石油井架（A型、K型、塔型、桅型）承載能力安全檢測(cè)
評(píng)估系統(tǒng)
北京安迪力天科技發(fā)展有限公司
2007年3月
石油井架（A型、K型、塔型、桅型）
承載能力安全檢測(cè)
評(píng)估系統(tǒng)
一、 目的及意義
井架是石油鉆井和修井作業(yè)過(guò)程中的重要組成部分，現(xiàn)代鉆井、修井作業(yè)都使用井架。井架負(fù)責(zé)起升和下放鉆柱、安放天車、懸掛游車、大鉤等機(jī)具以及存放鉆柱、油管等。它本身的安全與否直接影響到整個(gè)鉆機(jī)、修井機(jī)的正常使用。
目前我國(guó)在役鉆機(jī)井架千余部左右，修井井架的數(shù)量將更多。隨著我國(guó)對(duì)石油能源需求的快速增長(zhǎng)，需開(kāi)發(fā)的油田也愈來(lái)愈多，特別是近幾年我國(guó)加大了對(duì)西部油田開(kāi)發(fā)的投資力度，鉆、修井井架的使用數(shù)量將會(huì)大大增加。其中使用時(shí)間超過(guò)10年的在役鉆井井架已占井架總數(shù)的三分之二，其中超過(guò)15年的在役井架超過(guò)總數(shù)的三分之一（有一定比例井架的使用時(shí)間超過(guò)20年，使用時(shí)間超過(guò)30年的井架也還在某些油田使用）。這些井架由于常年在野外使用，并且搬家、移動(dòng)頻繁，其結(jié)構(gòu)中逐漸產(chǎn)生了腐蝕、變形、疲勞、裂紋以及其它局部或整體的損失等缺陷與故障，使其難于滿足當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求，成為鉆井及修井作業(yè)安全生產(chǎn)中的重大事故隱患。特別是在近幾年我國(guó)加大了各行業(yè)安全生產(chǎn)的重視力度。因此進(jìn)行井架承載能力安全檢測(cè)評(píng)估是勢(shì)在必行的工作。
二、研究現(xiàn)狀和進(jìn)展
石油井架屬于用在特殊行業(yè)的高聳桁架結(jié)構(gòu)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，由于受檢測(cè)方法以及檢測(cè)手段的限制，多年來(lái)，各研究機(jī)構(gòu)和專家多集中在井架理論受力計(jì)算分析方面進(jìn)行研究和計(jì)算。因建立的受力計(jì)算模型是以井架圖紙為依據(jù)，這種研究計(jì)算結(jié)果主要適用在新井架的結(jié)構(gòu)受力分析和優(yōu)化分析方面。因此，不適合使用時(shí)間較長(zhǎng)，特別是存在一定缺陷的在役井架的受力分析。隨著檢測(cè)方法和手段的不斷完善以及對(duì)安全生產(chǎn)的不斷重視，國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)和專家進(jìn)行了在役井架承載能力安全檢測(cè)評(píng)估方面的研究，取得了較大的研究成果。為了更加科學(xué)、準(zhǔn)確、安全地對(duì)井架承載能力進(jìn)行安全檢測(cè)評(píng)估，國(guó)內(nèi)外先后成立了專門的技術(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，并制定了嚴(yán)格地操作規(guī)范和計(jì)算法則。
總部地址設(shè)在荷蘭的莫德塞克公司是世界上著名的石油設(shè)備檢測(cè)公司，它在新加坡、馬來(lái)西亞、澳大利亞、加拿大、美國(guó)、巴西等國(guó)都設(shè)有分部，其業(yè)務(wù)包括石油設(shè)備檢測(cè)評(píng)估、技術(shù)服務(wù)等。世界各國(guó)的石油鉆井公司聘請(qǐng)?jiān)摴具M(jìn)行井架等石油設(shè)備安全檢測(cè)評(píng)估。我國(guó)在境外進(jìn)行鉆井服務(wù)的公司也聘請(qǐng)它們進(jìn)行相關(guān)石油設(shè)備的安全檢測(cè)評(píng)估。
在我國(guó)，石油井架的檢測(cè)是從井架制造廠和相關(guān)研究單位開(kāi)始的。國(guó)內(nèi)開(kāi)展井架承載能力安全檢測(cè)評(píng)估研究較早和較深的研究單位是中國(guó)石油大學(xué)以及其他石油院校。中國(guó)石油大學(xué)通過(guò)與原石油部的立項(xiàng)和合作，進(jìn)行了多年的在役井架承載能力課題的研究和實(shí)驗(yàn)。參與了我國(guó)石油井架承載能力檢測(cè)評(píng)估方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。