深水钻机K型井架稳定性数值模拟研究

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2015.10.31.30

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2017, Vol. 39 ›› Issue (3): 158-164.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2015.10.31.30

深水钻机K型井架稳定性数值模拟研究

赵广慧¹, 刘丹丹¹, 王维旭², 刘静², 赵博²

1. 西南石油大学机电工程学院, 四川成都 610500;
2. 中国石油宝鸡石油机械有限责任公司, 陕西宝鸡 721002

收稿日期:2015-10-31 出版日期:2017-06-01 发布日期:2017-06-01
通讯作者: 赵广慧,E-mail:wy_zgh@126.com
作者简介:赵广慧,1971年生,女,河北石家庄人,教授,博士后,主要从事与石油天然气装备相关的工程力学、非线性动力学、断裂力学和流体力学方面的研究。E-mail:wy_zgh@126.com;刘丹丹,1989年生,女,河北任丘人,硕士研究生,主要从事石油矿场机械的力学性能研究。E-mail:719209472@qq.com;王维旭,1978年生,男,青海乐都人,高级工程师,硕士,主要从事钻机及其相关产品的设计开发工作。E-mail:qhwangweixu@126.com;刘静,1984年生,女,陕西凤翔人,助理工程师,主要从事钻机及其相关产品的设计开发工作。E-mail:liujing3344241@163.com;赵博,1988年生,男,山东曹县人,助理工程师,主要从事钻机及其相关产品的设计开发工作。E-mail:13772709343@163.com
基金资助:
国家863项目（2012AA09A203-01）

Numerical Simulation Study on the Stability of K-type Derrick for Deep-water Drilling Rigs

ZHAO Guanghui¹, LIU Dandan¹, WANG Weixu², LIU Jing², ZHAO Bo²

1. School of Mechanical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. Baoji Oilfield Machinery Co. Ltd., CNPC, Baoji, Shaanxi 721002, China

Received:2015-10-31 Online:2017-06-01 Published:2017-06-01

摘要/Abstract

摘要： 针对K型井架整体防护性较弱、在恶劣的海洋环境下可能发生失稳的问题，以南海某深水半潜式平台在作业工况下的运动响应为背景，对浮式平台配套的K型井架进行了稳定性研究。平台动边界对井架产生的动载荷等效为惯性力施加在井架上，同时考虑海洋风载、平台倾斜使井架受到的重力横向分量以及平台升沉引起的附加动载荷，利用有限元模型计算了井架的受力状态和整体稳定性；研究了各杆件在轴力和双向弯矩下的局部稳定性；将前大腿等效为弹性支撑梁，在轴向压力作用下进行了屈曲分析；对比了该井架用于陆地钻井的稳定性质。结果表明，海洋环境载荷使K型井架的稳定性有较大程度降低，但仍满足该工况的稳定性要求。

关键词: K型井架, 稳定性, 浮式平台, 陆地钻机, 前大腿

Abstract: To address the overall weak protection of a K-type derrick and its potential instability in a severe marine environment, taking the motion responses of a deep-water semi-submersible drilling platform under operation regimes in South China Sea as the research setting, a study was thus carried out on the stability of a K-type derrick that is associated with floating drilling platforms. The dynamic load induced by the dynamic boundary of the platform is exerted on the derrick, which can be equivalent to the inertia force that is applied to the derrick. The transverse component of the gravity imposed on the derrick that is attributed to oceanic wind loads and the tilting of the platform as well as additional dynamic loads induced by heaving motions of the platform was considered. This was essential for computing the force-bearing states and overall stability of the derrick using a finite element. The local stability of various member bars under axial forces and biaxial bending moments was investigated. Further, the front legs of the derrick are equivalent to elastic support beams, and buckling analyses were conducted under the influence of axial compressive forces. Further, the stability properties of this drilling derrick used for land rigs were compared. Results demonstrated that ocean environmental loads decrease the stability of K-type derrick considerably; however, the stability requirement for the above-mentioned operation regimes is still satisfied.

Key words: K-type derrick, stability, floating drilling platform, land rig, front leg

中图分类号:

TE52

赵广慧, 刘丹丹, 王维旭, 刘静, 赵博. 深水钻机K型井架稳定性数值模拟研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(3): 158-164.

