帮助学生更加生动形象地理解“弹性力学与有限元”的知识,更有助于将理论方法与工程实践结合,实现举一反三、触类旁通的学习效果。

该教学模式已成功应用于5届研究生的教学过程中,效果良好,值得推广使用。

[关键词] 弹性力学与有限元;有限元分析软件及应用;案例式教学;教学模式;课程改革[基金项目] 2020年度山东省教育厅山东省专业学位研究生教学案例库项目“‘有限元分析软件Abaqus及应用’案例库建设”(SDYAL20112)[作者简介] 曹金凤(1978—),女,山东青岛人,博士,青岛理工大学机械与汽车工程学院副教授,主要从事计算力学与Abaqus软件数值模拟研究;王志文(1995—),男,山东临沂人,硕士,青岛理工大学机械与汽车工程学院2020级机械专业硕士研究生,研究方向为Abaqus有限元仿真与轮胎的设计仿真一体化;刘鹏(1990—),男,山东青岛人,博士,青岛理工大学机械与汽车工程学院副教授(通信作者),主要从事故障诊断与可靠性分析、海洋工程装备研究。

[中图分类号] O343.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2022)16-0157-04 [收稿日期] 2021-07-28引言“弹性力学与有限元”课程主要研究变形体在外来因素作用下的位移、应变和应力的分布规律,是机械工程、土木工程、力学相关专业的研究生必修课程[1]。

无绷绳修井机设计与仿真研究

无绷绳修井机设计与仿真研究

大连理工大学硕士学位论文无绷绳修井机设计与仿真研究姓名:王彦波申请学位级别:硕士专业:机械设计及理论指导教师:苗明20071201凭绷绳修井机设计与仿真研究管鼹裁动。

行驶秘终、韭共焉一套动力系统,多聚曩举密柴渣樾+渡力极城砖动键。

大堍位修井机采用双机并车,以保证较大的输出动力;小吨位修井机有底盘柴油机全功率取力,配液力交矩器秘祝接变速籍或缝捉械交速簇的方案。

绞车分单、双滚髓2耪,变刹采用带刹,辅刹多为水刹苹或气控水冷盘刹。

配桅杆形带绷绳井架,多为2节伸缩式,液压匙升及髂缱。

为绻短整攀长度,增强通过性能,瞧设计制造了液压起畀、3节井架钢丝绳伸缩的修并机。

井架按大腿材料分角钢、圆管、矩形管3种形式。

中型以上修井机配爨旋转系统,钻蠹按结构分整体式、{申络分体式和折叠式3种。

按制系绕聚用传统的液、气、电控青0方式,整体上处于手动操作阶段,筒修并枫相眈还存在相当大的差距∽l。

图1.I普通修井机示意图Fig.1.1Sketchordinaryworkovcrrig瞄I.2普通修并机二c作示意图Fig.1,2Sketchofordinaryworkovgtrigwork(2)海洋修井机国内厂家为海洋采油平台设计熙套修并机始于1996年。

海洋修并机分平行和垂直2释布置方式,多采用柒漓祝配液力机械传动藉,便用塔形井架或赢立套装无绷绳井架,其典型缩构如图1.3、1.4,修井深度最大达7500m。

传动方式为AC—VVVF-AC(绞牵、转蠢)/托~SCR-DC(铺并泵)。

擎滚筒绞车,辩风冷液压盘式弱车,髓耗制动,可实现自动送钻。

井架茵次采用前开口式无绷绳K形直立套装自升式井架,分为5羧,鬟绞车动力带囊大钩涛疯瘫激主器段蔹次摄秀裂像。

有效工终赢发达41m,满足平念吊机能力,底跨(正面×侧面)为5reX416m,司钻视野和操作空间开阔。

此套设施在完镲基有澄诗基麓主应雳多顼薪搜米,季℃袭7海港嫠芳秘豹发震窳平。

大连理工丈学硕士学位论文雷.1.3海洋修并机Fig1.2Marineworkoverrig图.1.4海上动力式井架Fig1.4Derrick∞apower(3)特殊修并祝酒内厂家和研究机构在常规修井梳功能蕊础上,研制了沙漠修势机、液压蓄能修井机、修井洗井车、不—匿井修拌机等特殊产品。

井架有限元模型

井架有限元模型

井架有限元模型
井架是一种用于提升和支撑井下设备的结构,其有限元模型可以帮助工程师和研究人员更好地理解井架的结构行为和性能。

以下是一个简化的井架有限元模型的例子:
1. 模型简化:将井架的计算模型简化为空间杆系计算模型,其中以井架各杆件自然焊接点作为有限元分析的计算结点;略去护栏、栏框等附属物,因为这些零件对井架的刚度影响不大。

2. 单元类型:井架中的各个杆件用三维梁单元(beam4)作为单元类型,该单元具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元。

