基于RCM的SDRI正脈沖發(fā)生器維修方法研究

王旭東 楊 峰 石鎖政 李波羅 李映林

(中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院， 四川 德陽 618000)

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基于RCM的SDRI正脈沖發(fā)生器維修方法研究

王旭東 楊 峰 石鎖政 李波羅 李映林

(中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院， 四川 德陽 618000)

正脈沖發(fā)生器是SDRI-MWD儀器中故障率最高的部件，影響儀器的入井成功率。為降低正脈沖發(fā)生器的使用故障率，提高使用壽命，根據(jù)RCM理論，對正脈沖信號(hào)發(fā)生器的故障進(jìn)行分析，判斷出不同的故障類型，采用不同的維修方法。再結(jié)合RCM分析和現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，對正脈沖發(fā)生器的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過采用基于RCM的正脈沖發(fā)生器維修方法，平均發(fā)脈數(shù)提高了35.3%。

RCM； 正脈沖發(fā)生器； 維修方法

正脈沖發(fā)生器是SDRI-MWD儀器的重要部件，也是最容易發(fā)生故障的部件。它的可靠性很大程度上決定了MWD儀器的入井成功率。提高其可靠性是提高定向效率和生產(chǎn)時(shí)效的關(guān)鍵。

“以可靠性為中心”的維修理論(reliability centered maintenance，RCM)，是以提高設(shè)備本身的固有可靠性為目的的一種預(yù)防性維修理論。正脈沖發(fā)生器在使用過程中發(fā)生的故障主要為設(shè)備自身所引起的，應(yīng)用可靠性維修理論制定對其的維修策略，能較大地提高其本身固有的可靠性。

1 RCM的維修理論

1.1 基本內(nèi)容

RCM起源于20世紀(jì)70年代末的美國航空工業(yè)，是充分利用設(shè)備本身的固有可靠性，在“以預(yù)防為主”的計(jì)劃預(yù)防維修體制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化的維修理論[1-2]。

要實(shí)施RCM,首先必須對設(shè)備的功能、功能故障、故障原因及影響有清楚明確的定義，通過“故障模式及影響分析(FMEA)”對設(shè)備進(jìn)行故障審核，列出其所有的功能及其故障模式和影響，并對故障后果進(jìn)行分類評估，然后根據(jù)故障后果的嚴(yán)重程度，對每一故障做出是采取預(yù)防性措施、還是不采取預(yù)防性措施待其發(fā)生故障后再進(jìn)行修復(fù)的決策，降低維修費(fèi)用，維護(hù)設(shè)備固有可靠性。

1.2 故障后果分類

RCM將故障分為4類[3]：一為隱蔽性故障，目前對設(shè)備無直接影響，但其逐漸積累會(huì)帶來災(zāi)難性后果；二是安全環(huán)境故障，故障一旦發(fā)生，會(huì)造成人員傷亡或違反地方、國家的環(huán)保法規(guī)；三是使用性故障，影響生產(chǎn)運(yùn)行和修理的直接費(fèi)用；四是非使用性故障問題。此故障一般不會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)行，但影響修理費(fèi)用。

1.3 維修工作分類

RCM把維修工作分為2類[4-5]：主動(dòng)性工作和非主動(dòng)性工作。主動(dòng)性工作是為了防止產(chǎn)品達(dá)到故障狀態(tài)，是在故障發(fā)生前所采取的工作。它們包括傳統(tǒng)的預(yù)計(jì)性維修和預(yù)防性維修，包括：定期恢復(fù)、定期報(bào)廢和視情維修等。當(dāng)不可能選擇有效的主動(dòng)性工作時(shí)，選擇非主動(dòng)性對策處理故障后的狀態(tài)，它包括故障檢查、重新設(shè)計(jì)和故障后修理。

2 SDRI正脈沖信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)機(jī)理與故障分析

2.1 結(jié)構(gòu)機(jī)理

從功能上分析，SDRI正脈沖信號(hào)發(fā)生器可分為3個(gè)功能系統(tǒng)，分別為鉆井液通道限流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及與專用懸掛短節(jié)配合的坐掛裝置。脈沖發(fā)生器工作原理如圖1所示。脈沖器不工作的時(shí)候，鉆井液直接通過限流通道向下循環(huán)。脈沖器工作時(shí)，先是電磁閥向下運(yùn)動(dòng)，鉆井液進(jìn)入活塞腔，再從活塞上溢流閥流出，形成壓力降，從而推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)主閥也向上運(yùn)動(dòng)，減少限流通道空間，形成一個(gè)正壓力波動(dòng)。

