石油鉆井機械設備故障預防與維護保養分析

呂彬

摘 要：石油鉆井機械設備的故障預防與維護保養，已經成為石油企業日常工作需要重點考慮的問題。本文闡述了機組設備的構成及故障預防與維護保養的重要性，結合機械設備常見的故障，從材料的選擇、金屬防腐蝕處理兩個方面闡述了故障預防的具體方式，提出制定嚴格的設備管理制度、提高重視程度、形成完善的維護保養方案等方式，希望石油鉆井機械設備能夠得到良好的維護，為我國石油事業貢獻力量。

關鍵詞：石油鉆井設備;故障預防;維護保養;金屬防腐蝕處理;材料選擇

石油鉆井設備是石油勘探、開采工作中必不可少的重要設備，由于其在運轉過程中必然鉆探土層且與巖石發生“碰撞”，不僅容易造成磨損、錯位等機械故障，還容易沾染地下土層中的很多物質，如果不及時處理，很可能對設備中的金屬及其他材質造成腐蝕，從而影響設備的性能和使用壽命。基于此，必須建立完善的故障預防和維護保養機制，使設備以最佳狀態投入使用。

1 石油鉆井機械設備的構成及故障預防與維護保養的重要性

現代石油鉆井機械設備，是系統性的大型聯合機組，其目的是多打井、快打井、打好井，最終實現鉆井速度的翻倍。該聯合機組主要由以下設備構成：第一，升降系統，用于升降鉆具、更換鉆頭、下套管;第二，旋轉系統，控制鉆具高速旋轉，鉆破土層和巖石，使井眼向下延伸;第三，循環系統，負責向井底運送循環鉆井液，起到清潔作用的同時還能運出土壤碎屑，使機械設備連續運轉;第四，動力設備，帶動絞車、轉盤、鉆井泵等重型設備的運轉，通常情況下采用柴油發動機;第五，傳動系統，根據力學原理，將柴油發動機及其他設備運轉時產生的能量根據需要進行傳送;第六，指揮（控制）系統，使整個機組有條不紊地開展工作，同時技術人員還能夠通過相關儀器監控每一臺設備的運轉情況;第七，底座，主要為鉆臺、機房、鉆井泵等設備設置，既能起到支撐作用，又可以保證穩定性;第八，其他輔助設備，如井口防噴、空氣壓縮、輔助發電、起重等[1]。

以上八個組成部分構成了現代石油鉆井機組，在日常工作中，工作人員必須按照一定的章程，對每一個組成環節進行仔細的維護保養，重點檢查零部件磨損、金屬材質表面沾染油污等情況，發現問題及時處理，既可以增強機械設備的耐久性，又能夠保證作業安全，滿足石油企業的生產效率。

2 石油鉆井機械設備常見的故障

石油鉆井機組的常見故障為：第一，機械部件經過長時間的使用后，出現磨損、老化、松脫等現象，由此致使設備運轉時的性能下降。第二，一些設備如果長時間停工，遺漏的油污很可能使齒輪出現粘合等現象，如果沒有及時清理，驟然啟動設備，容易造成卡殼，進而出現更大的磨損。第三，鉆具鉆破巖石和土層后，最先接觸到石油資源，由于化學反應，必然出現油污腐蝕現象。一般來說，與石油資源直接接觸的部分在短時間內即會出現腐蝕跡象;暴露在空氣中的機組設備產生腐蝕及擴散的速度雖然較慢，但也需予以重視。如果設備中金屬材料分布較為集中且長時間與石油接觸，腐蝕效果十分明顯且影響范圍會逐漸向外擴張。基于此，維護保養人員必須定期對石油鉆井機組進行全面的故障、腐蝕檢查，根據相應的問題，做好處理工作。同時提升維護保養力度，使機組時刻處于良好的環境中。

3 石油鉆井機械設備有效的故障預防及維護保養方式

3.1 石油鉆井機械設備故障預防材料的選擇

由上文可知，造成石油鉆井機械設備出現故障的常見原因是零部件磨損及收到腐蝕污染，從而導致設備性能下降。基于此，在進行故障預防時，必須選擇抗磨損、抗腐蝕的材料。第一，對于一些零部件，比如鉆頭、鉆具、齒輪以及不同設備的接合部位的器件等，應該從設備制造商處購買原廠材料，如果需要在市場自行購買，應該反復檢測其性能和所用材料。第二，設備出現腐蝕污染，一方面是受到石油內元素的“入侵”，另一方面是鉆井液中存在泥漿，其中的腐蝕物滲入機組設備，使接觸位置首先出現局部的腐蝕現象;完成作業之后，在外部環境的影響下，局部腐蝕逐漸擴大范圍，經由金屬材質傳遞到其他位置。目前市場上性能最佳的材質為碳鋼材料。與其他材料相比，碳鋼的價格雖然貴，但其抗腐蝕、抗磨損能力均十分出眾，從長遠投資的角度看，其性價比非常高。

