石油钻井机械设备的管理与维护策略

王善涛

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司，重庆 400021）

1 石油钻井机械设备及其辅助设备的组成

1.1 石油钻井机械设备的组成

钻井设备也被称之为钻机，钻井机械设备是石油、天然气钻井过程中所需要的各种机械设备的统称。现代石油钻机属于一整套大型联合机组（见图1），结合钻井工艺中钻进、洗井及起下钻等不同工序要求，一整套完整大型联合钻机必须要具有起升系统、旋转系统、循环系统、动力设备、传动系统、控制系统、底座以及辅助设施。

图1 现代整套大型石油钻井联合机组示意图

起升系统功能：起、下钻具，为后续钻头在钻井中发挥作用做好准备。

旋转系统功能：带动钻具旋转，打破岩石等地层结构，加深井眼。

循环系统功能：循环钻井液并达到清洁井底效果，清除被破碎岩屑，保持钻井进度。

动力设备功能：主要提供动能，用以驱动各类设备正常运转和发挥各自优势，包括驱动转盘、绞车、钻井泵等。

传动系统由动力机和传动机组组成，功能是将发动机的能量向转盘、驱动绞车等传递，多为柴油机组驱动，通过链条或万向轴等传动装置，也有交流或直流电驱动装置等传递动力。

控制系统功能：协调各设备正常运转，在钻井行业中较为常见且占据一定分量，控制设备主要涉及液动、机械或点控制装置，并配备智能观测记录设施与集中控制台。优点是智能化程度高、速度快，可以更好地指挥各系统协调完成工作。

底座：即一切底座的统称，涉及井架及机房底座、泥浆泵底座等。

辅助设备：可以为正常钻井作业提供辅助或配套支持的相关设备。

1.2 钻井辅助设备的组成

钻井辅助设备主要由发电机、泥浆储存设备、气源装置、钻井仪表等部分组成。其中发电机是由自主发电机和励磁系统组成，钻机多采用柴油机驱动，提高柴油机运行效率是降低钻井成本的有效方法，以柴油机作为动力是当下比较常见的方式；泥浆储存设备包括吸入罐、循环罐、储备罐等；气源装置包括空气压缩机及储气瓶组、干燥机等，目前几乎所有的钻机都会配套有带储气瓶组的电动空气压缩机组，便于向不同设备输送气源动力；钻井仪表是各种钻井参数仪表的总称，主要包含指重表、参数显示器、压力表等，以及其他仪器如大钳扭矩表、钻井参数仪、记录仪 等。

2 石油钻井机械设备常见故障及维护管理中存在的问题

2.1 石油钻井设备常见的故障

石油钻井机械设备常见的故障类型主要包括损坏型故障、退化型故障、失调型故障、堵塞与渗漏型故障、性能衰退或功能失效型故障等。

损坏型故障较为常见，究其原因，与钻井所遭遇的地质结构复杂脱不开关系。钻井机械设备所碰到的大多都是质地坚硬的地层和岩屑，机械设备使用不当或维护不及时都易产生拉伤、变形、开裂、压痕等问题；退化型故障则是因为机械设备在使用过程中保管与储存不当造成，受到风吹雨打、日晒雨淋等方面影响，久而久之机械设备便会出现老化、松动、外壳剥落等现象；失调型故障主要指机械设备在使用过程中，由于主观或客观因素，在压力过高或过低情况下，导致设备无法正常使用，造成了工作优势无法发挥；堵塞故障，即在机械设备作业过程中，系统内部油箱进入灰尘或机械磨损的颗粒等物质，进而导致液压系统的过滤器或主管道被堵塞，便会直接干扰作业的正常进行；渗漏故障是由于机械设备松动或密封性不佳导致的设备出现漏油、漏气等现象；性能衰退和功能失效型故障，主要因为机械设备使用过程中受外力因素影响，致使机械设备无法正常使用和发挥出应有作用。

