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南京聚航科技有限公司
主營產品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
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2023-8-21 閱讀(154)
井架、抽油機等石油機械是油田現(xiàn)場鉆井、采油的重要設備。在進行結構強度設計時，多采用有限元分析方法。然而，由于制造中的誤差、搬運過程中的碰撞、安裝找正中的偏差和長期服役過程中的腐蝕等因素，使得這些結構不可避免地存在著各種初始缺陷，使它們的實際受力、變形狀況與理想情況存在一定差異。若仍采用有限元分析的方法，會產生較大的誤差，因此需要借助應力測試實驗來加以驗證。
本文采用應變電測技術對井架和抽油機進行應力測試，分析了解在測試過程中的補片方案、結果分析以及實際測試中涉及的技術問題。
井架承載能力評價
井架是石油鉆機、修井機的重要組成部分。為了評定實際使用的井架承載能力，必須對井架在實際受載條件下的應力、變形進行綜合測試后，才能可靠地評定其承載能力的大小。
本文對某公司井架進行了現(xiàn)場實測，由于井架屬超靜定空間鋼架結構，每個桿件都承受軸力、彎矩、扭矩、剪力的聯(lián)合作用，其中軸力和彎矩引起正應力，扭矩和剪力引起剪應力，理論計算和實際分析表明，井架中絕大多數(shù)桿件的危險點都發(fā)生在*大正應力點處。因此，可以采用正應力測試方法，每個測點沿立柱方向各貼一個應變片，采用半橋接法，可實現(xiàn)溫度的自動補償。由于軸力可能為壓力或拉力，在兩個方向的彎矩作用方向的不同，由于橫截面上的危險點位置是未知的，為了找到截面上的*大正應力點，必須在各個可能的危險點都布片。
經(jīng)靜、動載試驗測試數(shù)據(jù)及計算機仿真試驗綜合分析，該井架在*大設計鉤載1960KN時，井架立柱*大應力為-121.70MPa，井架前立柱*大穩(wěn)定應力為308.5MPa。根據(jù)標準，該井架不能滿足原設計鉤載的工作要求，井架等級為c級。
抽油機結構強度測試
某型雙爐頭抽油機在長期使用過程中發(fā)現(xiàn)，在游梁體尾部連接孔部位出現(xiàn)了裂紋、斷裂等失效形式。為此，對雙驢頭抽油機的游梁部位進行了現(xiàn)場應力測試，包括靜應力測試，前驢頭加載28.8KN；動應力測試3min多，抽油機懸點載荷在13.0-36.8KN之間波動，沖次3.8min-1，沖程5m。由于測點的主方向未知，故選用45°應變花。將45°應變花粘貼在測點所在的結構表面，接成測量電橋；同時，為考慮溫度效應的補償作用，在游梁附近粘貼1塊相同材料的補償鐵，用以粘貼溫度補償片。靜測結果如表1，動測結果如表2.
表1游梁各測點靜態(tài)實測值
測點編號 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
*大正應力/MPa | 7.37 | 22.46 | 17.61 | 10.51 | 10.91 |
*大剪應力/MPa | 4.39 | 16.97 | 13.59 | 7.49 | 4.01 |
表2游梁各測點應力幅值
測點編號 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
*大正應力/MPa | 3.47 | 10.93 | 9.05 | 5.26 | 6.98 |
從表1可以看出，抽油機懸點靜載荷為28.8KN時，游梁連接孔B處測點2和3所受的應力較大，*大值為22.46MPa；而測點1、4、5相比則較小。目前，油田已普遍進入高含水開發(fā)階段，抽油機的懸點載荷較大，一般在78.45-98.07KN，因此抽油機所承受的載荷也較大。根據(jù)小變形原理，在材料的比例極限范圍內，應力隨外力呈線性變化，當動載荷達到95KN時，游梁的*大應力為74.09MPa，接近材料的許用應力，說明該游梁在工作載荷作用下的強度儲備已很少。由表2可知，測點2和3的應力幅值要大于其他各測點，可認為游梁是在交變應力作用下工作，其持久極限更小，故很容易產生裂紋而發(fā)生斷裂。
結論
1. 由以上實驗證明，應變電測技術可用于石油機械行業(yè)中。
2. 測試的主要目的是校核結構的*薄弱部位是否合格，測試部位一般可先利用有限元分析結果并結合實際經(jīng)驗來進行選擇。
3. 測量類似鉆機井架這樣的石油機械，由于所用信號線較長，信號線自身電阻也較大，而高精度儀器所能平衡的電阻范圍較小，因此應選用電阻較小的應變片，如115Ω，而其他參數(shù)保持不變，以便于進行現(xiàn)場測量。
4. 測量運動構件表面的應變，*好使用與構件材料熱膨脹特性能良好匹配的溫度自補償應變計。在沒有溫度自補償應變計時，可采用半橋補償方法，但必須保證溫度相同。
