修井機底座改造設計計算及結構應力測試研究

1、<p>　　修井機底座改造設計計算及結構應力測試研究</p><p>　　摘要：修井機底座屬于修井作業(yè)主要工作臺面，主要應用于轉盤安裝，立根與工具存放等。因修井機底座是由梁與桿柱構成，其底部為四圈封閉框架結構，因結構限制，在修井作業(yè)過程中無法避讓抽油機基礎，進行大修作業(yè)必須需要拆除其基礎方可進行。為提高大修效率，降低拆除基礎工作量與費用，提出修井機底座改造設計計算與結構應力測試研究。應用有限元模型對改造

2、后修井機底座結構進行仿真分析，通過結構應力測試，保證修井機底座改造設計的有效性及可行性，實現改造效益。 </p><p>　　關鍵字：修井機 底座 設計計算 結構應力 測試 </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>　　中圖分類號：TE249文獻標識碼：A </p><p>　　一、修井機底座改造設計的必要性 </p><p>　　修井機底座屬于修井作業(yè)重要的工作臺面，由梁與桿柱構成底部封閉式框架結構，以焊接形式構為整體。抽油機基礎距井口距離讓修井機底

6、座無法正常擺放時，只有拆除抽油機基礎方可進行大修作業(yè)。相對而言，一般大型抽油機井距井口距離超過2m時，可以在不拆除抽油機與基礎的基礎上進行檢修作業(yè)，但這種形式下修井機底座只能采取橫向擺放方式。進行抽油機基礎拆除，可能會損傷一部分基礎，且基礎拆除費用較高。不能及時拆除基礎無法修復故障問題，對油田生產活動造成影響。為此，提出修井機在不拆除抽油機基礎的前提下進行抽油機井大修作業(yè)研究，具有著重要的現實意義。 </p><p&

7、gt;　　二、修井機底座結構改造 </p><p>　　在研究修井機底座結構改造設計中，選擇ZT135修井機底座進行改造研究。ZT135修井機底座立根臺與鉆臺屬于分體式結構，通過銷將兩部分連接構成工作平臺。在結構改造之前，修井機底部八個立柱是焊接于底層橫梁之上，底座相對抽油機基礎擺放示意圖如下： </p><p>　　圖1：修井機底座與抽油機基礎擺放示意圖 </p><

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

9、法進行研究。 </p><p>　　三、修井機底座改造結構有限元分析 </p><p>　?。ㄒ唬嫿ㄓ邢拊治瞿Ｐ?</p><p>　　在采取有限元分析修井機底座時，將修井機底座附屬結構如支撐臺面、護欄與梯子結構去除，主要對修井機底座主要承載構件進行有限元分析。通過ANSYS有限元軟件將底座結構劃分單元，應用PIPE16管單元模擬底座立柱無縫鋼管，底座除立柱外其

10、他梁多采取不同型號工字梁，應用BEAM189梁單元模擬不同型號工字鋼。為增加修井機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，有學者將地地基作為彈簧支撐結構，然而這種研究無法對地基整體變形進行描述，只能對底座部分節(jié)點地基下沉量進行計算。為研究地基下沉對修井機底座結構影響，采取底座60cm厚度地基土壤并研究地基整體變形問題。在有限元模型應用SOLID185實體單

11、元代替鋼板及地基土。通過TARGE170模擬鋼板目標面，CONTA174模擬地籍土接觸面。構建有限元模型如下圖所示： </p><p>　　圖2：修井機底座改造有限元分析模型 </p><p>　　底座荷載計算包括立柱荷載、自重荷載與額定荷載等，在計算過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，底座自重可以通過軟件進行計算。粘土彈性模量值在1.6

12、-5.9MPa范圍內，泊松比取值0.4。 </p><p>　?。ǘ┠Ｐ陀嬎憬Y果 </p><p>　　考慮到修井機底座材料為16Mn，按照相關規(guī)定，獲取構件最小設計安全系數值為1.67，計算獲得材料許用應力值為207MPa。為滿足修井機底座結構強度等方面的要求，對改造后修井機結構進行計算，獲得底座鉆臺立柱可以承受最大應力值為200MPa，立根臺立柱部分最大應力值計算后為67.6MPa，

13、底部結構立柱與橫梁連接位置其應力值最大，計算結果為185MPa，由此可以看出，修井機底座在完成結構改造后其強度滿足實際需求。在有限元研究中發(fā)現，地基土強度對修井機底座整體強度不會產生較大影響，但地基土強度直接影響著結構沉陷量，為此，在作業(yè)過程中應根據實際情況，保證地基強度符合作業(yè)要求。 </p><p>　　四、修井機底座改造結構應力測試研究 </p><p>　?。ㄒ唬┬蘧畽C底座改造結構

14、應力測試方法 </p><p>　　按照修井機底座實際結構形式，在底座主要的立柱、承載梁等構件中設置應變片，通過人工操作對底座結構施工一定工作荷載，應用動態(tài)應變儀獲取一定荷載下修井機底部結構各個構件應變值，根據測量結果，獲取構件相對應的應力值，實現應力測試。 </p><p>　　（二）應力測試側點布置 </p><p>　　為保證應力測試效果，需要制定科學合理的應

15、力測試測點布置方案。在測試中要做到以盡量少的布點對修井機底座各構件受力狀況全面而真實的表現出來。最終確定在底座立柱與轉盤梁測點共布置32個測點。 </p><p>　　（三）應力測試測點結構 </p><p>　　在布置測點后，緩慢施加荷載，根據測試曲線可以獲取各個測點中對應的應力值。當施加荷載值為107.8KN時，修井機底座轉盤梁最大靜應變值為-69.64με，換算后可以獲取其對應最大靜

16、應力值為-14.35MPa；在施工荷載的過程中，立柱相對最大靜應變值為-47.77με，換算后獲得立柱對應最大靜應力值為-9.84MPa；在測試中發(fā)現其測試所獲得最大應力較之計算結果最大應力偏小，出現這種問題的主要原因為應變片設置位置有關，因修井機底座結構限制，無法將應變片設置于修井機結構應力最大位置。在測試中結合有限元仿真，通過綜合分析與研究發(fā)現結構應力低于許用應力值，證明修井機底座改造后其結構安全性符合要求。 </p>

17、<p><b>　　五、結語 </b></p><p>　　修井機底座屬于修井作業(yè)主要的工作基礎面，其底座設計為四圈封閉框架結構，這種結構設計形式在檢修作業(yè)過程無法避讓抽油機基礎，需要將抽油機基礎拆除后方可進行大修作業(yè)，然而抽油機基礎拆除作業(yè)成本較高，工作量較大，提出進行修井機底座改造，實現在不拆除抽油機基礎的前提下進行抽油機井大修作業(yè)。在本文中，對修井機底座結構進行改造，并應用

18、有限元模型分析法及結構應力測試，對修井機底座改造結構的強度及安全性進行研究，綜合證明了該改造設計方案的可行性及有效性。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]祝娟,鄒龍慶,付海龍等.修井機底座改造設計計算及結構應力測試[J].科學技術與工程,2012,12(36):9953-9956. </p><p>

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