石油鉆機(jī)的可靠度與維修規(guī)則探討

鄭永譚

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

鉆機(jī)中每種零件都有固定的使用期限，因此在即將到期前必須進(jìn)行更換，如果更換不及時(shí)，則難以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的安全運(yùn)行。此外，需要根據(jù)可靠度計(jì)算結(jié)果明確不同零件所對(duì)應(yīng)的鉆井次數(shù)，然后根據(jù)零件更換總量決定維修范圍。本文就對(duì)此進(jìn)行了具體分析。

1 可靠度計(jì)算

（1）使用時(shí)間計(jì)算。石油鉆機(jī)不同部件的使用壽命存在一定差異，原因在于各部件的材質(zhì)、使用頻率及方式都有顯著差別，為了了解各部件的大致使用期限，必須利用此方面的公式進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。計(jì)算方式為鉆井?dāng)?shù)與故障次數(shù)的比值，獲得的結(jié)果是設(shè)備始終處于正常狀態(tài)時(shí)使用時(shí)間的平均數(shù)。以鉆機(jī)泵房為例，根據(jù)鉆井?dāng)?shù)與故障次數(shù)的比值就可得知泵房的平均使用壽命為48次。

（2）鉆機(jī)可靠度。機(jī)電類設(shè)備的故障率通常與使用時(shí)間成正比，因此隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其可靠性必然會(huì)逐漸下降，此種情況可用指數(shù)分布加以表示，涉及二參數(shù)與單參數(shù)兩個(gè)主要參數(shù)。此外，故障多出現(xiàn)于生產(chǎn)與裝配環(huán)節(jié)，而并非使用過(guò)程中，這意味著在最初使用時(shí)設(shè)備的可靠性已經(jīng)有所下降。針對(duì)此種情況，選擇單參數(shù)最為合適，能夠促使可靠度計(jì)算結(jié)果更為精確?？煽慷扔?jì)算公式表示為，在計(jì)算前必須獲取設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，這樣就可對(duì)設(shè)備能否繼續(xù)使用進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

2 可靠性分析

除了利用公式進(jìn)行計(jì)算之外，還應(yīng)對(duì)鉆機(jī)的可靠性進(jìn)行詳細(xì)分析?；阢@井速度不斷提升，地質(zhì)勘探條件復(fù)雜多變，因此需要強(qiáng)化設(shè)備，提高其靈活性。此外，設(shè)備備件與維修技術(shù)也存在一定的問(wèn)題，這些因素不僅會(huì)影響石油開(kāi)采工作的質(zhì)量和進(jìn)度，并且需要消耗更多的材料，基于此，可采取以下兩種方法加以分析。第一是隨機(jī)抽樣?？煽啃苑治霾⒎轻槍?duì)的是單一設(shè)備，而是要對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行整體評(píng)估，要滿足這樣的要求，就必須進(jìn)行批量化處理。但在具體實(shí)踐的過(guò)程中經(jīng)常受限于資金和時(shí)間，無(wú)法具體到每臺(tái)設(shè)備，因此可進(jìn)行隨機(jī)抽樣，選取部分產(chǎn)品，這樣就能實(shí)現(xiàn)無(wú)差別選取，分析結(jié)果也會(huì)更加可靠，能夠作為鉆機(jī)設(shè)備總體可靠性評(píng)估的重要依據(jù)。第二是試驗(yàn)法，試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)反映鉆機(jī)性能，并且不必花費(fèi)過(guò)長(zhǎng)的分析時(shí)間。具體實(shí)踐時(shí)需要在鉆機(jī)電路上安裝計(jì)時(shí)器，根據(jù)記錄結(jié)果計(jì)算故障次數(shù)與持續(xù)時(shí)間這兩項(xiàng)參數(shù)之間存在怎樣的關(guān)聯(lián)，而后將結(jié)果整理為表格，這樣就能夠找出故障，在分析設(shè)備可靠性時(shí)就能夠依據(jù)真實(shí)的數(shù)據(jù)，從而保障計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 提高可靠性策略

