石油鉆采機(jī)械設(shè)備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)

陳蓉(江漢油田分公司采油氣工程技術(shù)服務(wù)中心，湖北 潛江 433123)

石油鉆采機(jī)械設(shè)備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)

陳蓉(江漢油田分公司采油氣工程技術(shù)服務(wù)中心，湖北 潛江 433123)

隨著國際原油行情的變化，我國石油工業(yè)也迎來了關(guān)鍵時期，在石油工業(yè)中最重要的就是開采階段，而這之中開采器械的運轉(zhuǎn)能力也直接關(guān)系到開采環(huán)節(jié)的好壞。由于石油開采設(shè)備工作強(qiáng)度大，時間長會導(dǎo)致出現(xiàn)故障，對于這些故障如果不能及時的監(jiān)測與診斷，那么會導(dǎo)致很嚴(yán)重的不良后果，甚至可能導(dǎo)致機(jī)械報廢，使整個開采工作停滯。所以對于石油開采設(shè)備的故障監(jiān)測與診斷是十分必要的，這其中石油鉆采機(jī)由于處于工作的最前線，其故障率也是較高的，并且由于其體積龐大，導(dǎo)致故障監(jiān)測具有一定的困難，從而無法進(jìn)行有效的診斷，對于此項難題，本文進(jìn)行了深入的研究，通過實際走訪和查閱相關(guān)資料，在和相關(guān)的研究人員進(jìn)行了反復(fù)的研討，并對比國內(nèi)外的實際案例，得出了幾個檢測石油鉆采機(jī)狀態(tài)和故障的有效方法，能夠確保石油鉆采機(jī)的工作效率，降低故障率。通過本文的闡述，可以為相關(guān)的學(xué)者和工作人員提供參考。

石油鉆采機(jī)；故障監(jiān)測；診斷技術(shù)

對于石油鉆采機(jī)而言其故障監(jiān)測與診斷分為兩個大的方面。其一是日常監(jiān)測方面，目的是確保機(jī)器的正常運行，通常是通過某一種參數(shù)的是數(shù)據(jù)來判斷運轉(zhuǎn)情況。其二是故障診斷，在設(shè)備出現(xiàn)問題和故障時，通過相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，和診斷技術(shù)的運用來判斷機(jī)器故障的原因。下面就對這兩大方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 石油鉆采機(jī)設(shè)備日常狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)介紹

1.1 振動監(jiān)測技術(shù)

這種方法是通過專業(yè)設(shè)備對石油鉆采機(jī)的振動情況進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過分析來判斷石油鉆采機(jī)的工作情況。通過振動的監(jiān)測可以得到大量的設(shè)備運轉(zhuǎn)信息。對于石油鉆采機(jī)來說，其鉆頭，軸承，機(jī)構(gòu)的連接處的監(jiān)測，可以得到最準(zhǔn)確的信息。在振動監(jiān)測技術(shù)之中最重要的一項監(jiān)測參數(shù)就是振幅對于振幅的物理表達(dá)有加速度，速度，和位移這三種物理量，這三個物理量分別代表了振動變化的快慢，振動變化的速率，振動變化的距離。在不同頻率和狀態(tài)下監(jiān)測的方向也不同，在機(jī)器處于600 r∕min及以下的狀態(tài)下，可判定為剛性破壞，監(jiān)測方向為位移監(jiān)測；在機(jī)器處于600-120 000 r∕min的狀態(tài)下，可判定為疲勞破壞，監(jiān)測方向為速度監(jiān)測；在機(jī)器處于大于120 000 r∕min的狀態(tài)下時，監(jiān)測方向為慣性力破壞，監(jiān)測方向加速度監(jiān)測。通過不同狀態(tài)下的監(jiān)測，可以分析其內(nèi)部狀況，對于力的分析來說，振動監(jiān)測技術(shù)具有著天然優(yōu)勢，因為其監(jiān)測數(shù)據(jù)是關(guān)于速度的物理量，通過速度可很容易的進(jìn)一步分析力的情況，從而判斷機(jī)器是否正常運轉(zhuǎn)。

1.2 噪聲監(jiān)測技術(shù)

這種方式是通過機(jī)器工作時發(fā)生的聲音信息，經(jīng)過分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷機(jī)器是否正常運轉(zhuǎn)。不同的情況與環(huán)境，噪聲監(jiān)測的情況也有所不同。如果將機(jī)器運送到實驗室中，就可以使用高精度的測量工具進(jìn)行測量，這樣得到的數(shù)據(jù)也最為準(zhǔn)確；但是一般狀態(tài)下都是在工作環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)測；對于環(huán)境穩(wěn)定聲音無干擾的情況下可用普通聲級計；對于環(huán)境不穩(wěn)定且具有較多的聲音干擾或者機(jī)器本身聲音不穩(wěn)定的，就要采用積分聲級計；進(jìn)行多次和周圍環(huán)境的測量。確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確，這種方式在工作環(huán)境下由于干擾較大，所以其精度上有所欠缺，但是這種方式具有易操作，經(jīng)濟(jì)實惠等有點?？梢宰鳛槿粘１O(jiān)測的輔助手段和其他方式并用。

