钻机电控系统再制造升级标准研制与应用

董兴华 孙娟 孟庆滨 罗震 李洪波 寻明 刘晶晶

摘 要：为了规范再制造市场，提高再制造产品质量，引领新技术在再制造领域的发展和应用。因此有必要针对电控系统再制造的特殊性，对其再制造升级各个环节进行细化，对标准构建的基准、结构框架、再制造升级与传统维修的区别等领域开展研究，并在国外某项目上实践，应用效果获得用户认可和国际报刊报道。该标准的实施为助推制造业绿色发展给出新的思路。

关键词：电控系统，标准，再制造升级，油气勘探

1 电控系统相关再制造标准制定的背景

标准是推动创新成果产业化、加速成果市场化应用的桥梁[1]；同时标准的推行有利于产业的良性发展。许多调查研究表明细化专业领域的标准可以有效避免技术层面的安全风险，提高技术应用过程的操作效率，降低产品的生产成本，进而获得产品相关产业链发展的最佳秩序，保障相关产业的可持续发展。

根据国务院印发《中国制造2025》，中国提出“大力发展再制造产业，实施高端再制造、在役再制造”[2]，标志着中国对再制造产业的重视上升到战略高度。石油钻机是野外油气勘探开发的必备装备，电气控制系统（以下简称电控系统）是钻机的重要组成部分[3]。电控系统自从20世纪末逐步在中国推广[4]，现在临近产品退役周期[5，6]，钻机配套的电控系统如果随着钻机一同退役，会因为这些系统中的资源没有得到最大限度的开发和利用而造成浪费，考虑到电控系统具有较大投资和较高技术含量，新电控系统的采购成本都是百万元以上，如果对现有废旧电控系统进行有效的延寿改造（以下简称再制造[7]）会造就一个几十亿元的市场，因此需要构建相关标准为这个市场提供支撑，引导其良性发展。

2 电控系统再制造升级标准制定的意义

2.1 再制造升级标准制定的必要性

钻机电控系统现行的再制造相关技术标准有国际标准、国家标准、行业标准三大类（详见表1），这些标准的实施对电控系统新品设计、制造等相关工作的规范化起到了非常重要作用。但电控系统的再制造有其特殊性，随着高新技术的快速发展，电控系统升级换代的速度与资源浪费之间的矛盾正在日益凸显，值得关注的是，产品更新换代的速度越快，再制造恢复原型新品的效果就越差，再制造升级[8]新性能产品的呼声就越高，若一味推行恢复原有性能为目的再制造行为，将造成再制造产品满足不了当前市场的需求，甚至造成产品堆积，无法销售，给企业造成损失（十几年前的电控系统无论是自动化水平还是安全性，在当今市场上与新品都没有可比性）。同时由于现行技术标准难以满足实际电控系统再制造工作需要，开展相关新技术（如：信息化、智能化[9]）及现行标准的适应性研究势在必行。

2.2 现有再制造标准存在的问题

研究表明，相关标准化工作主要存在以下问题：（1）目前再制造标准主要针对机械结构件的“恢复性再制造”（也就是恢复设备原出厂性能为目的）。例如：GB/T 35980-2018《机械产品再制造工程设计 导则》和GB/T 32810-2016《再制造 机械产品拆解技术规范》等，对电控系统再制造升级（采用类似再制造的工艺步骤，同时通过增加新模块和利用新技术来提升产品的性能和功能）的内容欠缺。（2）再制造升级各个环节缺乏量化衡量标准（例如：JBT14263-2022《电子电气产品可再制造性评价通则》和ISO 13534《石油和天然气工业钻井和生产设备提升设备的检查，维护，修理和再制造》给出了宏观的要求，在具体细节上对电气设备再制造升级研究存在缺失，无法满足市场竞争和相关法规要求），由此造成各方对标准的理解存在差异，导致最终产品质量无法得到有效控制。3）钻机电控系统再制造升级方向缺乏引领，影响新技术的推广应用。因此，编制再制造升级标准势在必行，须尽快建立一套科学完整、应用合理的标准来规范钻机再制造市场，引领技术快速发展，满足钻探开发的绿色、安全、高质量需求。

3 钻机电控系统再制造升级的标准研制

3.1 再制造升级标准的定义

为了提升再制造产品质量、规范再制造升级过程和引导再制造升级相关新技术的推广应用，而起草该标准。该标准主要关注废旧产品，并通过模块化嵌入、结构优化和各类新技术应用，来确保再制造升级各个环节（如：状态评估、拆解、清洗、制造、试验等）的规范化和标准化，使其最终性能超过原型新品的制造过程，并做到相关要求有据可查、资料准备有章可循，从而规范再制造市场，满足油田用户对产品更高性能的需要。

3.2 再制造升级与传统维修的区别

针对市场上“再制造升级”定义模糊，用户无法辨别“再制造升级”和“维修”区别，从而无法保证再制造产品质量，针对这种情况，本标准对两者的区别进行对比说明（详见表2），从标准的高度规范电控系统再制造升级市场。

