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基于混合模型修正的在役海洋钻机井架实时承载能力评估
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作者 闫天红 周国强 董浩轩 《天然气工业》 北大核心 2025年第6期170-181,共12页
随着海上油气资源勘探开发的不断深入,在役钻机井架作业安全就显得尤为重要。由于钻机井架面临海洋环境腐蚀、结构损伤及苛刻钻井作业条件,在役海洋钻机井架不可避免出现结构损伤和性能退化,进而降低承载能力并可能导致耐久性失效,给海... 随着海上油气资源勘探开发的不断深入,在役钻机井架作业安全就显得尤为重要。由于钻机井架面临海洋环境腐蚀、结构损伤及苛刻钻井作业条件,在役海洋钻机井架不可避免出现结构损伤和性能退化,进而降低承载能力并可能导致耐久性失效,给海洋钻井作业带来巨大风险,实时评估井架实际承载能力已迫在眉睫。为此,基于测试模型实测数据与有限元模型计算数据相关性分析建立了贝叶斯模型修正方法,形成了基于混合模型修正的海洋钻机井架承载能力实时评估方法,并开发了集钻井载荷—应变测试—振动测试一体化的海洋钻机井架结构响应测试系统,最后以南海某平台海洋钻机井架结构损伤识别算例,验证了该算法的可靠性。研究结果表明:①井架测试模型实测响应与有限元模型计算响应相关性分析可以实现测点与节点匹配、实测响应与计算响应匹配;②基于实测模态参数与应变的混合有限元模型修正建立的在役钻机井架测评基准模型进一步减小了计算数据与实测数据的误差,实测频率与计算频率最大误差由模型修正前的34.35%降低为0.56%,实测应变与计算应变最大误差由模型修正前的53.7%降低为13.3%;③经现场实测响应与计算响应相关性分析的混合模型修正,按照评估准则海上钻机实例井架承载力下降8.44%。结论认为,形成的在役钻机井架性能退化及承载能力评估技术解决了原有单一工况测点值线性外推评估方法难以满足复杂工况带来的不确定性问题,该方法对于准确评估海上在役钻机井架实际承载能力具有重要借鉴和指导意义。 展开更多
关键词 海洋钻机井架 响应测试与数值计算 相关性分析 混合模型修正 承载能力评估
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基于测试与有限元仿真的海洋井架安全评定 被引量:9
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作者 黄志强 纪苏丹 +2 位作者 张波 邱成松 席御僖 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期721-728,共8页
为了评估井架在钻井作业时的安全性,以某塔形井架为原型,根据相似关系确立了缩尺比和钢材型号,建立了实验室模型井架。对模型结构进行了有限元静力分析和模态分析及相应的静力测试和模态测试,得到了模型井架的应力分布规律和前10阶固有... 为了评估井架在钻井作业时的安全性,以某塔形井架为原型,根据相似关系确立了缩尺比和钢材型号,建立了实验室模型井架。对模型结构进行了有限元静力分析和模态分析及相应的静力测试和模态测试,得到了模型井架的应力分布规律和前10阶固有频率和模态振型。将测试结果与有限元分析结果进行比较,误差在允许范围内,验证了仿真分析方法的正确性。最后对模型井架进行了安全评定,并根据相似关系将模型井架的评定结果外推到实际井架,进而判断实际井架的安全性并得出其满足安全性要求的结论。为实际井架的安全评定和结构优化设计提供了方法,为井架的工程设计和使用提供参考。 展开更多
关键词 模型井架 有限元分析 实验测试 安全评定 结果外推
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基于ANSYS的立井井架力学有限元分析 被引量:8
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作者 宋若峰 李为行 +1 位作者 张建中 张路 《煤矿机械》 北大核心 2008年第4期69-70,共2页
针对伏山煤矿立井井架结构的力学有限元模型,利用ANSYS软件对其进行了受力分析,计算出在提升钢丝绳拉断载荷下在X、Y方向上井架的最大应力和位移,并得出最大应力值,为煤矿立井井架的设计提供了依据和方法。
关键词 煤矿 井架 ANSYS 模型 力学分析
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JJ160/41-K型模型井架结构分析 被引量:2
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作者 邹龙庆 赫广田 《长江大学学报(自科版)(上旬)》 CAS 2009年第2期97-99,111,共4页
