钻采机械

2024-09-22

钻采机械（精选8篇）

钻采机械篇1

石油钻采机械使用的铸件种类繁多、形状各异,一般为单件小批量铸造。本论述依据API Spec Q1《石油天然气行业制造企业质量管理体系规范》标准,并结合兰州兰石石油装备工程有限公司实际建立的质量管理体系,从铸件毛坯的分类、供应商管理控制、进厂检验控制、返修控制、不合格品管理控制等方面阐述了铸件的质量控制应关注的要素。

1 铸件毛坯的分类

石油钻采机械产品中铸件,根据所用金属材料的不同,分为铸钢件、铸铁件(灰铁、球铁)、有色铸件。

铸钢件:普通碳素钢铸件,如结构零部件;合金钢铸件,如受力零部件。

铸铁件:灰铸铁件,如耐磨、减震零部件;球墨铸铁,如受力、强度、韧性、耐磨性要求较高的零部件。

有色铸件:铸铝件,如各种轴承盖等;铸铜件,如各种轴承套等。

根据铸件对最终产品特性的影响程度,将其分为关键铸件和非关键铸件两类:

关键零部件铸件:承受重载荷或中等载荷,工作条件复杂,用于构成钻采产品部机关键部位或者重要部位的铸件,铸件损坏将直接影响产品的使用及整机安全,可能导致顾客严重或较重投诉。

非关键零部件铸件:承受轻载荷或者不承受载荷,工作条件简单,用于构成成钻采产品部机一般部位的铸件,铸件损坏对产品质量影响较小,并且在出现问题后容易采取纠正措施。

2 供应商管理控制

铸件的供应商应在公司最新版本“合格供方名单”中,供应商应对所有质量控制工作制定指导性文件来规范操作行为,对参与质量控制人员应进行培训和评定,确保铸件生产的全过程能得到有效的质量控制。对于关键铸件的供应商需到现场进行考察,制定关键工序的检验停留点,应重点关注以下关键工序:

2.1 造型工序

控制模型、扣箱尺寸,重要尺寸用样板检测并保持型腔清洁度;制作的砂型、砂芯涂料遍数是否符合图纸及工艺要求。

2.2 冶炼工序

控制炉前化份,P、S、H、O、N含量及夹杂物;控制出炉温度、浇注温度、浇注速度,必要时点浇冒口。

2.3 清整工序

控制打箱时间,带温切割冒口温度、修毛边、刺粘砂。

2.4 热处理工序

控制摆放位置及方式不易使铸件变形,铸件要放在垫铁上并留出热循环空间;控制升温速度和保温时间;试棒随铸件同炉进行热处理。

2.5 补焊工序

控制清除缺陷形成焊补坡口,是否按焊补工艺规程要求施焊及焊后热处理,重大焊补须提供相应探伤报告与记录图;焊补须在最终热处理前进行。

2.6 无损检测工序

探伤报告(记录)应附带区域图、缺陷位置及范围,并在实物上作出标注或提示;应在最终热处理后的24 h进行。

3 进厂检验控制

对铸件毛坯进厂检验的加强,一方面可以杜绝不合格的铸件毛坯进入生产环节,给生产造成不必要的加工损失,进而影响后续生产进度;另一方面可以收集不合格缺陷特征,有针对性地为供应商在后续铸件毛坯生产中提供借鉴,提高产品质量。进厂检验主要控制铸件质量文件资料、外观质量、几何尺寸与形状、铸件试块、铸件内在质量。

3.1 铸件质量文件资料审核

进厂检验人员在铸件毛坯入库的同时,核查采购部门、供货厂家所提交的采购合同及其技术协议、质量证明书等文件是否齐全、有效;核查铸件毛坯质量证明书中所列项目及质量指标的符合性;核查铸件毛坯的追溯号标识、数量、材料牌号、炉批号、理化检测报告、热处理报告、无损检测报告等与质量证明书、采购合同、采购规范、技术文件要求的一致性。