對(duì)設(shè)備可靠性的分析固然有助于實(shí)現(xiàn)故障的針對(duì)性處理，但最重要的是從根本上提高鉆機(jī)的可靠性，主要可從以下幾個(gè)方面入手。

（1）設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。第一，重點(diǎn)改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)。從當(dāng)前的實(shí)際情況來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷較為明顯，嚴(yán)重妨礙了鉆機(jī)性能的發(fā)揮，主要問(wèn)題在于鋼結(jié)構(gòu)的位置、應(yīng)力與荷載等方面不合理，增大了故障發(fā)生的可能性。針對(duì)此問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)參考極限狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)尺寸、荷載值等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)而得出準(zhǔn)確、可靠的分析結(jié)果，并以此為依據(jù)進(jìn)行精確化設(shè)計(jì)，為鉆機(jī)的安全運(yùn)行提供有力支持。第二，改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)。接觸器、電動(dòng)機(jī)等部件的故障較為常見(jiàn)，因此需要選擇優(yōu)質(zhì)材料，提高部件質(zhì)量，并選擇合適型號(hào)的接觸器。此外，電動(dòng)機(jī)故障主要是由于電壓不穩(wěn)所造成的，因此需要安裝保護(hù)電路，并分析制動(dòng)器的不完善之處，從而在設(shè)計(jì)方面進(jìn)行調(diào)整。這樣也可防止摩擦片被嚴(yán)重磨損，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外，絞車電纜也屬于重點(diǎn)改進(jìn)對(duì)象，原因在于電纜極易被刮斷，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，因此可將其替換為滑觸線。該構(gòu)件抵抗能力較強(qiáng)，能夠有效應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境，從而減少安全事故的發(fā)生。

（2）生產(chǎn)與檢驗(yàn)。從實(shí)際情況來(lái)看，設(shè)備的調(diào)試、裝配與制造環(huán)節(jié)往往會(huì)存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致安全隱患遺留，從而引發(fā)故障，造成重大損失，因此做好這幾個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督檢查工作是十分必要的。在具體處理的過(guò)程中應(yīng)對(duì)易引發(fā)故障的加工工藝及模式進(jìn)行重點(diǎn)分析，嚴(yán)格按照裝配要求完成設(shè)備各部件的裝配，確保成品與設(shè)計(jì)要求相符。生產(chǎn)時(shí)重點(diǎn)收集故障信息，深入分析原因，查明后就可進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。

（3）日常管理。鉆機(jī)的可靠性分析是一項(xiàng)十分重要的工作，當(dāng)前可引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并加大人才培養(yǎng)力度。技術(shù)引進(jìn)時(shí)應(yīng)結(jié)合鉆機(jī)的實(shí)際情況合理應(yīng)用，致力于充分發(fā)揮其作用，從而減少機(jī)械故障的發(fā)生。人才的培養(yǎng)則必須結(jié)合實(shí)踐，不斷提高人才的專業(yè)操作水平與實(shí)踐能力。此外，在管理過(guò)程中應(yīng)將設(shè)計(jì)階段作為重點(diǎn)，總結(jié)存在問(wèn)題的工藝并加以改進(jìn)，從而將加工工藝所造成的偏差控制在最小范圍內(nèi)。鉆機(jī)的包裝與運(yùn)輸也十分關(guān)鍵，要求包扎嚴(yán)實(shí)，以防被外界因素影響。運(yùn)輸時(shí)應(yīng)控制好運(yùn)輸速度，選擇性能較好的運(yùn)輸設(shè)備，盡量縮短運(yùn)輸距離，從而避免設(shè)備在運(yùn)輸途中被損壞。此外，還應(yīng)做好運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)控工作，以防設(shè)備中途丟失，從而增加運(yùn)輸成本。只有在這些方面不斷進(jìn)行改進(jìn)，做好管理工作，才能有效保障鉆機(jī)運(yùn)行的可靠性。

