石油鉆井機(jī)械設(shè)備的故障排除與維修研究

馮睿

（大慶油田鉆探工程公司機(jī)械修理廠，黑龍江 大慶 163000）

在科技水平不斷提升的過程中，石油鉆井工作逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動化。如果沒有嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)備操作或養(yǎng)護(hù)將會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，繼而影響石油開采，因此企業(yè)需要做好石油鉆井機(jī)械設(shè)備的故障排除與維修工作。

1 鉆井設(shè)備概述

從廣義角度來看，鉆井機(jī)械設(shè)備指的是用于鉆井的地面設(shè)備、鉆井工具以及鉆井儀表（如圖一所示）。按照功能可以將鉆井機(jī)械設(shè)備分為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、動力與傳動系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等，其中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)指的是安裝在鉆臺井口上的轉(zhuǎn)盤，具有承受反扭矩等作用。

提升系統(tǒng)指的是由絞車、大鉤、井架等構(gòu)成的起重設(shè)備；動力與傳動系統(tǒng)主要包括動力機(jī)與傳動機(jī)組；循環(huán)系統(tǒng)主要是由水龍頭、泥漿泵等設(shè)備構(gòu)成的；控制系統(tǒng)可以有效控制各種機(jī)械設(shè)備。

圖1 石油鉆井機(jī)械設(shè)備

2 造成鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的原因

2.1 管理理念陳舊

與發(fā)達(dá)國家相比，我國的石油開采技術(shù)與勘探技術(shù)略微落后，設(shè)備管理理念也不夠新穎，降低了設(shè)備管理質(zhì)量。從實(shí)際情況來看，大多數(shù)石油企業(yè)都是在鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障后才進(jìn)行檢修，沒有做好預(yù)防性工作，加大了企業(yè)損失。同時，很多企業(yè)沒有意識到設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作的重要性，沒有根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)采取合適的養(yǎng)護(hù)措施。

2.2 管理制度不完善

設(shè)備管理是石油企業(yè)管理工作的重點(diǎn)內(nèi)容，但是很多企業(yè)認(rèn)為設(shè)備管理無法直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，所以沒有構(gòu)建完善的設(shè)備管理制度，也沒有貫徹落實(shí)各項(xiàng)制度。例如，部分石油企業(yè)沒有根據(jù)鉆井機(jī)械設(shè)備的實(shí)際情況制定管理制度，而是直接照搬其他企業(yè)的制度，導(dǎo)致管理制度不符合實(shí)際需求。同時，為了實(shí)現(xiàn)利益最大化，石油企業(yè)忽視了維修管理流程的合理性，降低了維修工作的可行性。

2.3 缺乏檢修保養(yǎng)

相對來說，鉆井機(jī)械設(shè)備的使用年限較長，但是如果沒有做好日常養(yǎng)護(hù)工作就會縮短設(shè)備的使用壽命。但很多企業(yè)忽視了設(shè)備的日常養(yǎng)護(hù)工作，只是每年對設(shè)備進(jìn)行一次檢修與養(yǎng)護(hù)，便無法及時發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備磨損、斷裂、形變、異響、振動等問題。

2.4 外部環(huán)境因素

鉆井機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時也會受到外界環(huán)境因素的影響，便可能會出現(xiàn)故障。例如，鹽堿腐蝕、土石沙塵等因素可能會影響到鉆井機(jī)械設(shè)備的正常散熱，導(dǎo)致設(shè)備大幅升溫。

2.5 人員素養(yǎng)有待提升

檢修人員與管理人員是開展鉆井機(jī)械設(shè)備檢修與管理工作的主體，但部分人員的專業(yè)能力較差，無力應(yīng)對突發(fā)故障，也沒有做好日常檢修與保養(yǎng)工作。

