鉆井機(jī)械設(shè)備失效影響因素及措施

張海強(qiáng)

（大慶鉆探工程公司機(jī)械修理廠研發(fā)中心，黑龍江大慶 163001）

0 引言

鉆井機(jī)械設(shè)備的失效有很多影響因素，比如，鉆井機(jī)械設(shè)備由于載荷過大而形變，鉆井機(jī)械設(shè)備由于受到擠壓而形變，鉆井機(jī)械設(shè)備疲勞失效，鉆井機(jī)械設(shè)備磨損，氣體鉆井螺紋斷裂失效等。應(yīng)對(duì)這些鉆井機(jī)械設(shè)備失效，可采取一些維修措施，如堆焊與焊補(bǔ)維修法、粘補(bǔ)或粘接維修法、壓力加工、機(jī)械加工、鉗工修復(fù)法、噴鍍、電鍍維修法等等。更重要的是采取預(yù)防措施，如采用新式鉆井機(jī)械設(shè)備、恰當(dāng)運(yùn)用潤(rùn)滑劑、愛護(hù)鉆井機(jī)械設(shè)備等來預(yù)防鉆井機(jī)械設(shè)備失效，同時(shí)提升鉆井作業(yè)人員素養(yǎng)，加強(qiáng)鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員的日常檢修工作等。

1 鉆井機(jī)械設(shè)備失效影響因素

1.1 鉆井機(jī)械設(shè)備由于載荷過大而形變

鉆井作業(yè)中，鉆井的機(jī)械設(shè)備會(huì)受到很大力度的沖擊，承載很大的瞬時(shí)沖擊載荷，這會(huì)導(dǎo)致鉆井機(jī)械設(shè)備中的零件發(fā)生形變。機(jī)械設(shè)備的超載，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備中硬連接傳動(dòng)零件形變，如石油鉆井泵中的齒輪傳動(dòng)副、絞車鏈傳動(dòng)中的鏈條、鏈輪，都可能因此出現(xiàn)個(gè)別齒斷裂失效；鉆桿動(dòng)力鉗卸扣因卸扣力矩過大，也會(huì)導(dǎo)致鉆桿動(dòng)力鉗主軸彎曲變形，甚至斷裂。無論是哪一種原因造成的機(jī)械設(shè)備載荷過大而形變，都會(huì)導(dǎo)致鉆井機(jī)械設(shè)備失去良好的性能[1]。

1.2 鉆井機(jī)械設(shè)備由于受到擠壓而形變

鉆井機(jī)械設(shè)備在作業(yè)中受到的巨大沖擊，除了導(dǎo)致硬連接傳動(dòng)設(shè)備形變、斷裂，還會(huì)擠壓機(jī)械設(shè)備中的各種零部件，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備中的零部件發(fā)生形變。這類故障的另一重要原因是鉆井機(jī)械設(shè)備零部件的硬度不足，特別是沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求硬度的緣故[2]。比如石油鉆井泵中的傳動(dòng)齒輪，如其硬度不滿足設(shè)計(jì)要求，在長(zhǎng)期受到擠壓后會(huì)發(fā)生形變，齒輪逐漸失效。

1.3 鉆井機(jī)械設(shè)備疲勞失效

鉆井機(jī)械設(shè)備多工作于惡劣環(huán)境，維修、保養(yǎng)的周期、次數(shù)都不穩(wěn)定，比較容易出現(xiàn)疲勞失效的問題。鉆井機(jī)械設(shè)備疲勞導(dǎo)致的失效是不可逆、不可修復(fù)的，一旦某個(gè)機(jī)械設(shè)備的零部件出現(xiàn)疲勞失效，那么，這個(gè)機(jī)械設(shè)備的這個(gè)零部件就不能再使用了。此類例子有鉆井發(fā)電機(jī)中的諸多軸類零件，在使用較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)因疲勞出現(xiàn)斷裂、失效[3]。