3. 节点确定:井架的节点为模型的节点,施力点为模型的节点。

4. 载荷确定:提升采用的荷载为主提升钢丝绳的破断荷载,即当主提升钢丝绳发生破断时,井架还是安全的。

采取立井提升系统图计算作用在天轮平台主梁上的作用力。

在有限元计算模型中,将作用在平台上的力分解为X、Y方向分别施加在天轮平台梁上,因其他荷载与钢丝绳的破断力相比比较小,可以忽略不计。

以上模型只是一个简化的示例,实际的井架有限元模型可能会更加复杂,需要根据具体情况进行调整和优化。

井架结构分析方法

井架结构分析方法

井架结构分析方法摘要:由于井架用途广泛、工作条件恶劣,决定了它的结构复杂性和重要性,因此在井架的设计中其结构的分析尤为重要。

目前,井架的结构分析通常有两种途径:一是引入简化假设,二是借助于计算机的数值模拟技术。

对于大型的复杂空间钢结构,如石油井架,只有采用数值模拟技术方能得到满意结果。

本文从结构静力分析、结构动力分析和结构稳定性分析三个方面阐述了结构分析的基本原理和方法。

关键词:静力分析;动力分析;稳定性分析井架是地质、物矿、石油等部门的重要装备组成部分。

其种类繁多、结构复杂、使用条件恶劣,在用井架结构缺陷主要有杆件缺陷、联结缺陷和整体缺陷。

为了保证井架结构能正常工作,必须满足强度、刚度和稳定性的要求,同时还应考虑:(1)频率和振型:确定井架的自振频率和各阶振型;(2)稳定性:井架的失稳条件及临界载荷;(3)动力响应:井架在给定的载荷及支承运动下的强迫振动等。

目前井架结构分析[1]通常采用数值模拟方法,此方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法[2],其中有限单元法应用最为广泛和实用。

下面就采用有限单元法对井架进行结构分析。

一、结构静力分析结构静力分析用于求解外加载荷引起的位移、应力、应变和力,其有限单元法的思想是把整个结构离散为有限个数的单元体,首先进行单元特性分析[3]。

设从空间结构中任意取出其中一杆件i―j,在该杆件上建立局部坐标oxyz。

x沿单元的纵轴,y轴和z轴分别为剖面的两根主惯性轴。

可以得到刚度方程的基本公式:[K]e{u}e={P}e (1)式中:[K]e:单元刚度矩阵;{u}e:单元节点位移向量;{p}e:单元节点载荷向量。

节点的位移向量为:{u}e=[ui νiωiθixθiyθiz ujνjωjθjxθjyθjz]T相应的节点载荷向量为:{p}e=[NixNiy NizMixMiyMizNjxNjyNjzMjx Mjy Mjz]T 其中NixNjx――轴向力;NiyNjy――垂直剪力;NizNjz――水平剪力;MixMjx――扭矩;MiyMjy――水平弯矩;MizMjz――垂直弯矩。

绷绳松紧度对修井机井架承载力的影响分析

绷绳松紧度对修井机井架承载力的影响分析

r e a s o n , a mo d e l o f XJ 9 0 w o r k o v e r r i g d e r r i c k i s d e s i g n e d b a s e d o n s i mi l a it d y t h e i n l f u e n c e o f t i g h t n e s s d e g r e e o f uY g
型. 利 用 石 油 井 架测 试 仪 器 , 根 据 井架 检 测 行 业标 准进 行 布 点 , 对 井 架 的 2根 风 载 绷 绳 和 内负 载绷 绳 组 合 放松 , 测 试 不 同工 况 下
的 井 架各 测 点 的应 力 值 。根 据应 力测 试 结 果 对 井 架 承 载 能 力进 行 计 算 , 对 测试 的各 工 况 下 井 架 的 承 载 能 力结 果 分 析 , 井 架后 侧 2根 风 载绷 绳对 井架 的 承 载 能 力影 响 最 大 。 内 负载 绷 绳 对 井 架 的 承 载 能 力影 响相 对较 小 , 松 开 两 侧 风 栽 绷 绳 比 松 开 单 侧 风 载 绷
r o p e o n b e a r i n g c a p a c i t y o f w o r k o v e r r i g d e r i r c k . T h e s t r e s s me a s u in r g p o i n t s a r e a r r a n g e d o n t h e wo r k o v e r i r g d e r r i c k mo d e l a c c o r d —
绳 对 井 架 承 载 能 力影 响 要 大 , 松 开 同侧 风 载 绷 绳 和 内负载 绷 绳 比松 开 异侧 风 载绷 绳和 内 负载 绷 绳 对 井 架 承载 能 力影 响 要 大 。