3 鉆井機(jī)械設(shè)備的故障排除

3.1 傳動系統(tǒng)故障排除

傳動系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也會出現(xiàn)不同的故障。（1）聯(lián)動機(jī)支撐軸承表面溫度過高、油脂內(nèi)部存在雜物等問題會導(dǎo)致傳動系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)發(fā)熱等情況。檢修人員需要從各個方面入手分析造成問題的原因并采取有效的解決措施。（2）軸承磨損過多、傳動齒輪點(diǎn)蝕等問題會導(dǎo)致減速箱出現(xiàn)較大的異響與振動。檢修人員需要及時更換軸承或傳動齒輪等零部件，避免對減速箱造成影響。此外，若支撐軸承運(yùn)行質(zhì)量差或軸封損壞，變速箱就會出現(xiàn)殼體升溫、呼吸器出油等情況。檢修人員就需要綜合分析支撐軸承的運(yùn)行狀態(tài)或軸封的情況，降低變速箱出現(xiàn)故障的幾率。

3.2 絞車故障排除

（1）在正常情況下，進(jìn)行絞車剎車會產(chǎn)生大量的熱量，不會導(dǎo)致剎車鼓出現(xiàn)裂紋。但若絞車剎車存在問題就會導(dǎo)致剎車鼓外部出現(xiàn)龜裂。檢修人員需要通過冷卻等方式解決這一問題，提高絞車的運(yùn)行效率。（2）在高低氣胎離合器掛合變換的狀態(tài)下，絞車若在短時間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的振動情況就說明絞車的底座不夠穩(wěn)固。為此，檢修人員需要對絞車底座進(jìn)行檢修，并通過緊固螺栓等方式增強(qiáng)底座的穩(wěn)固性。（3）若絞車鏈條與齒節(jié)之間的距離較大，絞車在運(yùn)行過程中就會出現(xiàn)振動等情況。檢修人員需科學(xué)調(diào)整絞車鏈條與齒節(jié)之間的距離，避免絞車出現(xiàn)振動。（4）若車軸長期處于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中可能會出現(xiàn)彎曲等情況，繼而導(dǎo)致絞車出現(xiàn)嚴(yán)重的振動。檢修人員便需要重點(diǎn)檢修車軸的狀態(tài)，及時更換存在問題的零部件。

3.3 鉆井泵故障排除

在石油鉆井過程中，鉆井泵處于核心位置。但是鉆井泵也容易出現(xiàn)機(jī)殼斷裂等故障，需要做好故障的排除與維修工作。

（1）機(jī)殼斷裂故障的排除與檢修。在運(yùn)行過程中，鉆井泵需要承受較大的沖擊荷載，如果受力不均就會出現(xiàn)機(jī)殼斷裂等情況。在進(jìn)行小裂紋的維修時，維修人員可以采用補(bǔ)焊等方式。但如果裂縫寬度超過10mm，就需要及時更換鉆井泵。

（2）軸承與主螺栓斷裂故障的排除與檢修。一般情況下，一旦鉆井泵的軸承蓋與主螺紋斷裂就說明母螺紋存在故障。主螺紋中的母螺紋多位于鉆井泵的機(jī)殼上，所以如果母螺紋受損就需要及時進(jìn)行返廠修復(fù)，確保大型鏜床的技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）。

表1 鏜床技術(shù)參數(shù)

（3）齒與齒圈變形或斷裂故障的排除與檢修。在交變負(fù)荷載荷等因素的影響下，若齒圈出現(xiàn)疲勞破損等情況，齒與齒圈就會出現(xiàn)塑性變形甚至斷裂等情況。為了解決這一問題，檢修人員可以更換齒圈與小齒輪軸。

（4）潤滑不良故障的排除與檢修。若鉆井泵存在潤滑不良的問題將會影響運(yùn)轉(zhuǎn)部位的正常運(yùn)行。而造成鉆井泵潤滑不良的原因有很多，例如潤滑油變質(zhì)、冷卻水或泥漿滲透到動力端、潤滑管堵塞或斷裂等。若想增強(qiáng)鉆井泵的潤滑性，檢修人員需要做好潤滑管理工作，科學(xué)選擇潤滑方式。常用的潤滑方式有油潤滑與脂潤滑這兩種，若采用油潤滑就需要科學(xué)選擇油品并每隔180天進(jìn)行一次更換，若采用脂潤滑就需要每隔7天注射一次潤滑脂，并做好潤滑脂的清理工作。同時，在進(jìn)行鉆井泵保養(yǎng)時，檢修人員需利用黃油槍在每一個潤滑點(diǎn)中注射黃油。

