油田在役石油井架安全检测及评价技术

秦虹

摘 要：文章从石油井架风险入手，浅析了石油钻机井架的模型，进而以JJ160/41-K型井架举例，开展了具体的现场安全检测及评价工作。结果已表明，鉴于有限元理论构建的石油井架安全检测及评价技术，可以符合目前石油勘察中对于役石油钻机井架进行安全性评价的需求。

关键词：石油井架；安全检测；有限元分析；安全评价

在石油井架作业的时候，往往会存在风灾的现象，具有一定的危险性及复杂性。由于石油井架风险比较大，容易给石油正常生产构成很多的隐患。因为石油钻机井架的环境较恶劣，当风暴来临如果井架的抗风设计不合理，容易致使井架倾倒，从而因井架倒塌或者被刮倒，给施工技术人员的生命及財产带来了严重的威胁，所以说，我们有必要研究役石油井架的安全检测及评价技术，确保石油安全生产。

1 模型简化分析

在石油装置系统中，石油役钻机井架作为重要性设备，当前广泛运用于我国石油生产作业中，一般适用于野外较复杂的条件下。经过长时间使用，役钻机井架的构件可能会发生变形、腐蚀以及损坏，这样影响到役钻机井架原设置的承载力，在钻井作业工作中存在一定的安全风险事故。

1.1结构简化模型

大庆钻技机修企业研发了一款符合现代石油钻井作业需求的K型号井架，即是JJ160/41-K型井架，结构是前开口井架，即前扇处于敞开的状态，则截面属于Π形状空间桁架结构，在两侧分片或者是焊接成不同的干段，井架的背面是桁架杆。每一段以及每一个构件，它们相互间通过销子或者是螺栓进行连接，在下段后方利用人字架起放，同时保证井架的前后具有稳定性。经现场实践说明，这类型井架具有良好的性能，较强的承载力，与同类役钻机井架相比，承载力有显著的优势，符合XXX地区1500米～至2500米，深层井钻井工作的需求。役钻机井架的基础性构件，选择钢材16Mn，主大腿截面是方箱型。

1.2荷载分析

役石油钻机井架，无论在运移程序作业、安装程序作业，还是钻井施工作业都在承受着不同的荷载力。此外，役石油钻机井架所承受荷载，通常受到环境因素的影响，加之钻井工艺流程较复杂，促使役钻机井架，有时所承受荷载缺乏较强的确定性。为此科学合理地检测役钻机井架承受的荷载，不管竖向的荷载，或者横向的风载，在探析役井架结构存在风振性起到一定的作用。

2 安全检测及评定的根据

2.1有限元分析及检测的原理

经研究表明，针对役井架结构分析而言，施工技术人员要想获得符合要求的数据，有必要选择数值模拟技术。通过结合弹性力学相关三个平衡点方程，开展有限元分析推导，从而明确好局部坐标系存在的单元刚度矩阵，经坐标变换方法，转化为整体性坐标系存在的单元刚度矩阵，最终利用矩阵组成原理，构成总体刚度矩阵，进一步得出节点的位移值。

2.2安全检测与评定程序

役钻机井架测试及评定要求根据如下几个流程开展，分别是井架外观检测、井架静载测试、井架动载测验以及计算机仿真检查，全面地评定役井架是否会变形、是否有缺陷、是否承载力和稳定性良好。具体表现在：检测役井架外观：运用电子经纬仪以及超声测厚仪等设备检查井架的构件、与构件连接处、整个役井架、井架基础等方面，有没有发生变形、出现损伤以及缺陷等状况，以此了解役井架结构的详细情况。井架静载测试：通过安装在井架立柱上的应变计进行井架钩载加载试验，测量井架结构的变形和受力，从而判断井架实际刚度、强度和稳定性能。井架动载试验：通过应变计安装于井架的立柱上，利用它可以实施役井架钩载加载过测试，获得役井架结构具有的动应力，继而判定役钻机井架的动强度，还有动力稳定性。计算机仿真检查：经过在计算机上进行创建井架数值模型，进一步进行计算机仿真检查，取得役井架处于给定条件下，相关的应力以及位移，依据判定条件来评测石油役钻机井架的安全性及承载力。

3 安全检测及评价的案例

3.1 安全检测案例

对于xxx油田井下1567井队，通过用JJ160/41-K型井架开展了施工现场检测。检测的地点在xxx油田杏3-310-24井。一般需要的检测仪器及设备包含了，一是BJ115- 10AA应变计、二是YE 3818应变放大器、三是INV 306数字收集记录整理系统，同时应用DASP 6.53软件包，对于所获得数据进行深入地分析。

3.2 计算机数字模拟

在役井架检测钩载是313.7kN的时候，役井架的数字模拟划分为两层，即第一层A號、B号、C号、D号的立柱应力平均值，依次A是- 23.20MPa、B是- 19.21MPa、C是- 23.76MPa、D是- 18.13MPa；那么第二层A号、B号、C号、D号的立柱应力平均值，依次A是- 31.59MPa、B是- 23.21MPa、C是- 10.53MPa、D是- 19.11MPa。另外在役井架测试钩载是1568.7kN的时候，役井架的数字模拟同样划分为两层，即第一层A号、B号、C号、D号的立柱应力平均值，依次A是 -116.1MPa、B是- 96.11MPa、C是- 118.9MPa、D是- 90.71MPa；那么第二层A号、B号、C号、D号的立柱应力平均值，依次A是- 158.1MPa、B是- 116.1MPa、C是- 52.71MPa、D是- 95.62MPa。

4 结论

综上所述，石油井架具有一定的风险性，通过构建石油役钻机井架的模型，选用JJ160/41-K型井架，加强实际现场安全检测及评价工作，从而得出了该役井架安全检测及评价技术，达到了当前石油勘查工作的需求。

参考文献：

[1]梁国安，王步顺.基于风险评价的老旧电梯安全检测评价技术研究[J].机械制造与自动化，2013（03）：71-73.