API SPEC 4F CHINESE-2008 Specification for Drilling and Well Servicing Structures (Fourth Edition Effective August 1 2013)《钻井和井维修结构规格.第3版》.pdf

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1、 石油工业标准化研究所翻译出版钻井和修井井架、底座规范 上游段 API Spec 4F 第 4 版， 2013 年 1 月 2013 年 8 月 1 日实施 石油工业标准化研究所翻译出版Specification for Drilling and Well Servicing Structures Upstream Segment API SPECIFICATION 4F FOURTH EDITION, JANUARY 2013 EFFECTIVE DATE: AUGUST 1, 2013 API 标准翻译出版委员会 主 任：杨 果 副主任：高圣平 万战翔 付 伟 邢 公 委 员： （按姓氏拼

2、音为序） 陈俊峰 陈效红 崔 毅 杜德林 范亚民 方 伟 郭 东 韩义萍 何保生 李树生 刘雪梅 马开华 秦长毅 单宏祥 孙 娟 王 慧 王进全 王 欣 文志雄 夏咏华 张虎林 张 勇 张 玉 邹连阳 主 编：高圣平 副主编：杜德林 本标准由石油工业标准化研究所组织翻译、出版和发行。 本标准翻译责任人：杨玉刚 李唐都 本标准一校责任人：孙 娟 本标准二校责任人：黄悦华 本标准三校责任人：刘长跃 本标准译文难免有不妥之处，欢迎各位读者批评指正。 API 授权声明 本标准由美国石油学会（ API）授权许可，由石油工业标准化研究所（ PSRI）组织翻译。翻译版本不代替、不取代英文版本，英文版本仍为具

3、备法律效力的版本。 API 对翻译工作中出现的错误、偏差、误解均不承担任何责任。在未经 API 书面许可的情况下，不得将翻译版本进行再翻译或复制。 AUTHORIZED BY API This standard has been translated by Petroleum Standardization Research Institute (PSRI) with the permission of the American Petroleum Institute (API). This translated version shall not replace nor supersede

4、the English language version which remains the official version. API shall not be responsible for any errors, discrepancies or misinterpretations arising from this translation. No additional translation or reproduction may be made of the standard without the prior written consent of API. 特别说明 API 出版

5、物只针对一些共性问题。有关特殊问题，宜查阅地方、州和联邦的法律法规。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问、委员会或其他受托人，均不担保也不承诺（无论明指还是暗示）本标准中所包含的信息的准确性、完整性和适用性，对于本标准中所披露的任何信息的使用及其后果，也不承担任何义务和责任。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问或其他受托人，也不承诺本标准的使用不会侵犯其他人的专有权利。 任何愿意使用 API 出版物的人都可以任意使用。 API 已经尽了一切努力来保证这些出版物中所含数据的准确性与可靠性；然而，关于本标准 API 不做任何承诺、担保或保证，在此明确声明，由于使用本标准而造成的

6、任何损失，或者因本标准与当地法规有冲突而造成违法， API 将不承担任何义务和责任。 出版 API 标准是为了使公众能够更方便地获取已经证实的、良好的工程与操作惯例。但至于何时何地应当使用这些出版物，仍需要用户依据自身的实践经验而作出明智的判断。 API 标准的制定和出版，无意以任何方式限制任何人使用任何其他操作惯例。 任何按照 API 标准的会标使用要求标志其设备和材料的制造商，对于其产品符合相关 API 标准，负有全部责任。 API 不承诺、担保或保证这些产品实际上确实符合该项 API 标准。 版权所有，违者必究。在没有得到出版商的书面批准之前，任何人都不允许在检索系统中复制和 保存本文件

7、中的任何内容或者采用电子、机械、复印、录像或者其他方式传播本文件中的任何内容。 请联系出版商美国石油学会出版业务部，地址：1220 L Street, NW, Washington, DC 20005。 版权 2013美国石油学会 前 言 API 出版物中的任何内容，都不能解释为（以暗示或其他方式）赋予任何人制造、销售或使用专利权所涵盖的任何方法、仪器或产品的权力；也不能解释为担保任何人侵犯专利权而不承担责任。 应：在标准中使用时，“应”表示符合该规范的最低要求。 宜：在标准中使用时，“宜”表示推荐或建议但并不是必需符合该规范。 本文件是按照 API 标准化工作程序制定的，该程序保证了制定过程

