石油鉆機的可靠度與維修規則探討

鄭永譚

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

鉆機中每種零件都有固定的使用期限，因此在即將到期前必須進行更換，如果更換不及時，則難以實現鉆機的安全運行。此外，需要根據可靠度計算結果明確不同零件所對應的鉆井次數，然后根據零件更換總量決定維修范圍。本文就對此進行了具體分析。

1 可靠度計算

（1）使用時間計算。石油鉆機不同部件的使用壽命存在一定差異，原因在于各部件的材質、使用頻率及方式都有顯著差別，為了了解各部件的大致使用期限，必須利用此方面的公式進行詳細計算。計算方式為鉆井數與故障次數的比值，獲得的結果是設備始終處于正常狀態時使用時間的平均數。以鉆機泵房為例，根據鉆井數與故障次數的比值就可得知泵房的平均使用壽命為48次。

（2）鉆機可靠度。機電類設備的故障率通常與使用時間成正比，因此隨著設備使用時間的延長，其可靠性必然會逐漸下降，此種情況可用指數分布加以表示，涉及二參數與單參數兩個主要參數。此外，故障多出現于生產與裝配環節，而并非使用過程中，這意味著在最初使用時設備的可靠性已經有所下降。針對此種情況，選擇單參數最為合適，能夠促使可靠度計算結果更為精確。可靠度計算公式表示為，在計算前必須獲取設備參數數據，這樣就可對設備能否繼續使用進行準確評估。

2 可靠性分析

除了利用公式進行計算之外，還應對鉆機的可靠性進行詳細分析。基于鉆井速度不斷提升，地質勘探條件復雜多變，因此需要強化設備，提高其靈活性。此外，設備備件與維修技術也存在一定的問題，這些因素不僅會影響石油開采工作的質量和進度，并且需要消耗更多的材料，基于此，可采取以下兩種方法加以分析。第一是隨機抽樣。可靠性分析并非針對的是單一設備，而是要對所有設備進行整體評估，要滿足這樣的要求，就必須進行批量化處理。但在具體實踐的過程中經常受限于資金和時間，無法具體到每臺設備，因此可進行隨機抽樣，選取部分產品，這樣就能實現無差別選取，分析結果也會更加可靠，能夠作為鉆機設備總體可靠性評估的重要依據。第二是試驗法，試驗結果能夠真實反映鉆機性能，并且不必花費過長的分析時間。具體實踐時需要在鉆機電路上安裝計時器，根據記錄結果計算故障次數與持續時間這兩項參數之間存在怎樣的關聯，而后將結果整理為表格，這樣就能夠找出故障，在分析設備可靠性時就能夠依據真實的數據，從而保障計算結果的準確性。

3 提高可靠性策略

對設備可靠性的分析固然有助于實現故障的針對性處理，但最重要的是從根本上提高鉆機的可靠性，主要可從以下幾個方面入手。

（1）設計環節。第一，重點改進鋼結構。從當前的實際情況來看，鋼結構的設計缺陷較為明顯，嚴重妨礙了鉆機性能的發揮，主要問題在于鋼結構的位置、應力與荷載等方面不合理，增大了故障發生的可能性。針對此問題，在設計時應參考極限狀態，統計尺寸、荷載值等多項關鍵指標，進而得出準確、可靠的分析結果，并以此為依據進行精確化設計，為鉆機的安全運行提供有力支持。第二，改進薄弱環節。接觸器、電動機等部件的故障較為常見，因此需要選擇優質材料，提高部件質量，并選擇合適型號的接觸器。此外，電動機故障主要是由于電壓不穩所造成的，因此需要安裝保護電路，并分析制動器的不完善之處，從而在設計方面進行調整。這樣也可防止摩擦片被嚴重磨損，從而實現設備的安全、穩定運行。除此之外，絞車電纜也屬于重點改進對象，原因在于電纜極易被刮斷，引發嚴重的安全事故，因此可將其替換為滑觸線。該構件抵抗能力較強，能夠有效應對惡劣的環境，從而減少安全事故的發生。

