钻井设备故障及措施.doc

钻井设备故障分析及措施罗 军，李 霞，陈建武（中国石油西部钻探 吐哈钻井公司，新疆 鄯善 838200）摘要：分析了国内钻井泵的典型故障和现场保养维护现状，并列举了其他钻井设备故障和配制等问题，从管理、操作和维护等方面进行分析并提出对策，便于钻井现场设备使用与维护。关键词：钻井；设备；故障Fault Analysis Of Drilling Equipment And MeasureLUO Jun，LI Xia，CHEN Jian-wu（Tuha drilling company of CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited ,Shanshan 838200 china）Abstract：This paper analyses the typical fault of mud pump and site maintenance status ，and lists the other drilling equipment failure and distribution problems, from management,operation and maintenance etc, analyze and proposes the countermeasure，facilitate drilling site equipment operation and maintenanceKey words： Drilling；drilling equipment；fault analysis钻井设备的可靠运转是钻井队优质高效完成生产任务的基础，钻井设备发生故障必然会影响钻井工作的顺利进行，延长完井周期，尤其是钻井泵、传动装置、悬吊系统等核心设备发生故障, 甚至会引发钻井生产安全和人身安全。1 钻井设备基本现状 目前国内主要钻机生产厂有宝鸡石油机械有限公司（以下简称宝石）、兰州兰石国民油井有限公司（以下简称兰石）、宏华石油设备有限公司（以下简称宏华）、上海三高石油设备有限公司（以下简称三高）、南阳石油第二机械厂（以下简称南阳二机）、江汉第四石油机械厂等，每个生产厂生产的绞车、转盘、天车、游车、水龙头、大钩、泥浆泵、井架等钻井设备（统称8大件）型号种类各有差异，产品质量参差不齐。有些设备虽然型号相同，但安装尺寸和配件规格都不一样，例如ZP-205型转盘、TC-315型天车、传动装置等。设备型号多样化一方面导致配件和易损件种类繁多，库存量大、修理成本高；另一方面也存在无备用件，不能按照正常工序修理。2 典型故障分析及措施2.1 钻井泵2.1.1 主螺栓及轴承盖断裂钻井泵曲轴一端2条主螺栓及轴承套断裂，也可能是母螺纹损坏。这种故障主要发生在F系列钻井泵，兰石生产的钻井泵极少出现断裂现象。F系列钻井泵主螺栓的母螺纹设计在机壳本体上，如果母螺纹损坏或轴承盖断裂都必须返回原生产厂用大型镗床修复，以确保2个曲轴孔同心度不超过0.03 mm，曲轴轴心线与3个导板孔中心线垂直度不超过0.127 mm，2个曲轴孔与传动轴孔平行度不超过0.076 mm2，对于油田钻井公司，修理难度很大，没有修理手段。2.1.2 轮圈轮齿断裂或变形大、小齿圈是钻井泵动力传输的核心部件，在受到交变复合载荷的冲击下发生疲劳破坏，导致大、小齿圈轮齿断裂或塑性变形。这种故障多数可能是主螺栓断裂引起大、小齿圈错位而挤压变形，修理时必须更换整副大、小齿圈，F系列钻井泵则必须同时更换小齿轮轴。2.1.3 润滑不良钻井泵在使用过程中润滑油变质或不足等引起的润滑不良会导致运转部位失效。主要原因是润滑管线断裂或堵塞而造成润滑油不足；润滑油过期变质或泥浆、冷却水从中心拉杆密封处进入动力端而导致润滑油失效。通常情况下润滑分为油润滑和脂润滑2种形式。油润滑时，油品必须要按照生产厂说明书规定加入牌号相符的油品，钻井泵180 d更换1次，如果未达到更换周期油品就已污染变质，则必须立即更换。脂润滑时，7 d注射1次润滑脂，在大修时彻底清理，但保养时必须要用黄油枪把黄油打足，不能遗漏润滑点。 2.1.4 机壳断裂钻井泵在工作过程中要产生高压，承受特别大的冲击载荷，容易产生疲劳损坏，如果受力不均产生应力集中，就会从薄弱环节发生破坏。小的裂纹可以补焊修理，10 mm的裂纹修理时必须更换钻井泵。2.1.5 主轴承跑圆轴承与轴颈通常采用过盈配合。工作过程中，在很大的交变载荷的冲击下，轴承内圈与轴颈发生相对运动称为跑圆，此时磨损加剧，并伴随响声大、温度高等现象。修理时应根据轴颈磨损量选择粘胶或补焊工艺。2.1.6 十字头或者导板磨损拉伤钻井泵十字头或导板磨损拉伤是指在较短时间内（一般2-3小时）接触面上出现深槽迅速失效的一种表现形式3。从磨损曲线（如图1）可看出全磨拉伤稳定磨损阶段教短，偏磨次之，正常磨损最长。从几何形状来看，全磨拉伤发生在导板和十字头整个或3/4接触面上，而偏磨发生在局部，特别是角部。从拉伤深度来看全磨沟槽较深一般在2-4mm，粗糙度在50-100m，偏磨沟槽一般在1-2mm，粗糙度在25m左右。