3.2 铸件的外观质量检验、几何尺寸与形状的检验

铸件的外观质量可用目视或放大镜检验,必要时可采用着色探伤、磁粉探伤、煤油浸润等方法,主要检验铸件表面的裂纹、缩孔、气孔、粘砂、砂眼、冷隔、结疤、起皮、渣眼、铁豆、浇不足等缺陷,氧化皮的清理和铸件表面粗糙度。

铸件的几何尺寸与形状的检验采取随机抽样方法检验,必要时可在平台上划线,主要检验铸件毛坯尺寸、浇冒口剩余量、错箱、偏芯、毛边、多肉、抬箱、变形、损伤等,对于图样、规范有特殊要求的尺寸,用专用检测样板逐件检验。进厂检验人员可根据供应商产品质量波动的状况,增加(或减少)抽检比例和检验项目,首批次供货的毛坯生产厂家的铸件,或长期供货的毛坯生产厂家的模型大修或修改后,须提供铸件全尺寸划线检验单。

3.3 铸件的试块检验

铸件的试块应有追溯标识,可单独浇铸,也可本体附铸,也允许在铸件本身上切取,但必须与产品同炉浇铸同炉热处理。单铸试块的形状尺寸应符合相关的标准、规范。对关键铸件产品应提供复验或后序热处理用试块,试块数量应满足三次理化检验使用。

3.4 铸件的内在质量检验

铸件毛坯的内在质量检验,主要以验证铸件毛坯生产厂家提供的化学成分、力学性能及无损探伤报告为主。首次供货的毛坯生产厂家的铸件,应按同冶炼同热处理批次进行化学成分和力学性能的复验,复验应委托具有国家实验室资质的第三方检验检测机构进行,复验结果应符合相应的标准或技术规范的要求,对有无损探伤要求的铸件,应委托具有无损检测资质的第三方人员进行。

为了控制供应商铸件的质量波动情况,应不定期对供方提供的铸件进行化学成分或力学性能的复验;供应商所供铸件在公司以往使用中发生过质量问题或上批次复验有不合格情况发生时,以同质量等级、同规格、同炉批号加大复验力度。

4 返修控制

石油钻采机械产品铸件的生产性质决定了铸件的质量不可避免受到生产设备设施、工艺工装、人员素质、原材料、管理方式等影响,后续加工过程中可能出现质量缺陷,需要进行返修,铸件产品的缺陷应根据产品的特性制定具体的返修方案。

铸件在加工过程中出现的铸造质量缺陷,根据缺陷出现在产品的部位不同,可分为主要部位缺陷与非主要部位缺陷;根据缺陷的性质不同,可分为孔状夹渣与裂纹;根据缺陷的大小及分布,可分为不需要补焊缺陷、允许补焊缺陷与不允许补焊缺陷。加工后经补焊会引起变形不能保证尺寸要求,或影响使用性能,或钢水脱氧不良造成铸件的针孔状缺陷是不允许补焊返修的。在实际生产过程中,根据缺陷的部位、性质、大小及分布,具体产品需制定具体的返修控制措施。一般铸件补焊返修原则:最终热处理与精加工前进行,以便补焊后应力的完全释放,保证加工精度;能加工后消除或者减小的缺陷,需加工后进行补焊返修,减小返修面积,保证返修质量。

铸件的返修过程控制是保证返修质量的关键。铸件补焊前需将缺陷清理干净,开出圆滑坡口,打磨出金属光泽,表面无损检测合格后方可施焊。补焊应按适宜的《补焊操作工艺规程》来进行,严格控制施焊电流、施焊速度。施焊时,采用多层多道焊,边焊边锤击焊道表面,以释放应力,焊后应进行保温或者热处理,进一步释放焊接应力。焊工应具有国家技能鉴定机构认可的资质和等级证书/证明文件。返修过程中缺陷的大小、补焊的位置、焊条牌号、施工人员、检验人员要有书面的记录。