3.3 标准构建的基准

需要明确钻机电控系统是为油田现场用户服务，所以要满足用户需求和相关的法律法规要求，为此应遵循以下原则。

（1）质量等同新型新品：标准的构建必须严把质量关，以钻探行业市场需求为导向，严控准入门槛，要求电控系统再制造升级的质量特性和安全性能应不低于現阶段新型新品。

（2）内容量化可实施。针对电控系统再制造升级的每个环节都提供量化且可操作的具体内容，确保具备可实施性。

（3）贯穿再制造过程始终。该标准作为检查、评审产品设计再制造性的依据，应贯穿到设计、生产、试验和后期使用的相关环节，确保引导行业良性发展。

（4）可扩展性。编制该标准时，不仅要考虑到目前的技术需求和当前的技术发展水平，也要对未来的技术发展方向进行科学预判，便于后期技术升级扩展。

（5）持续改进：加入再制造升级后的定期检查环节，来确保使用过程中发现的问题能及时反馈，帮助持续改进再制造设计方案。

3.4 具体标准内容

3.4.1 标准的结构框架

通过对用户的需求分析，该标准（详见图1）将内容分为三大块：基本要求、工艺流程和其他。并对相关内容都进行了规范和标准量化；对相关附属要求进行了细化。

3.4.2 基本要求

为了规范市场，本标准从“资格准入”“需求清单”和“升级准则”3个方面提出约束，设置准入门槛。

3.4.3 工艺流程

（1）为了确保要求具备可实施性：本标准依据每个环节的特点，逐级进行约束。如：“零部件的拆解”环节就提出“总体原则”和“通用要求”，并针对电气设备特点，提出“绝缘电阻专项要求”“工频耐受电压专项要求”和“电气柜（箱）、操作台壳体专项要求”等。

（2）有关再制造升级新技术引领：对目前成熟的技术（如：保护功能升级和控制系统升级等）和前沿技术（如：信息化和智能化、节能和环保要求等）都做了列示，确保相关技术的推广和良性发展。

（3）试验验证：按照不同设备特点，严格按照新品要求提出试验内容。并依据“先设备再系统”的原则，分别细化了试验要求。

3.4.4 其他要求

有关完工文件等内容，也分为“标识、包装、随机文件等”逐项提出了可操作的约束要求。

4 钻机电控系统再制造升级标准的应用

宝鸡石油机械有限责任公司自提出加快推进服务型制造转型的理念后，经过多年的积累和多个项目的实际运用，几经修改完善，并汇总各方专家的意见，形成团体标准《钻机电气控制系统再制造升级技术规范》，这也是石油钻探行业内第一部关于“电控系统再制造升级”的标准，并在实际项目中得到应用。

截至2023年6月，该团体标准已在国外、国内等多个改造项目上进行实践，相关系统目前均运行良好，稳定可靠。尤其是国外项目，宝石机械根据用户需求，按照该标准要求对某旧电控系统（见图2）进行改造，该旧电控系统如果不进行改造会因性能不满足最新钻井要求而功能性退役，相关电气设备因没有达到使用寿命而造成资源浪费。为此宝石机械引入嵌入式模块化、无损清洗、寿命评估和预测等技术，对该电控系统进行再制造升级改造。再制造升级前后对比详见表3。

此次改造特点如下。

（1）严控产品质量，改造后质量与第三代新品一致。

（2）本标准提出的新技术获得国外用户认可，促进了国内技术和标准在国际市场的推广应用。

（3）改造周期相对于新品制造缩短6 0%的时间。

（4）改造后设备在国外沙漠高温恶劣环境下工作性能优良，获得用户和第三方监造的好评，被国外报刊报道（见图3[10]）。

5 结 语

通过对电控系统相关技术和再制造技术应用的介绍，探讨“再制造升级”技术如何在电控系统中应用，对电控系统最新技术、标准等内容进行调查分析研究，构建了电控系统再制造升级标准，通过区分“再制造升级”和“维修”有助于规范再制造市场，让那些有实力的再制造企业做大做强。其次，电控系统再制造升级标准的建立，使今后电控系统再制造升级工作和标准化建设“有章可循，有标可依”，有效指导相关装备制造企业，应用再制造技术，确保再制造产品质量，同时为未来新技术的推广和良性发展创造条件。可以预见该标准的实施必将对石油钻机电控系统的再制造各环节规范化和再制造产品质量提升起到重要的指导作用，为相关行业的发展提供技术和标准支持。

参考文献

徐风.架起标准促进科技成果转化应用的桥梁[N]. 中国质量报，2016-10-14（001）．

国家制造强国建设战略咨询委员会. 中国制造2025蓝皮书[M]. 北京：电子工业出版社，2016．

张奇志，李琳，等.电控钻机自动化技术[M].北京：石油工业出版社，2006．

赵宇.电动钻机动力控制系统的设计[D].西安：西安石油大学，2013．

丁卫峰．石油钻井装备的运行管理[J]．化学工程与装备，2018， 256（5）： 220-221.

赵备．石油钻井机械设备故障预防与维护保养[J]．中国机械，2014（5）： 119-120.

X i n g h u a D o n g，Z h i we i Z h a n g，J u a n S u n ， e t a l .Remanufacturing an evaluation system for electrical controlsystems of drilling rig based on the improved FCE andANN.PLoSONE17（5）：e0268788.https：//doi.org/10.1371/journal.pone.0268788．

姚巨坤，朱勝.再制造升级[M]北京：机械工业出版社，2017．

董兴华，张文英，杨琨，等.海工平台电缆路径智能设计方法和应用研究[J]．中国造船，2021，62（02）：267-274.

董兴华，孙娟，李洪波，等.“分级服务+再制造”标准助推钻探绿色安全发展[J]．中国标准化，2022（02）： 72-76.