2.2 故障分析

正脈沖發(fā)生器因自身可靠性問題而產(chǎn)生的故障又可分為機(jī)械故障和控制故障。其中，機(jī)械類故障包括：(1) 本體外觀故障，即肉眼觀察可發(fā)現(xiàn)明顯沖蝕、形變、緊固件松動(dòng)或脫落；(2) 電磁閥總成非控制部分故障，即電磁鐵控制的閥關(guān)閉不嚴(yán)、液壓油腔泄漏(密封失效)；(3) 偏磨，即主軸、軸承、肋筒、耐磨套、轉(zhuǎn)向器、水力彈簧等件產(chǎn)生偏磨；(4) 活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)故障，該故障產(chǎn)生的原因有本體外筒和內(nèi)腔筒狀機(jī)械部件與主軸同軸度不足，水力活塞在活塞筒的行程段顆粒物沉淀、堵卡，活塞溢流孔、溢流閥受堵，活塞筒研光面磨損，主軸端頭耐磨套磨損、堵卡，主軸端頭O型密封圈密封失效嚴(yán)重；(5) 主閥行程故障，即用清水上架進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，主閥相對行程不足或主閥無行程；(6) 主閥破損，即陶瓷主閥裂紋或破損。

控制故障主要有：(1) 差壓開關(guān)失靈；(2) 接通和斷開難辨或失靈；(3) 線圈電阻、電容測量值超標(biāo)；(4) 電子線路絕緣不良。

3 SDRI正脈沖信號(hào)發(fā)生器維修方法

3.1 RCM分析方法

首先分析故障后果的類型(隱蔽性后果、安全性后果、環(huán)境性后果、使用性后果、非使用性后果)，其工作流程圖如圖2所示。

圖2 故障后果分析流程圖

按照故障特點(diǎn)確定維修工作類型。對非使用性后果故障和預(yù)防維修費(fèi)用大于故障維修費(fèi)用的使用性后果故障，選擇狀態(tài)監(jiān)控；對隱蔽性后果故障，選擇隱患檢測、定時(shí)報(bào)廢或更改設(shè)計(jì)；對安全性、環(huán)境性和使用性后果故障，選擇視情維修、定時(shí)拆修和定時(shí)報(bào)廢。確定維修工作類型的工作流程如圖3所示。

3.2 SDRI正脈沖發(fā)生器RCM分析

通過RCM分析，確定正脈沖發(fā)生器的故障后果類型和維修工作類型如表1所示。

圖3 確定維修工作類型的工作流程圖

故障類別故障后果類型維修工作類型外觀故障非使用性后果視情維修電磁閥總成非控制部分故障使用性后果定期拆修偏磨非使用性后果定期報(bào)廢活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)故障使用性后果定期拆修主閥行程故障使用性后果狀態(tài)監(jiān)控主閥破損使用性后果故障后修理差壓開關(guān)失效使用性后果故障后修理電磁線圈失效使用性后果故障后修理線路故障隱蔽性后果隱患檢測

3.3 關(guān)鍵部件改進(jìn)設(shè)計(jì)

結(jié)合RCM分析和現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，對正脈沖發(fā)生器的關(guān)鍵零部件提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，從而進(jìn)一步提高設(shè)備本身固有可靠性。

3.3.1 密封方法改進(jìn)

圖4中左右部件外觀輪廓、尺寸大小、功能材質(zhì)都相同。唯一不同的是右邊可嵌入1個(gè)O型橡膠環(huán)，在沒有加工環(huán)形槽之前，實(shí)踐中我們一直用密封帶或尺寸合適的廢舊 O圈以達(dá)到同樣功效。加工工藝改進(jìn)后，置入相應(yīng)的O圈，不僅方便，而且密封效果更好。

圖4 密封方法改進(jìn)

3.3.2 溢流槽改進(jìn)

圖5上圖所示每個(gè)溢流閥留有2個(gè)小槽，即使溢流閥處于閉合狀態(tài)時(shí)，這2個(gè)小槽均為常開狀態(tài)。圖5下圖則將每個(gè)溢流閥的2個(gè)小槽用1個(gè)等量泄流面的水眼代替。改進(jìn)后，一方面使得小槽槽邊棱角消失，處于閉合時(shí)以圓斜面接觸；另一方面，2個(gè)小槽并為一孔，“合二為一”的結(jié)果是使得泄流面相對集中，提高了鉆井液固相顆粒的通過能力。不將2個(gè)小水眼再次“集中”的原因是雙孔對稱泄流可較為有效地抑制單孔泄流可能產(chǎn)生的偏心力，進(jìn)而減緩泄流時(shí)的側(cè)向振動(dòng)。

