關于石油鉆機的可靠度與維修規則探討

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720115

摘要：石油鉆機是石油開采行業中重要的機械設備，需要對其各個零部件進行嚴格的管理，而可靠度以及維修規則是石油鉆機檢修工作的重要參考數據。因此，本文就石油鉆機的可靠度與維修規則展開分析和研究。

關鍵詞：石油鉆機；可靠度；維修規則

石油鉆機的可靠度是設備檢修工作的重要參考數據，通過對設備各部分零件的可靠度進行計算得出的數據以及參考維修規則，可以準確設置出石油鉆機的維修計劃。

一、石油鉆機各部分可靠度計算

（一）石油鉆機的零件使用時間計算

石油鉆機的各個部件由于材料材質、使用方式以及使用頻率的不同，會導致其使用壽命也有所差別。因此，需要通過具體的計算公式對石油鉆機的各個部件進行使用壽命的計算，即S=鉆井數/系統故障次數。在這一計算公式中，S代表了石油鉆機各部件在不出現故障的情況下使用時間的平均數[1]。

例如，通過調查可知石油鉆機泵房的鉆井次數以及系統出現故障的次數，在經過計算之后，得出泵房的使用時間的平均數為48井次。

（二）石油鉆機的可靠度

機電類設備出現故障的幾率通常會隨著使用時間的增加而提高，進而導致設備的可靠性降低。而在石油鉆機設備中一般會通過一個指數分布方法來表示這一情況，在指數分布中主要有兩個關鍵參數分布，分別是二參數以及單參數。在石油鉆機設備中許多故障是在設備生產階段以及裝配過程中形成的，由于這些故障在設備使用初期就已經存在，所以在計算石油鉆機的可靠度時使用單參數的指數分布方法更為適合。其中主要的參數內容有：設備故障率A=1/a（a是設備尺度參數的均值），積累分布公式：F=1e，分布密度公式：f=λeλt，設備的可靠度公式：R=eλt。在石油鉆機的維護過程中，通常是運用各個設備的可靠度公式進行計算，當設備運行一段時間之后，采集其參數數據進行計算，就可以得出設備的可靠度，進而分析該設備是否可以繼續使用。

二、石油鉆機的維修模型

在石油鉆機設備中，主要是由12個元件組成，其中包括：轉盤、天車、鉆臺動力、游鉤、泵房動力、絞車、井架、壓風機、泥漿泵、底座、水龍頭。通過在石油鉆機設備的可靠度計算公式可以得出，當石油鉆機的所有元件的可靠度都降低時，石油鉆機的整體系統的可靠系數也會降低，這時就需要停機整修。但是在實際的工作中并不是使用這種方式進行維護，因為如果石油鉆機設備在正常工作中過于頻繁的進行停機維修將會增加出現事故的可能性，甚至造成人員傷亡和財產損失。所以，石油鉆機設備的檢修需要結合實際條件，根據各個元件使用時間的不同，在每運行一段時間之后對石油鉆機設備進行一次零件更換，因此需要在石油鉆機設備運行過程中，及時的掌握各個零件的適應數量、型號以及當前元件的使用情況[2]。

在對石油鉆機設備的12個零件進行可靠度分析之后，可以發現其中天車、井架以及設備底座的故障次數最少，因此可靠度計算為1。而可靠度下降最快的零件是壓風機，當設備完成第36次鉆井之后，壓風機的可靠度已經下降到最低，這是需要及時的更換新的壓風機才能保證石油鉆機設備正常工作，當前記錄為第一次更換設備零件。而后，第二個達到可靠度最低值的零件設備是轉盤，當進行到地37次鉆井時，設備需要更換轉盤，然后再次進行工作，此次記錄為第二次設備更新零件。隨著石油鉆機設備不斷的工作，將會有其他的零部件可靠度降到最低，進而需要更換新的零件。這就表示在石油鉆機正常工作中，可以通過更換部分零件的方式來保證設備的正常運行。通過實踐證明，一臺石油鉆機在第一年是不需要更換零件的，通常不會發生故障，但是如果是在安裝或者生產過程中出現問題，則有可能在第一年中出現設備故障，例如，壓風機、泵房、水龍頭、轉盤等設備零件都有可能受到安裝質量的影響，而這種故障并不屬于石油鉆機設備本身的問題。假設一臺石油鉆機設備如果能夠正常工作5年，其零件更換模型如表格所示。

三、石油鉆機的維修規則

通過石油鉆機的零件更換模型可以看出，設備的各個零部件的更換時間和更換頻率是有差別的。如果當設備運行到鉆井次數t時，則通過對設備各零件未來10次鉆井工作中的實際情況進行數據采集，在通過可靠度計算公式進行計算，可以得出需要更換的零件數量和類型，進而制定維修規則如下：

第一，在這一段運行時間中，如果設備需要更新的零件數量小于石油鉆機零件總數的30%，則石油鉆機需要進行小范圍檢修。

第二，在這一段運行時間中，如果設備需要更新的零件數量占石油鉆機零件總數的30%到50%之間，則石油鉆機需要進行中修。

第三，在這一段運行時間中，如果設備需要更新的零件數量大于石油鉆機零件總數的50%，則石油鉆機需要進行大范圍檢修。

根據石油鉆機的維修規則以及上表的數據可以計算出設備維修的時間安排：在設備運行的第二年中，鉆井次數為36時，在36到36+10這段時間內，石油鉆機共需要更換零件2個，分別是轉盤以及壓風機，因此此時石油鉆機可以進行小修。當在設備運行的第三年中，鉆井次數為71時，在71到71+10這段時間內，石油鉆機共需要更換零件3個，分別是轉盤、游鉤以及壓風機，因此此時石油鉆機可以進行中修。而當設備運行的第5年中，鉆井次數為141時，在141到141+10這段時間內，石油鉆機共需要更換零件5個，分別是泵房、轉盤、游鉤、水龍頭以及壓風機，因此此時石油鉆機可以進行大修。

四、結論

總而言之，石油鉆機的可靠度以及維修規則是設備安排檢修工作的重要參考數據，根據不同石油鉆機零件的可靠度，對設備進行及時更換，能夠保證石油鉆機的各部分零件的工作效率，有效提高石油鉆井工作的質量。

參考文獻：

[1]何振宇.基于物聯網的石油鉆機安全監控技術研究[D].西安石油大學，2016.

[2]朱春輝.基于GTI的石油鉆機節能研究[D].東北石油大學，2015.

作者簡介：馮躍（1986），男，河北灤縣人，本科，初級工程師。