基于RCM的SDRI正脉冲发生器维修方法研究

王旭东 杨 峰 石锁政 李波罗 李映林

(中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院， 四川 德阳 618000)



基于RCM的SDRI正脉冲发生器维修方法研究

王旭东 杨 峰 石锁政 李波罗 李映林

(中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院， 四川 德阳 618000)

正脉冲发生器是SDRI-MWD仪器中故障率最高的部件，影响仪器的入井成功率。为降低正脉冲发生器的使用故障率，提高使用寿命，根据RCM理论，对正脉冲信号发生器的故障进行分析，判断出不同的故障类型，采用不同的维修方法。再结合RCM分析和现场使用经验，对正脉冲发生器的关键零部件进行了改进设计。通过采用基于RCM的正脉冲发生器维修方法，平均发脉数提高了35.3%。

RCM； 正脉冲发生器； 维修方法

正脉冲发生器是SDRI-MWD仪器的重要部件，也是最容易发生故障的部件。它的可靠性很大程度上决定了MWD仪器的入井成功率。提高其可靠性是提高定向效率和生产时效的关键。

“以可靠性为中心”的维修理论(reliability centered maintenance，RCM)，是以提高设备本身的固有可靠性为目的的一种预防性维修理论。正脉冲发生器在使用过程中发生的故障主要为设备自身所引起的，应用可靠性维修理论制定对其的维修策略，能较大地提高其本身固有的可靠性。

1 RCM的维修理论

1.1 基本内容

RCM起源于20世纪70年代末的美国航空工业，是充分利用设备本身的固有可靠性，在“以预防为主”的计划预防维修体制基础上发展起来的一种现代化的维修理论[1-2]。

要实施RCM,首先必须对设备的功能、功能故障、故障原因及影响有清楚明确的定义，通过“故障模式及影响分析(FMEA)”对设备进行故障审核，列出其所有的功能及其故障模式和影响，并对故障后果进行分类评估，然后根据故障后果的严重程度，对每一故障做出是采取预防性措施、还是不采取预防性措施待其发生故障后再进行修复的决策，降低维修费用，维护设备固有可靠性。

1.2 故障后果分类

RCM将故障分为4类[3]：一为隐蔽性故障，目前对设备无直接影响，但其逐渐积累会带来灾难性后果；二是安全环境故障，故障一旦发生，会造成人员伤亡或违反地方、国家的环保法规；三是使用性故障，影响生产运行和修理的直接费用；四是非使用性故障问题。此故障一般不会影响生产运行，但影响修理费用。

1.3 维修工作分类

RCM把维修工作分为2类[4-5]：主动性工作和非主动性工作。主动性工作是为了防止产品达到故障状态，是在故障发生前所采取的工作。它们包括传统的预计性维修和预防性维修，包括：定期恢复、定期报废和视情维修等。当不可能选择有效的主动性工作时，选择非主动性对策处理故障后的状态，它包括故障检查、重新设计和故障后修理。

2 SDRI正脉冲信号发生器结构机理与故障分析

2.1 结构机理

从功能上分析，SDRI正脉冲信号发生器可分为3个功能系统，分别为钻井液通道限流系统、控制系统以及与专用悬挂短节配合的坐挂装置。脉冲发生器工作原理如图1所示。脉冲器不工作的时候，钻井液直接通过限流通道向下循环。脉冲器工作时，先是电磁阀向下运动，钻井液进入活塞腔，再从活塞上溢流阀流出，形成压力降，从而推动活塞向上运动，同时带动主阀也向上运动，减少限流通道空间，形成一个正压力波动。

2.2 故障分析

正脉冲发生器因自身可靠性问题而产生的故障又可分为机械故障和控制故障。其中，机械类故障包括：(1) 本体外观故障，即肉眼观察可发现明显冲蚀、形变、紧固件松动或脱落；(2) 电磁阀总成非控制部分故障，即电磁铁控制的阀关闭不严、液压油腔泄漏(密封失效)；(3) 偏磨，即主轴、轴承、肋筒、耐磨套、转向器、水力弹簧等件产生偏磨；(4) 活塞往复运动故障，该故障产生的原因有本体外筒和内腔筒状机械部件与主轴同轴度不足，水力活塞在活塞筒的行程段颗粒物沉淀、堵卡，活塞溢流孔、溢流阀受堵，活塞筒研光面磨损，主轴端头耐磨套磨损、堵卡，主轴端头O型密封圈密封失效严重；(5) 主阀行程故障，即用清水上架进行动态模拟时，主阀相对行程不足或主阀无行程；(6) 主阀破损，即陶瓷主阀裂纹或破损。

