井架检测

石油井架（A型、K型、塔型、桅型）承载能力安全检测

北京安迪力天科技发展有限公司

2007年3月

一、 目的及意义

井架是石油钻井和修井作业过程中的重要组成部分，现代钻井、修井作业都使用井架。井架负责起升和下放钻柱、安放天车、悬挂游车、大钩等机具以及存放钻柱、油管等。它本身的安全与否直接影响到整个钻机、修井机的正常使用。

目前我国在役钻机井架千余部左右，修井井架的数量将更多。随着我国对石油能源需求的快速增长，需开发的油田也愈来愈多，特别是近几年我国加大了对西部油田开发的投资力度，钻、修井井架的使用数量将会大大增加。其中使用时间超过10年的在役钻井井架已占井架总数的三分之二，其中超过15年的在役井架超过总数的三分之一（有一定比例井架的使用时间超过20年，使用时间超过30年的井架也还在某些油田使用）。这些井架由于常年在野外使用，并且搬家、移动频繁，其结构中逐渐产生了腐蚀、变形、疲劳、裂纹以及其它局部或整体的损失等缺陷与故障，使其难于满足当初的设计要求，成为钻井及修井作业安全生产中的重大事故隐患。特别是在近几年我国加大了各行业安全生产的重视力度。因此进行井架承载能力安全检测评估是势在必行的工作。

石油井架属于用在特殊行业的高耸桁架结构。据文献介绍，由于受检测方法以及检测手段的限制，多年来，各研究机构和专家多集中在井架理论受力计算分析方面进行研究和计算。因建立的受力计算模型是以井架图纸为依据，这种研究计算结果主要适用在新井架的结构受力分析和优化分析方面。因此，不适合使用时间较长，特别是存在一定缺陷的在役井架的受力分析。随着检测方法和手段的不断完善以及对安全生产的不断重视，国内外的研究机构和专家进行了在役井架承载能力安全检测评估方面的研究，取得了较大的研究成果。为了更加科学、准确、安全地对井架承载能力进行安全检测评估，国内外先后成立了专门的技术检测机构，并制定了严格地操作规范和计算法则。

总部地址设在荷兰的莫德塞克公司是世界上著名的石油设备检测公司，它在新加坡、马来西亚、澳大利亚、加拿大、美国、巴西等国都设有分部，其业务包括石油设备检测评估、技术服务等。世界各国的石油钻井公司聘请该公司进行井架等石油设备安全检测评估。我国在境外进行钻井服务的公司也聘请它们进行相关石油设备的安全检测评估。

在我国，石油井架的检测是从井架制造厂和相关研究单位开始的。国内开展井架承载能力安全检测评估研究较早和较深的研究单位是中国石油大学以及其他石油院校。中国石油大学通过与原石油部的立项和合作，进行了多年的在役井架承载能力课题的研究和实验。参与了我国石油井架承载能力检测评估方法等相关标准的制定。并在我国的中海油、中石化、中石油三大石油公司所属的油田现场测试过美国、法国、罗马尼亚以及我国生产的在役石油井架近百部，科学、安全、有效的对其进行了专业评估，消除了事故隐患，为油田的安全生产起到了保驾护航的作用。实验室里建有A型、K型、塔型井架实验模型，科研中进行了大量的井架受力实验研究，取得了一定的研究成果。多年来的教学科研以及现场测试工作，使我们积累了石油井架、抽油机以及其它石油机械检测的理论计算和现场测试经验，开发和完善了石油钻井井架承载能力检测评估系统软件。形成了一套完整的符合国标且适用现场操作的石油井架承载能力安全检测评估技术和计算软件系统。

我们通过多年的研究和实践，已形成一套较专业的符合多项国家标准、适合于油田现场操作的石油井架承载能力安全检测评估技术和计算软件。我们可以通过技术服务、转让等形式与油田相关部门进行全方位的技术合作，为其建立一个井架安全检测评估实验室，并为油田培养一批既懂技术又懂现场实际操作经验的测试评估专家，形成一支服务于油田的测试队伍，为企业创造较大的经济效益，也为油田的安全生产起到保障作用。技术内容主要包含检测技术、多参数评估技术等。

井架是目前世界上进行石油钻井不可缺少的部件，其重要性和安全性不言而喻。如果使用不当，将给国家造成较大的经济损失和人身伤亡事故。特别是随着近几年我国高度重视安全生产，安全意识提高到了新的高度。

按照有关标准，石油井架属于强检项目，规定根据井架的使用情况每2～3年必须进行一次检测评估。按照目前井架检测收费标准，一般测试一台井架收费为3～5万元左右，测试所用时间为1～2天。如果不考虑一次性购进设备及人员成本，每台井架只需花费数百元的费用。如果一年按测试评估井架50～60台计算，每年将实现总金额近二百万元的收入。我国目前有钻井井架千余部，修井井架数量则更多。因此，开展石油井架承载能力检测评估的工作，其社会效益和经济效益将是巨大的。

五、合作主要工作

井架承载能力检测评估是一项较系统的工作，专业性较强，涉及到基础及专业理论知识和实际操作技术，无论是现场检测还是申请认证考核，都要求检测评估人员必须具备一定的专业理论知识和丰富的现场实际操作经验。因此，对于初步涉足此项工作的人员必须进行相关的理论和现场实际操作培训，以便使检测人员能够科学、正确、安全、熟练地进行工作。