井下作业事故案例分析

井下作业事故案例分析
8:00—16:00班,由副班长杨XX带班,当下油管 时,井架不正,油管丝扣偏扣,杨XX决定调整井架, 用绳套套住井架一侧大腿,违章用通井机拖井架基 础,因操作失误,拉倒井架,致使井架下部变形。
原因分析:违章操作,拖井架基础时行车过猛造成 井架底座位移过大,井架拉倒。
正确做法:严格按规程操作,严禁盲目蛮干;用绷 绳调整井架调不过来时应用井架车到现场校正井架。
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7
摘挂吊环事故
1986年8月10日,作业XX队职工王XX在H12-66井 起抽油杆作业,右司钻马XX操作通井机,高XX与 王XX站井口操作,约22:00左右,当起第23根抽 油杆时,王XX刚把抽油杆吊卡提环放入小钩挂钩上, 司钻马XX就开始操作通井机上提抽油杆,将王XX 左手大拇指夹在提升钩与吊卡提环之间,造成王XX 左手大拇指第一节被夹断的事故。
修理吊卡,张XX刚走到值班房门前还没来得及
蹲下,BJ-18型作业井架底座突然向后滑5米,通
井机也被向后推3.7米,井架倒向井口,左后主
绷绳带出地锚飞往井口方向达17米,将中途13
米处的的张XX击成重伤,抢救无效,与6月5日
12:40死亡.
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2
翻通井机事故
1990年7月24日,作业三队职工黄XX在H5-28井开通 井机上平板时,吴XX负责指挥,由于井场地基松软,通 井机没有对准平板,当其上至三分之二的位置时,通 井机翻下地面呈180度,通井机操作杆穿透小腹,后用 电焊割断操纵杆才将黄XX救出。
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9
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10
射孔井喷事故
1995年4月30日,井下作业二处五队副队 长岳某当班,任务是配合射孔队射完孔后, 卸下250采油树,换上350采油树。上午10点 左右射孔完毕,井口有溢流,观察到13点, 发现井口溢流变化不大,岳某就组织换采油 树,16:30聂某到井口检查套管短节,突然 从底法兰和套管短节处窜出一股油气,井口 被抬掉,聂某因井场泥泞没能躲开,被压在 采油树下,17:30送医院,经抢救无效于5 月2日6:40死亡。

井架倾斜原因分析及校正方法

井架倾斜原因分析及校正方法

井架倾斜原因分析及校正方法作者:王鲁波李金平来源:《中国科技博览》2014年第27期[摘要]通过井口中心、底座中心线、井架中心线及天车中心的概念的讲解,以仪器的观测数据为依据,分析可能发生井架倾斜的各种原因,采用相应的校正方法,做好井架倾斜的校正工作。

[关键词]井架中心线倾斜校正中图分类号:TD53 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)27-0027-01井架安装完毕或在使用过程中,因为地层松软、基础下沉、井架底座大梁变形、井架部件弯曲、井架绷绳松紧不适宜或井架天车安装定位不正等原因,造成井架发生倾斜现象,需要校正井架中心线或因钻井队转盘定位、固井导管定位、划井眼线不标准等原因造成井眼不正,也需要校正井架中心线。

此时要求根据仪器测量数据和实际情况,科学、合理地进行井架中心线的校正工作。

一、井口、井架底座、井架及天车中心的确定1、井口中心的确定根据设计确定的井位,进行井架基础的浇注(摆放)和井架底座的安装施工,此时井架基础和井架底座施工所依据的井位中心点即为井口中心。

井架中心线、井架底座的中心线垂直点应与井口中心重合。

2、井架底座中心的确定TJ2—41塔形井架底座的中心是其对角线的交叉点,且对角线长度一致,允许误差不超过±5mm。

A型井架底座的中心是左右底座内侧方孔中心点(通常是做了标记的)连线的中间点。

观测时,要以侧方底座内侧方孔中心上的标记点和前方底座前台中心的交叉点为井口中心。

3、井架中心的确定TJ2—41塔形井架的中心是其对角线的交叉点,用经纬仪观测其前方和侧方相同层次的大平拉筋中心点即可。

A型井架的中心取其天车的中心。

4、天车中心的确定天车主轴轴心线与其中轮槽线的交叉点就是天车中心,通常在其前方和侧方做一标记,以便于仪器观测。

二、校正井架中心线的依据1、校正TJ2—41塔形井架中心线的依据(1)用经纬仪观测井架中心线与井口中心的偏斜度,公差超过±20mm用水平仪观测井架四角基础的水平,公差超过±5mm,均视为井架倾斜。

JJ22547型井架有限元静动力特性分析

JJ22547型井架有限元静动力特性分析

摘要 : 用 ANS 运 YS软 件 建立 了 J 2 5 7型 井 架 的有 限元 模 型 , 充分 考 虑 结构 承 载 的 实 际情 况 , J24 为
运 用三 维 梁单元模 拟 井 架结构 的各 个杆件 , 该 井 架在 设计 载荷 作 用下 进 行 了静 、 力特 性 分 析 , 对 动
E mal XC ZS 1 3 c r 。 — i:Zj XZ @ 6 . o n
维普资讯
石 油 矿 场 机 械
20 0 8年 9月
该 井架 可 以 实 现 3 、 7m 的井 架 高 度 。在 正 8 4
常情况 下 , 井架 3节 全部 伸 出 , 可实 现 4 井 架 即 7m 高度 ; 当使 用 3 井 架 时 , 需 伸 出 中体 井 架 , 8m 只 上 体井架保持不动, 即可 实 现 3 井 架 高 度 。该 井 8m 架 最 大设计 载荷 为 22 0k 井 架 高 度 为 4 抗 5 N, 7m,
ZHANG ej n ,Z Xu —u HANG h —u ,CHEN a —h n ' s uj n Xio z e
(1 .N an yan I tt e o Sc e e an Te hno o g nsiut inc d c l gy , N an yang 47 00 Chi a; 3 4, n
收 稿 日期 : 0 80 — 5 2 0 — 2 2 基金项 目: 阳理工学院重点资助项 目 南
作 者 简 介 : 学 军 ( 9 9) 男 , 南 南 阳 人 , 教 授 ,0 6年 毕 业 于 华 中 科 技 大 学 , 从 事 机 械 优 化 设 计 方 面 的 研 究 , 张 16 一 , 河 副 20 现
提 出了改进 方案 , 钻机 井 架设计 提供 了理论依 据 。 为