8、的透明度和广泛参与；本文件被认定为 API 标准。关于本标准内容解释方面的有关问题，或者关于标准制定程序方面的看法和问题，应以书面形式提交给美国石油学会标准部主任，地址是： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。如果需要复制或翻译本标准的全部或部分内容，也请与标准部主任联系。 通常， API 标准最长每隔五年就要复审一次，复审的结果是修订、确认或撤销。该五年复审周期有时会延期一次，但延期最长不超过两年。关于本出版物的出版状态，可向 API 上游业务部查询，电话：（ 202） 682-8000。 API 出版物和资料的目录每年出版一期，每季度更新

9、一次。 API 地址为 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。 欢迎用户提出修订建议，这类建议应提交给 API 标准和出版部，地址是： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005，或发送电子邮件： standardsapi.org。 目 次 1 范围 . 1 2 规范性引 用文件 . 1 3 术语和定 义 2 4 产品规范级别 6 5 标志和信息 6 5.1 铭牌 6 5.2 塔形井架和桅杆式井架铭牌信息 . 6 5.3 修井机桅杆式井架铭牌信息 7 5.4 底座铭牌信息 7 5.5 天车总成铭牌信息

10、 8 6 结构安全级别 8 7 设计载荷 9 8 设计规范 10 8.1 许用应力 . 10 8.2 作业载荷 . 11 8.3 风载荷 12 8.4 动力载荷 . 21 8.5 地震载荷 . 21 8.6 冰载荷 21 8.7 安装载荷 . 21 8.8 运输载荷 . 22 8.9 倾覆和滑动 . 22 8.10 设计验证 . 23 9 材料 . 23 9.1 总则 23 9.2 书面规范 . 24 9.3 力学性能 . 24 9.4 材料质量鉴定 24 9.5 材料制造 . 24 9.6 螺栓 24 9.7 钢丝绳 24 10 焊接要求 24 10.1 总则 25 10.2 焊接评定 .

11、25 10.3 书面文件 . 25 10.4 焊接材料的控制 25 10.5 焊缝性 能 . 25 10.6 焊后热处理 . 25 10.7 质量控制要求 . 26 10.8 特定要求补焊 26 11 质量控制 26 11.1 总则 26 11.2 质量控制人员资格 26 11.3 测试设备 . 27 11.4 无损检测 . 27 11.5 尺寸验证 . 28 11.6 工艺质量和修整 28 11.7 采购方的检验和拒收 . 28 11.8 试验 29 11.9 追溯性 30 11.10 要求确认的过程 30 12 文件 . 31 12.1 总则 31 12.2 制造商保存的文件 31 12.

12、3 设备交付时的随机文件 . 32 附录 A（规范性附录）附加要求 . 33 附录 B（资料性附录）注解 . 35 附录 C（资料性附录）API 会标 . 47 附录 D（资料性附录）采购指南 . 49 参考文献 . 55 表 1 钻井结构设计载荷 . 9 表 2 修井机桅杆式井架设计载荷 10 表 3 陆上结构安全级别系数 . 13 表 4 海上结构安全级别系数 . 13 表 5 最小设计风速 13 表 6 高度系数 . 15 表 7 阵风作用系数 17 表 8 形状系数 . 19 表 A.1 小尺寸冲击试样的调整系数 . 33 图 1 构件倾角 . 17 图 2 构件投影面积 18 1 钻

13、井和修井井架、底座规范 1 范围 本规范规 定了 石油工业 钻井和修井作业用钢结构的要求和推荐作法，提供了统一的钢结构检定方法以及两种产品规范级别（PSL ）。 本规范适用于本规范生效日期后制造的所有新的钢制塔形井架、桅杆式井架（包括绷绳桅杆式井架和修井机桅杆式井架）、底座和天车总成。 附录 A 规定了只有当采购方指定时才适用的一些标准附加要求（SR ）。附录 B 是用于帮助理解和/ 或应用本 API 规范的资料性附录。附录 C 是关于 API 会标纲要和 API 会标标志要求的资料性附录。附录 D 是关于采购指南的资料性附录，用来帮助采购方采购按本 API 文件要求制造的设备。 2 规范性引

