石油井架（A型、K型、塔型、桅型）承載能力安全檢測
評估系統(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
評估系統(tǒng)
一、 目的及意義
井架是石油鉆井和修井作業(yè)過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鉆機、修井機的正常使用。
目前我國在役鉆機井架千余部左右，修井井架的數(shù)量將更多。隨著我國對石油能源需求的快速增長，需開發(fā)的油田也愈來愈多，特別是近幾年我國加大了對西部油田開發(fā)的投資力度，鉆、修井井架的使用數(shù)量將會大大增加。其中使用時間超過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15年的在役井架超過總數(shù)的三分之一（有一定比例井架的使用時間超過20年，使用時間超過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加大了各行業(yè)安全生產(chǎn)的重視力度。因此進行井架承載能力安全檢測評估是勢在必行的工作。
二、研究現(xiàn)狀和進展
石油井架屬于用在特殊行業(yè)的高聳桁架結(jié)構(gòu)。據(jù)文獻介紹，由于受檢測方法以及檢測手段的限制，多年來，各研究機構(gòu)和專家多集中在井架理論受力計算分析方面進行研究和計算。因建立的受力計算模型是以井架圖紙為依據(jù)，這種研究計算結(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，不適合使用時間較長，特別是存在一定缺陷的在役井架的受力分析。隨著檢測方法和手段的不斷完善以及對安全生產(chǎn)的不斷重視，國內(nèi)外的研究機構(gòu)和專家進行了在役井架承載能力安全檢測評估方面的研究，取得了較大的研究成果。為了更加科學(xué)、準(zhǔn)確、安全地對井架承載能力進行安全檢測評估，國內(nèi)外先后成立了專門的技術(shù)檢測機構(gòu)，并制定了嚴(yán)格地操作規(guī)范和計算法則。
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)備檢測公司，它在新加坡、馬來西亞、澳大利亞、加拿大、美國、巴西等國都設(shè)有分部，其業(yè)務(wù)包括石油設(shè)備檢測評估、技術(shù)服務(wù)等。世界各國的石油鉆井公司聘請該公司進行井架等石油設(shè)備安全檢測評估。我國在境外進行鉆井服務(wù)的公司也聘請它們進行相關(guān)石油設(shè)備的安全檢測評估。
在我國，石油井架的檢測是從井架制造廠和相關(guān)研究單位開始的。國內(nèi)開展井架承載能力安全檢測評估研究較早和較深的研究單位是中國石油大學(xué)以及其他石油院校。中國石油大學(xué)通過與原石油部的立項和合作，進行了多年的在役井架承載能力課題的研究和實驗。參與了我國石油井架承載能力檢測評估方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。并在我國的中海油、中石化、中石油三大石油公司所屬的油田現(xiàn)場測試過美國、法國、羅馬尼亞以及我國生產(chǎn)的在役石油井架近百部，科學(xué)、安全、有效的對其進行了專業(yè)評估，消除了事故隱患，為油田的安全生產(chǎn)起到了保駕護航的作用。實驗室里建有A型、K型、塔型井架實驗?zāi)Ｐ�，科研中進行了大量的井架受力實驗研究，取得了一定的研究成果。多年來的教學(xué)科研以及現(xiàn)場測試工作，使我們積累了石油井架、抽油機以及其它石油機械檢測的理論計算和現(xiàn)場測試經(jīng)驗，開發(fā)和完善了石油鉆井井架承載能力檢測評估系統(tǒng)軟件。形成了一套完整的符合國標(biāo)且適用現(xiàn)場操作的石油井架承載能力安全檢測評估技術(shù)和計算軟件系統(tǒng)。
三、合作內(nèi)容
我們通過多年的研究和實踐，已形成一套較專業(yè)的符合多項國家標(biāo)準(zhǔn)、適合于油田現(xiàn)場操作的石油井架承載能力安全檢測評估技術(shù)和計算軟件。我們可以通過技術(shù)服務(wù)、轉(zhuǎn)讓等形式與油田相關(guān)部門進行全方位的技術(shù)合作，為其建立一個井架安全檢測評估實驗室，并為油田培養(yǎng)一批既懂技術(shù)又懂現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗的測試評估專家，形成一支服務(wù)于油田的測試隊伍，為企業(yè)創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益，也為油田的安全生產(chǎn)起到保障作用。技術(shù)內(nèi)容主要包含檢測技術(shù)、多參數(shù)評估技術(shù)等。
四、社會經(jīng)濟效益分析
井架是目前世界上進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)，將給國家造成較大的經(jīng)濟損失和人身傷亡事故。特別是隨著近幾年我國高度重視安全生產(chǎn)，安全意識提高到了新的高度。
按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，石油井架屬于強檢項目，規(guī)定根據(jù)井架的使用情況每2～3年必須進行一次檢測評估。按照目前井架檢測收費標(biāo)準(zhǔn)，一般測試一臺井架收費為3～5萬元左右，測試所用時間為1～2天。如果不考慮一次性購進設(shè)備及人員成本，每臺井架只需花費數(shù)百元的費用。如果一年按測試評估井架50～60臺計算，每年將實現(xiàn)總金額近二百萬元的收入。我國目前有鉆井井架千余部，修井井架數(shù)量則更多。因此，開展石油井架承載能力檢測評估的工作，其社會效益和經(jīng)濟效益將是巨大的。
五、合作主要工作
