海洋鉆井設備實時監測和故障診斷的方法分析

王立新

摘 要：鉆井設備的技術比較先進，功能強大，相應的造價也很高。因此，設備的維護和保養成為鉆井設備的難點和重點。為了減少鉆井設備故障的發生率，需要技術人員采取必要的措施對其進行實時監測，并采用合適的故障診斷方法，詳細分析其故障產生的原因，從而采取有效維護維修措施。文章就此對海洋鉆井設備實時監測和故障診斷的方法進行了研究，具體內容供大家參考和借鑒。

關鍵詞：海洋鉆井設備；實時監測；故障診斷；方法

前言

當前，在我國對海洋石油開采的高度重視之下，鉆井工藝和設備已經得到了飛快的發展和創新，尤其是鉆井設備的更新速度十分快，其功能越來越強大，結構越來越復雜。在此背景之下，如何有效監控設備的運行狀態和各項參數，減少設備故障的發生，成為當代石油科技人員研究的重點內容。

1頂驅的實時監測與故障診斷的方法

1.1頂驅設備概述

頂部驅動鉆井系統TDS，是取代轉盤鉆進的新型石油鉆井系統，20世紀80年代初期開始研制，到目前已經發展到最先進的一體化頂部驅動系統IDS。頂驅系統與常規轉盤鉆機相比，節約了輔助時間，提高了鉆井效率，降低了鉆井成本，確保了設備和人身的安全，因此，其已成為石油鉆井行業的標準產品。

1.2故障樹分析方法

1.2.1故障樹方法概述

故障樹分析法，簡稱FAT法，它是1961年由貝爾電話試驗室的H.A.Watson提出的一種用于可靠性、安全性分析的相對簡單、有效的演繹方法。它以一套取自概率論與布爾代數的簡單規則，以一些邏輯符號為基礎，使用一種從上至下的方法，生成一個能夠進行系統可靠性定性與定量評估的邏輯模型。

1.2.2故障樹的建立

故障樹在建立的過程中有人工建立和計算機輔助建立兩種方法，這兩種方法的思路大體一致，都是首先確定頂事件，建立邊界條件，然后通過逐級分解得到原始的故障樹，之后對其進行簡化，得到最終故障樹，供后續的分析與計算。

1.2.3故障樹的定性分析

對故障樹做定性分析是為了分析有哪些因素會引發系統的某種故障。定性分析首先必須確定系統的最小割集。

割集是引起系統故障發生的幾個故障的底事件的集合，即一個割集代表了系統發生故障的一種可能性或一種故障模式。

1.2.4故障樹定量分析

故障樹定量分析是在求得最小割集后，給每個底事件賦予一概率值來表示其發生故障的頻繁程度，在概率論的基礎上，求解頂事件發生概率以及各底事件的重要度，為有效地控制故障和降低故障率提供重要依據。常用的重要度有概率重要度、結構重要度、關鍵重要度、相關割集重要度等。

1.3頂驅安全監測系統的建立

一般情況下，頂驅故障大部分為磨損、腐蝕、強度不夠或者過載等原因，而這些故障的發生在頂驅上表現的形式多為頂驅的不規則振動。因此本文對頂驅的監測主要是針對頂驅的振動監測為主，油液監測為輔；在振動監測中，以軸振動監測為主，齒輪箱監測為輔。頂驅是旋轉機械，主軸是主要的承載和傳遞荷載的部件。另外，由于其他部件損壞可以及時更換和配置，主軸一旦損壞頂驅會完全癱瘓。所以以主軸為主要的監測對象，確保頂驅的可靠性運行。頂驅監測系統示意圖如下圖2所示。

圖2頂驅監測系統結構圖

從上圖可以看出，該系統一方面將測得的振動和位移參數，結合扭矩和轉速參數，傳遞給司鉆臺中心計算機；一方面是結合工作由監測系統將監測的油液參數傳送給司鉆臺中心計算機，從而完成對信號的采集與識別。

2鉆井泵的故障診斷方法研究

2.1鉆井泵故障樹的建立

建立鉆井泵故障樹首先要確定頂事件，本文選鉆井泵運行不正常為頂事件。分析鉆井泵運行不正常的情況有以下幾種：排出壓力不正常、泥漿滲漏、異常噪音、支撐軸承溫度過高。由于這些次頂事件中的任何一個發生故障都會導致頂事件的發生，因而用邏輯“或門”符號將它們連接起來。再分別以這4個故障事件為次頂事件，對相應的原因進行分析，并循此格式逐級向下演繹，直到找出各個基本事件為止，并用一定的邏輯符號連接起來。

2.2鉆井泵故障樹的定性分析

定性分析的目的是為了找出系統的薄弱環節，并采取措施加以改進，而其任務就是找出最小割集。以支撐軸承溫度過高為例，用下行法求解最小割集，如表1。

通過分析可得，故障樹中的大多數基本事件都是最小割集，給分析帶來不便，因此，結合鉆井泵現場常見故障對這些最小割集進行分類討論。

通過分析，可以將鉆井泵故障原因分為以下幾個方面：首先，制造、設計原因：材質不良、強度不夠或制造缺陷；其次，安裝、維護操作運行原因：機械安裝不當，維護或操作不當，過載、負荷大或其他原因導致運行不正常；最后，機器自身劣化：零部件磨損、腐蝕，機件壽命老化損壞。

因此，鉆井泵故障原因主要來源于過載、負荷大和機件的腐蝕磨損。在鉆井泵運行過程中，需要對這些受載大、容易腐蝕磨損的部件進行監測和維護，保證鉆井泵安全可靠的運行。

結束語

綜上所述，隨著鉆井設備的不斷發展，人們對于可靠性、安全性要求越來越高，采用實時監測技術和故障診斷方法能夠有效減少鉆井設備故障發生率，從而促進石油開采順利進行。

參考文獻：

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