基于ANSYS的井架仿真测试方法研究

基于ANSYS的井架仿真测试方法研究

2007年第4期(总第9期)2007No.4(SerialNo.9)英才高职论坛TheForumofYingcaiHigherVocationalEducation基于ANSYS的井架仿真测试方法研究*刘芬(山东英才职业技术学院机械制造及自动化工程学院,山东济南25010)摘要:本文介绍了利用有限元分析软件ANSYS对钻机井架进行仿真测试的方法,并与现场测试方法进行分析比较,验证了仿真测试方法获得的数据真实可靠,且该方法在各个方面优于现场测试。

关键词:ANSYS;有限元;仿真测试;钻机井架*收稿日期:2007-08-17作者简介:刘芬(1981-),女,硕士,山东英才职业技术学院机械制造及自动化工程学院教师。

对于油田正在服役的钻井井架,使用一定时间后,按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6326-1997“石油钻井用井架承载能力检测评定方法”规定,必须进行井架承载能力的检测和评估。

井架现场载荷试验一般是通过测量井架的应力、位移及结构动态特征,确定在用井架的安全承载能力。

但由于现场测试不可能对井架上各杆件都布置测点,试验载荷受工况条件限制,大大低于井架设计载荷。

另外,现场加载试验难以考虑风载对井架承载能力的影响。

因此,现场测试方法有很大的局限性,不能全面测试钻机井架的各种恶劣工况。

近年来,随着计算机技术的不断发展和有限元分析软件的逐步完善,基于有限元软件的井架承载能力计算逐步走向成熟,井架测试手段的现代化程度也不断提高。

本文提出一种基于有限元分析软件ANSYS的仿真测试方法,该方法相对于现场测试方法有操作简单方便、计算全面、可进行整体分析等特点。

并通过对同一井架分别进行计算机仿真测试和现场测试,来验证仿真测试方法的真实可信度。

1.有限元分析软件ANSYS简介井架整体的静力计算多采用有限元法,有限元法是目前最有效的一种结构分析方法,而ANSYS又是全球应用最广的有限元分析软件。

利用ANSYS有限元分析软件,对钻机井架进行加载仿真,是目前获得井架承载能力的最有效方法之一。

井架起升过程的有限元仿真分析

井架起升过程的有限元仿真分析
程 各 杆 件 的 受 力分 布 。 所得 到 的 计 算 结 果 可 以评 价 井 架起 升 方 案 的合 理 性 , 满 足 井 架 起 升 工 况 的 可 靠性 设 计 提 为
供理论依据 。
关 键词 :井架; 起升I 有限元; 快绳拉力 中囤分 类号 : E 2.2 T 930 文献 标识 码 : A
接 在一 起 的导 向滑 轮 , 然后 绕 向井 架 和 人 字 架 另 一 侧 的 3个导 向滑轮 , 后 固定 在 井 架 另 一 侧 主 梁 上 最
4 . 最大 设计 钩 载 17 0k 2 5m, 0 N。 1 2 井 架起 升原 理 .
弯 曲载荷 。在 设计 与 生产 井架 时 , 须根 据 井 架 的 必 承 载 工况 进 行 可靠 性 计 算 分 析 。 以前 在 井 架 的计 算 中 , 般不 计 算 井 架 起 升 过 程 各 杆 件 强 度 问 题 。 一
实 际上 , 架 起 升 过 程 是 井 架 受 力 较 恶 劣 工 况 之 井
一 ,
必 须 对井 架 起 升 过 程 进 行 仿 真 分 析 , 出 其 安 给
井 架 整体起 升 方法 如 图 1 。整个 井 架 在 接 近 地
全评 价 。本 文利 用 AN YS有 限元 软 件 , 某 钻 机 S 对
生 产厂 设计 的 z 3 J O型钻 机井 架 进 行 了井架 起 升过
面处水平组装 , 依靠绞车动力 , 利用起升人字架将井
架 整 体升起 到垂 直 的工 作 位 置口 。井 架 起 升 后 , ] 人 字 架成 为井 架 整体 的一 部分 。井 架 和人 字架 每一 侧 主 梁上 有 3个 导 向滑 轮 , 升 钢 丝 绳 一 端 固 定 在 井 起