除了以上所提及的主要故障，还有传动系统频发的故障和绞车频发的故障。就传动系统频发的故障而言，通常表现为联动机支承轴承的表面温度较高，加上设备运转过程中的自然发热，很容易导致联动机在短时间内运行温度急剧上升。此外，还存在油脂加注量、粉末等原因，比如缺少润滑油脂、油脂内存杂物、皮带较紧等，严重的话会造成轴承破损。另外减速箱齿轮啮合不到位，也会产生较大声响并伴随振动现象，响声大小与振动大小呈正比，也会导致轴承损坏愈加严重。此外，轴承油封损坏和支承轴承的不佳运行状态，会导致润滑油自主动轴轴头流出、壳体温度升高等。就绞车频发的故障而言，与刹车块间隙、冷却水量以及岗位人员操作习惯等有关。鉴于绞车轴长期运转且存在较大幅度振动这一现状，必要时还需及时干预并预防一系列故障产生。

2.2 维护管理中存在的问题

就当前掌握的情况来看，石油钻井机械设备的管理与维护中依旧存在大量问题，有些问题不算严重，有些问题已经到了必须解决地步，对两点问题进行着重论述。

（1）管理制度不合理。制度是企业做好石油钻井机械设备管理与维护的准则，制度的不合理定会干扰管理与维护的工作质量和实际效率，虽然有越来越多的企业已经认知到管理制度在机械设备管理与维护中的重要性，但是现存制度与实际情况不相符问题依旧显著，使得一些管理与维护方法可行性较低。

（2）机械设备维护管理意识较低。可能是企业高层重视和关注度不够，也可能是基层人员不够重视，不管是哪一方面对机械设备维护管理较为漠视或不够细心，都会导致石油钻井机械设备得不到实质性维护和管理，便会很容易发生各类故障，抑或导致设备直接报废，不利于企业节约成本和创造更大经济效益，同时也会延长钻井工期。

3 石油钻井机械设备的管理与维护策略

3.1 发现问题并制定完善维修管理计划

在关注和重视石油钻井机械设备管理与维护之际，还需及早深入钻井工程一线，派遣专人不定期到现场巡回检查或排查故障，将故障排查系统化、全面化，并且收集整理日常故障问题整改记录，在后续分析和讨论中，制定出完善的维护管理计划，计划要反复推敲确保有可行性、科学性，之后便可按照原定计划落实相关工作。与此同时，也要在排查现有设备故障的过程中，及时排查和发现故障隐患和风险，并额外制定一份故障预防方案，确保对石油钻井机械设备的管理与维护深入而彻底。

制定计划的目的是为了更好地保障石油机械设备正常、高效运转，可避免盲目管理与维护使现状变得更加糟糕，所以需要定期对机械设备进行保养和维修。维修过程中，有必要核查设备的使用年限、生产使用时间、完好状况、维修工作内容等，可视机械设备状况划分小修、中修、大修三个维修等级，然后配置相应人力、物力，确保石油钻井各项任务有条不紊地完成。

3.2 着重关注柴油机的保养和维护

在石油钻井机械设备运转过程中，柴油发动机发挥着较大作用，为各个设备运转提供最基本的动能，若柴油发动机发生故障，则意味着较多设备无法投入使用，造成的负面影响更大，对工程的损害更大，为此，要着重关注柴油发动机的保养和维护。面对石油钻井机械设备工作环境的恶劣性、复杂性，还需及早发现发动机本身的老化问题、磨损现象等，比维修更重要的是做好保养工作，现结合机械设备的特点提出以下建议：

柴油发动机的保养和维护可划分为五项工作，分别是清洁、紧固、润滑、调整和防腐。

清洁，即做好清扫工作，除去柴油发动机自身的泥土、油渍、杂质等，更要清洁发动机内部，包括空气滤清器、润滑油滤清器、燃油滤清器等。鉴于柴油发动机在工作过程中会产生碳灰和颗粒，且这些杂质很容易进入油箱并造成柴油污染现状，还需出于延长柴油机使用寿命的考量，在做清洁工作中，根据使用时长做好相应清洁，如空气滤清器工作50～100h除尘一次，用软毛刷刷掉表面的灰尘，若超过500h要及时更换；润滑油滤清器主要过滤润滑油，防止润滑油阻塞滤芯，当工作达到1 800h且小于2 000h务必清洗一次，发现损坏现象要及时更换；燃油滤清器工作100～200h则需要清除杂质，做一次全面清洁，防止油渣、灰尘进入油箱而污染 柴油。