14、 用 文件 下列文件对于 本文件的 应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 API RP 2A-WSD 海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法 作应力设计 API Bulletin 2INT-MET 墨西哥湾飓风条件临时指南 API RP 4G 钻井和修井井架、底座的检验、维护、修理与使用的推荐作法 API Spec 8C 钻井和采油提升设备规范（PSL 1 和 PSL 2） API Spec 9A 钢丝绳规范 API RP 9B 油田用钢丝绳的应用、维护和使用推荐作法 AISC 335-891结

15、构钢建筑物规范 许用 应力设计和塑性设计 ASCE/SEI 7-052建筑物和其他结 构的 最低设计载荷 ASTM A3703钢产品力学性能标准 试验 方法及定义 ASTM A578/A578M 特殊用途的轧制钢板直波束超声检验标准规范 AWS D1.1/D1.1M4钢结构焊接规范 ISO 97125无 损检测 人员 资格鉴定与认证 ISO 19901-1 第 1 部分 海洋气象设计和运行研究 ISO 19902 海上固定钢结构 1 美国钢结构学会，1 East Wacker Drive, Suite 310 0, Chicago, Illinois 60601, www.aisc.org.

16、2 美国土木工程师学会，1801 Alexander Bell Drive Reston, Virginia 20191, www.asce.org. 3 美国材料和试验协会，100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, Pennsylvania 19428-2959, www.astm.org. 4 美国焊接学会，550 Northwest LeJeune Road, Box 351040, Miami, Florida 33135, www.aws.org. 5 国际标准化组织，1 rue de Varemb, Case po

17、stale 56, CH-12 11 Geneva 20, Switzerland, www.iso.org. 2 API Spec 4F 3 术语和定义 下列术语 和定义适用于本文件。 3.1 横摇角 angle of roll 纵摇角 angle of pitch 从垂线向一侧运动的角度。 3.2 附件 appurtenances 裸钻井结构所附属的但不属于其一部分的所有零部件。 3.3 裸钻井结构 bare drilling structure 钻井结构的结构件，如适用，包括天车、天车台、天车台人字架。 3.4 关键零部件 critical component 保持结构稳定性所必需的部件

18、，当结构按第 7 章设计载荷加载时，位于结构主载荷路径内的零部件。 3.5 关键焊缝 critical weld 连接关键零部件的焊缝。 3.6 天车总成 crown block assembly 安装在塔形井架或桅杆式井架顶部的定滑轮组或其总成。 3.7 制造日期 date of manufacture 在开始制造和交付给采购方之间存在的制造商选择的日期。 3.8 塔形井架 derrick 四侧构件格构或桁构的横截面为正方形或矩形的结构塔架。 注： 塔形井架可以用或不用绷绳加固。 钻井和修 井井架 、底座规 范 3 3.9 设计载荷 design load 结构设计承受的不超过任何构件内许用

19、应力的力或力的组合。 3.10 设计参考风速 design reference wind velocity Vref在 10 m（33 ft ）参考高度 ， 3 秒阵风条件下的风速，单位：节，用于对预期钻井位置合理重现期。 3.11 动力载荷 dynamic loading 因运动而在结构上施加的载荷。 3.12 起升载荷 erection load 起升和下放期间，在桅杆式井架及其支承结构或井架底座上产生的载荷。 3.13 导轨和导向小车 guide track and dollies 在各种作业期间，用来将游动设备相对于塔形井架保持在正确位置的设备。 注： 可伸缩的导向小车用于将游动设备在

20、钻井位置与返回位置之间水平移动。 3.14 绷绳 guy line 在设计 载荷 条件下，给桅杆式井架提供结构和/ 或横向支承，一端连接桅杆式井架总成，另一端连接在合适的锚具上的钢丝绳。 3.15 绷绳图 guying pattern 与井眼中心线相关的，由制造商推荐的绷绳位置及其在锚具外的距离的平面图。 3.16 塔形井架和无绷绳桅杆式井架的高度 height of derrick and mast without guy lines 从钻台顶面到天车支承梁底面的最小垂直距离。 3.17 有绷绳桅杆式井架的高度 height of mast with guy line 从地面到天车支承梁底面

