海洋鉆井設備監測技術與故障診斷對策

摘 要：深水鉆井設備先進，功能強大，相應的造價也十分高。因此設備的維護和保養成為深水鉆井中的一大難點。實現深水鉆井設備的在線監測和故障診斷成為當代石油科技人員研究的重點。本文就是在這樣的課題背景下，對深水鉆井設備中的關鍵設備的實時監測與故障診斷方案的設計方面展開研究。綜合目前機械故障診斷的技術現狀和鉆井工藝的現場運用狀況，提出了以振動監測為主，其他一些如油液監測、無損檢測技術為輔助的監測手段來進行整個深水鉆井系統的監測與診斷方案開發研究。

關鍵詞：深水鉆井；井架； 實時監測； 故障診斷

前 言

深水鉆井設備先進，功能強大，相應的造價也十分高。因此設備的維護和保養成為深水鉆井中的一大難點。本文對深水鉆井設備中關鍵設備的實時監測與故障診斷方案的設計方面展開研究。綜合目前機械故障診斷的技術現狀和鉆井工藝的現場運用狀況，提出了以振動監測為主，其他一些如油液監測、無損檢測技術為輔助的監測手段來進行整個深水鉆井系統的監測與診斷方案開發研究。在設備運行的可靠性分析方面，運用故障樹的分析方法，對設備的可靠性進行分析，找出設備經常或最可能發生危險的部位，結合現場經驗，建立深水鉆井設備實時監測方案布置圖。在數據處理方面，一方面運用設備可靠性指標計算、強度校核和設備常見的故障模式進行故障識別；另一方面用振動的時域分析、頻域分析、小波變換等處理方法，結合神經網絡來實現故障的識別。

1.國內鉆井設備診斷技術的發展情況

1.1.國內的評定井架承載力理論研究主要有以強度、穩定性為主的評定理論，以剛度為主的評定理論、可靠性評定理論、模糊評定理論和基于動態參數為主的評定理論。

1.2.鉆井柴油機與鉆井泵的監測診斷。鉆井柴油機故障診斷，需要采用多種監測診斷方法。中國石油大學（華東）機電學院對3NB-1300C 型號鉆井泵進行了故障診斷和壽命預測的嚴重，主要側重于鉆井泵軸承壽命的預測。

1.3.絞車和振動篩的監測診斷。監測與故障診斷也處在初步發展階段，石油院校以及各大油田在絞車故障分析中也在積極探索和研究。隨著測試技術向數字化、智能化和計算機方向發展，西南石油大學在此基礎上研發了智能控件化振動篩動態特性檢測儀，北京化工大學也在從事振動篩的優化設計與動態測試的研究。

1.4.防噴器井控裝置的監測。發現壓力狀態下防噴器內部件的缺陷及其發展情況，并可以對防噴器綜合性能進行評定分級。

2.絞車實時監測與故障診斷方法

絞車是鉆機中主要工作機之一，是起升系統的主要設備。它的主要任務是：用來起

下鉆具；下套管；懸持靜止的鉆具；在鉆進時，控制鉆壓、送進鉆具；下套管；利用貓

頭機構上、卸鉆具絲扣；起吊重物以及進行井場的其他輔助工作。有的絞車也是轉盤中

間傳動機構。在有些鉆機中，井架的起放也由絞車來完成。絞車運行不正常的情況有以下幾種：絞車不正常噪聲和振動；主剎車失靈；結構件損壞；防碰天車裝置運行不正常。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（底事件）為止，并用一定的邏輯符號連接起來，可以得到絞車故障樹。定性分析的目的是為了找出系統的薄弱環節，而其任務就是找出最小割集。以絞車異常噪聲和振動故障為例，用下行法求解絞車異常噪聲和振動最小割集。

3.鉆井泵的實時監測與故障診斷的方法研究

鉆井泵是石油鉆機的3 大工作機組之一，是鉆井液循環系統中的關鍵設備。鉆井時鉆井泵在高壓下向井底輸送高粘度、高密度和較高含沙量的液體，以便冷卻鉆頭，攜帶出巖屑，并可輔助鉆頭鉆進，作為井底動力鉆具的動力液。建立鉆井泵故障樹首先要確定頂事件，選鉆井泵運行不正常為頂事件。進一步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（底事件）為止，并用一定的邏輯符號連接起來，可以形成鉆井泵故障樹。

4.振動篩常見的故障及處理方法

振動篩主要由篩架、篩網、激振器、減振元件等組成。振動篩是一種篩分設備，它通過機械振動把大于網孔的固體和通過吸附作用將小于網孔的固體篩離出來。從井口返回的鉆井液由進料管流向振動著的篩網表面，固相從篩網尾部排除，小于網孔的固相和液相通過篩網流入下一級凈化設備，從而完成分離工作。鉆井振動篩的篩分效果直接影響到鉆井速度，因此結合現場經驗，探討振動篩的常見故障及其處理方法，為建立鉆井振動篩的安全監測系統提供理論依據。

振動篩常見的故障及處理方法

參考文獻：

[1]馬功勛. 絞車傳感器的現場使用與故障判斷[J]. 科技信息. 2009（23）

[2]袁俊和. 鉆井過程中的故障診斷方法研究[D]. 中國石油大學 2008