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海洋修井机井架力学分析

何霞  
【摘要】: 本文在收集分析国内外有关海洋修井机的设计、分析、计算、使用等资料的基础上,结合渤海油田秦皇岛32-6平台上所使用的国产HYX90型海洋修井机,开展了海洋修井机的力学分析与结构优化。在完成海洋修井机井架静力学分析的基础上首次将模拟的风荷载作用于井架,开展了对海洋修井机动力学分析,计算了海洋修井机井架在飓风等危险工况下修井机井架不同部位的应力、位移和速度时间响应历程。为进一步改进国产海洋修井机的工作性能,优化海洋修井机的结构,提高我国海洋修井机的研发水平提供了理论依据和方法。本论文的研究工作结合勃海油田的生产实际需要,也是西南石油学院与渤海油田的横向合作项目“海洋修井机风洞实验方案研究及结构优化”的主要研究工作。本论文结合生产实际主要开展了以下几方面的研究工作: 1.通过国内外海洋修井机方面相关资料的收集,找到了国内外海洋修井机的特点和差距,结合国产海洋修井机的技术现状和勃海油田的生产实际提出具体的研究方案; 2.采用Pro/E软件建立了HYX90型海洋修井机主要部件——井架的三维模型,为进一步开展对海洋修井机的力学分析和优化设计提供基础; 3.本文结合HYX90型海洋修井机井架的结构特性,按随机振动理论计算了井架的风振系数,为井架风荷载的计算提供了理论依据,解决了目前井架的风振系数没有统一标准的问题; 4.根据海洋风载的特性,采用平稳正态随机过程模拟的基本原理模拟了作用于HYX90型海洋修井机井架的风荷载,并给出了可用于井架动力学分析的荷载时程曲线; 5.根据海洋修井机的修井工况,在建立了HYX90型海洋修井机井架有限元分析模型的基础上,结合现场作业环境确定了合理的约束条件和载荷条件,为力学分析的正确性提供理论依据; 6.运用Pro/Mechanica的有限元分析模块对HYX90型海洋修井机井 海洋修井机井架力学分析 架进行了有限元分析计算,得出其在各种工况下的位移和应力,找到了井 架工作的危险部位,检验了井架的静强度,为井架的优化设计提供参考数 据; 7.对HYX90型海洋修井机井架进行了模态分析,计算出其前八阶 固有频率及振型,找到外界激振频率与井架某阶频率接近的频率,从而避 免现场不恰当的操作引起井架共振; 8.将模拟的风荷载作用于井架,分析了海洋修井机井架在飓风工况 下危险部位的应力、位移和速度时间响应历程,为评价该井架的动力特性 提供依据。 本文利用Pro/Mechanica软件完成了国产HYX90型海洋修井机井架 的静强度校核,找到了井架工作的危险部位,并与现场测试数据进行比较, 验证了模型的合理性和结果的正确性。在此基础上,首次提出将模拟的风 荷载作用于海洋修井机井架,对其进行了时域内的振动响应分析,弥补了 井架一直没有进行风振分析的缺陷,对该海洋修井机井架的改进和设计提 供了理论的参考数据,其分析方法和结果对通用石油井架的动力学分析具 有狸论指导意义。


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