21、的最小垂直距离。 4 API Spec 4F 3.18 冲击载荷 im pact loading 由接近瞬时改变的力所产生的载荷。 3.19 桅杆式井架 mast 横截面为矩形的前开口式格构塔架。 3.20 桅杆式井架安装距离 mast set-up distance 为协助钻机安装而由制造商规定的从井眼中心线到桅杆式井架结构指定点的距离。 3.21 最大额定设计风速 maximum rated design wind velocity Vdes通过陆上 或海洋系数对 10 m（33 ft ）参考高度 3 秒阵风进行结构安全级别（SSL ）调整之后的风速，单位：节，用于计算钻井结构设计所能承受

22、的力。 3.22 最大额定静钩载 maximum rated static hook load 游动设备重量和游动设备上施加的静载荷组成的载荷。 注： 在本标准规定的指南范围内， 在规定的游车穿绳数和无立根排放、抽油杆或风载荷的情况下，该载荷是结构可 施加的最大载荷。这里假定了死绳锚和绞车在指定位置。 3.23 钢丝绳总 成公称强度 nominal wire rope assembly strength 钢丝绳的公称强度乘以符合 API 9B 的端部附件的效率。 3.24 周期 period （横摇、纵摇或升沉） 一个完整循环要求的时间。 3.25 钻杆倾角 pipe lean 排放的典型钻杆

23、立根与铅垂线的夹角。 钻井和修 井井架 、底座规 范 5 3.26 产品规范级别 Product Specification Level PSL 所涵盖设备主承载件材料和过程控制的级别。 3.27 二层台 racking platform 位于钻台之上一定距离的平台，横向支承排放的立根的上端。 3.28 转盘额定静载荷 rated static rotary load 转盘支承梁所能支承的最大重量。 3.29 额定立根载荷 rated setback load 底座立根盒内所能支承的管材的最大重量。 3.30 抽油杆平台 rod board 抽油杆悬挂器 rod hanger 位于钻台之上一定

24、距离的平台，用来支承抽油杆。 3.31 修井机桅杆式井架 service rig mast 设计具有额定作业值（有或无立根排放或抽油杆）的桅杆式井架。 注： 见表 2。 3.32 结构安全级别 Structural Safety Level SSL 采购方对 钻井结构应用进行的分类，用以反映各种不同程度的失效结果，考虑生命安全和其他问题，例如污染、经济损失和公众关注。 3.33 底座 substructure 传递大钩载荷、转盘载荷和（或）立根载荷的任何结构。 3.34 风环境 wind environment 在给定的风载下，所要考虑的钻机结构的组合和载荷的组合。 6 API Spec 4F

25、 4 产品规范级别 本标准确 立了钻井和修井结构的两种产品规范级别（PSL ）要求，这两种产品规范级别规定了两种级别的技术和质量要求。这些要求反映了制造业目前普遍执行的作法。PSL 1 包括制造业目前普遍执行的作法。PSL 2 包括 PSL 1 的所有要求以及附加要求。 5 标志和信息 5.1 铭 牌 按照本标准制造的钻井和修井结构均应采用铭牌予以识别，铭牌上至少应有 5.25.5 中规定的信息，如适用，还应包括测量单位。标志应为凸印或凹印，铭牌应牢固地固定在结构的醒目位置。 5.2 塔形井架和桅杆式井架铭牌信息 注： 修井机桅杆式井架铭牌信息见 5.3。 铭牌应提 供下列信息： a） 制造商

26、名称； b） 制造商地址； c） 制造日期，包括年和月； d） 编号； e） 高度，m （ft）； f） 在规定的游车绳数下，带有绷绳时（如适用）的最大额定静钩载，kN （短吨）； g） 在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft ）的参考高度， 3 秒阵风，带有绷绳（如适用），排放额定容量立根时的最大额定设计风速 Vdes， m/s（节）； h） 在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft ）参考高度，3 秒阵风，带有绷绳（如适用），不排放立根时的最大额定设计风速 Vdes，m/s （节）； i） 风载设计所用的平均海平面或地面之上的塔形井架或桅杆式井架底座的高度， m（ft ）； j）

