修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試研究

1、<p>　　修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試研究</p><p>　　摘要：修井機(jī)底座屬于修井作業(yè)主要工作臺(tái)面，主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)盤(pán)安裝，立根與工具存放等。因修井機(jī)底座是由梁與桿柱構(gòu)成，其底部為四圈封閉框架結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)限制，在修井作業(yè)過(guò)程中無(wú)法避讓抽油機(jī)基礎(chǔ)，進(jìn)行大修作業(yè)必須需要拆除其基礎(chǔ)方可進(jìn)行。為提高大修效率，降低拆除基礎(chǔ)工作量與費(fèi)用，提出修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試研究。應(yīng)用有限元模型對(duì)改造

2、后修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，通過(guò)結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試，保證修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)的有效性及可行性，實(shí)現(xiàn)改造效益。 </p><p>　　關(guān)鍵字：修井機(jī) 底座 設(shè)計(jì)計(jì)算 結(jié)構(gòu)應(yīng)力 測(cè)試 </p><p>　　Abstract：Workover rig base belongs to the workover operation main work table, mainly used in the i

3、nstallation, the vertical root and tool storage etc.. Because of workover rig base is composed of beam and column, the bottom four ring closed frame structure, because of structural constraints, can not avoid the basis o

4、f pumping unit during the workover job, overhaul operations must need to dismantle its bases can be. In order to improve the efficiency of removal of overhaul, reduce the workload an</p><p>　　Keyword：Calcula

5、tion of workover rig base design structure stress test </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TE249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　一、修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)的必要性 </p><p>　　修井機(jī)底座屬于修井作業(yè)重要的工作臺(tái)面，由梁與桿柱構(gòu)成底部封閉式框架結(jié)構(gòu)，以焊接形式構(gòu)為整體。抽油機(jī)基礎(chǔ)距井口距離讓修井機(jī)底

6、座無(wú)法正常擺放時(shí)，只有拆除抽油機(jī)基礎(chǔ)方可進(jìn)行大修作業(yè)。相對(duì)而言，一般大型抽油機(jī)井距井口距離超過(guò)2m時(shí)，可以在不拆除抽油機(jī)與基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢修作業(yè)，但這種形式下修井機(jī)底座只能采取橫向擺放方式。進(jìn)行抽油機(jī)基礎(chǔ)拆除，可能會(huì)損傷一部分基礎(chǔ)，且基礎(chǔ)拆除費(fèi)用較高。不能及時(shí)拆除基礎(chǔ)無(wú)法修復(fù)故障問(wèn)題，對(duì)油田生產(chǎn)活動(dòng)造成影響。為此，提出修井機(jī)在不拆除抽油機(jī)基礎(chǔ)的前提下進(jìn)行抽油機(jī)井大修作業(yè)研究，具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p&

7、gt;　　二、修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)改造 </p><p>　　在研究修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)中，選擇ZT135修井機(jī)底座進(jìn)行改造研究。ZT135修井機(jī)底座立根臺(tái)與鉆臺(tái)屬于分體式結(jié)構(gòu)，通過(guò)銷(xiāo)將兩部分連接構(gòu)成工作平臺(tái)。在結(jié)構(gòu)改造之前，修井機(jī)底部八個(gè)立柱是焊接于底層橫梁之上，底座相對(duì)抽油機(jī)基礎(chǔ)擺放示意圖如下： </p><p>　　圖1：修井機(jī)底座與抽油機(jī)基礎(chǔ)擺放示意圖 </p><

8、p>　　從上圖中可以看出，修井機(jī)底要避讓抽油機(jī)基礎(chǔ)，需要將圖中所標(biāo)注的1-5根橫梁進(jìn)行調(diào)整，為此，將1、2橫梁改造為活動(dòng)可拆卸橫梁，3、4、5橫梁可以直接去掉，通過(guò)橫梁調(diào)整，改變修井機(jī)底部封閉結(jié)構(gòu)。在去除部分橫梁的同時(shí)，需要保證底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，決定在底座減壓鋼板中立柱焊，在兩立柱之間進(jìn)行底部橫梁焊。通過(guò)對(duì)修井機(jī)底座接結(jié)構(gòu)改造，部分框架支撐位置出現(xiàn)變化，減少了底座與地面接觸面積，為保證改造后修井機(jī)底座滿足力學(xué)性能要求，采取有限元分析

9、法進(jìn)行研究。 </p><p>　　三、修井機(jī)底座改造結(jié)構(gòu)有限元分析 </p><p>　?。ㄒ唬?gòu)建有限元分析模型 </p><p>　　在采取有限元分析修井機(jī)底座時(shí)，將修井機(jī)底座附屬結(jié)構(gòu)如支撐臺(tái)面、護(hù)欄與梯子結(jié)構(gòu)去除，主要對(duì)修井機(jī)底座主要承載構(gòu)件進(jìn)行有限元分析。通過(guò)ANSYS有限元軟件將底座結(jié)構(gòu)劃分單元，應(yīng)用PIPE16管單元模擬底座立柱無(wú)縫鋼管，底座除立柱外其

10、他梁多采取不同型號(hào)工字梁，應(yīng)用BEAM189梁?jiǎn)卧M不同型號(hào)工字鋼。為增加修井機(jī)底座與地面接觸面積，焊接鋼板于底座立柱及橫梁之下，由鋼板將修井機(jī)底座荷載及重量傳遞給地基，地基受荷載變化提供足夠反力支撐，有學(xué)者將地地基作為彈簧支撐結(jié)構(gòu)，然而這種研究無(wú)法對(duì)地基整體變形進(jìn)行描述，只能對(duì)底座部分節(jié)點(diǎn)地基下沉量進(jìn)行計(jì)算。為研究地基下沉對(duì)修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)影響，采取底座60cm厚度地基土壤并研究地基整體變形問(wèn)題。在有限元模型應(yīng)用SOLID185實(shí)體單

