石油鉆采機械設備故障監測與診斷技術

陳蓉(江漢油田分公司采油氣工程技術服務中心，湖北 潛江 433123)

石油鉆采機械設備故障監測與診斷技術

陳蓉(江漢油田分公司采油氣工程技術服務中心，湖北 潛江 433123)

隨著國際原油行情的變化，我國石油工業也迎來了關鍵時期，在石油工業中最重要的就是開采階段，而這之中開采器械的運轉能力也直接關系到開采環節的好壞。由于石油開采設備工作強度大，時間長會導致出現故障，對于這些故障如果不能及時的監測與診斷，那么會導致很嚴重的不良后果，甚至可能導致機械報廢，使整個開采工作停滯。所以對于石油開采設備的故障監測與診斷是十分必要的，這其中石油鉆采機由于處于工作的最前線，其故障率也是較高的，并且由于其體積龐大，導致故障監測具有一定的困難，從而無法進行有效的診斷，對于此項難題，本文進行了深入的研究，通過實際走訪和查閱相關資料，在和相關的研究人員進行了反復的研討，并對比國內外的實際案例，得出了幾個檢測石油鉆采機狀態和故障的有效方法，能夠確保石油鉆采機的工作效率，降低故障率。通過本文的闡述，可以為相關的學者和工作人員提供參考。

石油鉆采機；故障監測；診斷技術

對于石油鉆采機而言其故障監測與診斷分為兩個大的方面。其一是日常監測方面，目的是確保機器的正常運行，通常是通過某一種參數的是數據來判斷運轉情況。其二是故障診斷，在設備出現問題和故障時，通過相關參數的監測數據，和診斷技術的運用來判斷機器故障的原因。下面就對這兩大方面進行詳細闡述。

1 石油鉆采機設備日常狀態監測技術介紹

1.1 振動監測技術

這種方法是通過專業設備對石油鉆采機的振動情況進行監測和數據采集，通過分析來判斷石油鉆采機的工作情況。通過振動的監測可以得到大量的設備運轉信息。對于石油鉆采機來說，其鉆頭，軸承，機構的連接處的監測，可以得到最準確的信息。在振動監測技術之中最重要的一項監測參數就是振幅對于振幅的物理表達有加速度，速度，和位移這三種物理量，這三個物理量分別代表了振動變化的快慢，振動變化的速率，振動變化的距離。在不同頻率和狀態下監測的方向也不同，在機器處于600 r∕min及以下的狀態下，可判定為剛性破壞，監測方向為位移監測；在機器處于600-120 000 r∕min的狀態下，可判定為疲勞破壞，監測方向為速度監測；在機器處于大于120 000 r∕min的狀態下時，監測方向為慣性力破壞，監測方向加速度監測。通過不同狀態下的監測，可以分析其內部狀況，對于力的分析來說，振動監測技術具有著天然優勢，因為其監測數據是關于速度的物理量，通過速度可很容易的進一步分析力的情況，從而判斷機器是否正常運轉。

1.2 噪聲監測技術

這種方式是通過機器工作時發生的聲音信息，經過分析得到的數據進行判斷機器是否正常運轉。不同的情況與環境，噪聲監測的情況也有所不同。如果將機器運送到實驗室中，就可以使用高精度的測量工具進行測量，這樣得到的數據也最為準確；但是一般狀態下都是在工作環境下進行監測；對于環境穩定聲音無干擾的情況下可用普通聲級計；對于環境不穩定且具有較多的聲音干擾或者機器本身聲音不穩定的，就要采用積分聲級計；進行多次和周圍環境的測量。確保測量結果的準確，這種方式在工作環境下由于干擾較大，所以其精度上有所欠缺，但是這種方式具有易操作，經濟實惠等有點。可以作為日常監測的輔助手段和其他方式并用。

1.3 聲發射監測技術

聲發射監測對于機器內部的壓力管道等機構的壓力監測具有較大優勢，主要是對結構完整性進行評價。目前我國的石油企業與相關的研究單位都在進口大型聲發射儀器進行大量的壓力試驗。使得聲發射監測技術在石油工業領域得到了快速發展。這種技術在壓力監測方面具有著較大的優勢，能夠精準的進行監測，而且由于各個企業與研究單位的大力投入使得其監測成本下降。另外聲發射監測技術監測時間較短，對于機器工作的影響較小，可以最大程度的減少經濟損耗。

1.4 超聲波監測技術

超聲波檢測技術在工業生產上一個很重要的應用是超聲波探傷。這里所講的超聲波監測技術更側重于超聲波測量。油田企業的超聲波測量應用在多個方面。如石油油罐液面高度的測量，石油鉆井、修井井架的厚度測量以及流量檢定等。超聲波測厚儀的測量精度不受容器內積水和結垢的影響，具有測量速度快、精度高、體積小、輕便精巧等優點被廣泛應用。超聲波測液位技術與其它液位測量方法相比有很多優點，不僅能夠定點和連續進行液位測量，而且能夠方便地為遙測或遙控提供所需的信號。超聲波測流量可應用于高溫、高壓和防爆等特殊條件下，并且超聲波流量計受介質物理性質的影響比較小，因此具有較強的適應性。