3.2 石油鉆井機械設備金屬表面防腐蝕處理工藝

常見的石油鉆井機械設備金屬表面防腐蝕處理方式如下：第一，在鉆井機組表面涂抹防腐材料，但此舉僅能在短時間內起到作用。在磨損、接觸鉆井液的過程中，防腐層會很快遭到破壞，其中的化學成分一旦形成陰陽離子，必然造成電化學腐蝕，無法保證設備不受侵害。如果采用此種方式，應該定期對防腐層覆蓋的完善性進行檢測，否則出現局部“漏洞”，不僅該位置會受到嚴重的腐蝕，還會從內部對設備造成侵蝕，進而導致嚴重的操作事故。第二，為了從根本上解決問題，應該從內部構造入手，提升石油鉆井設備的抗腐蝕性。一般來說，調整過程需要遵循“預留腐蝕余量”的原則，即削弱石油中雜質對設備影響的同時，還需要考慮設備是否能夠正常運轉。如果改造之后的設備性能下降，無法達到原來的生產效率，或是涂抹了較厚的防護層，使設備運轉速度下降，那么這樣的調整會失去意義。最后，對鉆井設備表面的金屬材質進行防腐處理時，應該根據腐蝕現象產生的實際原因，選用物理或化學方式進行處理。如腐蝕現象是由泥污及石油資源內的雜質經過電化學反應而生成，則解決方案也應該采用電化學方式，破壞金屬材料之間的“原電池反應”環境，防止其擴大腐蝕范圍。而采用物理方式，即在金屬材質表面涂抹防腐層并定期清除表面雜物，從而起到防護作用[2]。

3.3 提高重視程度、形成完善的維護保養方案

根據對大量石油鉆井設備的維護資料分析，總結出較為完善的保養方案：第一，設備的作業環境一旦較為潮濕且雜質較多，必然會對設備造成腐蝕等現象，進而導致故障頻發。此外，雜物如果不能及時清除，設備運轉時與其碰撞的次數會顯著增加，造成嚴重的磨損。因此必須盡一切努力，保持設備運行環境的干燥。此外，應該對石油鉆井設備的運行溫度進行時刻監督，正常情況下，溫度不會超過70℃，一旦接近臨界值，說明機組內部已經出現異常情況，需要立刻停機并進行全面的檢測、排查[3]。如果在運轉時聽到細微的聲響，很可能是部件接合部位出現異常或是某些設備表面出現裂開，為了慎重起見，也需要進行停機維護。第二，石油鉆井機組中的運輸軟管，對于整個系統的運行至關重要，一旦出現堵塞、滲漏或是管身出現膨脹、干裂等情況，除了檢查軟管是否出現問題外，還應該重點檢查與其相連的設備是否出現故障。如果是前者，需要立刻更換;如果是后者，則必須準確檢測問題產生的具體位置。

3.4 制定嚴格的石油鉆井機械設備管理制度

大量事實證明，設備正常使用過程中產生的故障在總數中占據的比例較小，更多故障產生的原因是不規范的操作以及其他人為因素。因此，在日常使用及維護管理過程中，必須制定嚴格的制度，從根源上降低故障的發生頻率。首先，設備開機之前，維護人員必須做好全面的檢查工作，務必使每一項要求達到相關標準;其次，在設備運轉過程中，派遣經驗豐富、水平過硬的技術人員進行時刻監控，發現異常問題立刻上報，及時停機并進行檢測，無關人員一律不得靠近。最后，石油企業應該將眼光放長遠，不應計較眼前的成本支出，用“算大賬”、“算長期賬”的思維辯證看待設備與效益之間的關系，確保設備能夠得到良好的維護。

4 結語

石油鉆井機械設備的故障維護和保養工作，無論是對于延長設備壽命還是保證施工作業的安全均起著十分重要的作用。除了以更加嚴格的標準選擇預防材料以及逐漸提高防腐蝕處理工藝外，還應該將維護保養工作、設備的日常使用管理通過方案和制度進行約束，從根本上提高故障預防及維護保養質量，進而降低石油企業的成本支出。

參考文獻：

[1]劉默.石油鉆井機械設備管理和維護[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（20）：48-49.

[2]劉洋.石油鉆井機械設備腐蝕原因及措施探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：46-47.

[3]吳國平.鉆井機械設備日常保養及維護工作[J].設備管理與維修，2019（16）：75-76.