针对目前在大庆油田广泛使用的石油钻机JJ160/41-K型井架存在的结构问题,利用I-DEAS有限元程序对该模型井架进行了结构静、动力分析。结果表明,该井架前部2根立柱受力最大,为井架承载的薄弱环节;振动也较大,刚度不足。
关键词 模型井架 结构分析 承载能力 有限元 静力 动力
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井架模型极限载荷试验 被引量:9
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作者 周国强 韩东颖 郭奕珊 《石油机械》 北大核心 2005年第9期9-11,共3页
为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力... 为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力较大部位;井架立柱测试应力与大钩作用载荷呈线性关系。井架压溃试验发现:井架破坏发生在井架上段;实测井架模型大钩极限载荷为19.0kN,与双重非线性有限元分析计算结果基本一致,其相对误差在5.0%以内,证明以这种方法预测井架原型极限载荷是可行的。 展开更多
关键词 井架模型 极限载荷 模型设计 承载试验 压溃试验 A型井架 相似模型 载荷试验 双重非线性有限元分析 相似理论
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钻探用井架承载能力试验与安全评定 被引量:8
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作者 周国强 刘金梅 +1 位作者 郭奕珊 韩东颖 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 2008年第4期53-56,共4页
提出了基于测试应力的钻探用井架安全承载能力评定方法。以井架现场试验时杆件的工作应力为综合评定井架结构承载性能的重要指标,以与应力有关的设计参数为有限元模型输入参数的修正对象,将现场测试与有限元数值模型相结合,通过修正的... 提出了基于测试应力的钻探用井架安全承载能力评定方法。以井架现场试验时杆件的工作应力为综合评定井架结构承载性能的重要指标,以与应力有关的设计参数为有限元模型输入参数的修正对象,将现场测试与有限元数值模型相结合,通过修正的有限元模型,分析了在各种载荷作用下在役井架的工作性能,应用国际上通用的API Spec 4F标准进行了安全评定。对某型号钻探井架进行了逐级加载试验,通过井架第一级载荷作用下模型的模拟与修正,复现、预测了其它八级载荷作用下的井架工作性能,预测结果误差不超过5%,验证了模型修正方法的正确性。 展开更多
关键词 井架 承载能力 数学模型 安全
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ZJ15D型石油钻机井架的瞬态响应研究 被引量:5
7
作者 邹龙庆 付海龙 王玥 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期81-84,共4页
传统的通过静力或者利用最大设计大钩载荷乘以动载系数代替动载荷的研究方法对石油钻机井架进行结构分析,已经不符合现场石油钻机井架在复杂时间载荷作用下的真实动响应情况,尤其在起下钻和钻进时,钻机井架要承受瞬态冲击、钻机振动等... 传统的通过静力或者利用最大设计大钩载荷乘以动载系数代替动载荷的研究方法对石油钻机井架进行结构分析,已经不符合现场石油钻机井架在复杂时间载荷作用下的真实动响应情况,尤其在起下钻和钻进时,钻机井架要承受瞬态冲击、钻机振动等随时间变化的载荷作用。为此,运用时间历程方法,通过模拟井架钻井时的情况,结合大型有限元ANSYS软件,对大庆油田普遍采用的ZJ15D型石油钻机井架进行了动响应计算。得出了以下结论:①在瞬时冲击下,井架动力响应的产生在钻具立柱轴向、井架侧向和前开口方向具有同时性,但最大值出现的时刻不同;②严重冲击载荷作用下,井架顶部开口方向响应最为强烈,危险时位移可达4cm。 展开更多
关键词 钻井 钻机 井架 钻具 动力学模型
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井架模型极限承载性能分析 被引量:5
8
作者 周国强 韩东颖 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 2005年第3期50-52,124,共4页