1.4 機(jī)械磨損

鉆井機(jī)械設(shè)備受到的磨損，也會(huì)導(dǎo)致鉆井機(jī)械設(shè)備失效，并可分為6 種情況：①易損件因大量摩擦而失效，比如氣胎式離合器、氣離合器氣囊、帶剎車的剎車塊、氣動(dòng)端面離合器摩擦片、摩擦鋼轂等，此類摩擦導(dǎo)致的失效也是不可逆、不可修復(fù)的[4]；②摩擦副中，因摩擦而受損的鋼制件，比如剎車塊，也是需要經(jīng)常更換的[5]；③鉆井機(jī)械設(shè)備工作中，需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件之間的摩擦，盡管這些零部件之間有潤(rùn)滑，但是最終還是會(huì)因相互摩擦而磨損失效[6]；④滾動(dòng)軸承與軸、殼體，此類零部件原本是過渡配合，不應(yīng)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但由于裝配、固定工作中的失誤，在軸承遭受過大的沖擊載荷時(shí)[7]，就會(huì)出現(xiàn)跑內(nèi)外圓的問題，導(dǎo)致鉆井機(jī)械設(shè)備失效，此類例子有減速箱、正車廂的被動(dòng)軸、主動(dòng)軸；⑤氣體鉆井中高速巖屑會(huì)沖擊鉆具，磨損鉆桿，少數(shù)嚴(yán)重情況下還會(huì)沖蝕鉆具，同時(shí)井壁、巖屑會(huì)磨損鉆具[8]，遺留在鉆井機(jī)械設(shè)備上的沉淀物會(huì)磨損鉆井機(jī)械設(shè)備。

1.5 氣體鉆井螺紋斷裂失效

氣體鉆井螺紋的受力情況與常規(guī)鉆井鉆具不同，不是內(nèi)外壓力，而是空氣錘上下振動(dòng)的影響。鉆具螺紋接頭中每一圈螺紋牙承受的載荷分布并不均勻，相關(guān)計(jì)算顯示螺紋應(yīng)力集中在公扣臺(tái)肩面第1、2 扣處，因此氣體鉆井的螺紋易在此處失效、斷裂[9]。

2 應(yīng)對(duì)鉆井機(jī)械設(shè)備失效影響因素的措施

2.1 堆焊與焊補(bǔ)維修法

焊接維修法是應(yīng)用最廣的維修方法，此類維修方法又可分為堆焊維修法、焊補(bǔ)維修法2 個(gè)小類。堆焊維修法包括手工耐磨堆焊維修法、振動(dòng)電堆焊維修法、埋弧堆焊維修法、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)下的半自動(dòng)或全自動(dòng)堆焊維修法、空氣等離子噴焊維修法、氧氣-乙炔火焰金屬粉末噴焊維修法等。焊補(bǔ)維修法包括鋁合金焊補(bǔ)維修法和鑄鐵焊補(bǔ)維修法2 種。

2.2 粘補(bǔ)或粘接維修法

鉆井機(jī)械失效斷裂后，可以用粘補(bǔ)、粘接2 種維修法來維修。此類方法使用的粘接劑有合成粘接劑、無機(jī)粘接劑、厭氧膠粘接劑等。因此，粘補(bǔ)、粘接維修法包括合成粘接劑維修法、無機(jī)粘接劑維修法、厭氧膠粘接劑維修法等。

2.3 壓力加工、機(jī)械加工、鉗工修復(fù)法

壓力加工維修法包括有脹大維修法、鐓粗維修法、壓力校正維修法、加熱校正維修法、冷作強(qiáng)化維修法等。機(jī)械加工維修法、鉗工修復(fù)法包括修理尺寸維修法、鑲套修復(fù)法、部分更換維修法、調(diào)整換位維修法等。

2.4 噴鍍、電鍍維修法

常見的噴鍍維修法包括電噴鍍維修法、氣噴鍍維修法、空氣等離子噴鍍維修法、氧氣—乙炔焰金屬粉末噴鍍維修法等。常見的電鍍維修法包括電鍍銅維修法、電鍍鉻維修法、電鍍鋅維修法、電鍍鐵維修法等。