1.3 聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)

聲發(fā)射監(jiān)測對于機(jī)器內(nèi)部的壓力管道等機(jī)構(gòu)的壓力監(jiān)測具有較大優(yōu)勢，主要是對結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評價。目前我國的石油企業(yè)與相關(guān)的研究單位都在進(jìn)口大型聲發(fā)射儀器進(jìn)行大量的壓力試驗。使得聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)在石油工業(yè)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。這種技術(shù)在壓力監(jiān)測方面具有著較大的優(yōu)勢，能夠精準(zhǔn)的進(jìn)行監(jiān)測，而且由于各個企業(yè)與研究單位的大力投入使得其監(jiān)測成本下降。另外聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測時間較短，對于機(jī)器工作的影響較小，可以最大程度的減少經(jīng)濟(jì)損耗。

1.4 超聲波監(jiān)測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上一個很重要的應(yīng)用是超聲波探傷。這里所講的超聲波監(jiān)測技術(shù)更側(cè)重于超聲波測量。油田企業(yè)的超聲波測量應(yīng)用在多個方面。如石油油罐液面高度的測量，石油鉆井、修井井架的厚度測量以及流量檢定等。超聲波測厚儀的測量精度不受容器內(nèi)積水和結(jié)垢的影響，具有測量速度快、精度高、體積小、輕便精巧等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。超聲波測液位技術(shù)與其它液位測量方法相比有很多優(yōu)點，不僅能夠定點和連續(xù)進(jìn)行液位測量，而且能夠方便地為遙測或遙控提供所需的信號。超聲波測流量可應(yīng)用于高溫、高壓和防爆等特殊條件下，并且超聲波流量計受介質(zhì)物理性質(zhì)的影響比較小，因此具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1.5 溫度監(jiān)測技術(shù)

溫度監(jiān)測技術(shù)也是十分常見的監(jiān)測技術(shù)，通常情況下溫度監(jiān)測是使用監(jiān)測器去觸碰被監(jiān)測物體，通過導(dǎo)線和計算機(jī)相連在通過監(jiān)測器的信息進(jìn)行運算，但是這種方式缺點也很明顯，就是在大型機(jī)械上，由于距離大會導(dǎo)致信號衰減較為嚴(yán)重使監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)較大誤差；而且在一些密閉環(huán)境下的無法進(jìn)行監(jiān)測。而石油鉆采機(jī)就是一種體積龐大的機(jī)械，所以傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測技術(shù)就不適合。對于石油鉆采機(jī)這種大型機(jī)械來說，溫度監(jiān)測應(yīng)該使用無線溫度監(jiān)測儀，這種設(shè)備使用的是無線電技術(shù)，可以有效解決以上問題，但是也有一定的缺點就是精度不如傳統(tǒng)技術(shù)，所以需要實際操作中進(jìn)行多次測量減小誤差。

2 油田機(jī)械設(shè)備故障時診斷技術(shù)介紹

在石油鉆采機(jī)的使用中不可避免的會發(fā)生故障，而在故障發(fā)生時就需要進(jìn)行診斷監(jiān)測，快速的找出其問題所在，故障的種類也不同，比如按時間分類，可以分為早中晚等，這些故障在維修上由于技術(shù)成熟，并不困難但是，由于機(jī)器體型龐大，且內(nèi)部機(jī)構(gòu)較為精密，導(dǎo)致其診斷上較為困難，這也是石油鉆采機(jī)維修的一大困難。對此本文總結(jié)了一下兩種較為高效的方法。

2.1 油液分析技術(shù)

油液分離技術(shù)是一系列技術(shù)的集合。不但可進(jìn)行有效監(jiān)測還對器械的工作壽命又延長作用，對器械的保養(yǎng)上也有一定的作用，對于石油鉆采機(jī)的變速箱等齒輪機(jī)構(gòu)的監(jiān)測有著明顯的優(yōu)勢。目前在線油液分析技術(shù)、磨粒自動識別技術(shù)、基于油液監(jiān)測的智能診斷系統(tǒng)這三個方面是整個油液分離技術(shù)的熱點核心。在線油液分離技術(shù)是一種長效的監(jiān)測技術(shù)，在日常下就進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，一旦出現(xiàn)故障就可以調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其監(jiān)測方向是機(jī)器的整體。磨粒自動識別技術(shù)是基于鐵譜分析技術(shù)進(jìn)行了不斷的完善和改進(jìn)，主要是根據(jù)磨粒的特有的特征進(jìn)行統(tǒng)計，并進(jìn)行特征分析計算，再根據(jù)運算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析并建立龐大的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，最后依靠數(shù)據(jù)庫的新型和測定數(shù)據(jù)做對比來進(jìn)行綜合診斷。智能診斷系統(tǒng)是以傳統(tǒng)油液分離技術(shù)為基礎(chǔ)融合現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型技術(shù)。由于油液分離技術(shù)其數(shù)據(jù)龐大，而傳統(tǒng)的油液分離技術(shù)無法處理這么龐大的數(shù)據(jù)，但是智能診斷系統(tǒng)由于借助了計算機(jī)技術(shù)則可以快速的處理數(shù)據(jù)，從而能夠更加完善的診斷并解決問題。