井架倾斜原因分析及校正方法

井架倾斜原因分析及校正方法
2、 井架 底 座 中心 的确 定
造成 的井 架倾斜 , 可 采用垫井 架底座 的方法进 行处理 。 其操作 方法是 : 先将井 架
底座顶起至适当高度垫人方木 , 然后沿井架底座大梁纵向、 基础外侧向大梁挖
坑至 底 , 并通 过 大粱 中 bl O O mm放入 钻杆 填石 灌浆 。 ( 3 ) 若 因基础 表 面水平误 差过 大造 成井架 倾斜 , 可采 用在井 架基 础与底座
( 4 ) 测量 井架底 柱安装平 台的水 平 , 并观察底座 完好情 况。 若 因井架底座 变
形造 成井架 倾斜 , 可 采用在 底座 与底柱 之 间垫钢板 的方法 进行 处理 。 其操 作方 法是: 以四角 井架底 柱安 装平 台 中最 高的一 个平 面为标 准水 平面 , 松开其 他各
平 台与底柱 的连接螺 栓 , 用千斤顶 依次顶起 底柱 , 垫入适 当厚度 的钢板 , 使 井架 四角底柱 安装 平 台的水 平误差 小于 ±5 am, r 即达到 标准 , 紧固连 接螺栓 。 ( 5 ) 观 察井架 零部件 弯曲度 。 若 因井 架零部件 弯 曲变形 造成井架 倾斜 , 应及
之 间垫钢 板 的方法 进行 处理 。 其操 作方 法是 : 用 千斤 顶将 井架 底座 顶起 ( 必 要 时, 先打 一基 础墩摆 放千斤 顶 ) , 在 井架基 础 与底 座 之间垫入 适 当厚度 的钢板 。
T J 2 —4 1 塔形井架 底座 的中心是其对 角线 的交叉点 , 且对 角线长度一 致 , 允 许误 差 不 超 过 ±5 am。 r A 型 井架 底座 的中心 是左 右底 座 内侧 方 孔中 心点 ( 通 常是做 了标记 的 ) 连 线的 中间点 。 观测 时 , 要 以侧方底座 内侧方 孔 中心 上的标 记

80/29采油井架有限元仿真分析

80/29采油井架有限元仿真分析

2 eh iu np co cdm ,ih a e oe m A m nsa o , un hn ,13 0C ia . c n e Ise tn A ae e Scu nP t l d iirt n G ag ag6 8 0 , h ) T q i r u ti n
Ab ta t Us g d r c i lt n a a y i 2 0 y tm . 8 / 9 ol d ri k mo e a s b ih d ti h r ce sr c : i er k s n i mua o n l s 0 0 s s i s e 0 2 i e rc d l w s e t l e .S l c a a t— a s a e
r t s d n mi c aa t r t s a d sa i t w r a ay e . De r k a a tr h g s a ma y o l a e ii , y a c h r c ei i n tb l y e e n l z d sc sc i r c p r me e c a e t n c mp i td i n c stai n e℃ o s re b o ue . whc W mp si l n f l o a o ao y c / uain r s l h w d t s iu t s w r b e v d y c mp tr o ih a i o sbe i ed r lb r tr ac l t e u t s o e s e s s i o s r
o e c w s malr h n b a n w ih t t e l w r p r f t e o y t a ta t h u p r a t a d h f d m k a s l w e e t g eg t a h o e a t b d n h t a t e p e p r e i o h h , n t e ma i m s e s it b t d i p st e a d b c r S b a f n c i g st.T u ,t o e s lt n n y i r s ls xmu r t s d s i u e n o iv r i n a k C S ms o e k n i o o e h s h s i ai a a ss e u t mu o l

单索循环转弯试验索道绷轮支架的有限元分析

单索循环转弯试验索道绷轮支架的有限元分析

smu ain o h y a c r s o s . o r a o n n i lt f t e d n mi e p n e J u n l o S u d a d o f
V bai ,2 0 ( 6 ) 4 8 i t n 0 3 2 2 :2 5 r o 9
传 统 的解 析法来 完成 ,只能得 到 局部 的应 力 和 位移情 况 ,无 法 了解 绷 轮支 架受 载时整 体 的 应力 、
应 变分 布 规 律 。因 此 ,索 道 研 究 者需 要 寻求 一 种
能快速 准确 反 映 绷 轮 支 架 受 载 时 的整 体 应 力 、应 变 分布 规 律 的 现 代设 计 方 法 J 目前 ,虽然 有 限 。 元 方法 在工 程 上 获 得 了广 泛 的 应 用 ,但 在转 弯 索
类 ,本 文设 计 了一种 新 型 的绷 轮转 弯 结 构 ,而 绷 轮转弯结 构 的绷 轮 支 架 的强 度 和刚 度 是 本 文研 究 的重点 。转 弯索 道 绷 轮 支 架 的设 计 计 算 通 常采 用
4 结 论
本 文 从 建 立 钢 丝 绳 的粘 弹 性 振 动方 程 出发 , 推导 出 了提 升 容 器 纵 向 振 动 模 型 。并 利 用 M T A。 L B. A 6 5对方程进 行 了求解 ,仿 真 出了 提升 容器 纵 向动位移 及 振 动 加 速 度 曲线 。通 过 仿 真 发 现 对 应 于不 同 的 加 减 速 控 制 方 式 , 即加 速 度 大 小 不 同 , 提 升容器 的振 动 加 速 度 大小 也 有 所 不 同 ,因此 要
3 彭 芳 麟 .数 学 物 理 方 程 的 M T A A L B解 法 与 可 视 化 .北 京 :清 华 大学 出版 社 ,20 04