ZHAO Guanghui, LIU Dandan, WANG Weixu, LIU Jing, ZHAO Bo. Numerical Simulation Study on the Stability of K-type Derrick for Deep-water Drilling Rigs[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(3): 158-164.

0
/ / 推荐

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/10.11885/j.issn.1674-5086.2015.10.31.30

http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/Y2017/V39/I3/158

参考文献

[1] 陈青,李晓斌. 海洋半潜式平台将首次采用K型井架[J]. 石油机械,2012,40(4):99.
[2] BONAB A P, HASHEMI B H, HOSSEINI M. Experimental evaluation of the elastic buckling and compressive capacity of laced columns[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2013, 86(86): 66-73. doi: 10.1016/j.jcsr.2013.-03.014
[3] HASHEMI B H, JAFARI M A. Experimental evaluation of elastic critical load in batten columns[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2009, 65(1): 125-131. doi: 10.-1016/j.jcsr.2008.02.016
[4] 张耀烨. 杆系结构稳定分析[D]. 大连:大连理工大学, 2013. ZHANG Yaoye. Stability analysis of truss structure[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2013.
[5] 夏志斌,姚谏. 钢结构原理与设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2004. XIA Zhibin, YAO Jian. Steel structures behavior and design[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2004.
[6] 全国起重机械标准化技术委员会. GB/T38112008起重机设计规范[S]. 北京:中国标准出版社,2008.
[7] 北京钢铁设计研究总院. GB500172003钢结构设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2003.
[8] 王佳. 具有主副臂结构的起重机格构式臂架整体稳定性研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006. WANG Jia. Research on the overall stability of crane's lattice jib with main and vice-jib structure[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2006.
[9] 孟丽霞. 具有变截面臂架的格构式起重机结构计算分析方法研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2008. MENG Lixia. The study on structural calculation and analysis method of lattice-type crane with variable crosssection boom[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2008.
[10] 邓科. 梭形变截面轴心受压柱的稳定性能与设计方法研究[D]. 北京:清华大学,2005. DENG Ke. Studies on stability behaviour and design method of shuttle-shaped axially loaded column[D]. Beijing: Tsinghua University, 2005.
[11] AGHOURY M A E, SALEM A H, HANNA M T, et al. Experimental investigation for the behaviour of battened beam-columns composed of four equal slender angles[J]. Thin-Walled Structures, 2010, 48(9): 669-683. doi: 10.-1016/j.tws.2010.03.007
[12] 蒋丽忠,周旺保,伍震宇,等. 四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析[J]. 土木工程学报,2010,43(9):55-62. doi:10.15951/j.tmgcxb.2010.-09.012 JIANG Lizhong, ZHOU Wangbao, WU Zhenyu,et al. Experimental study and theoretical analysis on the ultimate load carrying capacity of four-tube concrete filled steel tubular lattice columns[J]. China Civil Engineering Journal, 2010, 43(9): 55-62. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2010.09.-012
[13] GUO Yanlin, WANG Jie. Instability behavior and application of prismatic multi-tube latticed steel column[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2009, 65(1): 12-22. doi: 10.1016/j.jcsr.2008.03.011
[14] 邹龙庆,付海龙,任国友. JJ160/41-K型井架有限元分析与承载能力研究[J]. 石油矿场机械,2004,33(6): 33-35. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2004.06.008 ZOU Longqing, FU Hailong, REN Guoyou. Analysis of finite element and research of load capacity of JJ160/ 41-K type derrick[J]. Oil Field Equipment, 2004, 33(6): 33-35. doi: 10.3969/j.issn.1001-3482.2004.06.008
[15] 祝娟,邹龙庆,冷建成. JJ160/41-K型钻井井架非线性稳定性分析[J]. 石油矿场机械,2008,37(3):45-48. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2008.03.012 ZHU Juan, ZOU Longqing, LENG Jiancheng. Nonlinear stability analysis of JJ160/ 41-K type oil derrick[J]. Oil Field Equipment, 2008, 37(3): 45-48. doi: 10.3969/j.issn.-1001-3482.2008.03.012
[16] 潘娜娜. JJ170型钻机井架的整体结构稳定性分析方法[D]. 兰州:兰州理工大学,2013. PAN Nana. The stability analysis method of overall structure of JJ170 type derrick[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2013.
[17] 王纪海. 石油钻机井架弹性及弹塑性的稳定性分析研究[D]. 西安:西安建筑科技大学,2005. WANG Jihai. Research on elastic and elastic-plastic stability of the oil derrick[D]. Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology, 2005.
[18] 汪尚兵,王斌. 基于ANSYS分析的海洋K型修井机井架稳定性的分析[J]. 科技传播,2011,16:94-95.
[19] 陈如恒,沈家俊. 钻井机械的设计计算[M]. 北京:石油工业出版社,1995.
[20] 马宏伟,吴斌. 弹性动力学及其数值方法[M]. 北京:中国建材工业出版社,2000.
[21] 郑伯芳,陈立民,韩秀清, 等. Ⅱ型井架前大腿的稳定性分析[J]. 石油矿场机械,1985,14(5):3641. ZHENG Bofang, CHEN Limin, HAN Xiuqing, et al. Analysis of stability for the front legs of the Π-type Mast[J]. Oil Field Equipment, 1985, 14(5): 36-41.
[22] 张学鸿,刘巨保,王惠德. 3200 m钻机前开口井架整体稳定性分析[J]. 石油机械,1990,18(5):1-3,28. doi: 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.1990.05.001 ZHANG Xuehong, LIU Jubao, WANG Huide. Integral stability analysis of open-front derricks[J]. China Petroleum Machinery, 1990,18(5): 1-3, 28. doi: 10.16082/j.-cnki.issn.1001-4578.1990.05.001