为预报井架的极限承载力,提高现场井架作业的安全性,应用考虑双重非线性理论的有限元法,分析了实验室无损伤缺陷井架模型的极限承载力,通过参考应力修正法得到了含损伤缺陷井架的数值模型,进而预测了井架模型的极限承载力.预测结果和压... 为预报井架的极限承载力,提高现场井架作业的安全性,应用考虑双重非线性理论的有限元法,分析了实验室无损伤缺陷井架模型的极限承载力,通过参考应力修正法得到了含损伤缺陷井架的数值模型,进而预测了井架模型的极限承载力.预测结果和压溃试验结果相吻合,误差约为5.0%. 展开更多
关键词 井架模型 双重非线性 损伤缺陷 参考应力法 极限承载力
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基于灵敏度分析的井架结构模型修正方法研究 被引量:6
9
作者 刘金梅 韩国有 周国强 《科学技术与工程》 2009年第9期2366-2370,共5页
从井架结构模态参数对物理参数变化的灵敏度出发,探讨了井架结构的模型修正问题。以设计参数型模型修正方法为基础,对井架结构杆件的材料、截面形状和几何尺寸等参数进行直接修正。确定优化模型的目标函数及约束变量,利用一阶优化算法... 从井架结构模态参数对物理参数变化的灵敏度出发,探讨了井架结构的模型修正问题。以设计参数型模型修正方法为基础,对井架结构杆件的材料、截面形状和几何尺寸等参数进行直接修正。确定优化模型的目标函数及约束变量,利用一阶优化算法对结构参数进行了优化和状态评估。通过实验室简易井架模型的分析验证了此方法的可行性。该方法为复杂井架结构的损伤识别和状态评估提供了一个新思路。修正算法的优化方法采用ANSYS一阶优化方法,敏感性分析和模型修正完全基于ANSYS软件进行,适合于实际工程的应用。 展开更多
关键词 井架结构 模型修正 灵敏度分析 损伤识别 模态参数
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JJ22547型井架有限元静动力特性分析 被引量:15
10
作者 张学军 张树珺 陈孝珍 《石油矿场机械》 2008年第9期49-51,共3页
运用ANSYS软件建立了JJ22547型井架的有限元模型,为充分考虑结构承载的实际情况,运用三维梁单元模拟井架结构的各个杆件,对该井架在设计载荷作用下进行了静、动力特性分析,提出了改进方案,为钻机井架设计提供了理论依据。
关键词 钻机井架 有限元模型 动力特性
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JJ160/41-K型钻机井架动态特性分析 被引量:10
11
作者 任国友 邹龙庆 +1 位作者 付海龙 董振荣 《石油矿场机械》 北大核心 2004年第6期59-62,共4页
运用I DEAS软件 ,以简化的空间梁单元建立计算机FEM模型 ,对JJ160 /4 1 K型钻机井架进行了设计载荷下的动力特性分析。通过对比现场测试结果 ,建立了JJ160 /4 1
关键词 钻机井架 有限元模型 软件 动力特性 承栽力 测试
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实验室井架模型的动态测试研究 被引量:4
12
作者 周国强 赵庆梅 韩东颖 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期10-12,共3页
井架倒塌事故时有发生,因而合理地预报出井架结构的实际承载能力,已成为石油井架安全评定理论研究的重要内容。首先用振动分析理论研究了井架结构承载能力与其动态参数之间的关系,并通过实验室井架模型的动态测试结果从实验方面验证了... 井架倒塌事故时有发生,因而合理地预报出井架结构的实际承载能力,已成为石油井架安全评定理论研究的重要内容。首先用振动分析理论研究了井架结构承载能力与其动态参数之间的关系,并通过实验室井架模型的动态测试结果从实验方面验证了二者之间的关系。在此基础上,提出井架结构安全承载力动态参数评定方法,并应用此方法对实验室井架模型进行了安全评定。为了保证评定结果的可靠性,提出在实际应用中测试大于井架额定钩载的10%的2种不同载荷值下,井架结构固有频率的井架安全承载力评定方法。该方法揭示了井架承载能力与其结构固有频率参数之间的关系,开辟了石油井架动态测试与安全评定新的途径。 展开更多
关键词 井架 动态参数 频率 模型实验 评定方法
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基于模型修正的井架评定方法 被引量:10
13
作者 刘金梅 周国强 郭金玉 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 2004年第6期48-50,共3页