2.2 無損探傷技術(shù)

由于使用鉆采機(jī)中部分機(jī)構(gòu)，比較精密如果使用一般的監(jiān)測方法會導(dǎo)致設(shè)備的損壞，在故障中有的部分比較脆弱如果貿(mào)然進(jìn)行監(jiān)測就會導(dǎo)致二次損傷，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以對于這一部分使用無損探傷技術(shù)是十分必要的，目前在石油工業(yè)中，無損探傷技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。主流的無損檢測主要有五種，這五種方式與其它方式相比較，具有精度好，無損傷，經(jīng)濟(jì)性較好，易于操作等特點下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 射線監(jiān)測

射線監(jiān)測主要是對金屬及金屬內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)測，由于金屬材料在鍛造時可能因為工人的操作失誤等原因，產(chǎn)生氣泡或者分布不均的狀況，在高強(qiáng)度工作下由于受到的應(yīng)力作用導(dǎo)致了金屬疲勞，從而造成了機(jī)器故障。而這種故障發(fā)生在金屬內(nèi)部，一般的方式是無法進(jìn)行監(jiān)測的，而具有強(qiáng)穿透力的射線監(jiān)測則具有這較大的優(yōu)勢能有效的監(jiān)測出問題所在。不僅僅在金屬監(jiān)測，在某些非金屬中由于材料內(nèi)部的問題導(dǎo)致的故障都可以使用射線監(jiān)測。

2.2.2 超聲監(jiān)測

對于機(jī)器的力學(xué)結(jié)構(gòu)等方面的監(jiān)測，由于其受力復(fù)雜一般的監(jiān)測方式不但無法進(jìn)行有效監(jiān)測，還可能因為監(jiān)測不當(dāng)而造成機(jī)器的損壞，而超聲波通過不同頻率聲波的反射情況，來判斷受力情況，這樣不但能快速的進(jìn)行監(jiān)測還能有效的避免機(jī)器的損傷

2.2.3 磁粉監(jiān)測

對于鋼材的表面細(xì)小損傷導(dǎo)致的故障則可以使用磁粉監(jiān)測，這種技術(shù)利用磁力和磁粉的細(xì)小體積，通過磁性覆蓋在鋼材的表面，因為其表面有細(xì)小的損傷，所以其余磁粉作用產(chǎn)生的磁場會略有不同，通過對磁場的分析和計算就可以得出，鋼材表面的狀況，這種方式對于鋼材來說不但能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測，還不會對表面有任何的破壞。

2.2.4 滲透監(jiān)測

對于非金屬材料來說其表面的細(xì)小損傷導(dǎo)致的故障，就不可能使用磁粉檢監(jiān)測，為了解決這個問題就發(fā)明了滲透監(jiān)測，這種方式是利用具有較高的滲透力的液體進(jìn)行對表面的細(xì)小損傷的滲透，在通過監(jiān)測儀器對液體的滲透分析得出的數(shù)據(jù)，來判斷情況，這種方式有效的解決的非金屬材料表面損傷的監(jiān)測難題

2.2.5 渦流檢測

這種方式是一種新式方法，利用了電磁技術(shù)，通過電磁產(chǎn)生的渦流進(jìn)行監(jiān)測，一般應(yīng)用于金屬材料的結(jié)構(gòu)性損傷，不同于一般的金屬內(nèi)部損傷，其隱蔽性較好，難以檢測，但是由于不同結(jié)構(gòu)在同樣電磁渦流下的狀態(tài)是不同的，所以這種隱蔽的損傷是很容易被渦流監(jiān)測技術(shù)探探查出來的。

3 結(jié)語

本文闡述了目前幾種非常實用的日常監(jiān)測方法，和問題診斷方法，由于石油鉆采機(jī)是一種大型機(jī)械，在維修上雖然其技術(shù)成熟，理論上容易維修，但是由于其體型龐大，所以在實際維修上具有一定困難，而且其維修時間的經(jīng)濟(jì)損耗也較大。這就需要先進(jìn)的日常監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，使機(jī)器問題還未放生時就發(fā)現(xiàn)問題解決問題。另外在故障方式的時候，最大的問題就是故障診斷，因為石油鉆采機(jī)有些機(jī)構(gòu)較為精密導(dǎo)致很小的問題就會使整個機(jī)器無法運轉(zhuǎn)，所以也需要快速，有效的診斷方式。本文就此進(jìn)行了分析，希望通過方法的介紹，能有效的解決上述問題。

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