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我國西部油田有大量的深井、超深井、水平井及叢式井，從業人員對深井、超深井的測井工作對了解該區塊井內實際情況有著重大意義。連續管由于其高強度、高韌性以及對地層污染小的特點在超深井的測井作業中扮演了相當重要的角色。目前，已投入商業使用的單滾筒纏繞最長連續油管長度9000m，這已能夠滿足超深井測井作業的需求。但是，考慮到連續管自重較大，地面上采氣樹、防噴器組合、防噴盒等工具長度較長，以及吊車式連續管作業機吊裝注入頭穩定性較差等因素，故需要在地面安裝塔式支架來支撐注入頭，完成超深井連續管測井工作，其作業現場如圖所示。因此，分析塔式支架在連續管作業中的承載能力以及應力、應變狀態是關鍵問題之一，需要進行有限元分析。
某超深井使用連續管測井，井深約為7500m，井底溫度180-2000℃，井底壓力180MPa。針對以上井內作業環境，如果考慮使用吊車式連續管作業，由于其作業時間較長以及穩定性較差的原因，地面作業時選擇塔式支架支撐注入頭來進行連續管作業。塔式注入頭支架均采用Q235鋼材，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，密度為7.85X103kg/m3，鋼材屈服應力為235MPa。其力學性能如表所示。
利用有限元軟件分析塔式支架在超深井測井作業中惡劣工況下的強度和剛度，得出支架在極限工況下的應力和變形狀態，并進行強度分析以保證連續管作業時支架的可靠性支架的三維模型如圖所示。為提高分析效率，在建立支架的有限元模型時進行了必要的簡化處理，以支架各桿件的自然焊點作為有限元分析模型的節點，底座、頂層平車等附件對塔式支架的剛度影響較小，可在簡化時全部忽略。簡化后的支架模型如圖所示。支架的析架結構單元類型選用beam，定義的彈性模量、泊松比以及材料密度均按照Q235鋼材材料參數進行選取。
架鋼材截面形狀有2種：支架主體桿件均為空心方鋼，其截面尺寸為160mmX160mmX6mm，斜撐桿件均為矩形空心鋼，其截面尺寸為90mmX50mmX5mm。頂層面鋼材由于受載情況更為惡劣，需重點考慮分析，為此備選了3種尺寸以便選擇：160mmX160mmX6mm、210mmX160mmX10mm、300mmX200mmX8mm。劃分好網格的支架模型如圖所示。邊界條件的施加對分析結果的正確性影響很大，為使模型約束符合實際，需準確施加位移約束。塔式支架的實際約束邊界條件是底座與地面為全約束；第1層間隔架與底座固定；其余的間隔架之間由柱銷定位，且每邊有2個U形螺栓固定上、下2個間隔架。由此，可將支架有限元模型底部的4個節點進行位移全約束，間隔架之間做剛性連接處理川。連續管測井作業過程中滾筒對連續管有拉力作用，當連續管下到最大井深時注入頭提供最大的上提力，此時支架受到載荷情況是最大的。
本研究以連續管下入到最大井深時作為超深井連續管測井的極限工況來校核支架的強度和剛度。為了更加接近于實際工況條件，還引進了風載對支架的影響。在此不予考慮脈動風速的情況，在整個連續管下入和上提的過程中只考慮為穩定風載的情況。由于支架高度不是很高，可以不考慮風載作用在支架上隨高度的變化情況，支架全段均按均布載荷計算。支架所受的風載應選擇對結構最不利的風向(第1風向)，根據實際情況，選擇背風向為第1風向，因該風向加劇了支架的側斜，且背面迎風面積大，故將該風向作為支架在極限工況下強度分析的風載。通過上述分析及現場數據采集可知：施加在支架上的極限載荷情況為支架自身的重力55.32kN，均勻分布在支架上；注入頭最大上提力(360kN)以集中力的形式作用在支架頂層面上的節點上；滾筒對連續管的拉力為5kN；設計風載的基本風壓為W=0.8kN/m (即設計級數為12級大風)，以均布壓力的形式作用在支架受風面一側。在極限工況下對支架進行有限元分析，支架頂層面鋼材選取3種不同尺寸時的應力云圖和位移圖如圖所示。由圖可以看出：支架的最大應力均為頂層面鋼材處，這也驗證了著重考慮頂層面鋼材尺寸的必要性。
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