23-1 K型井架的模拟与分析

23-1 K型井架的模拟与分析

23-1 K型井架的模拟与分析摘要:钻井井架是钻机重要组成部分,对井架的安全可靠性分析及验证是非常重要的。

通过分析计算,实现井架强度核算,找出应力分布关系,指导井架设计选材与建造,确保机械设备安全使用。

以23-1 K型井架为例,阐述了如何进行模拟与分析,给广大油田工程实践者提供一条思路和启发。

关键词:井架有限元模型应力分析1 井架的有限元模型井架主体结构的材料为Q345钢,屈服强度345MPa,其弹性模量E 为2.06×1011Pa、切线模量为2.06×1010Pa、泊松比为0.3、密度为为7850kg/m3。

为了方便表述,对井架的大腿进行编号,编号规则为:自下而上分成23层,每层四个大腿按逆时针编号为1~4,如图1中第7、10层所示,在后面分析中大腿均以第i层第j柱表示(i=1,2,,,22;j=1,2,3,4)。

井架的有限元模型参见图2,使用beam188单元划分网格。

2 边界条件(1)载荷:23-1 K型井架的额定工作载荷为225t,将载荷均分为4份,施加在井架顶端的四个节点上。

计算中考虑井架死绳、快绳和自重的影响,快绳的垂向偏角为3.3°,按照死绳和快绳的位置将载荷分配在四个节点上。

(2)约束条件:将人字架与井架主体结构相近节点耦合,并约束人字架下端及井架主体下端共6个节点的位移和转动自由度。

如图3所示。

3 井架线弹性静力分析3.1 井架应力分析井架在额定载荷225t下的V on Mises应力分布如图4所示。

由图4可知,井架最大应力为135MPa,位于井架第21层4柱。

井架承载较大的部位位于井架的四根大腿,横梁和斜撑的应力相对较小。

3.2 井架变形分析图5为井架的变形前后的比较结果,最大位移发生在井架的顶端,其位移值为83mm。

4 稳定性分析通过非线性屈曲分析,得到井架顶部节点沿高度方向的位移和载荷的关系如图6。

由图6可知,当大钩载荷增加到647.4t时,出现载荷减小而位移持续增加的现象,则载荷647.4t即为井架结构的一阶屈曲临界荷载。

绷绳对作业井架安全承载能力的影响研究

绷绳对作业井架安全承载能力的影响研究
1 作业井架的有限元模型 作业 井 架 高17.6 8 m,其 横 截面为 矩
形,横杆和斜杆材 料为A 20 钢材,弹性模 量 为2 .0 6×1011 P a,泊 松 比 为 0.3 0,密度 为 7 8 5 0 k g /m 3,屈 服 强度 为2 35 M P a,其 余杆 件的截面 形式 为 Q3 45钢 材,弹性模 量 为2 .0 6×1011 P a,泊 松 比 为 0.3 0,密度 为 78 5 0 k g /m 3,屈 服 强度 为3 45 M P a。绷 绳 的直径 D为21.5 m m,钢 丝 总 断 面 积 为 175.4 0 m m 2,绷 绳 公称 抗 拉 强度 为155 0 M Pa,绷绳破 断拉力总 和为27150 0 N,弹 性 模 量 为1.4×1011P a,泊 松 比 为 0.2 7,密度 为7850 kg/m3。以井架各杆件的螺栓连接 结点作为 有 限 元 分 析 模 型 的 节点,采 用了具 有6个自由度的三维弹性梁单元(BEAM4), 选 取空心 矩 形 钢、圆钢 截面类 型 定 义 空间梁 单元,绷 绳部 分设 置成同样 具 有6 个自由度的 三 维 弹性 杆单元(L I N K10)。共划 分 6 2个 节 点,1 5 5 个 梁 单元 和 8 个 杆单元 。井 架 底 部 与 支座为铰接约束,其中铰点限制X,Y,Z方向 的移动自由度及绕X,Y,Z轴的转动自由度, 绷绳与地面连接点限制3个移动自由度。
钢丝绳横断面积为175.4 mm2的位移分析: 这 种 情况下的总位 移图如图2,由软件 中节点位 移 列 表 显 示可知,我 们 所 选 取 的 顶点节点4 4号的总位移为30.325 m m。
图2 绷绳横断面积为175.4 mm2的总位移图 钢丝绳横断面积为151.24 mm2的位移

