石油钻机的可靠度与维修规则探析

2021-05-18王基龙杨中兴王德余

中国设备工程 2021年9期

王基龙，杨中兴，王德余

（1.中国石油技术开发有限公司，北京 100028；2.中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，天津 300450）

石油钻机的可靠性主要基于概率论和数理统计作为可靠性的基础，考虑随机影响因素的可靠性指标作为评价石油钻机可靠性的标准。评估和分析石油钻机可靠性的过程包括全面的技术，例如数学故障、物理故障、诊断和监视与维护技术的生产和应用以及跨科学应用。石油钻机可靠性理论的发展始于1980年代初期。随着科学技术的不断发展，它已逐渐扩展到建筑、石油化工和化学工业，而石油钻机可靠性的基本原理可以为石油工业的管理和维护决策提供依据，为确保我国石油工业持续有效发展奠定基础。

1 石油钻机各部分可靠度计算

1.1 石油钻机零件使用时间的计算

石油钻机各部分的使用寿命因材料、使用方法和使用频率的不同而不同。因此，有必要通过一个特定的计算公式来计算石油钻机各组成部分的使用寿命：S=井数/系统故障数。在此计算中，S代表无故障石油钻机各个组件的平均使用时间。例如，可以通过调查确定钻机的泵房数量和系统故障数量，计算后使用的平均泵房数量为48口井。

1.2 石油钻机的可靠性

机电设备发生故障的可能性通常随着使用时间的增加而增加，这降低了设备的可靠性。在石油钻机中，这种情况通常用指数分布法表示，在指数分布中主要有两个主要参数分布：两个参数和一个参数。设备的生产和组装过程中会发生许多错误。由于此类错误存在于设备使用的早期阶段，因此在计算石油钻机的可靠性时，更适合使用单参数指数分布方法。主要参数包括：设备故障率A=1/a（a是设备规模参数的平均值），累积分布公式：F=1-e，分布密度公式： f=e-t，设备可靠性公式：R=e-t。在石油钻机维护期间，通常在计算中使用每个钻机的可靠性公式。设备运行一段时间后，可以收集并计算设备的参数数据，获得设备的可靠性，并对设备进行分析。

2 石油钻机应用设备与维修模型

2.1 石油钻采设备应用

由于钻探工程的质量与水平井的开采有着密不可分的关系，为了更顺畅地利用深部水平井，有必要以更加科学的方式对工程质量进行评估，并确保工程质量。通常情况下，深水平井多级复合深穿透定向钻井技术的动力设备主要包括定向钻机、泥浆泵等。其中，定向钻机可以选择中煤集团西安研究院开发的ZDY6000LD履带式全液压钻机，具有自推进性好，转速低，扭矩大等特点。钻机的参数主要包括最大扭矩6000Nm，最大供给压力180kN，最大牵引压力180kN，主轴倾斜角-1020。泥浆泵主要可以选择BW300/12B三缸卧式、活塞泵。设备的固定动力排量最大排量为300L/min，最大压力为12MPa，这是一个可调节的机构，共有4个档位，分别对应4组排量和极限压力。钻进时可采用排量为194L/min，极限压力为9MPa的高速档。同时，用于深水平井的多级复合深穿透定向钻井技术的钻井工具主要包括钻杆，钻头和螺纹钻具。一般情况下，钻杆长1.5m，外平钻杆73mm，长3m，73mm钻杆和73mm非磁性钻杆，如转向力，进给力和拉力等，96mmPDC4翼钻头主要用于旋转旋转及后续定位用于钻孔时，94/153mmPDC钻头和153/193mmPDC钻头主要用于旋转扩孔。同样，在正常情况下，可以使用YHD1-1000测量系统来实现在施工过程中选择的测量系统。该系统主要由防爆计算机，测头和数据线组成，同时也是在深水平井区顺利应用深水平井多级复杂深穿透定向钻井技术的主要内容。 YHD1-1000测量系统可以在实际运行过程中测量并记录相应的评估参数，并同时在显示屏上显示相应的设计和实际石化运行轨迹。同时，评估测量系统可以测量深水平井中探头的特定位置，并计算深水平井的岩石，储层位置，岩石强度和其他参数，为后续参数处理提供更准确的数据。

2.2 石油钻机维修模型

石油钻机主要由12个部件组成，包括转盘、泵室、压缩机、水龙头、游沟、齿轮箱、井架、泥浆泵、起重机、底座、绞车和钻台。如果石油钻机部件的可靠性降低，那么石油钻机整个系统的可靠性系数将相应降低，此时必须对石油钻机进行维修。石油工程中的石油钻机经过不断的改进和创新，并在此基础上不断创新，因此石油钻机本身具有很高的自动化性能。它严重依赖计算机，这种设备本身具有许多特点，例如人力，物力和财力低，运行质量高，运行成本低。因为石油工程大量使用这些类型的设备，所以石油钻机的磨损也更快，并且需要经常的日常维护。此外，石油钻机在运行的第一年不需要更换零件，因此不太可能发生故障。如果石油钻机在使用后一年内发生故障，则主要原因是安装或生产。假设石油钻机可以正常工作5年，表1中显示了零件更换模型。

3 石油钻机的维修规则

从上面的油井零件更换模型表中可以得出结论，设备各个零件的更换时间和更换频率有很大不同。收集和分析实际数据以及有效的公式计算可以从以下几个方面得出石油钻机的维护规则：

首先，如果在钻机运行一定时期内需要更换新设备，并且设备数量少（少于钻机总零件的30%），则应进行小检查。

其次，如果在一定时期内要更换的石油钻机的零件总数占石油钻机总数的30%～50%，则该石油钻机必须采用中间维护规则。

表1 零件更换时间

最后，如果在一定时期内需要在石油钻机作业期间更换的石油钻机零件总数超过了石油钻机零件总数的50%，则必须实施大规模或完整的解决方案以使用专用设备。

在特定的操作中，相关的维护人员应该能够根据特定的情况和上述数据模型获得特定的维护时间和检查范围，从而可以最大程度地确保石油钻机的有效运行。根据石油钻机的维护规则和上表中的数据，可以计算设备的维护计划：在设备运行的第二年，钻探频率为36小时。在36到36+10的时间内，石油钻机共有两个更换部件，即转盘和压缩机，因此可以维修当前的石油钻机。在设备运行的第三年中，当钻井频率为71时，即从71到71+10期间，必须更换石油钻机的三个部分，即转盘，浮钩和压缩机。钻井设备可以维修。在设备运行的第五年中，当钻井频率为141时，有必要在141至141+10的期间内总共更换石油钻机的5个部分：泵室、转盘、自由钩、水龙头和压缩机。因此，可以在此时检查抽油装置。