（5）導(dǎo)板或十字頭磨損拉傷故障的排除與檢修。導(dǎo)板或十字頭磨損拉傷指的是在深槽等因素的影響下，接觸面在2～3h內(nèi)出現(xiàn)失效的情況。磨損拉傷主要包括偏磨、全磨等類型，其中偏磨多發(fā)生在局部，磨損時間相對較長，且槽深為1～2mm、粗糙度為25μm左右；全磨多發(fā)生在3/4接觸上面，磨損時間相對較短，槽深為2～4mm、粗糙度為50～100μm；正常磨損會持續(xù)更長的時間。為了減少這一故障的發(fā)生，檢修人員應(yīng)優(yōu)化選材、調(diào)整十字頭間隙。首先，檢修人員應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定選擇導(dǎo)板與十字頭的材料，確保材料硬度符合 HT200/170-220HB等要求。其次，檢修人員應(yīng)科學(xué)調(diào)整十字頭的間隙，將間隙控制在0.25～0.50mm之間并優(yōu)化潤滑條件。此外，檢修人員應(yīng)將導(dǎo)板固定螺栓的旋緊扭矩控制在200～270N·m之間，將中心拉桿與十字頭的同軸度控制在0.381mm以內(nèi)。

4 提升鉆井機(jī)械設(shè)備故障排除與維修質(zhì)量的策略

4.1 加大對鉆井機(jī)械設(shè)備的管理力度

若想降低鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率，石油企業(yè)需要提高對設(shè)備管理工作的重視程度，加大管理力度。石油企業(yè)管理者應(yīng)具備較強(qiáng)的設(shè)備管理意識，并做好宣傳工作，讓所有的工作人員都意識到對鉆井機(jī)械設(shè)備進(jìn)行規(guī)范操作與定期檢修的重要性。其次，管理人員應(yīng)利用信息技術(shù)對鉆井機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障。此外，應(yīng)做好設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作，使設(shè)備維持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 健全鉆井機(jī)械設(shè)備管理制度

鉆井機(jī)械設(shè)備管理工作涉及到了諸多內(nèi)容，例如設(shè)備日常使用規(guī)范、設(shè)備維護(hù)、管理人員評估等，為了提高管理質(zhì)量，石油企業(yè)應(yīng)從各個方面入手健全鉆井機(jī)械設(shè)備管理制度。首先，石油企業(yè)應(yīng)構(gòu)建獨(dú)立的鉆井機(jī)械設(shè)備管理小組，明確管理小組的具體職責(zé)。同時，應(yīng)貫徹落實(shí)責(zé)任制度，確保出現(xiàn)問題時能夠在第一時間找到責(zé)任人。其次，石油企業(yè)應(yīng)構(gòu)建完善的鉆井機(jī)械設(shè)備管理體系，將設(shè)備安裝制度、設(shè)備調(diào)試制度、設(shè)備更新制度、重點(diǎn)設(shè)備管理制度、設(shè)備檢修制度、設(shè)備維護(hù)制度等內(nèi)容結(jié)合起來，為鉆井機(jī)械設(shè)備的管理工作提供依據(jù)。

