绷绳对石油钻机井架力学性能的影响分析

2 0 1 1年 第 3 9卷 第 8期 石 油 机 械 C H I N A P E T R0 L E U M MA C H l N E R Y 一 2 1 一 设计计算 绷 绳对 石 油钻 机 井架 力 学性 能 的 影 响分 析 赖永 星 陈金 刚 王玉合 ( 郑 , r l 1 大学工程 力学 系) 摘 要 为 了研 究 绷绳 对石 油钻 机 井架 力 学性 能 的影 响 ，采 用 有 限元 方 法 对 井架 进 行 离散 ，主 弦杆 和斜 横撑 杆分 别 采用 2种 单元 截面 形状 的空 间梁单 元 模 拟 ，绷 绳采 用 具 有 双 线 性 刚度 矩 阵特 性的单轴 向受拉或受压杆单元模拟，建立 了井架精细有限元模型。分析结果认为 ，在地震载荷作 用下加 l 层绷绳石油钻机井架动位移和动应力比无绷绳井架有大幅度减 小，减小率分别为 2 5 ． 1 ％ 和 1 9 ． 5 ％ ，但衰减缓慢；加 2层绷绳石油钻机井架动位移和动应力 比加 1 层绷绳井架减小幅度更 大 ，且衰减迅速。最后指 出，今后在井架设计时应考虑绷绳对井架的力学作用。 关键 词 石 油钻 机 井架 绷 绳 有 限元 动特 性 0 引 言 井架对 保证石油钻机 的正常工作是非常 重要 的，在工作 中不仅承受重载荷 ，而且工况复杂 ，一 旦失效 ，将 产 生 严 重 后 果 ⋯ 。 因 此 ，井 架 的 动 力 性 能 已越来 越 引起生 产 厂家 和油 田的关 注 。随着 有 限元法在计算机上进行计算分析技术 的迅速发展 ， 对像石油钻机井架这样的大型复杂工程结构进行精 细分析已成为可能 ，近几年陆续有关于井架研究成 果 的文献 发 表 。这些 研 究成 果从 不 同 角度 推 动 了井架振动分析方法的发展 ，对石油钻机井架力学 性 能 的研 究 作 出 了贡 献 。经过 综 合研 究后 发现 ，这 些文献对石油钻机井架的力学性能和安全性研究主 要是对井架 本身的模态分析及 各种载荷 的响应分 析 ，如地 震 载荷 、风 载荷 I 4 ，而实 际 工程 为 了增 强井架的安全性 ，一般都会在井架周围加上一些绷 绳 ，有关绷绳的研究 目 前仅涉及绷绳本身的力学特 性 J ，而关于绷绳 对井架整 体力学性能 的影 响及 安全性的提高却很少有研究。 笔 者将 采用 有 限元方 法对 该结 构 进行 离散 ，主 弦杆和斜横撑杆分别采用 2 种单元截 面形状的空间 梁单元模拟 ，绷绳采用具有双线性刚度矩阵特性的 单轴 向受 拉或 受压 杆......