选用材料为HT200，硬度HB170-220导板与QT600-2，硬度HB230-280十字头，通过金相组织和机械性能分析，发现由于珠光体含量高耐磨性强，材质合理性能稳定，保证了耐磨性和寿命匹配，不容易拉伤。在现场应用中当十字头在曲轴的作用下在导板上平行滑动时，运动间隙超标和润滑不良，会破坏滑块间的油膜而干磨发出巨大声音和大量的热。严重的拉伤十字头和导板，甚至缸套活塞。所以调节好十字头间隙和提供可靠的润滑效果非常关键。十字头间隙一般在0.25mm-0.50mm范围内。导板固定螺栓上紧扭矩为200-270N.m同时十字头和中心拉杆的同心度必须不大于0.381mm，保证十字头是在导板上作平行滑动。2.1.7 液力端刺漏液力端要实现密封高压泥浆，通常采用钢圈、橡胶垫和O形圈密封。钢圈密封执行国家相关标准，只要平稳固定螺柱，连接可靠就不会出现问题；橡胶垫密封分为平面密封和侧面密封，平面密封的台阶面要平整光洁，橡胶垫厚度大于台阶深度11.1 mm，外径与孔相同，侧面密封堵头上通常带有锥度；O形密封圈内有张力槽，密封比较可靠，不容易失效1。所有密封面在装配前要清洗干净，无杂物等，同时选择质量合格的橡胶垫。2.2 其他钻井设备在日常生产中故障频率最高的是天车、游车滑轮摆动，水龙头经漏油、冲管失效，转盘响声大，并车传动箱轴承损坏，盘式刹车拉缸，绞车轴承发烫等故障。这些故障大多数与润滑有关。润滑在所有机械设备运转中占有举足轻重的地位，直接决定设备的使用寿命，大多数设备故障都与润滑有关。油润滑的油品一定要按照生产厂的说明书规定加入牌号相符的油品，绞车、并车传动箱、水龙头和转盘需每班检查补充，90d彻底更换1次，如果未达到更换周期油品就已污染变质，则必须立即更换，保证润滑油清洁。柴油机对油品的要求更加严格；脂润滑与钻井泵相同。3 典型故障原因分析3.1 设备方面1） 一些设备存在生产厂设计缺陷。南阳二机生产的JC-28F型绞车滚筒轴高速端无法润滑，宏华公司生产的ZJ-40L型钻机转盘传动轴倾斜角度超标，影响设备质量。2） “独生子”设备不能细致精修。由于设备种类多，又没有足够的备用件，在发生故障时备件不能互换，不能按照正常工序修理，通常都是利用搬家期间抢修，时间紧，设备解体后如果发现某些部件失效，不能及时更换，严重影响修理质量。3.2 人为因素1） 现场操作人员缺乏设备使用、维护保养等方面的相关知识。有些井队新员工较多，对机械设备知识掌握有限，不能熟练掌握相关技能，个别井队甚至连大班人员都不熟悉设备的润滑点。2） 员工责任心不强。有些井队维护保养不能及时落实，有凑合思想。3.3 管理方面 1） 设备管理制度落实不到位。有些井队大班在设备维护保养过程中没有亲自参与，过后也不检查，造成保养维护工作不落实。2） 个别井队存在只注重抢进尺，不注重设备维护，也有的已经知道润滑油已经变质还置之不理。4 应对措施4.1 加强设备管理制度井队应树立“钻井技术是钻井的灵魂，钻井设备是钻井的根本”的思想，重视设备，爱惜设备。设备管理人员要主动上井了解设备使用的第1手资料，及时排除设备出现的各种故障，同时对井队设备保养记录、“十字作业法”、油品情况等进行监督检查，发现问题立即督促整改，绝不让设备带病作业，杜绝“小病不医，病入膏肓”的破坏性使用设备的不良习惯，从而延长设备使用寿命，使每台设备最大限度地高效运转。4.2 加强设备操作维护人员培训坚持对设备操作人员进行技术指导和培训，使他们掌握钻井设备操作维护和故障诊断及处理的常用方法。对井队好的做法进行推广，提升整体设备管理水平。 4.3 提高设备修理质量修理厂将修理质量作为生存发展的基石。积极推行“质量在我手中、用户在我心中”、“质量零缺陷、服务零投诉”等质量理念，确保井队设备正常运转。结合生产实际明确并制定从厂领导到主修工的质量责任，完善设备从进厂修理出厂的原始资料，保证设备修理的可追溯性。在实际工作中不放过每一个细小环节，对解体的每一个配件进行测量，取得基础数据，选择最合理的工艺。严把配件、材料的质量关，加强检验职能，用数据说话，做到人人肩上有重担，人人心中有质量。4.4 加强科技攻关解决生产难题对目前未处理的问题和没有手段解决的生产厂出现的设计缺陷进行科技攻关，把科技创新、节能增效作为干好工作的“催化剂”，并将科技成果，专利技术应用到实际工作中，保证修理后的设备能够正常工作， 提高设备的利用率，延长设备使用寿命，更好地为钻井服务。5 结语钻井设备使用单位必须全员贯穿“三好”控制，即管设备的把设备管好、用设备的把设备用好、修设备的把设备修好。按照上述应对措施不打折扣的执行作业，专人专职，就一定能大大提高设备的利用率，延长设备使用寿命，更好的为钻井服务，满足各种钻井工艺。参考文献：1贾文杰.钻井泵液力端易损件失效分析及对策.石油机械.1996.01.2张志毅，裴峻峰.钻井泵故障诊断方法的探索与实践.石油矿场机械.2004.063 邱真理.三缸单作用活塞式泥浆泵导板发热原因分析.石油矿场机械.1999.03作者简介：罗 军（1979-），男，陕西咸阳人，工程师，2003年毕业于西南石油学院，主要从事石油钻井设备维修技术工作。地址：新疆鄯善西部钻探吐哈钻井公司机修厂，邮码：838200，手机：[phone]。