3.3.3 主閥防碰改進(jìn)

正脈沖發(fā)生器主閥有陶瓷閥和合金閥2種，陶瓷閥易因碰撞而破裂，但是合金閥的成本要數(shù)倍于陶瓷閥?；谔沾砷y進(jìn)行改進(jìn)，既可降低成本又可提高其固有可靠性。圖6為3支發(fā)生破碎或裂紋的陶瓷閥閥體，不難看出此物為易損件。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，圖6左上、左下，在陶瓷閥關(guān)閉面上有一圓環(huán)狀痕跡，明顯可辨。此痕跡為其與閥座實(shí)現(xiàn)閉合時(shí)碰撞而產(chǎn)生。另外，從閥的工作原理和結(jié)構(gòu)上看，陶瓷與其閥座工作過程中只以某一環(huán)帶面發(fā)生接觸。因此提出2種改進(jìn)方法：(1) 在此環(huán)帶面內(nèi)鑲嵌類同于儀器扶正器翼塊的橡膠材質(zhì)，一方面可適量緩沖碰撞時(shí)的沖擊，另一方面其抗沖蝕能力幾乎不受影響；(2) 對活塞或主軸限定活動(dòng)上行位置，從而控制陶瓷閥與閥座接觸狀況，并避免碰撞。

4 應(yīng)用效果分析

累計(jì)發(fā)脈數(shù)是考核正脈沖發(fā)生器可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，采用基于RCM的正脈沖發(fā)生器維修方法，不但最大限度地降低了維修成本，而且顯著提高了正脈沖發(fā)生器的累計(jì)發(fā)脈數(shù)，圖7是2015年應(yīng)用維修方法后發(fā)脈數(shù)與2014年統(tǒng)計(jì)對比圖。

圖5 溢流槽改進(jìn)

從圖7中可以看出，2015年采用基于RCM的正脈沖發(fā)生器維修方法后，相對于2014年，最小累計(jì)發(fā)脈數(shù)提高了50%，平均發(fā)脈數(shù)提高了35.3%，最大累計(jì)發(fā)脈數(shù)提高了25.9%。

5 結(jié) 語

應(yīng)用基于RCM的正脈沖發(fā)生器維修方法，針對不同的故障采用不同的維修方式，可以充分發(fā)揮正脈沖發(fā)生器的固有可靠性，顯著提高其累計(jì)發(fā)脈數(shù)。

[1] 陳仕波.基于可靠性前提的斷路器檢修實(shí)現(xiàn)研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2008，20(6)：357-358.

[2] 陳志林.以可靠性為中心的維修體系在大亞灣核電站的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2006，13(2)：13-14.

[3] 孔淑芳．可靠性維修管理在空壓機(jī)上的應(yīng)用研究[J]．商業(yè)經(jīng)濟(jì)，2010，9(6)：94-95．

[4] 鐘云峰，譚樹彬．以可靠性為中心的維修[J]．機(jī)械工程師，2006，1(3)：80-81．

[5] J.莫布雷.以可靠性為中心的維修[M].石磊，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995:12-13.

The SDRI Maintenance Method of Positive Pulse Generator Based on RCM

WANGXudongYANGFengSHISuozhengLIBoluoLIYinglin

(Drilling Engineering Research Institute of Southwest Petroleum Engineering Co. Ltd.,SINOPEC, Deyang Sichuan 618000, China)

Positive pulse generator fails most compared to other components in the SDRI-MWD instrument, so it seriously influences the success rate of using the instruments. To reduce the pulse generator failure rate and improve its service life, we analyze the positive pulse signal generator fault based on the RCM theory, judge the different fault types and propose different maintenance methods accordingly. According to RCM analysis and field experience, the design of key components of positive pulse generator is improved. By taking the maintenance method of positive pulse generator based on RCM, the number of sending pulse increases by 35.3% on average.

RCM; positive pulse generator; maintenance methods

2016-03-19

中石化石油工程有限公司重點(diǎn)科技課題“須家河水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究”(SG1301-01K)

王旭東(1983 — )，男，湖南邵陽人，碩士，工程師，研究方向?yàn)槎ㄏ蜚@井和優(yōu)快鉆井。

TN782

A

1673-1980(2016)05-0109-04