[發明專利]一種石油井架承載能力的測試方法

有效

• 申請號: 201110182046.6
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102288401A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 胡國棟;王紀兵;朱國新;胡建啟;張玉福
• 申請（專利權）人: 甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司;上海藍濱石化設備有限責任公司;蘭州藍亞石油化工裝備工程有限公司;機械工業蘭州石油鉆采煉油化工設備質量檢測所有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01B21/00
• 代理公司: 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230
• 代理人: 杜澄心;張亞軍

技術領域

本發明屬于石油化工設備安全評定技術領域，涉及一種用于石油井架承載能力的評定方法，具體涉及一種針對存在不同損傷或變形石油井架承載能力的評定，即一種石油井架承載能力的測試方法。

背景技術

石油井架是石油鉆機系統的關鍵設備，主要功能是起升和下放鉆桿，同時兼有安放天車、懸掛游車、大鉤、水龍頭等功能。在起升鉆桿時石油井架要承受巨大的沖擊載荷，石油井架能否經得住沖擊載荷的作用，直接關系著鉆機系統的安全運行和職工的人身安全。石油井架在拆裝、搬運過程中受諸多因素的影響，井架各構件間會出現不同程度的變形、損傷、銹蝕等缺陷。另外石油井架在長期的拆裝過程中，構件各連接部位會出現較大的間隙及錯位變形，使其承載能力低于原設計載荷，上述諸多缺陷導致在用井架的安全負載成為未知數，給鉆井作業的安全生產埋下重大隱患。因此，及時檢測出在役石油井架的結構損傷，準確預測出在役石油井架的承載能力，對于制定科學合理的井架檢測周期、消除石油井架的安全隱患具有重要的意義。

目前，通常采用電阻應變片法對在用石油井架承載能力進行預測，即在井架表面粘貼應變片，通過施加載荷、測量電流的變化來確定其工作應力。然后依據標準SY/T?6326《石油鉆機和修井機井架、底座承載能力檢測評定方法》評定其承載性能。由于石油井架長年暴露在野外，工作環境惡劣，電阻應變片法受雨雪、風沙的影響較大。尤其是在嚴寒季節受氣溫的影響，應變片粘貼不牢固給應力測試帶來極大的誤差和不確定性。另外，這種測試方法的抗干擾能力較差，容易受周圍工作電機放電和工頻交流磁場的干擾等，當干擾信號比被測信號強時，測試工作就會徹底失敗。

發明內容

本發明的目的是提供一種石油井架承載能力的測試方法，以解決現有的石油井架承載能力的測試方法存在的抗干擾能力較差，承載能力測試準確性差和易受外界因素的影響等技術問題。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案，具體按以下步驟進行：

步驟1：建立構成石油井架主體的結構的材料性能數據庫；

步驟2：建立構成石油井架主體的結構的截面數據庫；

步驟3：以需測試的石油井架的主體結構設計圖為藍本，建立該石油井架主體結構的3D模型；

步驟4：對步驟3中需測試的石油井架進行宏觀檢驗；

步驟5：對步驟4宏觀檢查后的石油井架進行精確測量；

步驟6：在對需測試的石油井架進行步驟4宏觀檢驗和步驟5精確測量的基礎上，對步驟3建立的需測試的石油井架的3D模型進行修正，修正后的3D模型即為基于原形的石油井架模型；

步驟7：基于步驟6得到的石油井架模型，采用有限元軟件ANSYS對石油井架的承載能力進行評定。

所述步驟3中石油井架主體結構的3D模型的建立：首先，根據石油井架端點坐標建立節點，再從步驟2建立的石油井架主體的結構的截面數據庫中選擇相應的截面，然后通過對節點連線的方法建立相應結構的拉伸路徑，完成對石油井架主體的結構的3D模型的建立。

所述步驟5中精確測量時，首先在任一水平面上、以石油井架在該水平面上的截面形心為坐標原點O，在該坐標原點O所在的平行于石油井架待測側面的平面內建立水平設置的Y軸，在該Y軸所處的水平面內建立過坐標原點O并垂直于該Y軸的X軸；坐標原點O、Y軸和X軸形成XOY平面，過坐標原點O建立垂直于該XOY平面的Z軸，建立全局三維坐標系XYZ，然后，在垂直于待測側面的X軸上取點F作為測量點，則點F在全局三維坐標系XYZ中的坐標為(X_F，0，0)；以點F為原點，建立以F點為原點的三個坐標軸分別與全局三維坐標系三個坐標軸相平行的局部坐標系X_FY_FZ_F，測得待測面上的待測點在該局部坐標系中的坐標，通過該待測點在局部坐標系中的坐標求得該待測點在在全局三維坐標系中的坐標。

所述待測點的確定原則：在待測側面上選取的待測點至少應選石油井架的上端點、下端點、立柱與斜拉筋相匯點、彎曲變形明顯的部位，在相鄰兩個待測側面上相應部位選取的待測點應位于同一水平面內。

所述步驟7采用有限元軟件ANSYS對石油井架進行穩定性分析，屈曲分析的基本步驟：

1)定義材料的屬性，在步驟1已建立材料數據庫基礎上，只需輸入材料數據庫即可；

2)定義單元實常數，在步驟2已建立型鋼截面數據庫基礎上，只需輸入型鋼截面數據庫即可；

3)建立幾何模型，導入步驟6所重構的3D石油井架模型完成分析所需的幾何模型；