11、元代替鋼板及地基土。通過(guò)TARGE170模擬鋼板目標(biāo)面，CONTA174模擬地籍土接觸面。構(gòu)建有限元模型如下圖所示： </p><p>　　圖2：修井機(jī)底座改造有限元分析模型 </p><p>　　底座荷載計(jì)算包括立柱荷載、自重荷載與額定荷載等，在計(jì)算過(guò)程中取各種荷載組合最大值。其中立柱荷載為826KN，底座最大額定荷載值為1350KN，底座自重可以通過(guò)軟件進(jìn)行計(jì)算。粘土彈性模量值在1.6

12、-5.9MPa范圍內(nèi)，泊松比取值0.4。 </p><p>　?。ǘ┠Ｐ陀?jì)算結(jié)果 </p><p>　　考慮到修井機(jī)底座材料為16Mn，按照相關(guān)規(guī)定，獲取構(gòu)件最小設(shè)計(jì)安全系數(shù)值為1.67，計(jì)算獲得材料許用應(yīng)力值為207MPa。為滿足修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的要求，對(duì)改造后修井機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，獲得底座鉆臺(tái)立柱可以承受最大應(yīng)力值為200MPa，立根臺(tái)立柱部分最大應(yīng)力值計(jì)算后為67.6MPa，

13、底部結(jié)構(gòu)立柱與橫梁連接位置其應(yīng)力值最大，計(jì)算結(jié)果為185MPa，由此可以看出，修井機(jī)底座在完成結(jié)構(gòu)改造后其強(qiáng)度滿足實(shí)際需求。在有限元研究中發(fā)現(xiàn)，地基土強(qiáng)度對(duì)修井機(jī)底座整體強(qiáng)度不會(huì)產(chǎn)生較大影響，但地基土強(qiáng)度直接影響著結(jié)構(gòu)沉陷量，為此，在作業(yè)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，保證地基強(qiáng)度符合作業(yè)要求。 </p><p>　　四、修井機(jī)底座改造結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試研究 </p><p>　?。ㄒ唬┬蘧畽C(jī)底座改造結(jié)構(gòu)

14、應(yīng)力測(cè)試方法 </p><p>　　按照修井機(jī)底座實(shí)際結(jié)構(gòu)形式，在底座主要的立柱、承載梁等構(gòu)件中設(shè)置應(yīng)變片，通過(guò)人工操作對(duì)底座結(jié)構(gòu)施工一定工作荷載，應(yīng)用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀獲取一定荷載下修井機(jī)底部結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件應(yīng)變值，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，獲取構(gòu)件相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力測(cè)試。 </p><p>　?。ǘ?yīng)力測(cè)試側(cè)點(diǎn)布置 </p><p>　　為保證應(yīng)力測(cè)試效果，需要制定科學(xué)合理的應(yīng)

15、力測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置方案。在測(cè)試中要做到以盡量少的布點(diǎn)對(duì)修井機(jī)底座各構(gòu)件受力狀況全面而真實(shí)的表現(xiàn)出來(lái)。最終確定在底座立柱與轉(zhuǎn)盤(pán)梁測(cè)點(diǎn)共布置32個(gè)測(cè)點(diǎn)。 </p><p>　?。ㄈ?yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu) </p><p>　　在布置測(cè)點(diǎn)后，緩慢施加荷載，根據(jù)測(cè)試曲線可以獲取各個(gè)測(cè)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。當(dāng)施加荷載值為107.8KN時(shí)，修井機(jī)底座轉(zhuǎn)盤(pán)梁最大靜應(yīng)變值為-69.64με，換算后可以獲取其對(duì)應(yīng)最大靜

16、應(yīng)力值為-14.35MPa；在施工荷載的過(guò)程中，立柱相對(duì)最大靜應(yīng)變值為-47.77με，換算后獲得立柱對(duì)應(yīng)最大靜應(yīng)力值為-9.84MPa；在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)其測(cè)試所獲得最大應(yīng)力較之計(jì)算結(jié)果最大應(yīng)力偏小，出現(xiàn)這種問(wèn)題的主要原因?yàn)閼?yīng)變片設(shè)置位置有關(guān)，因修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法將應(yīng)變片設(shè)置于修井機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大位置。在測(cè)試中結(jié)合有限元仿真，通過(guò)綜合分析與研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力低于許用應(yīng)力值，證明修井機(jī)底座改造后其結(jié)構(gòu)安全性符合要求。 </p>

17、<p><b>　　五、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　修井機(jī)底座屬于修井作業(yè)主要的工作基礎(chǔ)面，其底座設(shè)計(jì)為四圈封閉框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式在檢修作業(yè)過(guò)程無(wú)法避讓抽油機(jī)基礎(chǔ)，需要將抽油機(jī)基礎(chǔ)拆除后方可進(jìn)行大修作業(yè)，然而抽油機(jī)基礎(chǔ)拆除作業(yè)成本較高，工作量較大，提出進(jìn)行修井機(jī)底座改造，實(shí)現(xiàn)在不拆除抽油機(jī)基礎(chǔ)的前提下進(jìn)行抽油機(jī)井大修作業(yè)。在本文中，對(duì)修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，并應(yīng)用

18、有限元模型分析法及結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試，對(duì)修井機(jī)底座改造結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及安全性進(jìn)行研究，綜合證明了該改造設(shè)計(jì)方案的可行性及有效性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]祝娟,鄒龍慶,付海龍等.修井機(jī)底座改造設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(36):9953-9956. </p><p>

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