2.5 采用新式鉆井機(jī)械設(shè)備

目前，許多鉆井機(jī)械設(shè)備不但自身出現(xiàn)了老化、陳舊的問題，而且所屬的型號(hào)、所用的技術(shù)已相對(duì)過時(shí)。選用鉆井機(jī)械設(shè)備，一方面考慮經(jīng)濟(jì)效益（比如2000 m 的淺井中不應(yīng)使用噴射鉆井技術(shù)），另一方面也要考慮到鉆井的總體發(fā)展趨勢(shì)，即自動(dòng)化、機(jī)械化。因此，鉆井中的機(jī)械設(shè)備在有必要的情況下應(yīng)當(dāng)更新為型號(hào)比較新的鉆井機(jī)械設(shè)備，從而提升鉆井機(jī)械設(shè)備的性能。以噴射鉆井技術(shù)設(shè)備為例，在其實(shí)際工作中，井底水的功率有時(shí)會(huì)達(dá)到1.62 kW/cm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過噴射鉆井技術(shù)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)值（0.04 kW/cm2），因此噴射鉆井技術(shù)設(shè)備需要?jiǎng)?chuàng)新和改進(jìn)。再比如鉆井泵，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鉆井泵不如國(guó)外的一些品牌足夠耐壓，常常出現(xiàn)故障，不如一些國(guó)外品牌的鉆井機(jī)械設(shè)備可靠，所以應(yīng)當(dāng)考慮更換。我國(guó)的鉆井機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家也應(yīng)努力提升技術(shù)水平，生產(chǎn)出性能更加優(yōu)秀的鉆井機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化檢測(cè)儀表，比如早期井涌探測(cè)儀、鉆井液池容積統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)等。

2.6 恰當(dāng)運(yùn)用潤(rùn)滑劑

有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，潤(rùn)滑狀況不佳導(dǎo)致了一半的鉆井機(jī)械設(shè)備失效，可見鉆井機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑工作非常重要，值得高度重視。為鉆井機(jī)械設(shè)備選擇潤(rùn)滑油時(shí)，必須注意以下3 個(gè)方面：①潤(rùn)滑油的劑型必須結(jié)合要潤(rùn)滑的機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)來選擇；②潤(rùn)滑油的劑型必須結(jié)合要潤(rùn)滑的機(jī)械設(shè)備所處的工作自然環(huán)境來選擇，比如鉆井機(jī)械設(shè)備所處的工作自然環(huán)境的溫度、風(fēng)力都會(huì)影響潤(rùn)滑劑的效果；③為鉆井機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備的潤(rùn)滑劑應(yīng)當(dāng)經(jīng)常得到檢查，確保潤(rùn)滑劑的數(shù)量足夠、質(zhì)量完好，能夠用于鉆井機(jī)械設(shè)備的日常維護(hù)、應(yīng)急處理。

2.7 愛護(hù)鉆井機(jī)械設(shè)備

鉆井機(jī)械設(shè)備在日常使用中，只有得到了恰當(dāng)?shù)墓芾砗蛺圩o(hù)，才能減少失效的幾率、次數(shù)，從而延長(zhǎng)使用壽命。為了愛護(hù)鉆井機(jī)械設(shè)備，工作人員可從4 個(gè)方面入手管理鉆井機(jī)械設(shè)備：①與鉆井機(jī)械設(shè)備有關(guān)的工作人員應(yīng)當(dāng)接受培訓(xùn)，樹立愛護(hù)鉆井機(jī)械設(shè)備的意識(shí)，遵守使用規(guī)則；②鉆井機(jī)械設(shè)備的管理人員中應(yīng)當(dāng)有一些專職人員，這些專職管理人員要經(jīng)常在鉆井機(jī)械設(shè)備的工作現(xiàn)場(chǎng)深入觀察鉆井機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆井機(jī)械設(shè)備的故障，并及時(shí)排除；③鉆井機(jī)械設(shè)備應(yīng)當(dāng)?shù)玫饺粘ｐB(yǎng)護(hù)、維修，鉆井機(jī)械設(shè)備的相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)遵守強(qiáng)制保養(yǎng)制度；④鉆井機(jī)械設(shè)備的使用、管理應(yīng)有配套制度，從而約束鉆井機(jī)械設(shè)備的管理人員、使用鉆井機(jī)械設(shè)備的作業(yè)人員。

