修井机井架承载能力及结构强度评估方法研究

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海洋钻修井机是保障海洋石油正常生产的重要装备,而井架是修井机起升设备的重要组成部分之一,在海洋平台作业中使用频繁,其杆件多,受力情况复杂,在使用中造成的各种损伤缺陷对其承载能力造成了影响,使其承载能力低于原设计值,故对在役井架的强度研究对保证井架服役期间的安全性有重要意义。对井架结构损伤规律的总结是很有现实意义的,将各种影响井架结构的因素纳入到数学分析模型中,借助数学分析模型,实现对井架结构损伤的综合评估与预测效果,未雨绸缪,进而提升井架结构的稳定性与使用寿命。通过对井架结构的损伤进行分析,得出井架结构腐蚀是在役井架面临的主要损伤问题,锈蚀导致的截面有限面积减少可通过井架杆件厚度得以体现。相较于其他损伤形式,井架截面锈蚀导致的杆件厚度变化能够被直接测量,也易于得出规律。
  井架强度评估常用的方法有应力测试法和有限元法,单独采用其中某一方法所得结果与井架实际工作状态有出入,存在较大误差。鉴于此,采用超声波测厚得到井架实际几何参数,提高有限元模型准确度,用此模型评估井架强度,随后对该井架进行应力测试并拟合测试结果,结合有限元分析及现场应力测试数据进行对比分析,对在役JJ180/33-K型井架的整体强度进行了分析和评估。通过调研同一海域不同服役年限的JJ180/33-K型井架测厚数据,采用回归分析得到了井架结构一定时间长度内的腐蚀规律,论文主要完成了如下工作:
  (1)以有限元法作为井架结构评估的基本数值模拟方法,利用ANSYS大型有限元分析软件建立了在役JJ180/33-K型井架理论模型。通过几何测量、超声波测厚、磁粉探伤等手段获得井架实际几何参数,并据此修正井架理论模型,分析确定井架工作中所受载荷,然后对其在10种典型工况下进行静力学分析,从强度方面对现有井架的承载能力进行研究。
  (2)根据相关规范,对井架进行现场应力应变测试,对测试数据进行分析后通过线性外推得到井架在极限载荷下的承载能力。将有限元分析结果与应力测试结果对比,将分析得出的定性结果进行验证。
  (3)对同一海域不同服役年限的井架测厚数据进行了调研,总结出井架构件腐蚀的规律,为井架服役周期内预估其构件几何尺寸实际参数,对井架进行有限元建模分析提供一定理论依据。
  (4)论文最后对工作内容及研究的成果进行概括性的总结,希望通过本论文的研究能够为海洋钻修井架的安全评定提供可行的技术手段与方法,并对井架结构强度的检测、评定和运行维护等相关课题的深入研究和探讨提供有价值的参考。
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