（2）生產與檢驗。從實際情況來看，設備的調試、裝配與制造環節往往會存在一些問題，導致安全隱患遺留，從而引發故障，造成重大損失，因此做好這幾個環節的監督檢查工作是十分必要的。在具體處理的過程中應對易引發故障的加工工藝及模式進行重點分析，嚴格按照裝配要求完成設備各部件的裝配，確保成品與設計要求相符。生產時重點收集故障信息，深入分析原因，查明后就可進行針對性改進。

（3）日常管理。鉆機的可靠性分析是一項十分重要的工作，當前可引進國外先進技術，并加大人才培養力度。技術引進時應結合鉆機的實際情況合理應用，致力于充分發揮其作用，從而減少機械故障的發生。人才的培養則必須結合實踐，不斷提高人才的專業操作水平與實踐能力。此外，在管理過程中應將設計階段作為重點，總結存在問題的工藝并加以改進，從而將加工工藝所造成的偏差控制在最小范圍內。鉆機的包裝與運輸也十分關鍵，要求包扎嚴實，以防被外界因素影響。運輸時應控制好運輸速度，選擇性能較好的運輸設備，盡量縮短運輸距離，從而避免設備在運輸途中被損壞。此外，還應做好運輸過程中的監控工作，以防設備中途丟失，從而增加運輸成本。只有在這些方面不斷進行改進，做好管理工作，才能有效保障鉆機運行的可靠性。

4 維修模型

鉆機主要由轉盤、絞車、泥漿泵、水龍頭等元件構成，這些元件的可靠度同時降低時必然會影響鉆機的整體性能。在這種狀況下必須采取停機整修的處理方式。但結合實際情況來看，停機整修并不現實，原因在于鉆機故障較為常見，如果頻繁停機，則更加容易引發事故，損失大量的財產，維修不當還會導致人員傷亡。因此鉆機的檢修不應脫離現實，應充分結合實際情況。針對不同元件使用壽命的差異，在處理時以零件更換為主，這就要求維修人員掌握不同零件的運行時間，接近期限時及時更換，同時還要求維修人員明確各種元件的型號及功能特征，從而有效保障維修質量。

結合實際情況來看，天車、井架與底座不易故障，可靠度可表示為1，壓風機故障率最高，使用期限為36次鉆井施工，達到使用期限后必須及時進行更換，代之以新的壓風機。可靠度僅低于壓風機的設備是轉盤，能夠完成37次鉆井施工。然后只要按照特定的計算方式依次獲取各種零部件的使用時間即可，這也意味著故障的減少可通過更換零件來實現。此外，零件的更換通常是在完成1年使用期限之后，期間一般不會發生故障，但并不意味著能夠完全排除故障，主要是由于安裝或生產不當所引發的。泵房、轉盤在這些環節都存在質量隱患，但與鉆機本身并不相關，因此需要明確不同問題的原因，促使故障處理更加高效。此外，假設鉆機的正常工作期限為5年，不同類型零件所對應的鉆井數如表1所示。

5 維修規則

因零件自身的差異性，使得更換時間與頻率不同，可將設備的最高鉆井次數表示為t，然后采集10次鉆井數據并加以計算，從而得出零件更換類型與數量，并以此為依據制定出合理可行的維修規則。即在設定期限內如果更換量處于零件總數的30%以內，只需小范圍檢修即可。如果介于30%到50%之間，則應按照中度維修標準進行檢修；如果高于50%則需進行大范圍檢修。

根據表1及維修規則可制定出具體的維修計劃。零件更換時間段為鉆機正式開始運行后的第2年、第3年和第5年，在這3個時間段，鉆井次數分別為36、71和141次。當設備運行剛超過1年時，更換對象為轉盤與壓風機，屬于小范圍維修。第3年時需更換轉盤、游鉤與壓風機，屬于中度維修。第五年時更換對象包括泵房、壓風機、游鉤等，屬于大范圍維修。

6 結語

總而言之，鉆機對于鉆井工程的開展而言十分重要，因此對鉆機的設計、裝配、運輸及使用等各個環節進行全面監管是十分必要的，以便及時發現故障并加以處理，同時還需明確鉆機內部不同零件的最多使用次數，確保零件更換更加及時，有效降低鉆機故障率。