4 維修模型

鉆機(jī)主要由轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車、泥漿泵、水龍頭等元件構(gòu)成，這些元件的可靠度同時(shí)降低時(shí)必然會(huì)影響鉆機(jī)的整體性能。在這種狀況下必須采取停機(jī)整修的處理方式。但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，停機(jī)整修并不現(xiàn)實(shí)，原因在于鉆機(jī)故障較為常見(jiàn)，如果頻繁停機(jī)，則更加容易引發(fā)事故，損失大量的財(cái)產(chǎn)，維修不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致人員傷亡。因此鉆機(jī)的檢修不應(yīng)脫離現(xiàn)實(shí)，應(yīng)充分結(jié)合實(shí)際情況。針對(duì)不同元件使用壽命的差異，在處理時(shí)以零件更換為主，這就要求維修人員掌握不同零件的運(yùn)行時(shí)間，接近期限時(shí)及時(shí)更換，同時(shí)還要求維修人員明確各種元件的型號(hào)及功能特征，從而有效保障維修質(zhì)量。

結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，天車、井架與底座不易故障，可靠度可表示為1，壓風(fēng)機(jī)故障率最高，使用期限為36次鉆井施工，達(dá)到使用期限后必須及時(shí)進(jìn)行更換，代之以新的壓風(fēng)機(jī)?？煽慷葍H低于壓風(fēng)機(jī)的設(shè)備是轉(zhuǎn)盤(pán)，能夠完成37次鉆井施工。然后只要按照特定的計(jì)算方式依次獲取各種零部件的使用時(shí)間即可，這也意味著故障的減少可通過(guò)更換零件來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，零件的更換通常是在完成1年使用期限之后，期間一般不會(huì)發(fā)生故障，但并不意味著能夠完全排除故障，主要是由于安裝或生產(chǎn)不當(dāng)所引發(fā)的。泵房、轉(zhuǎn)盤(pán)在這些環(huán)節(jié)都存在質(zhì)量隱患，但與鉆機(jī)本身并不相關(guān)，因此需要明確不同問(wèn)題的原因，促使故障處理更加高效。此外，假設(shè)鉆機(jī)的正常工作期限為5年，不同類型零件所對(duì)應(yīng)的鉆井?dāng)?shù)如表1所示。

5 維修規(guī)則

因零件自身的差異性，使得更換時(shí)間與頻率不同，可將設(shè)備的最高鉆井次數(shù)表示為t，然后采集10次鉆井?dāng)?shù)據(jù)并加以計(jì)算，從而得出零件更換類型與數(shù)量，并以此為依據(jù)制定出合理可行的維修規(guī)則。即在設(shè)定期限內(nèi)如果更換量處于零件總數(shù)的30%以內(nèi)，只需小范圍檢修即可。如果介于30%到50%之間，則應(yīng)按照中度維修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢修；如果高于50%則需進(jìn)行大范圍檢修。

根據(jù)表1及維修規(guī)則可制定出具體的維修計(jì)劃。零件更換時(shí)間段為鉆機(jī)正式開(kāi)始運(yùn)行后的第2年、第3年和第5年，在這3個(gè)時(shí)間段，鉆井次數(shù)分別為36、71和141次。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行剛超過(guò)1年時(shí)，更換對(duì)象為轉(zhuǎn)盤(pán)與壓風(fēng)機(jī)，屬于小范圍維修。第3年時(shí)需更換轉(zhuǎn)盤(pán)、游鉤與壓風(fēng)機(jī)，屬于中度維修。第五年時(shí)更換對(duì)象包括泵房、壓風(fēng)機(jī)、游鉤等，屬于大范圍維修。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，鉆機(jī)對(duì)于鉆井工程的開(kāi)展而言十分重要，因此對(duì)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)、裝配、運(yùn)輸及使用等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)管是十分必要的，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并加以處理，同時(shí)還需明確鉆機(jī)內(nèi)部不同零件的最多使用次數(shù)，確保零件更換更加及時(shí)，有效降低鉆機(jī)故障率。