钻井机械设备失效故障分析与预防维护

刘庆光

摘 要：石油钻井机械设备的保养与维护，对提高石油生产效率、减少钻井生产成本，提高企业利润有重要意义。本文探讨了钻采机械设备故障预防对策，并对钻井机械失效主要形式深入分析，结合工作经验提出了恢复措施，为石油机械设备的管理提供参考。

关键词：钻井机械；设备管理；失效形式；保养维护

钻井机械的工作条件和环境口趋繁重和恶劣，尽管钻井机械的性能和质量都在不断提高，但其修理次数和修理周期并无明显减少。在石油钻井机的工作生产过程中，钻机是钻井机械设备中最重要的机械，而石油钻井机械设备比较复杂，由八大系统组成。钻井机是钻井工作中必不可少的机械设备之一，所以对石油钻井机械设备保养维护对发挥设备的功效提高利用率，维持械设备经常正常的工作状态，的延长设备的使用寿命、提高工程质量、控制生产成本方面具有重要作用。钻机在生产中出现的故障可以集中体现钻井機械所出现的故障，以钻机为主要研究对象的，较常出现的机械故障类型主要有：损坏型、退化型、松脱型、失调型、杜塞与渗透型、性能衰退或功能失效型等。主要体现在传动系统常见故障机理、天车及游车常见故障机理、绞车常见故障机理、钻井泵常见故障机理。

一、石油钻采机械设备故障的预防

石油机械故障大部分都是由于机械之间的的摩擦正造成的。预防石油钻采机械设备故障重在预防。个机械零部件的磨损预防工作主要有以下几种：①合理的润滑设备零件。根据专家和工作是实际分析，过半的磨损都是没有对设备进行润滑。保持各个零部件的空隙，是维护机械设备的精密性与准确性的保证。有了空袭就可以避免震动等原因造成设备零件的磨损，合理的润滑就一做到被保护作用。也是控制零件温度的措施，增加设备的使用率。根据环境和季节不同，也要选择不同的润滑剂牌号。滑润剂的选择应该符合相关规定。②操作程序一定要的规范。石油钻采设备的操作规范决定着机械设备的故障发生率。主要体现在日常操作设备中。例如：在启动机械设备前，要检测泠却液的量，在预热阶段也要也要等冷却液与机油达到一定温度之后，才能开始正常的工作。如果违反了操作程序就会造成机械设备的严重损耗。

二、钻井机械失效的主要形式

在钻井机械的使用中，一般零件往往很少是由于强度不足而失效。根据对机械损坏原因的统计分析来看，有75%左右的零件都是因摩擦副的磨损而引起的。这些失效的零、部件，有相当部分是可以修复使用的，因此设备的修复是不可缺少的工作。钻井机械失效的主要形式有：（1）疲劳失效。此类失效零件属于不可修复件。例如轴类零件因疲劳产生裂纹或断裂。

（2）零件因超载而发生局部变形。在用猫头卸扣时，有时因卸扣力矩过大、绞车猫头轴较长，而使猫头轴发生弯曲变形。（3）局部断裂。由于钻井机械经常要承受冲击载荷，有时此载荷的峰值又很高，加之传动中有的是硬连接。所以减速箱的齿轮副、钻井泵中的齿轮传动

副、链传动中的链轮和链条等，均会发生断齿（个别齿）或断轴的失效形式。（4）塑性变形。由于钻井机械负荷重，冲击大，在某些零件上发生挤压塑性变形。例如钻井泵的传动齿轮，如果齿面硬度达不到设计要求，在长期重载作用下，则会发生挤压塑性变形，久之，塑性变形超过标准，齿轮就失效。同样，齿面硬度高，齿面会发生点蚀失效。（5）摩擦磨损引起的失效。由于摩擦磨损而失效的零件很多，下面举例说明。 1）易损件类。气胎式离合器、气动端面离合器的摩擦片和摩擦钢毅，带刹车的刹车块，以及气离合器的气囊等都属于易损件。它们在工作过程中，磨损到一定程度则需换新，它是无法修复的。2）摩擦副中因磨损失效的钢制件。各型钻井绞车中，带刹车的刹车块与刹车毅是一对摩擦副。刹车块是必须更换的易损件，而刹车毅当磨损量超过规定的标准时，可以通过埋弧焊等方法来修复。3）有相对运动的零件的摩擦磨损失效。机器运转过程中，有相互作用并作相对运动的零件，不管润滑条件有多好，总会发生磨损。例如齿轮传动中的齿轮副、支承轴承，绞车中空转链轮里的铜套与轴，绞车刹车曲轴与铜套，钻井泵中十字头与滑板、阀体与阀座等。4）在正常工作中，因载荷影响而产生的磨损（非正常磨损）。滚动轴承与轴，滚动轴承与壳体（或轴承座）之间的配合，一般都是过渡配合，不应当发生相对运动。但由于装配和固定中产生的误差，特别是在重载荷和冲击载荷的作用下，致使轴承发生跑内圆或外圆的现象，从而导致与轴承配合的轴颈和壳体孔发生研磨而损坏。例如减速箱、正车箱的主、被动轴；钻井泵主动轴和被动轴的支承轴承部位，绞车三根轴的支承轴承部位，转盘水平轴轴颈、负荷轴承配合部位等；大部分都是由于轴承跑内圆而把轴颈部位磨坏。但这些部位也可通过各种不同的修复方法使其恢复原来的尺寸形状和表面性能。这类磨损的机件绝大部分是可以修复的。（6）其它失效形式。吊装时，由于方法不正确，导致设备护罩发生较大变形。机房底座在搬迁过程中，由于拖拽造成的构件变形以及其它设备在搬迁中造成的误伤等。

三、钻井机械的常用修复方法

尽管钻井机械在使用过程中受到各种各样的损坏，但是在大修时，可以通过焊、补、镀、喷、铆、镶、配、涨、缩、校、粘、改等方法，把很多重要的零件修复再用。（1）焊修。焊接修复的使用范围最广，焊修分为：堆焊，包括手工耐磨堆焊、振动电堆焊、埋弧堆焊、半自动和自动CO：气体保护焊、氧气一乙炔火焰金属粉末喷焊、空气等离子喷焊等。焊补有：铝合金焊补、铸铁焊补。（2）喷镀。喷镀有：电喷镀、气喷镀、氧气一乙炔焰金属粉末喷镀、空气等离子喷镀。（3）电镀。有镀铬、镀铜、镀铁、镀锌等。（4）粘接与粘补。有合成粘接剂粘接，无机粘接剂粘接，厌氧胶粘接等。（5）压力加工修复。有胀大、墩粗、校正（压力校正和加热校正）、冷作强化等。（6）机械加工和钳工修复。如修理尺寸法、镶套修复法、部分更换法、调整换位法等。

总而言之，钻井设备的管理与维护是企业发展的需要，是石油企业能否正常工作的环节，要充分考虑到石油企业的实际特点，执行相关管理规范，加强设备操作与管理人员的信息沟通与反馈，在平时要做好监督检查的工作，把这种监督检查规范融入到企业的日常管理中去。

参考文献

1. 俞非. 关于钻井机械性能失效问题的研究[J]. 中国新技术新产品. 2012（03）

2. 刘凤春. 有关预防钻井机械故障工作的探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012（10）

3. 孙延廷. 钻井机械设备的故障排除与维修分析[J]. 硅谷. 2013（05）