[发明专利]一种石油井架承载能力的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工设备安全评定技术领域，涉及一种用于石油井架承载能力的评定方法，具体涉及一种针对存在不同损伤或变形石油井架承载能力的评定，即一种石油井架承载能力的测试方法。

背景技术

石油井架是石油钻机系统的关键设备，主要功能是起升和下放钻杆，同时兼有安放天车、悬挂游车、大钩、水龙头等功能。在起升钻杆时石油井架要承受巨大的冲击载荷，石油井架能否经得住冲击载荷的作用，直接关系着钻机系统的安全运行和职工的人身安全。石油井架在拆装、搬运过程中受诸多因素的影响，井架各构件间会出现不同程度的变形、损伤、锈蚀等缺陷。另外石油井架在长期的拆装过程中，构件各连接部位会出现较大的间隙及错位变形，使其承载能力低于原设计载荷，上述诸多缺陷导致在用井架的安全负载成为未知数，给钻井作业的安全生产埋下重大隐患。因此，及时检测出在役石油井架的结构损伤，准确预测出在役石油井架的承载能力，对于制定科学合理的井架检测周期、消除石油井架的安全隐患具有重要的意义。

目前，通常采用电阻应变片法对在用石油井架承载能力进行预测，即在井架表面粘贴应变片，通过施加载荷、测量电流的变化来确定其工作应力。然后依据标准SY/T 6326《石油钻机和修井机井架、底座承载能力检测评定方法》评定其承载性能。由于石油井架长年暴露在野外，工作环境恶劣，电阻应变片法受雨雪、风沙的影响较大。尤其是在严寒季节受气温的影响，应变片粘贴不牢固给应力测试带来极大的误差和不确定性。另外，这种测试方法的抗干扰能力较差，容易受周围工作电机放电和工频交流磁场的干扰等，当干扰信号比被测信号强时，测试工作就会彻底失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油井架承载能力的测试方法，以解决现有的石油井架承载能力的测试方法存在的抗干扰能力较差，承载能力测试准确性差和易受外界因素的影响等技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案，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。

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。

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。

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。

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；