27、 API Spec 4F ，第 4 版； k） 制造商的绷绳图，如适用； l） 下列字样： 注意：加速度或冲击、以及排放立根、抽油杆和风载均会降低最大额定静钩载能力。 m） 制造商的载荷分布图（可放在桅杆式井架说明书中）； n） 在满额定立根排放和最大游车绳数下，许用静钩载与各种风速（零到最大额定设计风速 Vdes）之间绘制的关系曲线； o） 有绷绳桅杆式井架的安装距离，m （ft）； p） PSL 2（如适用）； q） 具体附加要求内规定的附加信息，如适用（见附录 A）。 钻井和修 井井架 、底座规 范 7 5.3 修井机桅杆式 井架铭牌信息 应提供下列信息： a） 制造商名称； b） 制造

28、商地址； c） 制造日期，包括年和月； d） 编号； e） 高度，m （ft）； f） 在规定的游车绳数下，带有绷绳时（如适用）的最大额定静钩载，kN （短吨）； g） 在规定的游车绳数下，带有绷绳（如适用），在桅杆式井架额定立根排放能力和最大额定抽油杆悬挂能力（ kN（短吨），（如适用）时的许用静钩载，kN （短吨）； h） 在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft ）的参考高度， 3 秒阵风，带有绷绳（如适用），排放额定数量立根时的最大额定设计风速 Vdes，m/s （节）； i） 在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft ）参考高度，3 秒阵风，带有绷绳（如适用），不排放立根时的

29、最大额定设计风速 Vdes，m/s （节）； j） 风载设计所用的平均海平面或地面之上的塔形井架或桅杆式井架底座的高度， m（ft ）； k） API Spec 4F，第 4 版； l） 制造商的绷绳图，如适用； m） 下列字样： 注意：加速度或冲击、以及排放立根、抽油杆和风载均会降低最大额定静钩载能力。 n） 制造商的载荷分布图（可放在桅杆式井架说明书中）； o） 在满额定立根排放、但无抽油杆和最大游车绳数下，许用静钩载与各种风速（零到最大额定设计风速 Vdes）之间绘制的关系曲线； p） 有绷绳桅杆式井架的安装距离，m （ft）； q） PSL 2（如适用）； r） 具体附加要求内规定的附

30、加信息，如适用（见附录 A）。 5.4 底座铭牌信息 应提供下列信息： a） 制造商名称； b） 制造商地址； c） 制造日期，包括年和月； d） 编号； e） 最大额定静钩载，kN （短吨）； f） 转盘最大额定静载能力，kN （短吨）； 8 API Spec 4F g） 额定立根 的最大排放能力， kN（短吨）； h） 额定静钩载和额定立根排放的最大组合能力，kN （短吨）； i） 转盘额定静载和额定立根排放的最大组合能力， kN（短吨）； j） 以下方面的内容适用于支承塔形井架或桅杆式井架的底座： 最大额定设计风速 Vdes，m/s （节 ），在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft

31、 ）的参考高度， 3秒阵风，带有绷绳（如适用），排放额定容量的立根； 最大额定设计风速 Vdes，m/s （节 ），在平均海平面或地面之上 10 m（33 ft ）的参考高度， 3秒阵风，带有绷绳（如适用），不排放立根； 风载设计所用的平均海平面或地面之上的底座基础的高度，m （ft）； k） API Spec 4F，第 4 版； l） PSL 2 （如适用）； m） 具体附加要求内规定的附加信息，如适用（见附录 A）。 5.5 天车总成铭牌信息（仅当天车总成与塔形井架一起使用时要求） 应提供下列信息： a） 制造商名称； b） 制造商地址； c） 制造日期，包括年和月； d） 编号； e）

32、最大额定静钩载，kN （短吨）； f） API Spec 4F ，第 4 版； g） PSL 2（如适用）； h） 具体附加要求内规定的附加信息，如适用（见附录 A）。 6 结构安全级别 钻井结构 按照其结构安全级别（SSL ）进行鉴定。针对每一具体位置，制造商和采购方协商选择预期或非预期的结构安全级别 SSL（例如 SSL E2/U1）。对于给定的 SSL 和位置，设计环境条件可以根据遵循的指南制定。 SSL 级别反映各种不同程度的失效结果，考虑生命安全和其他有关问题，例如污染、经济损失和公众关注。它也反映期望（预期或非预期）的环境事件。下面的矩阵中给出了这些结构安全级别（SSL ）。每个结

