吐哈油田钻井设备故障分析及措施.pdf

2 0 1 1 年第 4 O卷 第 7期第 8 8页 石油 矿场 机械 OI L F I EL D E QUI PMENT 文 章 编 号 1 001 - 3 4 82 2 01 1 07 - 0 08 8 0 3 吐哈油 田钻井设备故障分析及措施 王 峰 ， 罗 军 ， 李 霞 ， 陈建武 ， 韩 俊 1 ． 中国石 油西部 钻探 吐哈钻井公司 ， 新疆 鄯善 8 3 8 2 0 0 ； 2 ． 塔里木油 田 第三勘探公 司， 新疆 库 尔勒 8 4 1 0 0 0 摘要 重点分析 了吐哈油田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、 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 中图分 类号 T E9 2 文献标 识码 B Fa u l t Ana l y s i s a nd M e a s u r e o f Dr i l l i n g Equ i p me nt i n Tu ha Oi l f i e l d W ANG Fe n g ， L UO J u n ， LI Xi a ， CHEN J i a n Wu ， HAN J u n 。 1 ． Tu b a Dr i l l i n g C o mp a n y o f CNPC We s t Dr i l l i n g En g i n e e r i n g Co mp a n y， Sh a n s h a n 8 3 8 2 0 0， Ch i n a； 2 ． No ． 3 Dr i l l i n g C o mp a n y， T a r i m Oi l f i e l d， Ko r l a 8 4 1 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t The t y pi c a l f a u l t o f m u d pu m p a n d s i t e m a i nt e na n c e s t a t us wa s a na l y z e d， a n d t he ot he r d r i l l i ng e qu i pme n t f a i l ur e a nd d i s t r i bu t i o n pr o bl e m s we r e l i s t e d ． Fr o m ma n a g e me nt ， o p e r a t i on a nd 息 和现场 调研 时 ， 要 了 解抽 油 杆 和 相 关 部 件 的运 行 情况 。 2 样件收集齐全抽油杆失效通常表现为断 裂和断脱 ， 要提供断裂部位的完整断 口， 包括断裂面 的所有部分。部分 断 口包含 的断裂信息往往不 全 面 ， 将所有断面拼接进行分析 ， 分析效率和失效原因 判 断 的准确 率都 会大 幅提 高 。 3 不轻易破坏断 口 9 O 的断裂信息都在断 口上。断 口记录了抽油杆断裂 时工作载荷情况， 裂 纹 源 的位置 及其 扩展 方 向 。断 口用软 毛刷 或超声 波 清洗装置等无损伤的方法清理。无论是在现场调研 阶段 ， 还是在试验室进行测试及分析阶段 ， 断 口都应 尽量保存完整 。有经验的失效分析人员通常通过 目 测 断 口就 能够 推测 或 判 断 出断 裂原 因 ， 目测分 析 断 口是最直接、 最经济 、 最有效的失效分析手段。 4 遵从 先 易 后 难 先 直 接后 间 接原 则 分 析 断件首先是 目测或低倍放大； 其次使用扫描电镜 、 能 谱分析仪等高精端设备 。对断件 的直观检验[ 5 能够 准确识别裂纹萌生位置和扩展途径 、 断 口类型、 有无 过载等 。进行性能试验时， 应先进行对样件破坏性 较小 的硬度检测 ， 再进行破坏性较大的拉伸 、 冲击检 测。遵从先易后难 、 先直接后间接、 先宏 观后微观、 先简单后复杂的原则 。 6 结语 失效 分 析是一项 严 密 、 系 统 的技术 工 作 ， 不 仅需 要 掌握相 应 的知识 和 技 巧 ， 还 应对 抽 油 杆 的加 工过 程 、 使用 环境 、 受力 状态 进行 了解 和分析 。通 过对抽 油 杆 的失效 分析 ， 一方 面要针 对 问题进 行改进 ， 预 防 抽油杆的早期失效 ； 另一方面要对设计和制造提出 更高要求， 提升产品质量， 达到不断延长抽油杆使用 寿命 的 目的 。 参考文献 E l i 唐汝钧 ， 张静江 ， 孙国芳 ， 等． 失效分析 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出版 社 ， 1 9 8 9 ． E 2 3 赵玉华 ， 石汝伦 ， 张汉元 ． 等． 抽油杆在深井 中的断裂及 其 预防措施 [ J ] ． 石油机械 ， 1 9 9 6 ， 2 4 3 3 3 3 5 ． [ 3 ] 刘 晓旭 ， 林元华 ， 曾德 智 ， 等． 有杆 系统杆管偏 磨磨损量 预测研 究[ J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 1 3 4 3 7 ． [ 4 ] 孙 粲 ， 谢 发勤 ， 田 伟 ， 等． 