油田在役石油井架安全檢測及評價技術(shù)

秦虹

摘 要：文章從石油井架風(fēng)險入手，淺析了石油鉆機井架的模型，進而以JJ160/41-K型井架舉例，開展了具體的現(xiàn)場安全檢測及評價工作。結(jié)果已表明，鑒于有限元理論構(gòu)建的石油井架安全檢測及評價技術(shù)，可以符合目前石油勘察中對于役石油鉆機井架進行安全性評價的需求。

關(guān)鍵詞：石油井架；安全檢測；有限元分析；安全評價

在石油井架作業(yè)的時候，往往會存在風(fēng)災(zāi)的現(xiàn)象，具有一定的危險性及復(fù)雜性。由于石油井架風(fēng)險比較大，容易給石油正常生產(chǎn)構(gòu)成很多的隱患。因為石油鉆機井架的環(huán)境較惡劣，當(dāng)風(fēng)暴來臨如果井架的抗風(fēng)設(shè)計不合理，容易致使井架傾倒，從而因井架倒塌或者被刮倒，給施工技術(shù)人員的生命及財產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的威脅，所以說，我們有必要研究役石油井架的安全檢測及評價技術(shù)，確保石油安全生產(chǎn)。

1 模型簡化分析

在石油裝置系統(tǒng)中，石油役鉆機井架作為重要性設(shè)備，當(dāng)前廣泛運用于我國石油生產(chǎn)作業(yè)中，一般適用于野外較復(fù)雜的條件下。經(jīng)過長時間使用，役鉆機井架的構(gòu)件可能會發(fā)生變形、腐蝕以及損壞，這樣影響到役鉆機井架原設(shè)置的承載力，在鉆井作業(yè)工作中存在一定的安全風(fēng)險事故。

1.1結(jié)構(gòu)簡化模型

大慶鉆技機修企業(yè)研發(fā)了一款符合現(xiàn)代石油鉆井作業(yè)需求的K型號井架，即是JJ160/41-K型井架，結(jié)構(gòu)是前開口井架，即前扇處于敞開的狀態(tài)，則截面屬于Π形狀空間桁架結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)分片或者是焊接成不同的干段，井架的背面是桁架桿。每一段以及每一個構(gòu)件，它們相互間通過銷子或者是螺栓進行連接，在下段后方利用人字架起放，同時保證井架的前后具有穩(wěn)定性。經(jīng)現(xiàn)場實踐說明，這類型井架具有良好的性能，較強的承載力，與同類役鉆機井架相比，承載力有顯著的優(yōu)勢，符合XXX地區(qū)1500米～至2500米，深層井鉆井工作的需求。役鉆機井架的基礎(chǔ)性構(gòu)件，選擇鋼材16Mn，主大腿截面是方箱型。

1.2荷載分析

役石油鉆機井架，無論在運移程序作業(yè)、安裝程序作業(yè)，還是鉆井施工作業(yè)都在承受著不同的荷載力。此外，役石油鉆機井架所承受荷載，通常受到環(huán)境因素的影響，加之鉆井工藝流程較復(fù)雜，促使役鉆機井架，有時所承受荷載缺乏較強的確定性。為此科學(xué)合理地檢測役鉆機井架承受的荷載，不管豎向的荷載，或者橫向的風(fēng)載，在探析役井架結(jié)構(gòu)存在風(fēng)振性起到一定的作用。

2 安全檢測及評定的根據(jù)

2.1有限元分析及檢測的原理

經(jīng)研究表明，針對役井架結(jié)構(gòu)分析而言，施工技術(shù)人員要想獲得符合要求的數(shù)據(jù)，有必要選擇數(shù)值模擬技術(shù)。通過結(jié)合彈性力學(xué)相關(guān)三個平衡點方程，開展有限元分析推導(dǎo)，從而明確好局部坐標(biāo)系存在的單元剛度矩陣，經(jīng)坐標(biāo)變換方法，轉(zhuǎn)化為整體性坐標(biāo)系存在的單元剛度矩陣，最終利用矩陣組成原理，構(gòu)成總體剛度矩陣，進一步得出節(jié)點的位移值。

