JJ315／43A型石油钻机井架可靠性分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com·36．新疆石油科技2008年第2期(第18卷)JJ315／43一A型石油钻机井架可靠性分析赖永星①Y-Y,．翠张艳艳苗同臣郑州大学，450001河南郑州摘要可靠性是石油钻机井架的一个十分重要的质量指标。井架的安全性评定单纯用安全系数来作保证是不够的，还应从井架的可靠性方面对井架进行评估分析，才能保证井架安全可靠使用。运用结构可靠性理论，求得了~315N3一A型井架的抗力系数。计算了额定钩载下受力不均对井架各段可靠性的影响，利用ANSYS的数值模拟技术求得了JJ315N3一A型在用石油井架各工况下的可靠性指标p。主题词井架钻机应力

2、可靠度可靠性⋯l刖吾极限状态方程。在工程结构可靠性设计中，R为结构构件的抗力，S为应力，均为随机变量。Z=R—S亦称为井架是石油钻机的重要组成部分，它主要起到悬挂钻井过程中所需要的各种钻具，承受钻井过程中的结构功能函数。当Z>0时，结构处于可靠状态；z<0时，结构处于失效状态；Z=0时，结构处于极限状态。各种载荷，配合钻机钻到目的层的作用。目前，国外对对于井架来说以上3种状态概率之和等于1。井架的安全评定偏重于外观查测、简易诊断和一般处置与预防等3个方面。从外观查测的内容来看，主要按照概率论与数理统计理论，R、S为正态变量，故z亦为正态变量。从而得到可靠指标B的定量计算是井架构

3、件的变形、损伤、磨损、腐蚀等，诊断的结论多偏重于定性分析，处理与预防也不够具体，而且也关系，其表达式为：仅仅局限于井架理论分析和测试研究的基础。而国内=—丝璺；(1)o素七o对评定理论的研究目前大致可以分为以下几种，即以式中强度、稳定理论为主的评定理论；以刚度理论为主的评定理论；可靠性评定理论及模糊评定理论等。由于，～材料抗力R的均值和标准差；Ir为应力S的均值和标准差。井架结构本身是复杂的空间刚架或桁架结构，其缺陷特征又复杂多样，目前还无法给出精确评定结果的办3A型井架可靠性分析法，工程上的实际做法是通过井架现场承载试验，测3-1建立有限元模型量井架的应力、位移及结构动态特性

4、，以现场测试结A型井架是由钢管焊接而成的空间杆系结构，井果为基础，根据安全评定理论以线性外推的方法确定在用井架安全承载能力。井架的安全问题，实际上是架高度为46．398m，井架有效高度37．398m，由四段格构式结构连接而成，主弦杆为~168x8的无缝钢管，井架承载能力如何定量的问题，而井架结构的可靠性指标，就能较好地反映出井架的承载能力。因此，定斜横撑杆为~95x3．5的无缝钢管，材料为我国普遍使量分析井架的可靠性指标，对于指导生产，科学使用用的16Mn焊接结构钢，材料的弹性模量E=2．1X以及对其进行安全性评定，确保人身及设备安全，都10“N／m，钢材密度p=7．8x10。

5、kg／m。，泊松比=0．3。井具有积极意义。架设计的大钩最大安全载荷为3150kN，天车重量58．320kN，游车重量67．120kN、水龙头重量26．4872可靠性评定理论kN，大钩重量33．452kN。按极限状态方法评定井架结构时，针对抗力R和在建立井架振动计算模型时，考虑到二层平台对应力S都是不确定的随机变量，且服从正态分布，其大腿的约束作用较弱，它的作用可以忽略，主弦杆和可靠性设计遵循S—R干涉模型。用z作为R、S的干斜横撑杆采用2种单元截面形状的空间粱单元模拟，涉随机变量，则有Z=f(R，S)=R—S=0，这～关系式即为整个模型共剖分4048个空间梁单元。有限元网格划

6、①作者简介：副教授，博士，2006-09毕业于南京工业大学机械工程学院维普资讯http://www.cqvip.comJJ315／43一A型石油钻机井架可靠性分析·37·分如图1所示。24、69、115、160为顶部关键点号。图2井架简图图1井架有限元模型偏心分别分为四个工况来计算。当钩载不偏心时，受为了研究井架四段的可靠性，将各段命名为：左力中心在顶端四个节点的中心；当钩载偏心时，受力腿从下到上依次为左一、左二、左三和左四，右腿从下中心将会有所偏移。各工况受力情况和受力中心偏移到上依次为右一、右二、右三和右四，如图2所示。量如表1。根据把井架的工作情况将钩载左右偏心和前后表1

7、各工况顶点力的分配及偏移量一一拦～～一注：力的单位为kN，偏移量的单位为mm一棚栏～栏一在上述4种工况下，根据图1所示的计算模型，了额定载荷无钩载偏心情况下部分杆件的应力值，计一一11661对A形井架的应力进行了计算，由于篇幅所限只列出算结果如下。162O5211L表2井架额定荷载下各杆件应力值杆件号应力值杆件号应力值杆件号应力值杆件号应力值1—38．2324—47．0547—167．91702-21．3125—32．7948—109．41713-19．2526—77．0449—82．317