紧固，主要针对的是由于机械设备自身的振动导致的各个松动的零部件，这些零部件不加以干预，最终会脱落下来。所以，要将这些零部件拧紧，确保零部件紧固并不会由于脱落造成设备故障。

润滑，即对柴油发动机长期运转而导致的机械零件磨损进行润滑，多施以润滑油处理，降低零件间的磨损程度。

调整，主要指结合钻井深度、作业环境而及时调整柴油发动机的参数，更好地服务施工。

防腐，即在设备表面做防腐处理，防止锈蚀严重或延长其使用寿命，主要采取喷漆或做防护措施等。

3.3 加大全生命周期管理力度

设备在长期运行中，会因为老化、功能衰退、磨损等一系列问题，致使设备使用价值、经济价值逐步降低，设备的使用寿命有限且达到临界值便会被淘汰，进而投入新设备，全寿命周期管理便是基于这种现象而产生的管理方法。

全寿命周期管理这种方法，简单来说是企业结合生产目标，从设备的采购开始，对设备做全生命周期管理，旨在延长设备使用周期并将设备最大价值挖掘出来，进而减少生产成本，以便创造更大经济效益。这项管理涉及评估，评估的内容包括设备维修、设备状态、设备检测等，若在评估中发现设备伴随着较高的磨损、老化概率，则需要配备相应的维修费用，其维修费用已经超过使用新设备成本的设备，则需要淘汰并更换新设备，降低生产过程中发生故障的可能性。设备运转周期达到设计的年限标准后，则要派遣维修人员检测设备，结合检测报告来综合评估其维修成本，之后再做出正确评判和处理。

3.4 完善钻井机械设备管理与维护制度

面对当前部分石油钻井工程中缺失科学合理和实用的机械设备管理与维护制度现状，还需及时对照管理及维护制度与现实需求，从而发现制度的漏洞和不合理之处，从而将完善机械设备管理与维护制度工作提上日程。

建议相关企业成立管理领导小组，致力于完善机械设备管理与维护制度工作。要结合实际，从维修技术人员处获悉真实维护和管理的需求，将过去管理制度的精华部分保留，然后补充更为实际的相关制度条例，明确指出需要维护与管理的设备，明确相关岗位人员责任和义务，更要补充奖惩制度，做到有奖有罚，切实提高每个岗位人员的保护机械设备意识，也切实让机械设备管理与维护工作做到位。

完善各项管理制度后，为确保制度发挥应有的指导作用，还需要监督部门严格监督，避免制度流于形式和相关工作人员不按照计划行事。

3.5 采用多样化维修方法

（1）采用直观维修法。建议在对石油钻井机械设备进行维修的初期，率先使用“望闻问切”的诊断方法。其中的“望”有观察之意，通过观察找出故障之处，然后对故障之处进行分析，明确故障问题；“闻”便是闻味道，主要判断是否有线路发生故障，如此才可知晓机械设备电路元件是否受到干扰和影响；“问”即是询问现场的技术人员，通过故障描述锁定问题以及分析故障发生原因；“切”即依据之前发现的线索，采用科学维修方法进行必要干预，从而解决故障，切实让机械设备正常运转。

（2）采用无损检测技术。在检测环境恶劣、人力检测可能会对机械设备造成损害的情况下，首选无损检测技术，这类技术包括超声波技术、射线技术、电磁技术等，省去不必要的麻烦，可发现人力不能及时发现的问题如裂缝等，对及时消除故障起到重要 作用。

3.6 强化对管理与维护人员的一系列培训

在石油钻井机械设备的管理与维护中，相关技术人员发挥着重要作用，且是解决一切问题及故障的关键所在，技术人员的个人能力可谓至关重要。为此，需要企业将培训技术管理与维护人员的工作视为重要任务并放在重要位置，通过培训要让技术人员具备良好理论知识和实践经验，这样才可为钻井工程圆满完成奠定坚实基础。培训活动要长期开展并落实，可结合培训需要而配置相应考核。

4 结束语

石油钻井是一项艰巨且复杂的工程，想要确保工程顺利并高质量完成，还需重点关注相关机械设备的管理与维护工作，确保机械设备正常运转，进而延长设备使用寿命并减少不必要的故障。在这个过程中也要为相关人员提供培训与学习机会，确保相关人员对设备维护和管理工作一刻不放松，充分保障石油开采工程顺利进行。