2.2安全檢測與評定程序

役鉆機井架測試及評定要求根據(jù)如下幾個流程開展，分別是井架外觀檢測、井架靜載測試、井架動載測驗以及計算機仿真檢查，全面地評定役井架是否會變形、是否有缺陷、是否承載力和穩(wěn)定性良好。具體表現(xiàn)在：檢測役井架外觀：運用電子經(jīng)緯儀以及超聲測厚儀等設(shè)備檢查井架的構(gòu)件、與構(gòu)件連接處、整個役井架、井架基礎(chǔ)等方面，有沒有發(fā)生變形、出現(xiàn)損傷以及缺陷等狀況，以此了解役井架結(jié)構(gòu)的詳細情況。井架靜載測試：通過安裝在井架立柱上的應(yīng)變計進行井架鉤載加載試驗，測量井架結(jié)構(gòu)的變形和受力，從而判斷井架實際剛度、強度和穩(wěn)定性能。井架動載試驗：通過應(yīng)變計安裝于井架的立柱上，利用它可以實施役井架鉤載加載過測試，獲得役井架結(jié)構(gòu)具有的動應(yīng)力，繼而判定役鉆機井架的動強度，還有動力穩(wěn)定性。計算機仿真檢查：經(jīng)過在計算機上進行創(chuàng)建井架數(shù)值模型，進一步進行計算機仿真檢查，取得役井架處于給定條件下，相關(guān)的應(yīng)力以及位移，依據(jù)判定條件來評測石油役鉆機井架的安全性及承載力。

3 安全檢測及評價的案例

3.1 安全檢測案例

對于xxx油田井下1567井隊，通過用JJ160/41-K型井架開展了施工現(xiàn)場檢測。檢測的地點在xxx油田杏3-310-24井。一般需要的檢測儀器及設(shè)備包含了，一是BJ115- 10AA應(yīng)變計、二是YE 3818應(yīng)變放大器、三是INV 306數(shù)字收集記錄整理系統(tǒng)，同時應(yīng)用DASP 6.53軟件包，對于所獲得數(shù)據(jù)進行深入地分析。

3.2 計算機數(shù)字模擬

在役井架檢測鉤載是313.7kN的時候，役井架的數(shù)字模擬劃分為兩層，即第一層A號、B號、C號、D號的立柱應(yīng)力平均值，依次A是- 23.20MPa、B是- 19.21MPa、C是- 23.76MPa、D是- 18.13MPa；那么第二層A號、B號、C號、D號的立柱應(yīng)力平均值，依次A是- 31.59MPa、B是- 23.21MPa、C是- 10.53MPa、D是- 19.11MPa。另外在役井架測試鉤載是1568.7kN的時候，役井架的數(shù)字模擬同樣劃分為兩層，即第一層A號、B號、C號、D號的立柱應(yīng)力平均值，依次A是 -116.1MPa、B是- 96.11MPa、C是- 118.9MPa、D是- 90.71MPa；那么第二層A號、B號、C號、D號的立柱應(yīng)力平均值，依次A是- 158.1MPa、B是- 116.1MPa、C是- 52.71MPa、D是- 95.62MPa。

4 結(jié)論

綜上所述，石油井架具有一定的風(fēng)險性，通過構(gòu)建石油役鉆機井架的模型，選用JJ160/41-K型井架，加強實際現(xiàn)場安全檢測及評價工作，從而得出了該役井架安全檢測及評價技術(shù)，達到了當(dāng)前石油勘查工作的需求。

參考文獻：

[1]梁國安，王步順.基于風(fēng)險評價的老舊電梯安全檢測評價技術(shù)研究[J].機械制造與自動化，2013（03）：71-73.