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。

井架绷绳受力分析及其合理使用要求

井架绷绳受力分析及其合理使用要求

井架绷绳受力分析及其合理使用要求
井架绷绳是油田施工和护理的重要设备,可用于拉拔吊杆,夹住测井管等,也是油田
安全作业的重要保障。

其受力特性直接影响着使用的安全性和精度,因此,井架绷绳的受
力分析和合理使用对于油田的安全运行具有非常重要的意义。

首先,对于井架绷绳的受力分析,应根据现场条件和作业要求综合分析,不仅要分析
吊杆与绷绳的垂直冲击力和横向拉力,而且还要考虑拉重物的占比,以及真实施工现场中
的复杂影响因素,充分考虑分析吊杆受力情况。

其次,根据受力分析结果,应采用合理的使用要求,确保绷绳运行安全。

首先,拉力
应满足许用值,如绷绳有担负中轴吊重的作用,则拉力的实际值必须在指定范围内,其次,宜采取定期更换绷绳的方法,严格控制绷绳的负荷;同时,采取适当的抗拉措施,如加拉
杆套筒、紧固盘等附件,以降低绷绳在施工时的冲击力。

此外,在使用井架绷绳时,应及时进行检查,及时发现损坏部位,保证其安全运行。

一方面,要检查绷绳表面是否有螺栓和老化开裂以及损坏的现象,另一方面,要深入对绷
绳截面的厚度和断口的定位等情况进行检查,并且检查绷绳的拉力是否大于规定的值,以
保证施工现场的安全。

总之,正确的受力分析和合理的使用要求是保证井架绷绳安全行使的重要保障,更是
重要的安全生产防范措施。

因此,油田施工现场应对井架绷绳受力分析和合理使用有责任感,加强施工安全管理,确保施工安全。

井架绷绳标准

井架绷绳标准

井架绷绳标准一、井架绷绳的定义井架绷绳是一种用来支撑井口上方设备和管道的重要部件,它承担着支撑和吊装作业的功能。

井架绷绳通常由钢丝绳或合成纤维绳制成,具有一定的强度和抗拉性能。

井架绷绳的选用和安装直接关系到井口设备的安全运行和作业效率,因此必须要按照相关的标准和要求来进行设计、选用和安装。

二、井架绷绳的分类根据制作材料的不同,井架绷绳可以分为钢丝绳和合成纤维绳两种类型。

钢丝绳是由多股钢丝编织而成,具有较强的抗拉性能和耐磨性,适用于承担较大的荷载;合成纤维绳是由高强度的合成纤维编织而成,具有轻便、柔软、不锈蚀的特点,适用于吊重较轻的情况。

根据井口设备的要求和作业条件,选择合适的绷绳材料和类型进行使用。

三、井架绷绳标准制定的必要性井架绷绳是井口设备的关键支撑部件,其安全性和可靠性对井口作业的安全和效率至关重要。

为了保证井架绷绳的质量和性能,必须要制定相应的标准来规范其设计、选用和使用。

井架绷绳标准的制定有利于提高井口设备的使用寿命和工作效率,保障施工作业的安全和顺利进行。

四、井架绷绳标准的内容井架绷绳标准的制定应包括以下内容:1. 绷绳的材料和规格要求:包括绷绳的材料成分、强度等级、直径规格等,根据不同的使用条件和要求来选择合适的绷绳材料和规格。

2. 绷绳的结构和类型要求:根据绷绳的用途和工作条件,确定绷绳的结构和类型,包括钢丝绳和合成纤维绳两种类型。

3. 绷绳的设计和制造要求:根据井口设备的要求和使用条件,设计出符合相应标准的绷绳,确保其安全可靠。

4. 绷绳的安装和使用要求:包括绷绳的安装方法、使用注意事项、检查和维护等,确保绷绳的正常运行和使用寿命。

5. 绷绳的检测和评估要求:根据绷绳的使用寿命和安全性要求,制定相应的检测和评估标准,确保维护和更换的及时性和有效性。

五、井架绷绳标准的实施井架绷绳标准的实施需要全面落实到井口设备的设计、选用、制造、安装和维护等全过程。

在井口设备的设计和选用阶段,应根据标准的要求来选择和确定绷绳的材料、规格和结构类型;在制造和安装阶段,应根据标准的要求来生产和安装绷绳,确保其质量和性能;在使用和维护阶段,应严格执行标准的要求来进行使用、检查和维护,确保绷绳的安全和可靠。

