钻井设备轴承损坏形式与故障检测研究

周万成

（大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江 大庆 163412）

钻井设备在复杂的环境下工作，失效形式呈现多样化特征，而轴承作为钻井设备正常工作必不可少的重要组成部分，其质量好坏将直接对主机的正常运行产生影响，甚至会对钻井进尺及井下安全产生直接影响，当前，轴承故障及轴承损坏问题已经成为钻井设备修理的重要因素，所以本文就钻井设备轴承损坏形式与故障检测展开论述分析。

1 钻井设备轴承损坏形式与故障检测的重要性

钻井设备中所应用的轴承类型复杂，包括推力滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心球轴承和深沟球轴承等多种类型，部分轴承的价值可以高达上万元，常见型号为ZP-520转盘负荷轴承1684/650、SL-250水龙头负荷轴承9019456及F1300泥浆泵连杆轴承928/660等类型，由于钻井设备工作环境恶劣，且井下环境复杂多变，所以设备超负荷运载情况时有出现。这就需要提升钻井设备恩的应用可靠性，减少故障发生而带来的经济损失问题。轴承作为钻井设备旋转和支撑的最主要部件，其关系到钻井设备恩是否能够正常运转。

轴承应用中，会受到外部条件及自身质量的双重影响，轴承的耐磨性、旋转精度及承载能力也会受到影响产生不同程度的变化。若是轴承的性能指标无法满足正常工作需求，轴承就会产生故障，严重情况下甚至会失效，而故障或者失效的轴承会直接影响钻井设备的正常运转，导致设备功能丧失，所以必须尽早进行故障发生原因的检查，并采取对应措施进行故障排除。经调查发现，在进行钻井设备修理过程中，轴承更换的费用占据设备应用的一半左右，总修理费用可高达500万元。所以，只有尽早采取措施对轴承失效进行预防，才有利于减少轴承损坏的概率，促进钻井设备正常运转，提升设备应用周期，促进石油企业经济效益的增长，所以这就需要深入研究轴承失效原因，强化设备可靠性诊断，以确保钻井设备能够正常应用。

石油钻井设备应用过程中，工作环境恶劣，所以轴承损坏的形式也呈现多样化特征，其中包括轴承游隙过大、挡边掉块、轴承内外轨磨损、断裂、滚动体破裂、轴承保持架损伤、滚动体脱落及有麻点等内容。

2 轴承常见损坏形式

2.1 轴承内外轨磨损

轴承内外轨磨损将直接导致轴承表面受到交变应力作用，影响材料的蒸常应用，导致材料疲劳，而发生失效。接触疲劳失效属于轴承常见的失效形式，极易导致轴承疲劳剥落，轴承轨道及滚子表面存在麻点剥落和点蚀剥落也极易导致轴承损坏。若是磨损严重，将导致轴承向深层剥落，深层剥落就会直接导致接触疲劳失效，其属于最主要的疲劳源。滚动轴承应用过程中，一旦受到静荷载影响或者冲击荷载的影响，或者受到热变形，将导致额外荷载量的升高，若是硬度较高的物质进入到其中以后，会导致滚道表面生成划痕和凹痕。一旦轴承内外受到摩擦，将直接加剧轴承的振动，导致噪声增加，进一步增加冲击荷载。导致轴承附近表面脱落。

2.2 磨损失效

钻井设备工作环境大都为封杀自然环境，其工作环境大都为野外，所以设备润滑油之中会导致轴承内部进入大量润滑油，轴承工作表面之间若是混入硬质的异物、硬质的沙砾，将导致金属表面发生磨损，影响接触表面的正常接触，导致轴承移动，诱发磨损问题，导致轴承工作表面形成数道拉伤。

2.3 腐蚀失效

钻井设备所处的工作环境极为复杂，钻井过程中，必然会接触腐蚀性介质和水，比如泥浆泵工作中，会接触化学泥浆，化学泥浆中含有大量的酸碱性物质会对钻井设备产生腐蚀，若是进入钻井泵轴承内部，将导致轴承腐蚀和生锈，泥浆泵的大连杆轴承会进入泥浆之中，导致轴承出现腐蚀损坏。