并在我國(guó)的中海油、中石化、中石油三大石油公司所屬的油田現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)美國(guó)、法國(guó)、羅馬尼亞以及我國(guó)生產(chǎn)的在役石油井架近百部，科學(xué)、安全、有效的對(duì)其進(jìn)行了專業(yè)評(píng)估，消除了事故隱患，為油田的安全生產(chǎn)起到了保駕護(hù)航的作用。實(shí)驗(yàn)室里建有A型、K型、塔型井架實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，科研中進(jìn)行了大量的井架受力實(shí)驗(yàn)研究，取得了一定的研究成果。多年來(lái)的教學(xué)科研以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，使我們積累了石油井架、抽油機(jī)以及其它石油機(jī)械檢測(cè)的理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)和完善了石油鉆井井架承載能力檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)軟件。形成了一套完整的符合國(guó)標(biāo)且適用現(xiàn)場(chǎng)操作的石油井架承載能力安全檢測(cè)評(píng)估技術(shù)和計(jì)算軟件系統(tǒng)。
三、合作內(nèi)容
我們通過(guò)多年的研究和實(shí)踐，已形成一套較專業(yè)的符合多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、適合于油田現(xiàn)場(chǎng)操作的石油井架承載能力安全檢測(cè)評(píng)估技術(shù)和計(jì)算軟件。我們可以通過(guò)技術(shù)服務(wù)、轉(zhuǎn)讓等形式與油田相關(guān)部門進(jìn)行全方位的技術(shù)合作，為其建立一個(gè)井架安全檢測(cè)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，并為油田培養(yǎng)一批既懂技術(shù)又懂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試評(píng)估專家，形成一支服務(wù)于油田的測(cè)試隊(duì)伍，為企業(yè)創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益，也為油田的安全生產(chǎn)起到保障作用。技術(shù)內(nèi)容主要包含檢測(cè)技術(shù)、多參數(shù)評(píng)估技術(shù)等。
四、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析
井架是目前世界上進(jìn)行石油鉆井不可缺少的部件，其重要性和安全性不言而喻。如果使用不當(dāng)，將給國(guó)家造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故。特別是隨著近幾年我國(guó)高度重視安全生產(chǎn)，安全意識(shí)提高到了新的高度。
按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，石油井架屬于強(qiáng)檢項(xiàng)目，規(guī)定根據(jù)井架的使用情況每2～3年必須進(jìn)行一次檢測(cè)評(píng)估。按照目前井架檢測(cè)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，一般測(cè)試一臺(tái)井架收費(fèi)為3～5萬(wàn)元左右，測(cè)試所用時(shí)間為1～2天。如果不考慮一次性購(gòu)進(jìn)設(shè)備及人員成本，每臺(tái)井架只需花費(fèi)數(shù)百元的費(fèi)用。如果一年按測(cè)試評(píng)估井架50～60臺(tái)計(jì)算，每年將實(shí)現(xiàn)總金額近二百萬(wàn)元的收入。我國(guó)目前有鉆井井架千余部，修井井架數(shù)量則更多。因此，開(kāi)展石油井架承載能力檢測(cè)評(píng)估的工作，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將是巨大的。
五、合作主要工作
井架承載能力檢測(cè)評(píng)估是一項(xiàng)較系統(tǒng)的工作，專業(yè)性較強(qiáng)，涉及到基礎(chǔ)及專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)際操作技術(shù)，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)還是申請(qǐng)認(rèn)證考核，都要求檢測(cè)評(píng)估人員必須具備一定的專業(yè)理論知識(shí)和豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。因此，對(duì)于初步涉足此項(xiàng)工作的人員必須進(jìn)行相關(guān)的理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作培訓(xùn)，以便使檢測(cè)人員能夠科學(xué)、正確、安全、熟練地進(jìn)行工作。