5 不合格品管理控制

加强对铸件生产到产品加工过程的不合格品控制,一方面不仅能保证铸件产品质量,降低生产成本,杜绝劣质铸件产品用在石油钻采机械产品上;另一方面可以收集不合格产品缺陷特征,有针对性地在后续产品铸造生产中提供借鉴,提高产品的优良率。具体的控制措施如下:

(1)供应商、进场检验、加工车间应建立不合格品台账,记录不合格品的特征;

(2)不合格品通知/处理单中相关设计、工艺、质量人员签字要齐全且相关资料要保存;

(3)不合格产品必须在实物上做出不合格标识并将其放入不合格品隔离区,及时通知相关单位处理;

(4)收集不合格品缺陷特征,对不合格产品产生的原因进行分析,及时改善和纠正生产过程中的不足。

6 结束语

全面的质量控制是保证产品质量的重要条件和手段。在对石油钻采机械产品铸件生产到产品加工的过程质量控制中,需综合考虑各质量控制要素对最终产品质量的影响,确保每个要素在生产过程中得到有效的控制,避免不合格产品入库、流转进入下一道工序。同时,还需对特殊的产品制定详细的质量控制流程,与企业已建立的质量管理模式相结合,从而满足客户需求。

参考文献

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[4]中国机械工程学会铸造分会.铸造缺陷及其对策[M].北京:机械工业出版社,2008.

[5]张纯义.谈生产企业不合格品的管理[J].机械工业标准化与质量,2000(10).

[6]王洪光.实用焊接工艺手册[M].北京:化学工业出版社,2010.

钻采机械篇2

石油钻采设备系指专用于陆地和海洋石油、天然气开采的装备。

它主要包括陆上石油钻采设备，海洋和沙漠石油钻采专用设备、钻具(井下钻采工室外具)等。

在整个石油钻采装备中，石油钻机占70%，采油设备占20%，其余装备占10%。

当今，全世界有一百多个国家和地区从事石油和天然气的勘探和开采，但只有二十多个国家能够制造石油钻采设备，其中美国实力最强，水平最高。

我国钻机制造水平已经领先于俄罗斯，与欧美先进厂家水平大体相当，但成本低20%-25%。

我国现已基本掌握国际先进的石油钻采设备制造技术，先后开发了适用于陆地、石油钻采设沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机电复合传动并举。

二、石油钻采设备发展目标

1、钻井设备及工艺。

开发全电驱动和复合电驱动(SCR滞留电驱动钻机和VFD交流变频电驱动钻机)钻机，提高钻机自动化和智能化水平。

建造钻机机、电、液、气.信息和钻井仪表、自动送钻一体化网络平台。

①为缩短钻机移动过程的拆卸、运输、安装时间，大力发展车装钻机和拖挂钻机，4000m以上钻机采用大拖挂方式，3000以下钻机发展车装交流变频驱动和车装全液压驱动。

②在顶驱钻机制造方面，进一步提高SCR顶驱液压系统、电控系统的可靠性，发展系列变频顶驱。

③提高常规型泥浆泵( 52MPa)的可靠性，开发研制智能化软泵系统、自动检测等单元技术，开发液缸起立环形布置泥浆泵和液压泥浆泵。

2、采油设备及工艺。

机械采油设备研制方面。

机械采油设备的研究和开发，可满足开采难度大的油井和稠油、结蜡、结盐等油井的需要，提高经济效益和节能降耗效果，提高整机效率和可靠性，提高自动化和智能化控制技术水平。