分析了在役井架结构的初始缺陷,将井架计算机结构分析与现场测试分析相结合,提出了一种基于计算机数值模型修正的井架评定方法.实例计算结果表明,通过此方法可以得到各级载荷作用下井架全部杆件的承载性能数据,为在役井架的安全评定提... 分析了在役井架结构的初始缺陷,将井架计算机结构分析与现场测试分析相结合,提出了一种基于计算机数值模型修正的井架评定方法.实例计算结果表明,通过此方法可以得到各级载荷作用下井架全部杆件的承载性能数据,为在役井架的安全评定提供新方法. 展开更多
关键词 石油井架 结构分析 测试分析 模型修正
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基于ANSYS Workbench对钻机井架的静力学分析 被引量:1
14
作者 付红栓 白嘉伟 +1 位作者 涂文静 高官强 《辽宁化工》 CAS 2019年第7期669-671,688,共4页
钻机井架的力学性能影响着整套设备的安全性。本文首先利用Solidworks软件对井架结构进行三维建模,之后将模型导入ANSYS Workbench中对其进行静力学分析,将仿真应力值与实测计算应力值相对比。结果表明:理论值与实测值相吻合;通过软件... 钻机井架的力学性能影响着整套设备的安全性。本文首先利用Solidworks软件对井架结构进行三维建模,之后将模型导入ANSYS Workbench中对其进行静力学分析,将仿真应力值与实测计算应力值相对比。结果表明:理论值与实测值相吻合;通过软件模拟仿真分析,可直观地看出井架的最大位移量及能承受的最大载荷,即减少试验时间和经费,又缩短设计和分析周期,降低了材料成本,为优化设计提供了参考,进一步增加了产品的可靠性。 展开更多
关键词 钻机井架 建模 静力学分析 优化
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新型钻机井架及底座设计模型 被引量:5
15
作者 潘浩 李佳玲 +1 位作者 池胜高 危峰 《石油机械》 北大核心 2005年第2期21-23,68,共3页
目前我国油田正在使用的中型、重型模块钻机的井架和底座结构都不适合快移式钻机 的要求,为此,在分析我国钻机井架、底座现状的基础上,提出了快速移动、快速安装的新型钻 机井架、底座的设计原则和标准,同时还对其设计模型和设计特... 目前我国油田正在使用的中型、重型模块钻机的井架和底座结构都不适合快移式钻机 的要求,为此,在分析我国钻机井架、底座现状的基础上,提出了快速移动、快速安装的新型钻 机井架、底座的设计原则和标准,同时还对其设计模型和设计特点作了详细的论述。这种新型的 模型除充分考虑了拆装便捷、移运高效外,还应用液压油缸自动举升和控制技术,是一种具有全 新理念的快速移运、快速安装的钻机。 展开更多
关键词 钻机 井架 底座 液压油缸自动举升 设计模型
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80/29采油井架有限元仿真分析 被引量:3
16
作者 刘晓嘉 田建军 +2 位作者 万夫 唐枨浩 邓勇刚 《中国测试技术》 2007年第4期71-73,共3页
应用井架仿真2000软件系统建立了80/29采油井架模型,进而利用仿真系统对其进行静力、动力特性和稳定性分析。通过计算机实显示现场和实验室都无法实现的多种复杂情况下井架参数变化过程。经过计算分析,井架承载时应力分布规律是:井架下... 应用井架仿真2000软件系统建立了80/29采油井架模型,进而利用仿真系统对其进行静力、动力特性和稳定性分析。通过计算机实显示现场和实验室都无法实现的多种复杂情况下井架参数变化过程。经过计算分析,井架承载时应力分布规律是:井架下体承载时的应力小于上体承载时的应力;井架最大应力位于缩口处的正背面横梁;仿真分析结果为井架设计人员修改设计方案、检测人员对在用采油井架现场检测提供科学依据。 展开更多
关键词 采油井架 建模 有限元仿真 静力分析
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在役石油井架起升过程的数值建模和仿真研究 被引量:2
17
作者 刘金梅 赵庆程 +1 位作者 周国强 刘伟 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期3028-3032,3038,共6页
针对在役石油钻机井架实际性能状态和理想分析模型存在差异的情况,以反映结构性能参数的残差最小作为目标函数,提出了基于优化的模型修正方法,构建了起升全过程仿真模拟的基准数值模型,并仿真模拟其起升动态过程。其中根据几何关系和力... 针对在役石油钻机井架实际性能状态和理想分析模型存在差异的情况,以反映结构性能参数的残差最小作为目标函数,提出了基于优化的模型修正方法,构建了起升全过程仿真模拟的基准数值模型,并仿真模拟其起升动态过程。其中根据几何关系和力矩平衡原理,描述人字架一次起升的原理,通过起升力学分析,提出了分析的具体实施步骤,同时以某油田使用的ZJ70D型井架为例进行了起升过程的数值建模和仿真模拟,结果表明:应用该方法可以对有损伤在役井架的起升安装工况进行数值预测,确定井架的薄弱部位,为现场实际起升操作提供有价值的建议,并通过试验验证了该方法的可行性,具有一定的实用价值,适合工程应用。 展开更多