33、构有两个 SSL，第一个是预期环境事件，第二个是非预期环境事件（例如 SSL E2/U1）。 钻井和修 井井架 、底座规 范 9 生命安全 其他关注点（污染、经济损失和公众关注点等） 高 中 低 高 E1 或 U1 E1 或 U1 E1 或 U1 中 E1 或 U1 E2 或 U2 E2 或 U2 低 E1 或 U1 E2 或 U2 E3 或 U3 结构安全级 别 E1 或 U1 用于高失 效结果的结构。 结构安全级别 E2 或 U2 用于中失效结果的结构。 结构安全级别 E3 或 U3 用于低失效结果的结构。 前缀 E 指预期环境事件，例如大飓风或风暴，事先可作准备。前缀 U 指非预期环境事

34、件，例如突然的风暴或地震，不允许充分的准备。如果结构在预期的严重事件前撤离，有人事件的结构安全级别（SSL ）可不同于所撤离的严重事件的结构安全级别（SSL ）。 可运输的“不固定”钻井结构 通常，钻井结构在其寿命期间用于不同的位置，因此，评价其在给定位置使用的稳定性，必须考虑在该位置的环境条件、安装高度和新安装设备的结构安全高度（SSL ）。 对于相同的结构安全高度（ SSL），塔形井架或桅杆式井架的设计风载是相同的，不管是固定设施还是移动设施（例如固定钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台或钻井船）。 7 设计载荷 每个钻井 结构 应按照 表 1 或表 2 的载荷组合设计（如适用）。按照

35、第 8 章相应的设计规范进行的结构设计应满足或超过这些条件。 表 1 钻井结构设计载荷a状况 设计载荷条件自重b（） 钩载c, d（） 转盘载荷 （） 立根载荷d, e（） 环境载荷f1a 作业 100 100 0 100 100作业环境 1b 作业 100 TE 100 100 100作业环境 2 预期 100 TE 100 0 100预期风暴环境 3a 非预期 100 TE 100 100 100非预期风暴环境3b 非预期 100 适用时 适用时 适用时 100地震 4 起升 100 适用时 适用时 0 100起升环境 5 运输 100 适用时 适用时 适用时 100运输环境 a不包括修井

36、 机 桅杆式井 架（见表 2）。 b对于稳定性计 算，应按 照 8.9 考虑自重的下限值。 c对于非作业有风环境， 如适用 ，在所有载荷情况下，应考虑天车悬挂的所有游动设备和钻井钢丝绳的重量（TE ）。 d不支承桅杆式 井架或塔 形井架的底座不需要按钩载设计。同样地，不支承立根的底座不需要按立根载荷设计。 e钻杆倾角是应考虑的立 根载荷的一个组成要素。 f环境载荷包括立根设计 的所有 受风面积，如适用。 10 API Spec 4F 表 2 修井机桅杆式井架设计载荷 状况 设计载荷条件自重a（） 钩载b（） 抽油杆载荷（） 立根载荷 （） 环境载荷c1a 作业 100 100 0 0 100作

37、业环境 1b 作业 100 TBD（待定） 100 0 100作业环境 1c 作业 100 TBD（待定） 100 100 100作业环境 2 预期 100 TE 0 0 100预期风暴环境 3a 非预期 100 TE 100 100 100非预期风暴环境3b 非预期 100 适用时 适用时 适用时 100地震 4 起升 100 适用时 0 0 100起升环境 5 运输 100 适用时 适用时 适用时 100运输环境 a对于稳定性 计算，应按照 8.9 考虑自重的下限值。 b对于非作业 有风环境，如适用，在所有载荷情况下，应考虑天车悬挂的所有游动设备和钻井钢丝绳的重量（TE ）。 c环境载荷包

38、括 立根和抽油杆设计的所有受凤面积，如适用。 8 设计规范 8.1 许用应力 8.1.1 总则 除非本标准另有规定，否则，钢结构应按照 AISC 335-89 进行设计。 AISC 335-89 许用应力设计（通常称为弹性设计）部分，应用来确定许用单位应力。不允许使用第 5 部分第 N 章 塑性设计。 AISC 335-89应用来确定许用单位应力和考虑次应力，但除非采购方另有规定，否则现行作法和经验并未规定需要遵循AISC 335-89 的“承受疲劳载荷的构件及其连接件”（第 K4 章）。 对于本标准而言，在格构或桁架结构的独立构件中，由于弹性变形和节点刚性而引起的应力规定为次应力。这些次应力