4.3 提高檢修保養(yǎng)技術(shù)水平

在石油鉆井機(jī)械設(shè)備管理過程中，管理人員與檢修人員應(yīng)不斷提升自身的技術(shù)水平，繼而提高維修保養(yǎng)質(zhì)量。第一，在維修保養(yǎng)過程中需要使設(shè)備表面一直處于潔凈與干燥狀態(tài)中。第二，需多關(guān)注零部件之間的磨損程度以及齒輪箱、液壓油箱的溫度情況，將溫度控制在70℃以內(nèi)，若超過70℃就需要立即關(guān)閉設(shè)備。第三，需定期檢查設(shè)備的密封性以及各個連接件的穩(wěn)固性。第四，需定期檢查設(shè)備的液壓系統(tǒng)，判斷濾芯是否存在堵塞等情況，若存在需及時更換。第五，需定期檢查軟管的性能，及時更換存在裂紋等問題的軟管。

4.4 加強(qiáng)針對性管理

在日常管理過程中，鉆井機(jī)械設(shè)備管理人員需要做好潤滑管理工作與防腐管理工作等針對性管理工作。（1）潤滑管理。從實(shí)際情況來看，大多數(shù)鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)磨損故障都是因?yàn)闈櫥涣?。所以設(shè)備管理人員需要做好潤滑管理工作，通過改善潤滑條件控制零部件之間的間隙，從而增強(qiáng)鉆井機(jī)械設(shè)備的精密性與準(zhǔn)確性。首先，管理人員需要科學(xué)選擇潤滑劑。管理人員在選擇潤滑劑時不僅需要考慮鉆井機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與使用要求，也需要充分考慮季節(jié)與外界環(huán)境等因素，避免選擇劣質(zhì)潤滑劑或不符合要求的潤滑劑。其次，管理人員應(yīng)做好潤滑劑的管理工作，即對潤滑劑進(jìn)行分類管理，避免出現(xiàn)使用不規(guī)范等情況，否則可能會造成設(shè)備出現(xiàn)故障。例如，在存儲過程中部分潤滑劑可能會出現(xiàn)變質(zhì)、失效等情況，管理人員就需要及時清除這些潤滑劑，避免設(shè)備再次出現(xiàn)磨損。（2）防腐管理。在日常管理中，管理人員不僅需要做好潤滑管理工作，也需要做好防腐管理工作，避免鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)銹蝕等情況。首先，管理人員應(yīng)綜合分析鉆井機(jī)械設(shè)備的使用環(huán)境，做好環(huán)境檢測工作，為防腐材料的選擇提供依據(jù)。其次，管理人員需要加大對機(jī)械設(shè)備重點(diǎn)部位的檢查力度，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的銹蝕問題，避免設(shè)備出現(xiàn)故障。

4.5 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

人員素養(yǎng)將直接影響鉆井機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，石油企業(yè)需要做好人員培訓(xùn)工作。首先，石油企業(yè)需要構(gòu)建完善的入職培訓(xùn)機(jī)制，確保所有的人員都是通過考核后入職的，從而增進(jìn)管理人員與檢修人員對鉆井機(jī)械設(shè)備的了解。其次，石油企業(yè)應(yīng)構(gòu)建完善的在職培訓(xùn)機(jī)制，定期對管理人員與檢修人員進(jìn)行職業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)、專業(yè)知識培訓(xùn)以及專業(yè)技能培訓(xùn)，進(jìn)一步提升管理人員與檢修人員的專業(yè)水平與業(yè)務(wù)能力。在培訓(xùn)過程中，石油企業(yè)需要多為管理人員與檢修人員提供一些經(jīng)典案例，讓管理人員與檢修人員吸取更多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。同時，石油企業(yè)也可以組織一些技術(shù)比拼活動，調(diào)動工作人員的積極性與主動性。此外，在日常管理過程中應(yīng)增強(qiáng)管理人員與檢修人員的規(guī)范意識，讓管理人員與檢修人員嚴(yán)格按照規(guī)章制度開展工作。

5 結(jié)語

在石油鉆井過程中，檢修人員需要加大對鉆井機(jī)械設(shè)備的管理力度，及時排除變形、老化、松動、脫落等故障，同時需要通過健全管理制度、加強(qiáng)潤滑管理、加強(qiáng)防腐管理等手段預(yù)防機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，從而為石油鉆井工作的開展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)石油企業(yè)的良好發(fā)展。