聊聊钻机前开口井架的静力强度有限元分析2023/2/20 16:40:25

会呼吸的痛

我国石油工程中使用着各种井架，其中绝大多数属于由细长杆件组成的空间杆系结构。过去常常把井架简化为平面析架来计算，误差比较大。近年来，由于电子计算机有限元分析广泛应用，对于某些类型的井架，例如塔架及A型井架，采用空间衔架模型进行计算，得到了比较满意的结果。但是，对于3200米钻机前开口井架则不能简化为空间析架模型，因为这将使井架模型成为可变体系。近年来，也有人利用空间刚架模型来作井架计算并得到了比较好的结果。然而对一装配式前开口井架，装配连接处都是柱型铰，不能当作刚结点处理。因此，对于3200米钻机前开口井架的静力强度和刚度计算，单独使用上述两种模型都是不可行的。有限元分析的相关知识也可以到网站具体了解一下，有专业的客服人员为您全面解读，相信会有一个好的合作！

为了使我们的计算更符合前开口井架的际，我们把前开口井架简化为局部具有柱型铰的维空间刚架系统的力学模型。这样作，计算虽然比较复杂，但其结果将更符合结构际受力状态。在计算中采用了线弹性理论。


井架主体部分沿高度分为五段，比较上面一段为四面封闭的空间刚架，下面四段为八扇平面刚架。在井架背面由可拆卸的横杆、斜杆与两侧的平面刚架连接。每两片平面刚架连成一段，共四段。井架背面的横杆、斜杆与主弦杆采用销子联接，井架上下各段之间采用螺检联接。井架下面四段截面呈门型，井架下部与底座、人字架相连。


由于井架是由平面刚架和空间刚架装配而成，各装配联接点依其结构可视为圆柱型铰链。忽略摩擦，允许用单饺联接起来的两个杆件自由地绕联接销轴线转动，而样杆与主弦杆之间是用两个柱型议联接的，故可视为刚性联接，即刚性节点。所有焊接点都视为刚性结点。井架与底座是用圆柱销子连接的，因此简化为固定单铰。井架与人字架是用卡子连接的，因为卡子可能不会太紧，或工作中可能有稍许松动，因此我们简化为以人字架为支点的可动饺链支承。这样井架就简化为一个静不定的大型空间混合结构系统。


在进行井架静力分析时，我们采用，主从节点的方法来描述柱型铰。井架背面的斜拉杆我们视为只受拉压作用的二力杆，其它主要杆件都作为空间梁单元处理。总共划分为226于单元，124个节点。


所用材料为高强度结构钢及角钢，构件型式为宽翼缘工字钢。


我们按上述十种工况，分别对3200米钻机前开口井架进行了静力分析。这里只列出几种主要工况的主要承力杆件的轴力结果。井架主弦杆是主要承力构件，横杆和斜杆的内力较小。在钩载、自重、风载作用下，主要受力杆件是井架下部主弦杆。在起升工况中，定滑轮附近的杆件受力较大。综合考虑各种工况，比较大轴力为N=114331N，发生在主弦杆5号单元；而比较大弯矩M=2327N，发生在横杆78号单元。


用所得内力进行杆件的应力计算，这是十分浩繁的工作。因为有226个单元，10种工况并且对每个杆件来说又是压、弯、剪、扭的复合应力状态。为此，我们考虑到杆件细长的特点，剪力和扭矩都比较小，不算剪应力，只算正应力。我们选出内力比较大的六种工况进行计算得到了比较大应力值，并画出主弦杆比较大应力分布曲线和位移分布曲线。


起升井架时，97号杆应力比较大；而井架在正常钻进的第4种工况，33号杆应力比较大。从应力分布情况看，起升工况的较大应力分布在定滑轮附近的杆件内，离定滑轮较远的杆件应力较小；钩载作用下，主弦杆受力较大，特别是在井架下半部各主弦杆应力比较大。