石油钻井机械设备故障预防与维护保养分析

吕彬

摘 要：石油钻井机械设备的故障预防与维护保养，已经成为石油企业日常工作需要重点考虑的问题。本文阐述了机组设备的构成及故障预防与维护保养的重要性，结合机械设备常见的故障，从材料的选择、金属防腐蚀处理两个方面阐述了故障预防的具体方式，提出制定严格的设备管理制度、提高重视程度、形成完善的维护保养方案等方式，希望石油钻井机械设备能够得到良好的维护，为我国石油事业贡献力量。

关键词：石油钻井设备;故障预防;维护保养;金属防腐蚀处理;材料选择

石油钻井设备是石油勘探、开采工作中必不可少的重要设备，由于其在运转过程中必然钻探土层且与岩石发生“碰撞”，不仅容易造成磨损、错位等机械故障，还容易沾染地下土层中的很多物质，如果不及时处理，很可能对设备中的金属及其他材质造成腐蚀，从而影响设备的性能和使用寿命。基于此，必须建立完善的故障预防和维护保养机制，使设备以最佳状态投入使用。

1 石油钻井机械设备的构成及故障预防与维护保养的重要性

现代石油钻井机械设备，是系统性的大型联合机组，其目的是多打井、快打井、打好井，最终实现钻井速度的翻倍。该联合机组主要由以下设备构成：第一，升降系统，用于升降钻具、更换钻头、下套管;第二，旋转系统，控制钻具高速旋转，钻破土层和岩石，使井眼向下延伸;第三，循环系统，负责向井底运送循环钻井液，起到清洁作用的同时还能运出土壤碎屑，使机械设备连续运转;第四，动力设备，带动绞车、转盘、钻井泵等重型设备的运转，通常情况下采用柴油发动机;第五，传动系统，根据力学原理，将柴油发动机及其他设备运转时产生的能量根据需要进行传送;第六，指挥（控制）系统，使整个机组有条不紊地开展工作，同时技术人员还能够通过相关仪器监控每一台设备的运转情况;第七，底座，主要为钻台、机房、钻井泵等设备设置，既能起到支撑作用，又可以保证稳定性;第八，其他辅助设备，如井口防喷、空气压缩、辅助发电、起重等[1]。

以上八个组成部分构成了现代石油钻井机组，在日常工作中，工作人员必须按照一定的章程，对每一个组成环节进行仔细的维护保养，重点检查零部件磨损、金属材质表面沾染油污等情况，发现问题及时处理，既可以增强机械设备的耐久性，又能够保证作业安全，满足石油企业的生产效率。

2 石油钻井机械设备常见的故障

石油钻井机组的常见故障为：第一，机械部件经过长时间的使用后，出现磨损、老化、松脱等现象，由此致使设备运转时的性能下降。第二，一些设备如果长时间停工，遗漏的油污很可能使齿轮出现粘合等现象，如果没有及时清理，骤然启动设备，容易造成卡壳，进而出现更大的磨损。第三，钻具钻破岩石和土层后，最先接触到石油资源，由于化学反应，必然出现油污腐蚀现象。一般来说，与石油资源直接接触的部分在短时间内即会出现腐蚀迹象;暴露在空气中的机组设备产生腐蚀及扩散的速度虽然较慢，但也需予以重视。如果设备中金属材料分布较为集中且长时间与石油接触，腐蚀效果十分明显且影响范围会逐渐向外扩张。基于此，维护保养人员必须定期对石油钻井机组进行全面的故障、腐蚀检查，根据相应的问题，做好处理工作。同时提升维护保养力度，使机组时刻处于良好的环境中。

3 石油钻井机械设备有效的故障预防及维护保养方式

3.1 石油钻井机械设备故障预防材料的选择

由上文可知，造成石油钻井机械设备出现故障的常见原因是零部件磨损及收到腐蚀污染，从而导致设备性能下降。基于此，在进行故障预防时，必须选择抗磨损、抗腐蚀的材料。第一，对于一些零部件，比如钻头、钻具、齿轮以及不同设备的接合部位的器件等，应该从设备制造商处购买原厂材料，如果需要在市场自行购买，应该反复检测其性能和所用材料。第二，设备出现腐蚀污染，一方面是受到石油内元素的“入侵”，另一方面是钻井液中存在泥浆，其中的腐蚀物渗入机组设备，使接触位置首先出现局部的腐蚀现象;完成作业之后，在外部环境的影响下，局部腐蚀逐渐扩大范围，经由金属材质传递到其他位置。目前市场上性能最佳的材质为碳钢材料。与其他材料相比，碳钢的价格虽然贵，但其抗腐蚀、抗磨损能力均十分出众，从长远投资的角度看，其性价比非常高。