1.5 溫度監測技術

溫度監測技術也是十分常見的監測技術，通常情況下溫度監測是使用監測器去觸碰被監測物體，通過導線和計算機相連在通過監測器的信息進行運算，但是這種方式缺點也很明顯，就是在大型機械上，由于距離大會導致信號衰減較為嚴重使監測結果出現較大誤差；而且在一些密閉環境下的無法進行監測。而石油鉆采機就是一種體積龐大的機械，所以傳統的溫度監測技術就不適合。對于石油鉆采機這種大型機械來說，溫度監測應該使用無線溫度監測儀，這種設備使用的是無線電技術，可以有效解決以上問題，但是也有一定的缺點就是精度不如傳統技術，所以需要實際操作中進行多次測量減小誤差。

2 油田機械設備故障時診斷技術介紹

在石油鉆采機的使用中不可避免的會發生故障，而在故障發生時就需要進行診斷監測，快速的找出其問題所在，故障的種類也不同，比如按時間分類，可以分為早中晚等，這些故障在維修上由于技術成熟，并不困難但是，由于機器體型龐大，且內部機構較為精密，導致其診斷上較為困難，這也是石油鉆采機維修的一大困難。對此本文總結了一下兩種較為高效的方法。

2.1 油液分析技術

油液分離技術是一系列技術的集合。不但可進行有效監測還對器械的工作壽命又延長作用，對器械的保養上也有一定的作用，對于石油鉆采機的變速箱等齒輪機構的監測有著明顯的優勢。目前在線油液分析技術、磨粒自動識別技術、基于油液監測的智能診斷系統這三個方面是整個油液分離技術的熱點核心。在線油液分離技術是一種長效的監測技術，在日常下就進行數據統計，一旦出現故障就可以調取數據進行分析，其監測方向是機器的整體。磨粒自動識別技術是基于鐵譜分析技術進行了不斷的完善和改進，主要是根據磨粒的特有的特征進行統計，并進行特征分析計算，再根據運算結果進行統計分析并建立龐大的參數數據庫，最后依靠數據庫的新型和測定數據做對比來進行綜合診斷。智能診斷系統是以傳統油液分離技術為基礎融合現代計算機技術和互聯網技術的新型技術。由于油液分離技術其數據龐大，而傳統的油液分離技術無法處理這么龐大的數據，但是智能診斷系統由于借助了計算機技術則可以快速的處理數據，從而能夠更加完善的診斷并解決問題。

2.2 無損探傷技術

由于使用鉆采機中部分機構，比較精密如果使用一般的監測方法會導致設備的損壞，在故障中有的部分比較脆弱如果貿然進行監測就會導致二次損傷，造成經濟損失。所以對于這一部分使用無損探傷技術是十分必要的，目前在石油工業中，無損探傷技術已經廣泛應用。主流的無損檢測主要有五種，這五種方式與其它方式相比較，具有精度好，無損傷，經濟性較好，易于操作等特點下面進行詳細介紹。

2.2.1 射線監測

射線監測主要是對金屬及金屬內部進行監測，由于金屬材料在鍛造時可能因為工人的操作失誤等原因，產生氣泡或者分布不均的狀況，在高強度工作下由于受到的應力作用導致了金屬疲勞，從而造成了機器故障。而這種故障發生在金屬內部，一般的方式是無法進行監測的，而具有強穿透力的射線監測則具有這較大的優勢能有效的監測出問題所在。不僅僅在金屬監測，在某些非金屬中由于材料內部的問題導致的故障都可以使用射線監測。

2.2.2 超聲監測

對于機器的力學結構等方面的監測，由于其受力復雜一般的監測方式不但無法進行有效監測，還可能因為監測不當而造成機器的損壞，而超聲波通過不同頻率聲波的反射情況，來判斷受力情況，這樣不但能快速的進行監測還能有效的避免機器的損傷

2.2.3 磁粉監測

對于鋼材的表面細小損傷導致的故障則可以使用磁粉監測，這種技術利用磁力和磁粉的細小體積，通過磁性覆蓋在鋼材的表面，因為其表面有細小的損傷，所以其余磁粉作用產生的磁場會略有不同，通過對磁場的分析和計算就可以得出，鋼材表面的狀況，這種方式對于鋼材來說不但能夠準確的監測，還不會對表面有任何的破壞。

2.2.4 滲透監測

對于非金屬材料來說其表面的細小損傷導致的故障，就不可能使用磁粉檢監測，為了解決這個問題就發明了滲透監測，這種方式是利用具有較高的滲透力的液體進行對表面的細小損傷的滲透，在通過監測儀器對液體的滲透分析得出的數據，來判斷情況，這種方式有效的解決的非金屬材料表面損傷的監測難題

2.2.5 渦流檢測

這種方式是一種新式方法，利用了電磁技術，通過電磁產生的渦流進行監測，一般應用于金屬材料的結構性損傷，不同于一般的金屬內部損傷，其隱蔽性較好，難以檢測，但是由于不同結構在同樣電磁渦流下的狀態是不同的，所以這種隱蔽的損傷是很容易被渦流監測技術探探查出來的。

3 結語

本文闡述了目前幾種非常實用的日常監測方法，和問題診斷方法，由于石油鉆采機是一種大型機械，在維修上雖然其技術成熟，理論上容易維修，但是由于其體型龐大，所以在實際維修上具有一定困難，而且其維修時間的經濟損耗也較大。這就需要先進的日常監測技術進行監測，使機器問題還未放生時就發現問題解決問題。另外在故障方式的時候，最大的問題就是故障診斷，因為石油鉆采機有些機構較為精密導致很小的問題就會使整個機器無法運轉，所以也需要快速，有效的診斷方式。本文就此進行了分析，希望通過方法的介紹，能有效的解決上述問題。

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