39、可以取下列两个应力的差值：一个是假定节点完全刚性，而载荷只作用在节点上分析所得到的应力，另一个是按节点为铰接作类似分析得到的应力。因节点偏心连接、节点之间的构件横向载荷或外加力矩而引起的应力，应认为是主应力。 对于除地震载荷外的所有载荷，当把计算的次应力增加到独立构件中的主应力时，许用单位应力可增加20%。但是，主应力不应超过许用单位应力。除 8.1.2 中允许的增加外，当考虑次应力时，还可以增加许用应力。 地震载荷和有关的许用应力，在 8.5 中专门表述。冰载荷和有关的许用应力，在 8.6 中专门表述。 8.1.2 风和动应力 在作业和安装条件下，许用单位应力不应（应力修改系数=1.0 ）超

40、过 8.1.1 中规定的基本许用应力。在运输条件下，如果采购方规定，许用单位应力可比 8.1.1 中规定的基本许用应力增加三分之一（应力修改系数=1.33 ）。 钻井和修 井井架 、底座规 范 11 对于预期和非预期的风 暴设计条件，当由风载荷或动载荷单独作用或者与设计静载荷和动载荷联合作用产生时，许用单位应力可比 8.1.1 中规定的基本许用应力增加三分之一（应力修改系数 =1.33）。 为了规定 5.2 n）或 5.3 o）要求的许用静钩载与风速之间的铭牌关系曲线，采用的应力修改系数可以从作业情况的 1.0 线性过渡到非预期风暴情况的 1.33。 8.1.3 钢丝绳 钢丝绳的尺寸和型式应按

41、照 API 9A 和 API 9B 的规定。 当通过钢丝绳总成起升和下放时，钻井结构用钢丝绳总成的设计公称强度应不小于该总成在安装时最大设计载荷的 2.5 倍。 绷绳所用钢丝绳总成的公称强度，应不小于载荷条件引起的最大绷绳载荷的 2.5 倍。 按照 API 9B，由于端部连接效率和 D/d 之比小于 18，因此应降低钢丝绳总成的强度值。 8.1.4 天车轴 天车轴，包括快绳和死绳滑轮支承轴，除弯曲屈服安全系数应至少为 1.67 外，其余参数应按照 AISC 335-89（见 8.1.1）设计。钢丝绳滑轮和轴承应符合 API 8C 的规定。 8.1.5 桅杆式井架和底座起升液缸 对于整个起升过程

42、上的预期起升载荷，桅杆式井架和底座起升液缸应按 AISC 组合屈曲和弯曲安全系数设计。该分析宜考虑液缸安装条件和液缸公差而导致的初始缺陷。 8.2 作业载荷 作业载荷应包括下列一项或表 1 所示的多项组合和买方的规定。 a） 在每种适用的穿绳条件下，最大额定静钩载与快绳和死绳载荷的联合作用； b） 转盘最大额定静载荷； c） 最大额定立根载荷； d） 钻井结构总成自重； e） 钻井结构包含的所有管道系统和储罐内的流体载荷。应考虑满罐和空罐两种情况，以便按 8.9 进行稳定性计算； f） 买方和制造商协商确定的因辅助设备而同时附加的载荷或独立载荷。 12 API Spec 4F 对于所有 钻井结

43、构，制造商应将其零部件的清单包括在钻机手册中，这些零部件应包括设计时所用的自重和总成重量。此外，制造商应规定总的重量和在自重和总成重量条件下在钻井结构底座上产生的静力矩。 8.3 风载荷 8.3.1 设计用风 8.3.1.1 总则 每个钻井结构均应按照下列适用的设计用风的值进行设计。底座设计的风速应与支承结构的风速相同。 钻井结构按照其结构安全级别（SSL ）和位置分为陆上或海上两类。钻井结构的结构安全级别（ SSL）反映各种不同程度的失效结果，考虑生命安全和其他问题，例如污染、经济损失和公众关注。 在给定的风环境下应考虑钻井结构的外形。以下规定了风的环境。 a） 作业时的风 在此之下，可以连