关键词 石油井架 起升仿真 建模 模型修正
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ZJ40/2250DB型钻机井架及底座静动态特性研究 被引量:14
18
作者 邹龙庆 李翠艳 +1 位作者 王树忠 王树庆 《石油矿场机械》 2007年第2期15-17,共3页
根据ZJ40/2250 DB型钻机井架及底座的结构特点,建立了三维有限元模型,应用有限元分析软件对井架及底座进行了静、动态特性分析。在静态分析中,按2种工况给模型加载,并获得了可靠的计算结果。在模态分析中,计算出前4阶固有频率及其相对... 根据ZJ40/2250 DB型钻机井架及底座的结构特点,建立了三维有限元模型,应用有限元分析软件对井架及底座进行了静、动态特性分析。在静态分析中,按2种工况给模型加载,并获得了可靠的计算结果。在模态分析中,计算出前4阶固有频率及其相对应的主振型,并对各阶主振型进行了分析。通过对井架及底座的固有频率与钻机设计工作转速比较,得出前4阶固有频率都在转盘的扰动频率范围内,容易发生共振。建议在钻井过程中注意检测转盘转速,避免发生共振。 展开更多
关键词 井架 底座 有限元模型 静态分析 动态分析
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深井钻机K型井架的动力模型设计 被引量:4
19
作者 华剑 胡磊 周思柱 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第4期149-152,共4页
动力模型试验是研究深井钻机井架的动力特性的有效方法。为制作井架的动力模型,基于相似理论分析了K型井架动力模型与原型之间的相似准则,采用量纲分析以及方程式分析法推导了井架各相似判据的相似比,并以此为依据设计出井架模型。为满... 动力模型试验是研究深井钻机井架的动力特性的有效方法。为制作井架的动力模型,基于相似理论分析了K型井架动力模型与原型之间的相似准则,采用量纲分析以及方程式分析法推导了井架各相似判据的相似比,并以此为依据设计出井架模型。为满足加工工艺的要求,对部分杆件的长度和截面做了适当调整,在此基础上采用有限元软件分别对井架模型和原型进行模态分析,通过对比验证,发现前6阶模态频率的最大相对误差仅为7.70%,说明井架模型能准确反映原型的动力特性,该模型的设计合理。本设计结果为深井钻机井架的模型试验打下了基础。 展开更多
关键词 深井钻机 井架 相似理论 试验模型 模态分析
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基于静动力分析的海洋井架钢结构有限元模型修正方法 被引量:2
20
作者 黄志强 张坤 +3 位作者 邱成松 冯俊森 纪苏丹 刘航 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期611-617,705-706,共7页
为了得到能够更加真实地反映海洋井架静动态力学性能的有限元模型,本文提出联合运用静动力目标函数的井架结构有限元模型修正方法,相对于单独运用静力、动力目标函数的模型修正方法,本文方法能更好地适应海洋井架的静动态力学特性。为... 为了得到能够更加真实地反映海洋井架静动态力学性能的有限元模型,本文提出联合运用静动力目标函数的井架结构有限元模型修正方法,相对于单独运用静力、动力目标函数的模型修正方法,本文方法能更好地适应海洋井架的静动态力学特性。为验证该修正理论的正确性,以某海洋井架为原型建立缩尺比为1:14的模型井架。在对该井架进行静动力测试和有限元仿真分析的基础上,根据对结构静动态性能的具体要求提出目标函数与约束条件,通过灵敏度分析选取合适的设计参数,采用一阶搜索优化算法对待修正的设计参数进行优化,得出有限元模型的修正结果。结果表明:与模型修正前相比,修正后井架一阶模态频率的误差减小到了-5.282%,二阶模态频率的误差减小到了-6.320%,而各个测点的应力误差控制在4%以内。这说明该方法可以较好的修正初始有限元模型,使井架有限元模型更加接近真实模型,可进一步用于分析预测井架结构的承载能力和使用寿命。 展开更多
关键词 海洋井架 有限元模型 模型修正 修正函数 静动力分析 灵敏度
原文传递
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