2.8 提升鉆井作業(yè)人員素養(yǎng)

鉆井機(jī)械設(shè)備的使用、保養(yǎng)、維修均要依靠人來完成，因此，為了預(yù)防、減少鉆井機(jī)械設(shè)備失效，必須提升鉆井機(jī)械設(shè)備的作業(yè)人員的素養(yǎng)。一方面，鉆井機(jī)械設(shè)備的所屬單位應(yīng)培訓(xùn)全體鉆井機(jī)械設(shè)備的作業(yè)人員，要求這些作業(yè)人員樹立規(guī)范意識(shí)，也就是要在日常作業(yè)中嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的操作流程，來操作鉆井機(jī)械設(shè)備。比如每次開啟鉆井機(jī)械設(shè)備之前，作業(yè)人員都應(yīng)首先檢查冷卻液的存量。在培訓(xùn)之后，鉆井機(jī)械設(shè)備的所屬單位要組織相應(yīng)的考試，不通過考試的員工不能上崗操作鉆井機(jī)械設(shè)備。另一方面，鉆井機(jī)械設(shè)備的所屬單位要提升鉆井作業(yè)人員的技術(shù)水平，此類方法可以有：制定符合本單位發(fā)展目標(biāo)的培訓(xùn)計(jì)劃；定期組織鉆井機(jī)械設(shè)備的作業(yè)人員參加技術(shù)培訓(xùn)；選派優(yōu)秀的鉆井機(jī)械設(shè)備作業(yè)人員到同行業(yè)單位參觀、學(xué)習(xí)；組織鉆井機(jī)械設(shè)備技術(shù)比賽等。

2.9 維修保養(yǎng)人員加強(qiáng)日常檢修工作

①鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要隨時(shí)清潔、干燥鉆井機(jī)械設(shè)備的表面，以免遺留在鉆井機(jī)械設(shè)備上的沉淀物磨損鉆井機(jī)械設(shè)備，導(dǎo)致其失效；②鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要留意鉆井機(jī)械設(shè)備中齒輪箱、液壓箱、軸承等部位的溫度，這些部位的溫度不得高于70 ℃，否則要立即停機(jī)，查找原因；③鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員應(yīng)留意鉆井機(jī)械設(shè)備中的異常響聲，一旦發(fā)現(xiàn)也要立即停機(jī)檢修；④鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要檢查鉆井機(jī)械設(shè)備的密封，如果發(fā)現(xiàn)漏油，就要立即停機(jī)、密封；⑤鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要檢查鉆井機(jī)械設(shè)備的連接緊固件，如果發(fā)現(xiàn)松動(dòng)要立即停機(jī)、加固；⑥鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要檢查鉆井機(jī)械設(shè)備的軟管，如果發(fā)現(xiàn)起包、干裂等問題，就要立即更換；⑦鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要檢查鉆井機(jī)械設(shè)備的油液，如果發(fā)現(xiàn)變質(zhì)，就要立即增添；⑧鉆井機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)人員要檢查鉆井機(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)濾芯，如果發(fā)現(xiàn)指征在紅區(qū)，就說明濾芯遭到堵塞，要立即停機(jī)、更換。

3 結(jié)語(yǔ)

鉆井機(jī)械設(shè)備失效的影響因素有很多種，必須采取相應(yīng)的維修與預(yù)防措施，才能推動(dòng)我國(guó)鉆井機(jī)械設(shè)備的繼續(xù)發(fā)展。