44、续无限制地进行钻井作业； b） 安装时的风 在此之下，可以连续地进行正常的钻机安装作业； c） 运输时的风 在此之下，可以连续地进行买方规定的特殊运输作业； d） 非预期的风 突然到来的飓风或风暴，没有足够的时间进行所有准备，因此，在计算风载时，需考虑立根排放； e） 预期的风 已知到来的飓风或风暴，有足够的时间进行准备，例如放下立根。 8.3.1.2 陆上风 作业、安装和运输环境下的设计参考风速 Vref应符合 买方的规定。 对于美国陆上非作业设计环境，预期风暴条件的 Vref从 ASCE/SEI 7-05 风速图查得。对于其他陆地场所，Vref应从原始 资料获得，例如从公认的标准机构或政府

45、气象部门获得。应在下列条件下选择风速： 3 秒阵风，单位：节（1 节=1.15 mph ），在开阔地带 10 m（33 ft ）高度处测量，相应重现期 50 年。 对于非预期风条件，立根可能排放在钻井井架上，Vref应不小于 预期风暴 Vref的 75%。 对于每种风环境，各种结构安全级别（SSL ）的最大额定设计风速 Vdes，是通过设计参 考风速 Vref乘以表 3 中所列 的陆上系数 陆来确定，但不小于表 5 中的规定。 Vdes= Vref 陆 在所有情 况下，风的方向可来自于任何方位。8.3.1.4 中论述的方法可用于在设计中确定当地的风速。 钻井和修 井井架 、底座规 范 13 表

46、 3 陆上结构安全 级别系数 陆 情况 设计载荷条件 结构安全级别 SSL 系数 陆 近似重现期（年） 1a 作业 所有 1.00 不适用 1b 作业 所有 1.00 不适用 2 预期 E1 1.07 1002 预期 E2 1.00 50 2 预期 E3 0.93 253 非预期 U1 1.07 不适用 3 非预期 U2 1.00 不适用 3 非预期 U3 0.93 不适用 4 起升 所有 1.00 不适用 5 运输 所有 1.00 不适用 表 4 海上结构 安全 级别系数 海 情况 设计载荷条件 结构安全级别 SSL 系数 海 近似重现期（年） 1a 作业 所有 1.00 不适用 1b 作业

47、 所有 1.00 不适用 2 预期 E1 1.09 2002 预期 E2 1.00 100 2 预期 E3 0.91 503 非预期 U1 1.09 不适用 3 非预期 U2 1.00 不适用 3 非预期 U3 0.91 不适用 4 起升 所有 1.00 不适用 5 运输 所有 1.00 不适用 表 5 最小设计 风 速 Vdes，m/s （节） 陆上 海洋 作业和起升 非预期 预期 作业和起升 非预期 预期 有绷绳轻便井架 12.7(25) 30.7(60) 38.6(75) 21.6(42) 36(70) 47.8(93) 无绷绳轻便井架 16.5(32) 30.7(60) 38.6(75

48、) 21.6(42) 36(70) 47.8(93) 塔形井架 16.5(32) 30.7(60) 38.6(75) 24.7(48) 36(70) 47.8(93) 8.3.1.3 海上风 作业、安装和 运输环境下的设计参考风速 Vref应按照买方的规 定。 对于预期 风的设计环境，海上钻井结构的 Vref应从 ISO 19901-1 获 得，但墨西哥湾所用结构的预期风速应从 API 2INT-MET 获得。该值应为 3 秒阵风，单位：节（1.15 mph=1 节 =0.514 m/s），在开阔水面 10 m (33 ft)高度处测量，相应重现期 100 年。对于这些规范没有明确涵盖的地区，Vref应从原始资 料获得， 例如从公认的权威机构或政府气象部门获得，或者可以采用符合 ISO 指南的现场特定研究。 14 API Spec 4F 对于非预 期风条件，立根可能排放在钻井井架中，除非在预期风暴情况之前，风暴警报系统和钻机作业程序允许有足够的时间下放立根，非预期风 Vref应为预 期风暴 Vref的 100%。 在墨西哥湾