1、理论培训

⑴课堂培训

理论培训是整个检测系统培训中的一个基础环节，主要是对检测人员进行相关理论知识方面的培训。

①基础知识培训

理论培训是整个检测系统培训中的一个基础环节。通过培训，使检测人员了解相关的基础知识和相关背景，为下一步检测和专业培训打好基础。

②专业培训

在进行了基础培训以后，应对检测人员进行相关的井架承载能力评估计算分析培训，最终使检测人员掌握相关的计算核心技术，这是本技术的重点也是难点和核心]。

③计算分析软件培训

对评估计算分析软件进行功能、组成、操作等的相关培训。

2、实验室操作培训

主要进行测力敏感元件的认识、粘贴、连接、密封、仪器的调试连接、具体的加载试验、数据的获取以及分析等。使检测人员具有初步的实际操作能力。

3、现场操作培训

检测人员在进行了相关培训并掌握了一定的知识以后，还应进行现场的实际操作培训，包括各种不同类型井架的现场培训，起到扶上马、送一程，达到完全掌握井架测试及分析的效果。

4、相关配套仪器的选型和配置

井架检测评估涉及到的项目较多，测量参数夺且繁琐复杂，仪器精度要求较高，因此，必须对相关仪器的选型进行合理的配置。

控制系统采集的各项设置、数据存储

数据传输，提供调理模块接口及计

算机通讯接口 ，本身具有8通道模拟

采集通道和16通道数字量采集通道。

² 测试通道：8路应变输入，用于传感器电压输出信号测试

16 TTL兼容的数字I/O,输入输出可选

² 模拟输入连接：9针头信号连接器

² 分辨率：16bit

² 单通道最高采样率：1MHz sample/s

² 输入量程：全桥，半桥，1/4桥 软件选择

² 输入保护电压：±30VDC

² 输入桥阻：60 - 1000 Ohm，输入阻抗：差分：10MW 并联30pF

² 精度：±2~±10V : ±0.012%读数；0.006%量程

±1V: ±0.018%读数；0.008%量程

&sup2; 输入噪音：< 2LSB，全部谐波失真：>84dB 典型

&sup2; 共摸抑制比：80dB 典型；70dB最小；DC~20kHz

&sup2; 触发：

通道1模拟和脉冲触发范围： –10V~+10V； 带宽：1MHz；等待间隔300ns

多通道模拟触发范围：每通道至输入量程；等待间隔2ms/每通道，脉冲4ms

TTL触发：0~5V ;TTL兼容10K上拉电阻；等待间隔300ns

软件触发：等待间隔100ms

脉冲触发输入：±5V/75W ；保护±10V；脉冲宽度100ns~0.8s；等待间隔300ns

&sup2; 外部时钟输入：

信号范围：5V TTL兼容；

延迟：200ns

时钟频率：1MH

分频：1~255 可选

时钟计数精度：<0.02% 误差

时钟计数范围：0.01Hz~100kHz

&sup2; 振动：MIL-STD810E

&sup2; 环境：0~50℃；0~95%RH 非凝结

HUB 用于两台数据采集器的通讯

SYNC 同步通讯线缆，保证系统中采集器的同步性

CA-111 连接边把手

CA-242-7 7英尺长以太网线缆，用于和主控机连接。

实现将应变信号进行放大、滤波、调偏、调零等功能

&sup2; 测试通道：8通道应变测试，可扩展

&sup2; 同步采样

&sup2; 输入方式：标准DB9 连接器

&sup2; 输入阻抗：100MW

&sup2; 耦合：AC /DC 软件选择

&sup2; 测试精度: 漂移 1mV RTI/℃

共摸抑制比： DC to 60Hz :100dB @增益>100

&sup2; 带宽：50kHz @ 增益< 1 to 100

10kHz @ 增益 >100 to 1000

1kHz @ 增益 >2000

&sup2; 低通滤波：4-pole Butterworth , 软件选择截止频率10Hz、1KHz （出厂设定），可自行安装选择频率2Hz ~20kHz。

&sup2; 桥路设置：全桥（4线或6线）；半桥；1/4桥（2线或3线）

&sup2; 桥路阻值：60~1000W

&sup2; 增益：1~20000倍 软件选择86阶

&sup2; 并联校准：软件可选择3个用户提供的阻值

&sup2; 自动平衡：每通道可选

&sup2; 自动校准：通过实际检测或负载计算

&sup2; 偏移调整：

±3V RTI@ Gains 1 ~10

±300mV RTI@ Gains 10~100

±30mV RTI@ Gains 100~2000

±3mV RTI@ 2000~20,000

&sup2; 激励源：

每4通道独立选择，0.5V、1V、2V、5V、10V或关闭，精度：±5mV

容量：每通道85mA

&sup2; 振动：MIL- STD 810 , I类

&sup2; 相对湿度：0~95%

&sup2; 工作温度范围：0~+50C存储温度

&sup2; 系统工作电源：220V/50Hz

1、井架类型选择

软件将我国常用的石油井架类型进行了分类（A型、K型、塔型、桅型），使用者可以根据需测量评估的类型进行方便的选择，并进行相关的分析计算。

2、井架主肢结构类型

本软件通过现场调研，把我国目前正在使用的各种型式的井架主肢结构类型编制于软件中，通过软件可以非常方便地进行选择，使其使用者对常用井架的主肢结构一目了然，通过交互进行有关操作。

3、数据库

本软件可以通过数据库方便地调出我国石油井架计算分析中的各种相关系数，而无需人工计算查表，准确、方便、简单、实用。

4、交互方便

软件全部采用汉字显示和操作，所有选项都是通过下拉式菜单进行选择。操作和交互非常方便。

5、专业性强

本软件是根据行业标准中所规定的检测方法专门编制的，适用于石油行业中的井架检测，专业性强，功能强大。

6、软件主要界面