①开发三次采油设备和稠油采油装备，加大在用量较大的游梁式抽油机等的节能降耗改造力度。

②修井机研制方面，努力提高产品的安全可靠性、自动化水平、集装化程度和移运能力。

大力研制适适用于深井、边远地带的修井设备，以及沼泽、严寒.沙漠地区使用的特殊修井机。

③固井压裂设备研制方面。

大力发展大功率、多功能、自动化系列压裂车，发展大排量、高砂比、多功能和自动化混砂车。

3、油气输送管道设备。

大力.发展油气输送钢管和输送设备，包括敷管钻机、天然气长输管道增压机、大口径高压油气集输管道阀门和油气管道钢管和器材。

中型管道非开挖敷设定向钻机市场需求量较大，中型钻机技术上优于小型管道钻机，而难度远低于大型管道钻机，因此应大力发展。

三、我国石油钻采设备工艺

1、我国首台1米深井钻机。

这是继9000米钻机研制成功后，又开发成功的我国首台陆用12000米交流变频电驱动钻机，也是目前全球技术最先进的特深井陆地石油钻机。

该钻机采用国际最先进的全数字化交流变频控制技术，作业全部实现了智能化控制，能保证在-40℃环境条件下进行正常钻井作业。

钻机的核心部件基本实现了国产化，12000米钻机的快速成功问世，将把我国陆地深层和海洋深水油气田、大位移井及其他复杂超深油气藏的勘探开发技术提高到一个新的层次。

2、首台人工岛环轨移动钻机。

人工岛7000米环轨移功摸块钻机，其环形轨道移动设计为全球首创技术。

填补了国内空白。

该钻机主模块把地面上搬家的设备全部集中到一个平台上，缩短了搬运安装时间，大大提高厂钻井时效，是加快我国近海地区石油气开发、实现海陆采的战略性精良钻井装备。

该钻机主模块开创了海洋钻机陆用化的先河，其弯道滑移技术属全球首创。

3、我国首套多功能海洋3000米钻修井机。

这种钻修井机集钻井，完井、修井三项功能于一体，适用于自升自航式海洋多功能钻井船作业。

在结构设计上，全部实现模块化和高移运性。

大大减少设备的现场吊装工作量，可满足海上作业现场频繁拆卸、移运和安装的需要，能大大地提高海洋油气勘探开发的工作效率。

该设备在国内第一条海洋多功能船上为多个油气作业平台提供服务，标志着我国海洋石油钻采设备研制实现新的突破。

4、万米以上石油开采钻机交流变频控制系统。

12000米超深钻机交流变频控制系统自主研发成功，标志着我国在超深井石油开采设备研制方面取得重大突破，也代表目前我国钻机电控系统的`最高水平。

该系统可以根据钻机在钻探过程中的实际工作状态，通过自动送钻、冗余控制、多电机负荷分配、一体化控制等技术，对深入地下的钻机发出不同指令，使钻机达列最佳工作状态。

5、万米测井绞车。

采用国内先进的电比例控制和液压控制双模式控制系统，液压泵、液压马达、低速阀三级变量控制，实现了大范围速度，超低速测井，速度范围达到20-10000m/h，测井深度可达1.15万米，比国际同类产品深1500米。

四、发展石油钻采设备意见

1、技术政策方面。

一是参照美国API标准，完善我国钻采设备标准体系，并认真组织贯彻执行。

对不符合标准的产品，主管部门要采取强制措施，使用部门有权拒绝使用。

二是加强浅滩、海洋和沙漠油田用的成套设备研制和技术攻关。

我国的近海和沙漠蕴藏着丰富的石油资源，特别是西部广大沙漠地区，将是我国近期最重要的石油后备资源。

目前海洋石油开发设备还仍然主要依靠国外，国产设备所占比例极少，而开发浅滩和沙漠油田的设备基本上尚属空白。

因此，我们必须加快研制海洋、浅滩和沙漠油田设备的步伐，尽快摆脱依赖国外的被动局面。

三是加强基础技术和关键零部件的攻关，开展产品的可靠性研究。

四是把发展成套钻采设备所需配套产品提到重要议事日程上来。

我们在抓主机的同时，一定要把配套产品抓好。

五是发展变型产品、“积木式”产品，提高石油钻采设备的多变性和适应能力。

2、组织措施方面。

一是要适当增加对石油钻采设备关键技术攻关的投入。

二是应设立风险基金和奖励基金。

应该设立风险基金，支持发展我国海洋、浅滩、沙漠的石油钻采机械企业而承担风险，并对支持发展国产设备有成绩的使用部门、基层，要给予表彰和奖励。

延长油矿管理局定边石油钻采公司篇3

公司从无资金、无技术、无设备起步，走过了一条从无到有、从小到大、从弱到强、从无资质到有资质的艰难发展道路。公司始终以发展为主线，坚持一手抓开发，一手抓管理，企业规模不断扩大，实现了跨越式发展。2003年和1998年相比，原油年产量增长了18.4倍，销售收入增加了34.5倍，税利费增长了123.4倍，总资产增长了41倍（为18.2亿元）。