1、理論培訓(xùn)
⑴課堂培訓(xùn)
理論培訓(xùn)是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)培訓(xùn)中的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，主要是對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)方面的培訓(xùn)。
①基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)
理論培訓(xùn)是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)培訓(xùn)中的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。通過(guò)培訓(xùn)，使檢測(cè)人員了解相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)背景，為下一步檢測(cè)和專業(yè)培訓(xùn)打好基礎(chǔ)。
②專業(yè)培訓(xùn)
在進(jìn)行了基礎(chǔ)培訓(xùn)以后，應(yīng)對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行相關(guān)的井架承載能力評(píng)估計(jì)算分析培訓(xùn)，最終使檢測(cè)人員掌握相關(guān)的計(jì)算核心技術(shù)，這是本技術(shù)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)和核心]。
③計(jì)算分析軟件培訓(xùn)
對(duì)評(píng)估計(jì)算分析軟件進(jìn)行功能、組成、操作等的相關(guān)培訓(xùn)。
2、實(shí)驗(yàn)室操作培訓(xùn)
主要進(jìn)行測(cè)力敏感元件的認(rèn)識(shí)、粘貼、連接、密封、儀器的調(diào)試連接、具體的加載試驗(yàn)、數(shù)據(jù)的獲取以及分析等。使檢測(cè)人員具有初步的實(shí)際操作能力。
3、現(xiàn)場(chǎng)操作培訓(xùn)
檢測(cè)人員在進(jìn)行了相關(guān)培訓(xùn)并掌握了一定的知識(shí)以后，還應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作培訓(xùn)，包括各種不同類型井架的現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，起到扶上馬、送一程，達(dá)到完全掌握井架測(cè)試及分析的效果。
4、相關(guān)配套儀器的選型和配置
井架檢測(cè)評(píng)估涉及到的項(xiàng)目較多，測(cè)量參數(shù)奪且繁瑣復(fù)雜，儀器精度要求較高，因此，必須對(duì)相關(guān)儀器的選型進(jìn)行合理的配置。
附2：系統(tǒng)硬件設(shè)備介紹
系統(tǒng)選件性能技術(shù)指標(biāo)及配置說(shuō)明
1． 數(shù)據(jù)采集器 1 臺(tái)(StrainBook616)
控制系統(tǒng)采集的各項(xiàng)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
數(shù)據(jù)傳輸，提供調(diào)理模塊接口及計(jì)
算機(jī)通訊接口 ，本身具有8通道模擬
采集通道和16通道數(shù)字量采集通道。
² 測(cè)試通道：8路應(yīng)變輸入，用于傳感器電壓輸出信號(hào)測(cè)試
16 TTL兼容的數(shù)字I/O,輸入輸出可選
² 模擬輸入連接：9針頭信號(hào)連接器
² 分辨率：16bit
² 單通道最高采樣率：1MHz sample/s
² 輸入量程：全橋，半橋，1/4橋 軟件選擇
² 輸入保護(hù)電壓：±30VDC
² 輸入橋阻：60 - 1000 Ohm，輸入阻抗：差分：10MW 并聯(lián)30pF
² 精度：±2~±10V : ±0.012%讀數(shù)；0.006%量程
±1V: ±0.018%讀數(shù)；0.008%量程
² 輸入噪音：< 2LSB，全部諧波失真：>84dB 典型
² 共摸抑制比：80dB 典型；70dB最�。籇C~20kHz
² 觸發(fā)：
