井架、抽油機(jī)等石油機(jī)械是油田現(xiàn)場鉆井、采油的重要設(shè)備。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度設(shè)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生較大的誤差，因此需要借助應(yīng)力測試實驗來加以驗證。

本文采用應(yīng)變電測技術(shù)對井架和抽油機(jī)進(jìn)行應(yīng)力測試，分析了解在測試過程中的補片方案、結(jié)果分析以及實際測試中涉及的技術(shù)問題。

井架承載能力評價

井架是石油鉆機(jī)、修井機(jī)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(yīng)力、變形進(jìn)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(jìn)行了現(xiàn)場實測，由于井架屬超靜定空間鋼架結(jié)構(gòu)，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(yīng)力，扭矩和剪力引起剪應(yīng)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(yīng)力點處。因此，可以采用正應(yīng)力測試方法，每個測點沿立柱方向各貼一個應(yīng)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(yīng)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(jī)仿真試驗綜合分析，該井架在*大設(shè)計鉤載1960KN時，井架立柱*大應(yīng)力為-121.70MPa，井架前立柱*大穩(wěn)定應(yīng)力為308.5MPa。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，該井架不能滿足原設(shè)計鉤載的工作要求，井架等級為c級。

抽油機(jī)結(jié)構(gòu)強度測試

某型雙爐頭抽油機(jī)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(jī)的游梁部位進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)力測試，包括靜應(yīng)力測試，前驢頭加載28.8KN；動應(yīng)力測試3min多，抽油機(jī)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(yīng)變花。將45°應(yīng)變花粘貼在測點所在的結(jié)構(gòu)表面，接成測量電橋；同時，為考慮溫度效應(yīng)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(jié)果如表1，動測結(jié)果如表2.

表1游梁各測點靜態(tài)實測值

表2游梁各測點應(yīng)力幅值

從表1可以看出，抽油機(jī)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(yīng)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(jìn)入高含水開發(fā)階段，抽油機(jī)的懸點載荷較大，一般在78.45-98.07KN，因此抽油機(jī)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(nèi)，應(yīng)力隨外力呈線性變化，當(dāng)動載荷達(dá)到95KN時，游梁的*大應(yīng)力為74.09MPa，接近材料的許用應(yīng)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(yīng)力幅值要大于其他各測點，可認(rèn)為游梁是在交變應(yīng)力作用下工作，其持久極限更小，故很容易產(chǎn)生裂紋而發(fā)生斷裂。

結(jié)論

1. 由以上實驗證明，應(yīng)變電測技術(shù)可用于石油機(jī)械行業(yè)中。

2. 測試的主要目的是校核結(jié)構(gòu)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(jié)果并結(jié)合實際經(jīng)驗來進(jìn)行選擇。

3. 測量類似鉆機(jī)井架這樣的石油機(jī)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(yīng)選用電阻較小的應(yīng)變片，如115Ω，而其他參數(shù)保持不變，以便于進(jìn)行現(xiàn)場測量。

4. 測量運動構(gòu)件表面的應(yīng)變，*好使用與構(gòu)件材料熱膨脹特性能良好匹配的溫度自補償應(yīng)變計。在沒有溫度自補償應(yīng)變計時，可采用半橋補償方法，但必須保證溫度相同。