关于石油钻机的可靠度与维修规则探讨

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720115

摘要：石油钻机是石油开采行业中重要的机械设备，需要对其各个零部件进行严格的管理，而可靠度以及维修规则是石油钻机检修工作的重要参考数据。因此，本文就石油钻机的可靠度与维修规则展开分析和研究。

关键词：石油钻机；可靠度；维修规则

石油钻机的可靠度是设备检修工作的重要参考数据，通过对设备各部分零件的可靠度进行计算得出的数据以及参考维修规则，可以准确设置出石油钻机的维修计划。

一、石油钻机各部分可靠度计算

（一）石油钻机的零件使用时间计算

石油钻机的各个部件由于材料材质、使用方式以及使用频率的不同，会导致其使用寿命也有所差别。因此，需要通过具体的计算公式对石油钻机的各个部件进行使用寿命的计算，即S=钻井数/系统故障次数。在这一计算公式中，S代表了石油钻机各部件在不出现故障的情况下使用时间的平均数[1]。

例如，通过调查可知石油钻机泵房的钻井次数以及系统出现故障的次数，在经过计算之后，得出泵房的使用时间的平均数为48井次。

（二）石油钻机的可靠度

机电类设备出现故障的几率通常会随着使用时间的增加而提高，进而导致设备的可靠性降低。而在石油钻机设备中一般会通过一个指数分布方法来表示这一情况，在指数分布中主要有两个关键参数分布，分别是二参数以及单参数。在石油钻机设备中许多故障是在设备生产阶段以及装配过程中形成的，由于这些故障在设备使用初期就已经存在，所以在计算石油钻机的可靠度时使用单参数的指数分布方法更为适合。其中主要的参数内容有：设备故障率A=1/a（a是设备尺度参数的均值），积累分布公式：F=1e，分布密度公式：f=λeλt，设备的可靠度公式：R=eλt。在石油钻机的维护过程中，通常是运用各个设备的可靠度公式进行计算，当设备运行一段时间之后，采集其参数数据进行计算，就可以得出设备的可靠度，进而分析该设备是否可以继续使用。

二、石油钻机的维修模型

在石油钻机设备中，主要是由12个元件组成，其中包括：转盘、天车、钻台动力、游钩、泵房动力、绞车、井架、压风机、泥浆泵、底座、水龙头。通过在石油钻机设备的可靠度计算公式可以得出，当石油钻机的所有元件的可靠度都降低时，石油钻机的整体系统的可靠系数也会降低，这时就需要停机整修。但是在实际的工作中并不是使用这种方式进行维护，因为如果石油钻机设备在正常工作中过于频繁的进行停机维修将会增加出现事故的可能性，甚至造成人员伤亡和财产损失。所以，石油钻机设备的检修需要结合实际条件，根据各个元件使用时间的不同，在每运行一段时间之后对石油钻机设备进行一次零件更换，因此需要在石油钻机设备运行过程中，及时的掌握各个零件的适应数量、型号以及当前元件的使用情况[2]。

在对石油钻机设备的12个零件进行可靠度分析之后，可以发现其中天车、井架以及设备底座的故障次数最少，因此可靠度计算为1。而可靠度下降最快的零件是压风机，当设备完成第36次钻井之后，压风机的可靠度已经下降到最低，这是需要及时的更换新的压风机才能保证石油钻机设备正常工作，当前记录为第一次更换设备零件。而后，第二个达到可靠度最低值的零件设备是转盘，当进行到地37次钻井时，设备需要更换转盘，然后再次进行工作，此次记录为第二次设备更新零件。随着石油钻机设备不断的工作，将会有其他的零部件可靠度降到最低，进而需要更换新的零件。这就表示在石油钻机正常工作中，可以通过更换部分零件的方式来保证设备的正常运行。通过实践证明，一台石油钻机在第一年是不需要更换零件的，通常不会发生故障，但是如果是在安裝或者生产过程中出现问题，则有可能在第一年中出现设备故障，例如，压风机、泵房、水龙头、转盘等设备零件都有可能受到安装质量的影响，而这种故障并不属于石油钻机设备本身的问题。假设一台石油钻机设备如果能够正常工作5年，其零件更换模型如表格所示。

三、石油钻机的维修规则

通过石油钻机的零件更换模型可以看出，设备的各个零部件的更换时间和更换频率是有差别的。如果当设备运行到钻井次数t时，则通过对设备各零件未来10次钻井工作中的实际情况进行数据采集，在通过可靠度计算公式进行计算，可以得出需要更换的零件数量和类型，进而制定维修规则如下：

第一，在这一段运行时间中，如果设备需要更新的零件数量小于石油钻机零件总数的30%，则石油钻机需要进行小范围检修。

第二，在这一段运行时间中，如果设备需要更新的零件数量占石油钻机零件总数的30%到50%之间，则石油钻机需要进行中修。

第三，在这一段运行时间中，如果设备需要更新的零件数量大于石油钻机零件总数的50%，则石油钻机需要进行大范围检修。

根据石油钻机的维修规则以及上表的数据可以计算出设备维修的时间安排：在设备运行的第二年中，钻井次数为36时，在36到36+10这段时间内，石油钻机共需要更换零件2个，分别是转盘以及压风机，因此此时石油钻机可以进行小修。当在设备运行的第三年中，钻井次数为71时，在71到71+10这段时间内，石油钻机共需要更换零件3个，分别是转盘、游钩以及压风机，因此此时石油钻机可以进行中修。而当设备运行的第5年中，钻井次数为141时，在141到141+10这段时间内，石油钻机共需要更换零件5个，分别是泵房、转盘、游钩、水龙头以及压风机，因此此时石油钻机可以进行大修。

四、结论

总而言之，石油钻机的可靠度以及维修规则是设备安排检修工作的重要参考数据，根据不同石油钻机零件的可靠度，对设备进行及时更换，能够保证石油钻机的各部分零件的工作效率，有效提高石油钻井工作的质量。

参考文献：

[1]何振宇.基于物联网的石油钻机安全监控技术研究[D].西安石油大学，2016.

[2]朱春辉.基于GTI的石油钻机节能研究[D].东北石油大学，2015.

作者简介：冯跃（1986），男，河北滦县人，本科，初级工程师。