付景順 黃超 梁原

摘要：為了研究高溫不壓井修井作業(yè)機(jī)承載部件安全可靠性，本文利用有限元分析軟件ANSYS對井架與平臺系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在載荷工況下滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：不壓井;井架;作業(yè)平臺;仿真

緒論

由于我省遼河油田地下油多為稠油，因此，采油井多為蒸汽驅(qū)注井。蒸汽驅(qū)注井在長期注汽后，由于管柱變形、密封失效等原因，不可避免的需要更換管柱。車載式蒸汽驅(qū)注不壓井修井作業(yè)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究是針對蒸汽驅(qū)注高溫不壓井進(jìn)行維修時所急需的作業(yè)設(shè)備，它可以節(jié)約能源、保護(hù)地下已經(jīng)形成的高溫場、減小壓井液對地層污染、提高采收率，為稠油的復(fù)合開采、增油措施的實(shí)施、增產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有極為重要的意義。

考慮到作業(yè)井的分散性、高溫作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性以及提高作業(yè)設(shè)備的效率性、可靠性，有必要研制一種集成度高、作業(yè)效率高、安全可靠、操作方便的更加先進(jìn)的高溫不壓井作業(yè)設(shè)備，必將給稠油開采的蒸汽驅(qū)注高溫不壓井作業(yè)帶來有利的技術(shù)支撐，其市場前景良好。

1.井架與作業(yè)平臺的仿真

作業(yè)時井架承受的最大提升管柱載荷為600kN，最大下壓管柱載荷為400kN?；诖藚?shù)對井架在工作狀態(tài)下的最大提升管柱載荷和全風(fēng)載兩種工況進(jìn)行靜力計(jì)算分析[1]。

1.1井架承受的載荷分析

根據(jù)車載式不壓井修井機(jī)的實(shí)際情況，井架靜力計(jì)算需要考慮的載荷主要有恒定載荷、工作載荷、自然載荷，本文只針對風(fēng)載荷計(jì)算[2]

風(fēng)載荷的計(jì)算可按下述二式：

（1）

或（2）

式中，—結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)載荷，kN;

—計(jì)算風(fēng)壓，kN;

—高度變化系數(shù);

—結(jié)構(gòu)體型系數(shù);

—結(jié)構(gòu)外輪廓在垂直于風(fēng)向的投影面上的投影面積，;—風(fēng)速，。

在47.8風(fēng)速的工況下10.199kN，9.554kN。

1.2材料特性

材料的彈性模量E取Pa（），泊松比（），密度（）[3]。

1.3約束載荷

井架底部四個角點(diǎn)與液壓支撐腳是剛性連接的，因此底部四角為完全約束。當(dāng)井架舉升油缸開始舉升井架時，此時，平臺架受到大的作用力主要為受到井架舉升油缸反作用力的作用，這個作用力在X方向上的分量為1287846Pa，Y方向上的分量為966311Pa，另外還有井架平移系統(tǒng)的作用，壓力大小為260000Pa。當(dāng)井架舉升油缸把井架舉升到豎直位置時，根據(jù)分析計(jì)算，此時平臺架主要承受井架平移系統(tǒng)來自井架的自重而產(chǎn)生的一個扭矩，大小為。

1.4分析結(jié)果

在最大提升管柱載荷工況下，井架底部兩根支撐起下系統(tǒng)的支撐橫梁承擔(dān)主要載荷，因此最大應(yīng)力和最大變形發(fā)生在該部位，提升管柱井架應(yīng)力如圖1所示，最大應(yīng)力為205MPa。

圖1??提升管柱井架應(yīng)力圖

在47.8m/s風(fēng)速工況下，井架只受恒定載荷和風(fēng)載的影響，在井架正面與側(cè)面同時施加風(fēng)載，井架的變形如圖2所示，最大變形發(fā)生在井架立柱的頂端，最大變形為0.23mm，由此可見，井架受風(fēng)載影響很小，具有良好的抗風(fēng)性。根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，井架在各工況下受到的最大應(yīng)力都小于材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)均大于1.6，完全符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

圖2??在47.8m/s風(fēng)速工況下變形圖

圖3??平臺架應(yīng)力圖

圖3為作業(yè)平臺應(yīng)力圖顯示出重要承載部位和部件的屈服極限都小于作業(yè)平臺材料Q345屈服極限，所以作業(yè)平臺的設(shè)計(jì)都符合強(qiáng)度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王棟.?ZJ90/6750DB超深井鉆機(jī)井架及底座靜動態(tài)特性研究[D].東營：中國石油大學(xué)（華東），2010.

[2]展恩強(qiáng)，陳榮振.前開口井架振動分析與結(jié)構(gòu)動態(tài)再設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)械，1996，25（1）：30～33.

[3]嚴(yán)圣平.材料力學(xué)[M].科學(xué)出版社，2002.