石油钻机的可靠度与维修规则探讨

2019-01-16郑永谭

中国设备工程 2019年3期

郑永谭

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

钻机中每种零件都有固定的使用期限，因此在即将到期前必须进行更换，如果更换不及时，则难以实现钻机的安全运行。此外，需要根据可靠度计算结果明确不同零件所对应的钻井次数，然后根据零件更换总量决定维修范围。本文就对此进行了具体分析。

1 可靠度计算

（1）使用时间计算。石油钻机不同部件的使用寿命存在一定差异，原因在于各部件的材质、使用频率及方式都有显著差别，为了了解各部件的大致使用期限，必须利用此方面的公式进行详细计算。计算方式为钻井数与故障次数的比值，获得的结果是设备始终处于正常状态时使用时间的平均数。以钻机泵房为例，根据钻井数与故障次数的比值就可得知泵房的平均使用寿命为48次。

（2）钻机可靠度。机电类设备的故障率通常与使用时间成正比，因此随着设备使用时间的延长，其可靠性必然会逐渐下降，此种情况可用指数分布加以表示，涉及二参数与单参数两个主要参数。此外，故障多出现于生产与装配环节，而并非使用过程中，这意味着在最初使用时设备的可靠性已经有所下降。针对此种情况，选择单参数最为合适，能够促使可靠度计算结果更为精确。可靠度计算公式表示为，在计算前必须获取设备参数数据，这样就可对设备能否继续使用进行准确评估。

2 可靠性分析

除了利用公式进行计算之外，还应对钻机的可靠性进行详细分析。基于钻井速度不断提升，地质勘探条件复杂多变，因此需要强化设备，提高其灵活性。此外，设备备件与维修技术也存在一定的问题，这些因素不仅会影响石油开采工作的质量和进度，并且需要消耗更多的材料，基于此，可采取以下两种方法加以分析。第一是随机抽样。可靠性分析并非针对的是单一设备，而是要对所有设备进行整体评估，要满足这样的要求，就必须进行批量化处理。但在具体实践的过程中经常受限于资金和时间，无法具体到每台设备，因此可进行随机抽样，选取部分产品，这样就能实现无差别选取，分析结果也会更加可靠，能够作为钻机设备总体可靠性评估的重要依据。第二是试验法，试验结果能够真实反映钻机性能，并且不必花费过长的分析时间。具体实践时需要在钻机电路上安装计时器，根据记录结果计算故障次数与持续时间这两项参数之间存在怎样的关联，而后将结果整理为表格，这样就能够找出故障，在分析设备可靠性时就能够依据真实的数据，从而保障计算结果的准确性。

3 提高可靠性策略

对设备可靠性的分析固然有助于实现故障的针对性处理，但最重要的是从根本上提高钻机的可靠性，主要可从以下几个方面入手。

（1）设计环节。第一，重点改进钢结构。从当前的实际情况来看，钢结构的设计缺陷较为明显，严重妨碍了钻机性能的发挥，主要问题在于钢结构的位置、应力与荷载等方面不合理，增大了故障发生的可能性。针对此问题，在设计时应参考极限状态，统计尺寸、荷载值等多项关键指标，进而得出准确、可靠的分析结果，并以此为依据进行精确化设计，为钻机的安全运行提供有力支持。第二，改进薄弱环节。接触器、电动机等部件的故障较为常见，因此需要选择优质材料，提高部件质量，并选择合适型号的接触器。此外，电动机故障主要是由于电压不稳所造成的，因此需要安装保护电路，并分析制动器的不完善之处，从而在设计方面进行调整。这样也可防止摩擦片被严重磨损，从而实现设备的安全、稳定运行。除此之外，绞车电缆也属于重点改进对象，原因在于电缆极易被刮断，引发严重的安全事故，因此可将其替换为滑触线。该构件抵抗能力较强，能够有效应对恶劣的环境，从而减少安全事故的发生。

（2）生产与检验。从实际情况来看，设备的调试、装配与制造环节往往会存在一些问题，导致安全隐患遗留，从而引发故障，造成重大损失，因此做好这几个环节的监督检查工作是十分必要的。在具体处理的过程中应对易引发故障的加工工艺及模式进行重点分析，严格按照装配要求完成设备各部件的装配，确保成品与设计要求相符。生产时重点收集故障信息，深入分析原因，查明后就可进行针对性改进。

（3）日常管理。钻机的可靠性分析是一项十分重要的工作，当前可引进国外先进技术，并加大人才培养力度。技术引进时应结合钻机的实际情况合理应用，致力于充分发挥其作用，从而减少机械故障的发生。人才的培养则必须结合实践，不断提高人才的专业操作水平与实践能力。此外，在管理过程中应将设计阶段作为重点，总结存在问题的工艺并加以改进，从而将加工工艺所造成的偏差控制在最小范围内。钻机的包装与运输也十分关键，要求包扎严实，以防被外界因素影响。运输时应控制好运输速度，选择性能较好的运输设备，尽量缩短运输距离，从而避免设备在运输途中被损坏。此外，还应做好运输过程中的监控工作，以防设备中途丢失，从而增加运输成本。只有在这些方面不断进行改进，做好管理工作，才能有效保障钻机运行的可靠性。

4 维修模型

钻机主要由转盘、绞车、泥浆泵、水龙头等元件构成，这些元件的可靠度同时降低时必然会影响钻机的整体性能。在这种状况下必须采取停机整修的处理方式。但结合实际情况来看，停机整修并不现实，原因在于钻机故障较为常见，如果频繁停机，则更加容易引发事故，损失大量的财产，维修不当还会导致人员伤亡。因此钻机的检修不应脱离现实，应充分结合实际情况。针对不同元件使用寿命的差异，在处理时以零件更换为主，这就要求维修人员掌握不同零件的运行时间，接近期限时及时更换，同时还要求维修人员明确各种元件的型号及功能特征，从而有效保障维修质量。

结合实际情况来看，天车、井架与底座不易故障，可靠度可表示为1，压风机故障率最高，使用期限为36次钻井施工，达到使用期限后必须及时进行更换，代之以新的压风机。可靠度仅低于压风机的设备是转盘，能够完成37次钻井施工。然后只要按照特定的计算方式依次获取各种零部件的使用时间即可，这也意味着故障的减少可通过更换零件来实现。此外，零件的更换通常是在完成1年使用期限之后，期间一般不会发生故障，但并不意味着能够完全排除故障，主要是由于安装或生产不当所引发的。泵房、转盘在这些环节都存在质量隐患，但与钻机本身并不相关，因此需要明确不同问题的原因，促使故障处理更加高效。此外，假设钻机的正常工作期限为5年，不同类型零件所对应的钻井数如表1所示。

5 维修规则

因零件自身的差异性，使得更换时间与频率不同，可将设备的最高钻井次数表示为t，然后采集10次钻井数据并加以计算，从而得出零件更换类型与数量，并以此为依据制定出合理可行的维修规则。即在设定期限内如果更换量处于零件总数的30%以内，只需小范围检修即可。如果介于30%到50%之间，则应按照中度维修标准进行检修；如果高于50%则需进行大范围检修。

根据表1及维修规则可制定出具体的维修计划。零件更换时间段为钻机正式开始运行后的第2年、第3年和第5年，在这3个时间段，钻井次数分别为36、71和141次。当设备运行刚超过1年时，更换对象为转盘与压风机，属于小范围维修。第3年时需更换转盘、游钩与压风机，属于中度维修。第五年时更换对象包括泵房、压风机、游钩等，属于大范围维修。