控制故障主要有：(1) 差压开关失灵；(2) 接通和断开难辨或失灵；(3) 线圈电阻、电容测量值超标；(4) 电子线路绝缘不良。

3 SDRI正脉冲信号发生器维修方法

3.1 RCM分析方法

首先分析故障后果的类型(隐蔽性后果、安全性后果、环境性后果、使用性后果、非使用性后果)，其工作流程图如图2所示。

图2 故障后果分析流程图

按照故障特点确定维修工作类型。对非使用性后果故障和预防维修费用大于故障维修费用的使用性后果故障，选择状态监控；对隐蔽性后果故障，选择隐患检测、定时报废或更改设计；对安全性、环境性和使用性后果故障，选择视情维修、定时拆修和定时报废。确定维修工作类型的工作流程如图3所示。

3.2 SDRI正脉冲发生器RCM分析

通过RCM分析，确定正脉冲发生器的故障后果类型和维修工作类型如表1所示。

图3 确定维修工作类型的工作流程图

故障类别故障后果类型维修工作类型外观故障非使用性后果视情维修电磁阀总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报废活塞往复运动故障使用性后果定期拆修主阀行程故障使用性后果状态监控主阀破损使用性后果故障后修理差压开关失效使用性后果故障后修理电磁线圈失效使用性后果故障后修理线路故障隐蔽性后果隐患检测

3.3 关键部件改进设计

结合RCM分析和现场使用经验，对正脉冲发生器的关键零部件提出改进设计方法，从而进一步提高设备本身固有可靠性。

3.3.1 密封方法改进

图4中左右部件外观轮廓、尺寸大小、功能材质都相同。唯一不同的是右边可嵌入1个O型橡胶环，在没有加工环形槽之前，实践中我们一直用密封带或尺寸合适的废旧 O圈以达到同样功效。加工工艺改进后，置入相应的O圈，不仅方便，而且密封效果更好。

图4 密封方法改进

3.3.2 溢流槽改进

图5上图所示每个溢流阀留有2个小槽，即使溢流阀处于闭合状态时，这2个小槽均为常开状态。图5下图则将每个溢流阀的2个小槽用1个等量泄流面的水眼代替。改进后，一方面使得小槽槽边棱角消失，处于闭合时以圆斜面接触；另一方面，2个小槽并为一孔，“合二为一”的结果是使得泄流面相对集中，提高了钻井液固相颗粒的通过能力。不将2个小水眼再次“集中”的原因是双孔对称泄流可较为有效地抑制单孔泄流可能产生的偏心力，进而减缓泄流时的侧向振动。

3.3.3 主阀防碰改进

正脉冲发生器主阀有陶瓷阀和合金阀2种，陶瓷阀易因碰撞而破裂，但是合金阀的成本要数倍于陶瓷阀。基于陶瓷阀进行改进，既可降低成本又可提高其固有可靠性。图6为3支发生破碎或裂纹的陶瓷阀阀体，不难看出此物为易损件。经观察发现，图6左上、左下，在陶瓷阀关闭面上有一圆环状痕迹，明显可辨。此痕迹为其与阀座实现闭合时碰撞而产生。另外，从阀的工作原理和结构上看，陶瓷与其阀座工作过程中只以某一环带面发生接触。因此提出2种改进方法：(1) 在此环带面内镶嵌类同于仪器扶正器翼块的橡胶材质，一方面可适量缓冲碰撞时的冲击，另一方面其抗冲蚀能力几乎不受影响；(2) 对活塞或主轴限定活动上行位置，从而控制陶瓷阀与阀座接触状况，并避免碰撞。

4 应用效果分析

累计发脉数是考核正脉冲发生器可靠性的一个重要指标，采用基于RCM的正脉冲发生器维修方法，不但最大限度地降低了维修成本，而且显著提高了正脉冲发生器的累计发脉数，图7是2015年应用维修方法后发脉数与2014年统计对比图。

图5 溢流槽改进

从图7中可以看出，2015年采用基于RCM的正脉冲发生器维修方法后，相对于2014年，最小累计发脉数提高了50%，平均发脉数提高了35.3%，最大累计发脉数提高了25.9%。

5 结 语

应用基于RCM的正脉冲发生器维修方法，针对不同的故障采用不同的维修方式，可以充分发挥正脉冲发生器的固有可靠性，显著提高其累计发脉数。

[1] 陈仕波.基于可靠性前提的断路器检修实现研究[J].现代商贸工业，2008，20(6)：357-358.

[2] 陈志林.以可靠性为中心的维修体系在大亚湾核电站的应用[J].中国设备工程，2006，13(2)：13-14.

[3] 孔淑芳．可靠性维修管理在空压机上的应用研究[J]．商业经济，2010，9(6)：94-95．

[4] 钟云峰，谭树彬．以可靠性为中心的维修[J]．机械工程师，2006，1(3)：80-81．

[5] J.莫布雷.以可靠性为中心的维修[M].石磊，译.北京:机械工业出版社,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点科技课题“须家河水平井钻井关键技术研究”(SG1301-01K)

王旭东(1983 — )，男，湖南邵阳人，硕士，工程师，研究方向为定向钻井和优快钻井。

TN782

A

1673-1980(2016)05-0109-04