通道1模擬和脈沖觸發(fā)范圍： –10V~+10V； 帶寬：1MHz；等待間隔300ns
多通道模擬觸發(fā)范圍：每通道至輸入量程；等待間隔2ms/每通道，脈沖4ms
TTL觸發(fā)：0~5V ;TTL兼容10K上拉電阻；等待間隔300ns
軟件觸發(fā)：等待間隔100ms
脈沖觸發(fā)輸入：±5V/75W ；保護(hù)±10V；脈沖寬度100ns~0.8s；等待間隔300ns
² 外部時(shí)鐘輸入：
信號(hào)范圍：5V TTL兼容；
延遲：200ns
時(shí)鐘頻率：1MH
分頻：1~255 可選
時(shí)鐘計(jì)數(shù)精度：<0.02% 誤差
時(shí)鐘計(jì)數(shù)范圍：0.01Hz~100kHz
² 振動(dòng)：MIL-STD810E
² 環(huán)境：0~50℃；0~95%RH 非凝結(jié)
附件：
HUB 用于兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集器的通訊
SYNC 同步通訊線纜，保證系統(tǒng)中采集器的同步性
CA-111 連接邊把手
CA-242-7 7英尺長(zhǎng)以太網(wǎng)線纜，用于和主控機(jī)連接。
2． 應(yīng)變調(diào)理模塊
實(shí)現(xiàn)將應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、調(diào)偏、調(diào)零等功能
² 測(cè)試通道：8通道應(yīng)變測(cè)試，可擴(kuò)展
² 同步采樣
² 輸入方式：標(biāo)準(zhǔn)DB9 連接器
² 輸入阻抗：100MW
² 耦合：AC /DC 軟件選擇
² 測(cè)試精度: 漂移 1mV RTI/℃
共摸抑制比： DC to 60Hz :100dB @增益>100
² 帶寬：50kHz @ 增益< 1 to 100
10kHz @ 增益 >100 to 1000
1kHz @ 增益 >2000
² 低通濾波：4-pole Butterworth , 軟件選擇截止頻率10Hz、1KHz （出廠設(shè)定），可自行安裝選擇頻率2Hz ~20kHz。
² 橋路設(shè)置：全橋（4線或6線）；半橋；1/4橋（2線或3線）
² 橋路阻值：60~1000W
² 增益：1~20000倍 軟件選擇86階
² 并聯(lián)校準(zhǔn)：軟件可選擇3個(gè)用戶提供的阻值
² 自動(dòng)平衡：每通道可選
² 自動(dòng)校準(zhǔn)：通過(guò)實(shí)際檢測(cè)或負(fù)載計(jì)算
² 偏移調(diào)整：
±3V RTI@ Gains 1 ~10
±300mV RTI@ Gains 10~100
±30mV RTI@ Gains 100~2000
±3mV RTI@ 2000~20,000
² 激勵(lì)源：
每4通道獨(dú)立選擇，0.5V、1V、2V、5V、10V或關(guān)閉，精度：±5mV
容量：每通道85mA
² 振動(dòng)：MIL- STD 810 , I類
² 相對(duì)濕度：0~95%
² 工作溫度范圍：0~+50C存儲(chǔ)溫度
² 系統(tǒng)工作電源：220V/50Hz
附2： 石油井架承載能力安全評(píng)估軟件介紹
1、井架類型選擇
軟件將我國(guó)常用的石油井架類型進(jìn)行了分類（A型、K型、塔型、桅型），使用者可以根據(jù)需測(cè)量評(píng)估的類型進(jìn)行方便的選擇，并進(jìn)行相關(guān)的分析計(jì)算。
2、井架主肢結(jié)構(gòu)類型
本軟件通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，把我國(guó)目前正在使用的各種型式的井架主肢結(jié)構(gòu)類型編制于軟件中，通過(guò)軟件可以非常方便地進(jìn)行選擇，使其使用者對(duì)常用井架的主肢結(jié)構(gòu)一目了然，通過(guò)交互進(jìn)行有關(guān)操作。
3、數(shù)據(jù)庫(kù)
本軟件可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)方便地調(diào)出我國(guó)石油井架計(jì)算分析中的各種相關(guān)系數(shù)，而無(wú)需人工計(jì)算查表，準(zhǔn)確、方便、簡(jiǎn)單、實(shí)用。
4、交互方便
軟件全部采用漢字顯示和操作，所有選項(xiàng)都是通過(guò)下拉式菜單進(jìn)行選擇。操作和交互非常方便。
5、專業(yè)性強(qiáng)
本軟件是根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的檢測(cè)方法專門編制的，適用于石油行業(yè)中的井架檢測(cè)，專業(yè)性強(qiáng)，功能強(qiáng)大。
6、軟件主要界面