深水钻机K型井架稳定性数值模拟研究

Numerical Simulation Study on the Stability of K-type Derrick for Deep-water Drilling Rigs

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	刘广孚, 周凯迪, 朱赫, 冯连雷, 姚爱军. 基于平移窗信号自相关分析的振动稳定性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(4): 166-174.
[2]	井岗, 何俊, 陈加松, 杨林, 李建君. 金坛盐穴储气库上限压力提高试验[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(6): 77-84.
[3]	井岗, 李龙, 巴金红, 刘涛, 陈加松. 实时微地震监测金坛盐穴储气库稳定性[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(5): 140-146.
[4]	周炜, 张建东, 唐永亮, 柴小颖, 周燕. 顶部注气重力驱技术在底水油藏应用探讨[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(6): 92-100.
[5]	赵广慧, 梁政, 李毅平, 蒋发光, 叶哲伟. 海洋浮式平台钻机井架动态响应的试验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(4): 159-167.
[6]	祝仰文. 微支化微交联聚丙烯酰胺的合成及性能研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(2): 179-184.
[7]	姜林1，2，薄冬梅1，洪峰1，2，郝加庆1，2，樊阳1，2，3. 油气二次运移通道稳定性及其成因机制[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(3): 54-58.
[8]	赖南君1，2，彭琴1，叶仲斌1，2，宋晓慧1，闻一平1. 重质组分对稠油乳状液稳定性的影响[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(1): 145-149.
[9]	肖建英;刘小华;李永涛. 非定常对流扩散方程的高阶差分格式[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2012, 34(3): 145-149.
[10]	叶仲斌;程亮;向问陶;刘义刚;李纪晖. 稠油胶质特性及其对沥青质吸附行为研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2010, 32(6): 147-154.
[11]	吕鑫. 采出污水配制聚合物溶液的影响因素研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2010, 32(3): 162-166.
[12]	朱才朝宋朝省王清峰;. 井筒中钻柱系统非线性螺旋屈曲稳定性分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2010, 32(2): 159-163.
[13]	陈绪清;胡守志 . 油溶性暂堵剂YRC-1的性能及应用研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2009, 31(5): 139-142.
[14]	杜增利;徐峰刘文革姜庆国. 相位移法高频补偿稳定性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2009, 31(4): 31-34.
[15]	王厉强王洪辉涂建华夏丽陈杰. 单斜稠油油藏蒸汽驱流体界面稳定性分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2009, 31(4): 95-98.