井架承載能力檢測評估是一項較系統(tǒng)的工作，專業(yè)性較強，涉及到基礎(chǔ)及專業(yè)理論知識和實際操作技術(shù)，無論是現(xiàn)場檢測還是申請認(rèn)證考核，都要求檢測評估人員必須具備一定的專業(yè)理論知識和豐富的現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗。因此，對于初步涉足此項工作的人員必須進行相關(guān)的理論和現(xiàn)場實際操作培訓(xùn)，以便使檢測人員能夠科學(xué)、正確、安全、熟練地進行工作。
1、理論培訓(xùn)
⑴課堂培訓(xùn)
理論培訓(xùn)是整個檢測系統(tǒng)培訓(xùn)中的一個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，主要是對檢測人員進行相關(guān)理論知識方面的培訓(xùn)。
①基礎(chǔ)知識培訓(xùn)
理論培訓(xùn)是整個檢測系統(tǒng)培訓(xùn)中的一個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。通過培訓(xùn)，使檢測人員了解相關(guān)的基礎(chǔ)知識和相關(guān)背景，為下一步檢測和專業(yè)培訓(xùn)打好基礎(chǔ)。
②專業(yè)培訓(xùn)
在進行了基礎(chǔ)培訓(xùn)以后，應(yīng)對檢測人員進行相關(guān)的井架承載能力評估計算分析培訓(xùn)，最終使檢測人員掌握相關(guān)的計算核心技術(shù)，這是本技術(shù)的重點也是難點和核心]。
③計算分析軟件培訓(xùn)
對評估計算分析軟件進行功能、組成、操作等的相關(guān)培訓(xùn)。
2、實驗室操作培訓(xùn)
主要進行測力敏感元件的認(rèn)識、粘貼、連接、密封、儀器的調(diào)試連接、具體的加載試驗、數(shù)據(jù)的獲取以及分析等。使檢測人員具有初步的實際操作能力。
3、現(xiàn)場操作培訓(xùn)
檢測人員在進行了相關(guān)培訓(xùn)并掌握了一定的知識以后，還應(yīng)進行現(xiàn)場的實際操作培訓(xùn)，包括各種不同類型井架的現(xiàn)場培訓(xùn)，起到扶上馬、送一程，達到完全掌握井架測試及分析的效果。
4、相關(guān)配套儀器的選型和配置
井架檢測評估涉及到的項目較多，測量參數(shù)奪且繁瑣復(fù)雜，儀器精度要求較高，因此，必須對相關(guān)儀器的選型進行合理的配置。
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)及配置說明
1． 數(shù)據(jù)采集器 1 臺(StrainBook616)
控制系統(tǒng)采集的各項設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲
數(shù)據(jù)傳輸，提供調(diào)理模塊接口及計
算機通訊接口 ，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 測試通道：8路應(yīng)變輸入，用于傳感器電壓輸出信號測試
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最小；DC~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±10V；脈沖寬度100ns~0.8s；等待間隔300ns
² 外部時鐘輸入：
信號范圍：5V TTL兼容；
延遲：200ns
時鐘頻率：1MH
分頻：1~255 可選
時鐘計數(shù)精度：<0.02% 誤差
時鐘計數(shù)范圍：0.01Hz~100kHz
² 振動：MIL-STD810E
² 環(huán)境：0~50℃；0~95%RH 非凝結(jié)
附件：
HUB 用于兩臺數(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英尺長以太網(wǎng)線纜，用于和主控機連接。
2． 應(yīng)變調(diào)理模塊
實現(xiàn)將應(yīng)變信號進行放大、濾波、調(diào)偏、調(diào)零等功能
² 測試通道：8通道應(yīng)變測試，可擴展
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個用戶提供的阻值
² 自動平衡：每通道可選
² 自動校準(zhǔn)：通過實際檢測或負(fù)載計算
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 激勵源：
每4通道獨立選擇，0.5V、1V、2V、5V、10V或關(guān)閉，精度：±5mV
容量：每通道85mA
² 振動：MIL- STD 810 , I類
² 相對濕度：0~95%
² 工作溫度范圍：0~+50C存儲溫度
² 系統(tǒng)工作電源：220V/50Hz
附2： 石油井架承載能力安全評估軟件介紹
1、井架類型選擇
軟件將我國常用的石油井架類型進行了分類（A型、K型、塔型、桅型），使用者可以根據(jù)需測量評估的類型進行方便的選擇，并進行相關(guān)的分析計算。
2、井架主肢結(jié)構(gòu)類型
本軟件通過現(xiàn)場調(diào)研，把我國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，通過軟件可以非常方便地進行選擇，使其使用者對常用井架的主肢結(jié)構(gòu)一目了然，通過交互進行有關(guān)操作。
3、數(shù)據(jù)庫
本軟件可以通過數(shù)據(jù)庫方便地調(diào)出我國石油井架計算分析中的各種相關(guān)系數(shù)，而無需人工計算查表，準(zhǔn)確、方便、簡單、實用。
4、交互方便
軟件全部采用漢字顯示和操作，所有選項都是通過下拉式菜單進行選擇。操作和交互非常方便。
5、專業(yè)性強
本軟件是根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的檢測方法專門編制的，適用于石油行業(yè)中的井架檢測，專業(yè)性強，功能強大。
6、軟件主要界面