公司被评为市、县经济效益明星企业、百强企业和管理先进企业、技术改造先进企业，陕西省优秀企业、安全生产单位、省级重合同守信用企业、陕西省文明单位和陕西省绿色企业，2004年3月评为中国优秀企业。

钻采机械篇4

1 石油钻采机械设备运行中的主要问题

1.1 主要的问题

常见的石油钻采机械设备使用过程中的问题主要有以下几方面:首先是老化松脱类问题。这个问题主要体现在材料方面, 例如材料的变质、老化、磨损、松动、脱落等等。其次是损害类问题。这个问题主要体现在零部件方面, 例如零件的开裂、断裂、裂蚀、烧蚀、点蚀、拉伤、变形、压痕、龟裂等等。其次是渗漏堵塞类问题。主要体现在为流动系统的漏气、堵塞、渗油、水汽渗漏等等。其次是松脱类问题。主要体现为零部件的松动、脱落等等。最后是功能失效和性能衰退类问题。主要体现为设备超热、性能变差、功能减弱等等。六是失调类问题。主要表现为压力的高低高、间隙的大小、行程因素等等。

1.2 故障的损害

石油钻采设备一旦出现设备故障或者问题, 所带来的危害和损失是巨大的。具体的损失和危害情况有以下几点:首先, 机械设备故障一旦造成施工操作人员和其他人员的伤亡, 就属于安全性危害的故障。当设备故障导致石油开采工作对环境造成国家和地区相关标准以上的破坏, 就属于环境危害性故障。其次, 需要量变的积累时间才能造成质变的爆发, 这种损害叫做隐蔽性损害, 具有间接性、隐蔽性、短时间内难以察觉的特点。这种损害无法准确的采取预防和治理措施, 因此具有较大的危害性。其次, 若是石油钻采设备在使用过程发生的故障和问题对石油钻采的生产和安全等问题造成巨大的危害, 直接导致石油钻采工作的中断或者引发安全事故的发生, 我们称这类石油钻采机械设备故障为使用性的损害。相反, 若是石油钻采机械在使用过程中发生的故障和问题并没有给石油钻采带来多大麻烦, 负面影响较小, 我们称之为非使用性损害。这类损害虽然不会给石油钻采工作带来过多麻烦, 但是其所产生的一系列设备维修费用却相对较高, 需要尽量避免该损害的发生。

3 石油钻采机械设备故障的防治

只要采取针对性且科学的防治措施, 所有的故障和问题都能迎刃而解, 石油钻采机械设备故障也是如此。具体的石油钻采机械设备故障解决措施分为两大步骤即故障的针对性预防措施和相应的维修治理措施, 这两部分的具体内容如下:

3.1 设备故障的预防

故障的发生必然有其诱导因素, 只要找到诱导因素并采取具有针对性的措施并提前做好相应的预防工作, 钻采机械设备就能很好的避免各种故障的发生, 从而更好的进行石油开采工作, 避免开采事故的发生。机械设备的预防工作主要要注意以下两点:

3.1.1 良好的维修保护

首先要保证购进的机械设备的质量过关。机械设备的质量是机械维修重要大的一点, 若是其质量不过关, 将导致维修次数的增加以及维修质量的降低。因此, 保证机械维修质量的关键就是保证购进设备的质量。其次, 要保证机械维修所需设备的齐全以及维修人员的专业素质。在机械维修过程中需要各种各样的辅助设备, 若是维修途中发现缺少某一设备, 将导致维修的中断。此外, 维修人员专业素质以及维修经验的缺乏也将严重影响机械维修的质量和进度, 甚至会出现年轻的维修员盲目维修而导致机械设备报废的现象。因此, 政府和相关部门必须紧抓着两方面, 确保机械维修准备工作的质量以及维修人员的素质。最后, 要加强对农业机械的日常检查, 建立健全农业机械检查制度。此外, 石油钻采机械设备的日常维护和保养也是极为重要的, 只有日常维护质量得到保证才能确保机械设备使用时的正常运转。

3.1.2 合理的润滑

润滑油在钻采机械设备运行过程中起到关键性的作用, 质量过关的润滑油能够减少机械设备在运转过程的磨损, 钻采机械设备属于精密度较高的机械, 其内部精密零件相互间隙较小, 设备运转过程中会因为接触而发生磨损, 这种磨损不可避免但是能够降低其磨损度, 从而提高设备的使用寿命, 避免设备在短期内因为内部精密部分出现磨损而导致报废。而且, 良好的润滑油还能够做小设备内部零件的间隙, 使其更好的接触运转, 避免外部环境中的杂质和灰尘落入零件间隙导致零件磨合度降低, 从而保证设备在使用过程中的正常运转。要想保证润滑剂的使用质量, 必须注意以下两点:首先, 要根据设备的具体状况来选择不同型号的润滑剂, 设备运行的不同状态所需的润滑剂各有不同, 而且设备中各个精密零件所需的润滑剂也各有不同, 因此, 设备润滑剂的选择必须具有针对性。此外, 除了要针对性的选择润滑剂外, 还要保证润滑剂的质量, 确保所选润滑剂质量过关。其次, 选择好润滑剂后腰对润滑剂的注入工作进行调整, 操作人员要严格控制润滑剂的注入剂量和注入位置, 在注入完成后要对其进行检查, 若是注入量不足, 要增加注入, 若是注入后运行效果不佳, 要更换润滑剂。

3.2 设备故障的维修治理

设备故障的维修治理是防止机械设备出现故障的一个重要方面, 除了做好针对性的预防措施外, 设备科学的维修也极为重要。具体的治理措施主要有以下几方面:

首先, 对出现磨损和老化的部件进行定期检查并及时。这类需要及时更换的设备部件主要是指那些具备较为重要的具备独立功能的部件, 对这类部件进行更换能够最大限度地保证石油钻采设备的使用质量;

其次, 对部分磨损和老化零件进行维修。各个零件是构成机械的主体, 对这些损坏、老化的零件的迅速维修能够缩短故障石油钻采设备投入生产的时间;

最后, 要定期对机械设备进行检查和维护。钻采机械设备在使用现场停机时可以对其进行检修工作, 这种检修方式的质量和检修效果是建立在对变电站设备运行状态足够了解的前提下的, 它根据设备实际使用中的问题来采取针对性的检修手段, 避免了对设备大范围、全面的检修, 而且保证了变设备投入使用的质量。

3.3 着力打造专业技术人员

机械设备水平质量的提高, 关键在一支高素质的人员队伍。在平常的钻采施工中, 有时石油钻探设备操作不当或检修、维护不到位也会引发设备故障, 故建议石油企业着力打造一支素质较高、技术过硬的专业队伍, 以此减少人为故障。具体应结合工作实际, 将分散自学与集中学习、定时辅导与集中考核等结合起来, 对设备操作、检修、管理等人员进行分批、分层次的专业教育和培训, 以此做到遵纪守法、规范操作、认真负责。如启动设备前先对其冷却液、机油进行检查, 确认其足量后进入低速预热;操作设备期间应时常查看其温度表、负荷变动等, 以此实现设备运行、石油生产的安全、低耗、高效。

