[发明专利]作业井架载荷能力的评估方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油修井技术，具体地，涉及一种作业井架载荷能力的评估方法及装置。

背景技术

目前对作业井架的力学行为分析大都是在线弹性范围内进行，而对结构在弹塑性、塑性阶段的研究很少。绷绳作为作业井架的特殊支承构件，其空间位置和物理特性对作业井架的力学行为有较大影响。在小载荷、小变形情况下，按线弹性理论对井架结构进行分析是可行的。在较大载荷下，绷绳的非线性效应对作业井架的刚度影响较大，必须考虑绷绳的非线性因素。同时，还必须考虑结构几何非线性来研究结构的大初曲率、大变形对结构力学性能的影响，考虑材料非线性研究结构在弹塑性阶段的力学性能。

目前，国内对作业井架的非线性因素考虑还较少。另外，修井作业井架由于作业条件不同，其实际作业参数也有所不同，从而导致实际极限提拉载荷的未知，容易造成作业的盲目性，从而增加了修井的周期与成本，甚至危及设备和操作者的安全。

也就是说，目前对作业井架的力学行为分析由于未考虑绷绳而导致了实际极限提拉载荷的未知，进而将危及设备和操作者的安全。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种作业井架载荷能力的评估方法及装置，以解决现有技术中的对作业井架的力学行为分析由于未考虑绷绳而导致无法获知实际极限提拉载荷的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种作业井架载荷能力的评估方法，该方法包括：根据作业井架在非标准工作条件下的安装情况分析所述作业井架的结构形式和受力特征；根据所述结构形式和受力特征建立所述作业井架的数学物理模型；根据所述作业井架的数学物理模型确定所述作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则；根据所述作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则确定所述作业井架参数，其中，所述的作业参数包括：最大钩载、绷绳型号及绷绳位置；根据所述作业井架参数评估所述作业井架在非标准工作条件下的绷绳拉力，并预测所述作业井架在所述非标准工作条件下的极限提拉载荷。

根据所述作业井架的数学物理模型确定所述作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则包括：根据所述作业井架的数学物理模型建立作业井架线弹性模型、几何非线性物理模型、材料非线性物理模型、双重非线性物理模型、并分析井架绷绳非线性效应；根据所述的作业井架线弹性模型、几何非线性物理模型、材料非线性物理模型、双重非线性物理模型确定所述作业井架承载能力的相关准则；根据所述井架绷绳非线性效应确定所述绷绳允许拉力的相关准则。

根据所述作业井架参数评估所述作业井架在非标准工作条件下的绷绳拉力和极限提拉载荷之后，所述的方法还包括：根据所述作业井架在所述非标准工作条件下的绷绳拉力和极限提拉载荷优化所述作业井架参数。

本发明实施例还提供一种作业井架载荷能力的评估装置，所述装置包括：结构形式分析单元，用于根据作业井架在非标准工作条件下的安装情况分析所述作业井架的结构形式和受力特征；数学物理模型建立单元，用于根据所述结构形式和受力特征建立所述作业井架的数学物理模型；力学行为准则确定单元，用于根据所述作业井架的数学物理模型确定所述作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则；参数确定单元，用于根据所述作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则确定所述作业井架参数，其中，所述的作业参数包括：最大钩载、绷绳型号及绷绳位置；载荷能力评估单元，用于根据所述作业井架参数评估所述作业井架在非标准工作条件下的绷绳拉力，并预测所述作业井架在所述非标准工作条件下的极限提拉载荷。

所述力学行为准则确定单元包括：子模型建立模块，用于根据所述作业井架的数学物理模型建立作业井架线弹性模型、几何非线性物理模型、材料非线性物理模型、双重非线性物理模型、并分析井架绷绳非线性效应；承载能力准则确定模块，用于根据所述的作业井架线弹性模型、几何非线性物理模型、材料非线性物理模型、双重非线性物理模型确定所述作业井架承载能力的相关准则；绷绳强度准则确定模块，用于根据所述井架绷绳非线性效应确定所述绷绳允许拉力的相关准则。

所述的装置还包括：参数优化单元，用于根据所述作业井架在此所述非标准工作条件下的绷绳拉力和极限提拉载荷优化所述作业井架参数。

借助于上述技术方案至少之一，通过分析作业井架受现场实际条件限制无法按照标准要求进行安装情况下的结构形式和受力特征，建立了作业井架数学物理模型和数值仿真模型，得到了判定作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则，并根据作业井架承载能力和绷绳允许拉力的相关准则确定了作业井架参数，完成了对给定参数作业井架的绷绳拉力校核和极限最大钩载荷的预测，从而可以提高修井作业的安全性及设备的使用效率。