[发明专利]一种石油井架承载能力的测试方法

权利要求书

1.一种石油井架承载能力的测试方法，其特征在于，该测试方法具体按以下步骤进行：

步骤1：建立构成石油井架主体的结构的材料性能数据库；

步骤2：建立构成石油井架主体的结构的截面数据库；

步骤3：以需测试的石油井架的主体结构设计图为蓝本，建立该石油井架主体结构的3D模型；

步骤4：对步骤3中需测试的石油井架进行宏观检验；

步骤5：对步骤4宏观检查后的石油井架进行精确测量；

步骤6：在对需测试的石油井架进行步骤4宏观检验和步骤5精确测量的基础上，对步骤3建立的需测试的石油井架的3D模型进行修正，修正后的3D模型即为基于原形的石油井架模型；

步骤7：基于步骤6得到的石油井架模型，采用有限元软件ANSYS对石油井架的承载能力进行评定。

2.根据权利要求1所述的一种石油井架承载能力的测试方法，，其特征在于，所述步骤3中石油井架主体结构的3D模型的建立：首先，根据石油井架端点坐标建立节点，再从步骤2建立的石油井架主体的结构的截面数据库中选择相应的截面，然后通过对节点连线的方法建立相应结构的拉伸路径，完成对石油井架主体的结构的3D模型的建立。

3.根据权利要求1所述的一种石油井架承载能力的测试方法，其特征在于，所述步骤5中精确测量时，首先在任一水平面上、以石油井架在该水平面上的截面形心为坐标原点O，在该坐标原点O所在的平行于石油井架待测侧面的平面内建立水平设置的Y轴，在该Y轴所处的水平面内建立过坐标原点O并垂直于该Y轴的X轴；坐标原点O、Y轴和X轴形成XOY平面，过坐标原点O建立垂直于该XOY平面的Z轴，建立全局三维坐标系XYZ，然后，在垂直于待测侧面的X轴上取点F作为测量点，则点F在全局三维坐标系XYZ中的坐标为(X_F，0，0)；以点F为原点，建立以F点为原点的三个坐标轴分别与全局三维坐标系三个坐标轴相平行的局部坐标系X_FY_FZ_F，测得待测面上的待测点在该局部坐标系中的坐标，通过该待测点在局部坐标系中的坐标求得该待测点在在全局三维坐标系中的坐标。

4.根据权利要求3所述的一种石油井架承载能力的测试方法，其特征在于，所述待测点的确定原则：在待测侧面上选取的待测点至少应选石油井架的上端点、下端点、立柱与斜拉筋相汇点、弯曲变形明显的部位，在相邻两个待测侧面上相应部位选取的待测点应位于同一水平面内。

5.根据权利要求1所述的一种石油井架承载能力的测试方法，其特征在于，所述步骤7采用有限元软件ANSYS对石油井架进行稳定性分析，屈曲分析的基本步骤：

1)定义材料的属性，在步骤1已建立材料数据库基础上，只需输入材料数据库即可；

2)定义单元实常数，在步骤2已建立型钢截面数据库基础上，只需输入型钢截面数据库即可；

3)建立几何模型，导入步骤6所重构的3D石油井架模型完成分析所需的几何模型；

4)选择单元类型及单元号、划分网格，在线模型基础上，根据构件的性质选用合适的单元，大腿、立柱、横梁、选用梁单元，斜拉筋选用杆单元，单元选择完毕即可对构件划分网格；

5)边界条件约束，首先约束大腿脚部所有方向的自由度，其次约束人字架连接点水平方向的自由度，激活预应力影响PSTRES，然后在井架顶部施加单位载荷，通过屈曲分析即可计算出特征值；

6)进入ANSYS求解器求解静力解；

7)选择屈曲分析的类型和分析选项；

8)再次进入ANSYS求解器，获得特征值屈曲解，由于静态分析中施加的载荷为单位载荷，因而其结果即为屈曲载荷；

9)打开大变形效应开关；

10)施加载荷增量，非线性屈曲分析的基本方法是逐步地施加一个恒定的载荷增量.一直到求解开始发散为止，当到达期望的临界屈曲载荷值时，应该确保使用足够精细的载荷增量；如果载荷增量太大，将不能得到精确的屈曲载荷预测值；

11)自动时间步长，当自动时间步长选项打开时，程序将自动地寻找出屈曲载荷；

12)施加初始扰动，在上述8)步骤预先进行了特征值分析，该特征值屈曲载荷为预期的线性载荷的上限；另外特征矢量屈曲形状可以作为施加初始缺陷或扰动载荷的根据；

13)再次进入ANSYS求解器求解，然后进入后处理查看结果，该结果包含了石油井架的强度、刚度及稳定性分析数据；

14)通过上述分析即可预测出石油井架的承载能力。