油管 钢的 C O z和 Hz S腐 蚀及防护技 术研 究 进展 [ J ] ． 石 油矿 场 机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 5 5 5 6 1 ． [ 5 ] 李 力， 虞和济． 失效分析与故障预防[ M] ． 北京 冶金 工业出版社 ， I 9 9 0 ． 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 一 O 8 作者简 介 王峰 1 9 7 0 一 ， 男 ， 陕西凤翔人 ， 工程师 ， 主要 从事石油钻井设备维修及管理工作 。 第 4 O卷第 7 期 王峰 ， 等 吐哈油 田钻井设备故障分析及措施 ma i n t e n a nc e e t c ．， c o un t e r me a s ur e， f a c i l i t a t e dr i l l i n g s i t e e q ui p m e n t o pe r a t i o n a nd m a i nt e n a n c e wa s p r op os e d． Ke y wo r d s d r i l l i ng； dr i l l i n g e q ui pm e nt ； f a ul t a na l y s i s 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／ I , N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 吐哈钻井公 司目前主要使用的是 国产钻机， 生 产厂有 宝鸡石 油机械 有 限责任公 司 以下 简称 宝 石 、 兰 州兰 石 国民油 井 石 油 工程 有 限公 司 以 下 简 称兰石 、 四川宏华石油设备有 限公 司 以下简称宏 华 、 南阳二机石油装备有 限公 司 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 型号和种类各有差异， 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 Z P 一 2 0 5型转盘、 T C - 3 1 5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等问题。 2 钻井设备故 障分析 2 ． 1 钻 井泵 2 ． 1 ． 1 主螺栓和轴承盖 断裂 钻井泵曲轴端 2条主螺栓及轴承盖断裂 ， 也可 能是母螺纹损坏 。这种故障主要发生在宝石生产的 F系列钻井泵上 ， 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 曲轴孔同轴度 d0 ． 0 3 mm， 曲轴轴心线 与 3个导板 孑 L 中心线垂直 度d0 ． 1 2 7 mm， 2个 曲轴 孔 与 传 动 轴 孑 L 平 行 度 d 0． 0 7 6 mm l 1 ] 。对 于 油 田钻 井 公 司 ， 修 理 难 度 很 大 ， 没有 修理 手段 。 2 ． 1 ． 2齿 圈和齿 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 齿圈和齿断裂或塑性变形 。这种故障多数是 由于主 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 。 润滑通常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 1 8 0 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 ； 保养 时必须要用黄油枪对每一个润滑点注满黄油。 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 ， 如 果受 力不 均产 生应 力集 中 ， 就会从 薄 弱环节发生疲劳损坏。小裂纹可以补焊修理 ， 裂纹 1 0 mm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 导板磨损 拉伤 钻井泵十字头或导板磨损拉伤是在较短时间内 通 常为 2 ～3 h 接触 面 上 出 现 深槽 而 迅 速 失 效 的 一 种表现形式口 ] 。全磨拉伤磨损阶段 较短 ， 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 与十字 头 整 个 或 a ／ 4接 触 面 上 ， 而 偏 磨 发 生 在局部 ； 从拉伤深度来看 ， 全磨 沟槽较深 ， 通常为 2 ～ 4 mi l l ， 粗糙度为 5 O ～1 O 0 m， 偏磨沟槽通 常为 l ～ 2 mm， 粗糙 度 约为 2 5 m。 选用 材料 为 HT 2 0 0 、 硬 度 1 7 0 2 2 0 HB的导板 和材 料 为 QT6 o o 一 2 、 硬 度 2 3 0 ～ 2 8 0 HB的 十 字 头 ， 通过金相组织和力学性能分析发现 ， 由于珠光体含 量高 ， 耐磨 性强 ， 材 质性 能稳 定 ， 不易 出现拉 伤 ， 保 证 了使用寿命 。