2.4 轴承轨道或者挡边断裂失效

轴承轨道发生断裂失效的因素为轴承中混入异物、过载冲击荷载引发的轴承脆裂及轴承自身缺陷问题。这一失效大都在冲击振动较大的位置发生，可由于泥浆泵连杆轴承、水龙头负荷轴承及十字头轴承轨道负荷值过高而导致轨道断裂的情况也时有发生。

2.5 轴承轨道单侧挡边位置剥落

轨道单侧基线位置剥落发生后，可见轴承弹子挡边及轨道交接位置安装到位，或者可以将从右侧开展的轴承外圈配合情况更替为间隙配合方式，一旦轴承过载情况下，轴承将得到补偿，发生轴承轨道单侧挡边位置脱落。

2.6 轴承烧毁

由于轴承应用过程中所采用的润滑油无法与实际情况相符合，润滑情况不合理，轴承的间隙调节过小，轴承在工作过程中会迅速产生热量，在几十分钟内，轴承表面的温度会不断升高，发生退火现象，若是不能及时对轴承内轨采用胶合进行处理，轴承滚动体将会脱落，保持架也会产生散架。胶合指的是在一个表面向另一个表面金属粘附，若是润滑不良，产生高速重载，则会由于摩擦发热，导致滚动轴零件在短时间内温度升高，引起表面损伤甚至损坏。

2.7 滚动体及滚道点侵蚀

轴承疲劳，润滑程度不足，润滑剂不良，将导致滚道表面受到油中氧化物及腐蚀物对其产生侵蚀，导致表面损伤，密封不严的情况下，水和腐蚀剂会对轴承滚道表面产生影响，导致表面麻点的出现，这一失效问题会在各个部位的轴承中发生，尤其是轴承应用后期，这一问题更加严重。

2.8 轴承变色及咬合烧伤

轴承缺油、烧死及咬合烧伤、环境温度水平过高、润滑油润滑程度不足、润滑剂应用不良等问题均会对轴承的散热产生不良影响，导致轴承运转过程中温度水平过高，引发轴承色变现象，该失效情况在转盘、泥浆泵及水龙头等极易混入腐蚀性泥浆的轴承中发生较高。

3 轴承常见故障检测

不依靠拆卸检查方式对轴承运转过程存在的故障进行预测和识别，可实现钻井和设备经济性能和可靠性能提升的目的。所以首先，需要依据轴承运转中的声音，对轴承是否存在损坏情况进行判断，依靠听音器或者起子贴在轴承外侧部位进行聆听，分析抽成运转过程中所产生的声音是否正常、滚动体会在滚道上滚动，滚动中会形成滑溜的轻声音，其属于轴承最基本的声音，但是声音的大小会极大程度受到轴承结构的影响，若是球轴承比较小，则滚子轴承比较大。轻系列的轴承小情况下，重系列的轴承会比较大。若是轴承轨道之中存在麻点或者磨损情况，则轴承运转过程中会产生异常声响，也会产生有规律的跳动声音。其次，替考专用的轴承振动仪开展故障检测，轴承应用过程中，若是滚动体表存在裂纹、锈蚀、压痕或者剥落情况，将直在轴承运转中体现，依靠轴承振动测试分析仪，可有效检测轴承的大小，依靠轴承分析方式对异常情况进行鉴别。最后，依靠轴承工作温度对轴承工作情况进行判断，轴承运转过程中，温度也会随之升高，但是若是润滑情况良好的情况下，轴承温度会处于恒定状态下，若是由于润滑油质量问题或者润滑不良问题的存在，将导致轴承安装过程张温度持续上升现象，导致轴承异常高温问题的发生，若是润滑不足，将导致润滑剂中杂质含量的升高，导致润滑负载值的升高，引起轴承损坏，且此过程中间隙不足，也会导致油封摩擦，导致轴承温度迅速升高。

4 结语

综上所述，在对轴承故障进行鉴别过程中，可依据轴承的声音、轴承振动情况、轴承温度水平进行，通过合理的故障检查方式，对轴承应用中存在的异常问题进行尽早发现，并尽早采取措施进行解决，以保障轴承运转的正常化，减少轴承故障而导致的钻井设备应用停机事件的发生，提升轴承应用的稳定性和安全性，增长轴承应用周期，减少轴承维护和更换的费用，促进轴承应用质量的提升，以此促进钻井工作经济效益的增长。