3.2 石油钻井机械设备金属表面防腐蚀处理工艺

常见的石油钻井机械设备金属表面防腐蚀处理方式如下：第一，在钻井机组表面涂抹防腐材料，但此举仅能在短时间内起到作用。在磨损、接触钻井液的过程中，防腐层会很快遭到破坏，其中的化學成分一旦形成阴阳离子，必然造成电化学腐蚀，无法保证设备不受侵害。如果采用此种方式，应该定期对防腐层覆盖的完善性进行检测，否则出现局部“漏洞”，不仅该位置会受到严重的腐蚀，还会从内部对设备造成侵蚀，进而导致严重的操作事故。第二，为了从根本上解决问题，应该从内部构造入手，提升石油钻井设备的抗腐蚀性。一般来说，调整过程需要遵循“预留腐蚀余量”的原则，即削弱石油中杂质对设备影响的同时，还需要考虑设备是否能够正常运转。如果改造之后的设备性能下降，无法达到原来的生产效率，或是涂抹了较厚的防护层，使设备运转速度下降，那么这样的调整会失去意义。最后，对钻井设备表面的金属材质进行防腐处理时，应该根据腐蚀现象产生的实际原因，选用物理或化学方式进行处理。如腐蚀现象是由泥污及石油资源内的杂质经过电化学反应而生成，则解决方案也应该采用电化学方式，破坏金属材料之间的“原电池反应”环境，防止其扩大腐蚀范围。而采用物理方式，即在金属材质表面涂抹防腐层并定期清除表面杂物，从而起到防护作用[2]。

3.3 提高重视程度、形成完善的维护保养方案

根据对大量石油钻井设备的维护资料分析，总结出较为完善的保养方案：第一，设备的作业环境一旦较为潮湿且杂质较多，必然会对设备造成腐蚀等现象，进而导致故障频发。此外，杂物如果不能及时清除，设备运转时与其碰撞的次数会显著增加，造成严重的磨损。因此必须尽一切努力，保持设备运行环境的干燥。此外，应该对石油钻井设备的运行温度进行时刻监督，正常情况下，温度不会超过70℃，一旦接近临界值，说明机组内部已经出现异常情况，需要立刻停机并进行全面的检测、排查[3]。如果在运转时听到细微的声响，很可能是部件接合部位出现异常或是某些设备表面出现裂开，为了慎重起见，也需要进行停机维护。第二，石油钻井机组中的运输软管，对于整个系统的运行至关重要，一旦出现堵塞、渗漏或是管身出现膨胀、干裂等情况，除了检查软管是否出现问题外，还应该重点检查与其相连的设备是否出现故障。如果是前者，需要立刻更换;如果是后者，则必须准确检测问题产生的具体位置。

3.4 制定严格的石油钻井机械设备管理制度

大量事实证明，设备正常使用过程中产生的故障在总数中占据的比例较小，更多故障产生的原因是不规范的操作以及其他人为因素。因此，在日常使用及维护管理过程中，必须制定严格的制度，从根源上降低故障的发生频率。首先，设备开机之前，维护人员必须做好全面的检查工作，务必使每一项要求达到相关标准;其次，在设备运转过程中，派遣经验丰富、水平过硬的技术人员进行时刻监控，发现异常问题立刻上报，及时停机并进行检测，无关人员一律不得靠近。最后，石油企业应该将眼光放长远，不应计较眼前的成本支出，用“算大账”、“算长期账”的思维辩证看待设备与效益之间的关系，确保设备能够得到良好的维护。

4 结语

石油钻井机械设备的故障维护和保养工作，无论是对于延长设备寿命还是保证施工作业的安全均起着十分重要的作用。除了以更加严格的标准选择预防材料以及逐渐提高防腐蚀处理工艺外，还应该将维护保养工作、设备的日常使用管理通过方案和制度进行约束，从根本上提高故障预防及维护保养质量，进而降低石油企业的成本支出。

参考文献：

[1]刘默.石油钻井机械设备管理和维护[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（20）：48-49.

[2]刘洋.石油钻井机械设备腐蚀原因及措施探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（19）：46-47.

[3]吴国平.钻井机械设备日常保养及维护工作[J].设备管理与维修，2019（16）：75-76.