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 良会破坏滑块之间的油 膜而 出现干磨 ， 严重拉伤 十 字头和导板甚至缸套 活塞 ， 因此调节好十字头间隙 和提供可靠的润滑非常重要 ， 十字头 间隙通常控 制 石 油 矿 场 机 械 2 O 1 1 年 7月 在 0 ． 2 5 ～O ． 5 0 mm范围内。导板 固定螺栓旋紧扭矩 为 2 0 0 2 7 0 N 1 T I ， 十字头与中心拉杆的同轴度必须 小于 0 ． 3 8 1 mm， 以保证十字头在导板上做平行滑动。 2 ． 1 ． 7液 力 端 刺 漏 液力 端通 常采 用钢 圈 、 橡 胶垫 和 O形 圈密 封 实 现密 封高 压泥 浆 。钢 圈密 封 执 行 国 家相 关 标 准 ， 只 要平稳固定螺柱且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1 ． 0 ～1 ． 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 ] 。所有密封 面在装配前要清洗干净无 杂物 ， 同时要选择质量合格的橡胶垫 。 2 ． 2 其他 设备 在 日常生产 中故障频率最高的是天车和游车滑 轮摆动 、 水龙头漏油和冲管失效 、 转盘 响声大 、 并车 传动箱轴承损坏 、 盘式刹车拉缸、 绞车轴承发烧等故 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 。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 ， 9 0 d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 引起故障 的原 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J C 一 2 8 F型绞车滚筒轴高速端无法润滑； 宏华 公司生产的 Z J 一 4 0 L型钻机转盘传动轴倾斜角超标， 影响设备质量。 2 “ 独生子 ” 设 备不能精修 。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 换和按照正常工序修理 ， 通常都是利用搬 家期 间抢 修 ， 设备解体后如果发现某些部件失效 ， 不能及时更 换 ， 严重影响修理进度和质量 。 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， 事后也不检 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 ； 有 的知 道润 滑油 已经 变质 仍置 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 ， 重视和爱惜设备 。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， 病人膏肓” 的破坏性使用设备 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。推广井队好的做法， 提升整体设备管理水平。 4 ． 3 提 高设 备修理 质 量 修理厂应积极推行“ 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 。结合生产实际明确质量责任 ， 完 善设备进厂一修理一出厂的原始资料 ， 保证修 理的 可追 溯性 ， 取 得每一 个解 体 配件 的基础 数 据 ， 选 择最 合 理 的工艺 ， 严把 配件 和材 料 的质量关 ， 加 强检 验 职 能 ， 做到用数据说话 ， 人人心 中有质量 。 4 ． 4加强 科技 攻关解 决 生产难 题 对暂未处理的问题和没有手段解决的生产厂设 计缺陷进行科技攻关 ， 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 高设备利用率 ， 延长设备使用寿命 。 5 结语 钻井单 位 必须 全员 贯 彻 “ 三好 ” 控 制 ， 即管 好 设 备 、 用好设备 、 修好设备 ， 做到不打折扣 ， 专人专职， 提高设备利用率 ， 延长设备使用寿命。 参考文献 E l ； 张志毅， 裴峻峰． 钻井泵故障诊断方法的探索与实践 E J 3 ． 石油矿场机械， 2 0 0 4 ， 3 3 6 5 7 - 5 8 ． E 2 3 鲍 春田． 浅谈石 油钻井设 备润 滑油 的使用 与管理 E J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 0 9 3 9 5 ． [ 3 ] 贾 文杰 ． 钻井泵 液力端 易损件 失效分 析及对 策 E J ] ． 石 油机械 ， 1 9 9 6 1 8 3 ～ 8 6 ． E 4 J 邱 真理． 三缸单 作用 活塞式 泥浆泵导 板发热 原 因分析 [ J ] ． 石油矿场机械 ， 1 9 9 9 ， 2 8 3 3 1 3 3 ．