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为类似绷绳井架结构的设计提供了参考。
关键词:应力试验;绷绳;弹性模量 中图分类号:TE 923.02
文献标志码:粤
文章编号:员园园圆原圆猿猿猿(圆园员9)06原园163原园3
Finite Element Simulation and Verification Analysis of Derrick
WANG Ling1,2, ZHOU Xiaofeng1, WANG Xiaoling1, HUANG Xupeng1,2
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
绷绳井架有限元模拟及验证分析
王玲1,2 , 周小峰1, 王晓玲1, 黄许澎1,2 (1.宝鸡石油机械有限责任公司,陕西 宝鸡 721002;2.国家油气钻井装备工程技术研究中心,陕西 宝鸡 721002)
摘 要:利用ZJ30DBT钻机井架的设计、有限元分析及应力检测试验,验证了在绷绳井架有限元分析时绷绳模拟的方法,
(1. BaoJi Oilfield Machinery Co., Ltd., Baoji 721002, China; 2. National Oil and Gas Drilling Equipment Research Center, Baoji 721002, China)
Abstract:Through the design, finite element analysis and stress detection test of ZJ30DBT rig derrick, the derrick guy 30DBT钻机井架进行ANSYS有限元模拟分
析,并通过应力检测试验对有限元分析结果进行验证。根
据验证结果明确了在进行绷绳井架有限元分析时钢丝绳
弹性模量的取值范围,为绷绳井架设计提供了一个可靠
的有限元分析方法。
1 井架有限元分析
1.1 井架描述
ZJ30DBT钻机井架
得准确的整体拉伸变形数值。因此将绷绳作为有限元的 一部分,通过降低其弹性模量参数的方法,按照弹性变形 进行有限元分析。绷绳结构为6伊19有机芯并经过预拉工 序处理,参考相关资料[6-7]初步确定钢丝绳弹性模量依次为 100、105、110 GPa。根据绷绳三组不同弹性模量数值对绷 绳井架进行三次有限元计算。 1.4 有限元计算结果
最 大 钩 载 为 1800 kN,
井架高度为38 m,井架
倾斜角度为3毅[2],见图1。
其主体结构形式为桅型
两节伸缩式井架,主要
图 1 绷绳井架
包括井架上段、井架下 段、Y形支架、二层台、绷
绳总成、油缸起升系统、伸缩系统以及相关附件。井架立柱、
横梁和斜撑等主体材料均为矩形管材料。
井架水平卧装时通过油缸将井架起升至垂直状态,
向旋转自由度。对绷绳与井架连接位置节点进行位移耦
合约束,对绷绳与地面连接节点仅约束三项位移平动自
由度。
由于绷绳属于非弹性变形,无法通过单独的计算获
网址: 电邮:hrbengineer@ 圆园员9 年第 6 期
163
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
应力检测使用的设备主要由应力采集器、无线信号
发射器、信号接收器、充电器及电脑等组成。应力检测时
的结构构件,用质量单元来模拟部分设备质量,用link10单
元模拟井架绷绳[5],见图2。通过这种模拟能够保证有限元
计算的结果和实际情况更为接近。模型中的长度单位为
mm,力的单位为N,应力单位为MPa,位移单位为mm。
1.3 载荷施
加及边界条
件载
井架载
荷的分析及
载荷加载在
绷绳井架有
限元分析过
程中极为重
表1 有限元计算结果
次数 弹性模量/GPa
较大应力位置
最大应力/MPa
上段第三行格前立柱
1
100
下段第三行格前立柱
154.3 154.3
上段第三行格前立柱
2
105
上段第三行格前立柱
154.3 154.3
上段第三行格前立柱
3
110
上段第三行格前立柱
154.3 154.3
2 验证分析
2.1 应力检测设备
通过螺栓锁紧装置固定井架下段和Y形支架,然后通过伸
缩系统将上段提升至井架工作位置,再通过锁紧装置将
上段和下段连接在一起,最后固定井架的主绷绳和辅助
绷绳并调整预紧力[3]。完成组装后在工作状态时井架向前
倾斜3毅。
1.2 井架有限元模型
在有限元分析软件ANSYS前处理中建立井架有限元
模型[4]。根据井架的结构特点,用beam44梁单元来模拟井架
经过三次有限元分析计算,井架较大应力点位置分 别在井架上段的第三行格前立柱和井架下段第三行格的 前立柱。三次计算结果见表1。计算结果显示:井架应力值 随着绷绳弹性模量数值的增大而减小。说明在绷绳井架 有限元分析过程中绷绳弹性模量大小的确定直接影响计 算结果的准确性。
为了确定绷绳井架有限元分析过程中绷绳弹性模量 的取值,可以通过对井架进行应力检测试验来验证不同 弹性模量下的计算结果。
要,直接关 系到计算结
图2 绷绳井架有限元模型
果的准确性。井架在最大钩载工况下承受最大钩载载荷、
快绳载荷、二层台载荷及天车的自重载荷,通过集中力的
方式加载到模型上。通过设置惯性载荷参数,对井架整体
进行重力载荷加载。
考虑到井架Y形支架底部的情况,对其施加垂直方向
的位移约束。对其它销轴连接位置进行全约束后释放轴
0引言
近年来ANSYS有限元分析作为一种设计验证方法经
常被用在钻机井架的设计阶段,为井架设计提供技术支
持。在井架出厂前往往还需要进行载荷试验和应力检测
试验来验证井架设计的合理性。
绷绳井架在有限元分析时通常采用link单元对绷绳
进行模拟[1]。由于钢丝绳弹性模量取值的大小直接影响计
算结果的准确性,因此钢丝绳弹性模量取值的大小一直
simulation method in the finite element analysis of derrick is verified, which provides a reference for the design of similar
derrick structure.
Keywords: stress test; guy wire; elastic modulus
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