3.4 加强机械设备日常管理

应重点加强设备润滑工作, 以使其保持适宜的温度和合适的间隙, 进而避免或降低零件磨损程度, 具体应根据不同的机械结构、季节和环境, 选用不同类型、性能、规格、剂量的润滑剂, 并时常对其质量和数量进行检查, 以免影响润滑效果;同时注重强化设备预防检修;检查设备软管是否存在老化、干裂、起包, 组合垫圈、O型密封圈等是否损坏, 设备密封处是否连接牢固、存在渗漏情况, 油液是否变质、滤芯是否堵塞等, 以此确保设备检修和保养可以有量、有形、有质、有效的开展, 以此最大限度的降低故障影响。

结语

石油资源是支撑国家发展和维护社会稳定的关键所在, 而钻采机械设备是保证石油开采生产效率和质量的重要部分, 因此, 必须重视钻采机械设备的维修和养护工作, 从提高设备操作人员自我维护意识、加强机械日常检查以及规范机械使用等几点入手, 提高机械维修和养护工作的质量, 保证机械设备在投入使用时期的正常使用, 以此保证石油开采行业的生产和发展。

参考文献

[1]王乾.石油钻采机械设备故障判断及其养护刍议[J].工业设计, 2014 (03) .

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[4]董志强.试论石油钻采机械设备常见故障及防治[J].中国石油和化工标准与质量, 2015 (16) .

钻采机械篇5

镐型截齿是螺旋钻采煤机、滚筒采煤机、掘进机等采掘机械上常用的煤岩截割刀具,其载荷特性的好坏直接影响截割机构的截割效率、比能耗、可靠性等性能指标,为此,国内外学者对镐型截齿开展了大量研究。在国内,文献[1,2,3]利用非线性动力学仿真软件研究了滚筒采煤机和掘进机上镐型截齿的安装参数和切屑参数对截齿载荷特性的影响规律;文献[4,5,6]采用实验方法研究了直线截割状态下截齿的载荷变化特性,指出了截齿截割力的影响因素。在国外,对镐型截齿的研究主要集中于截齿截线间距、几何参数、切削参数、煤岩特性等参数与截齿载荷特性方面。从上述研究可以看出,国内外学者的研究多侧重于滚筒采煤机、连续采煤机和掘进机上镐型截齿的载荷特性方面,而对螺旋钻采煤机钻头上截齿载荷特性的研究却很少。螺旋钻采煤机钻头的主要工况也是唯一工况为纵向钻进,这与滚筒采煤机、掘进机的主要工况有着较大差异,故已有的研究成果不能较好地指导螺旋采煤机钻头的设计。鉴于此,本文利用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对螺旋钻采煤机钻头筋板上的镐型截齿的载荷特性开展研究,研究截齿的受力特点及截齿截割角和倾斜角两个安装参数对截齿载荷特性的影响规律,为截齿安装参数的正确选取和钻头的设计提供指导。

1 螺旋钻采煤机钻头截齿的工况分析

不同采掘机械上镐型截齿截割性能的差异主要由截齿的截割工况差异所引起,截齿的工况直接影响其煤岩截割时的截割性能,因此,有必要对钻头上镐型截齿的工况进行分析。图1为螺旋钻采煤机钻头钻进截割示意图,钻头以角速度ω做匀速度转动,同时以进给速度v向前推进截割煤岩。

由钻头运动形式可知,钻头上的镐型截齿做空间螺旋线运动,其运动轨迹如图2所示(图中z向为钻头钻进方向)。钻头整体呈锥状结构,进行煤岩截割时,旋转半径较小的截齿先行截割,为旋转半径较大的截齿预先开出圆柱形自由内表面。螺旋钻采煤机钻头转速和进给速度都很小,因此,截齿运动轨迹的导程Sp一般要小于截齿最优截距,故钻头截齿一般采用一线一齿的布置方式。换言之,每个截齿单独截割出与自身旋转半径相同的内孔表面。

图3为某一截齿在通过钻头轴线平面内的切屑断面图,图3a为前一时刻1该截齿在平面内形成的截槽,图3b为后一时刻2该截齿在平面内形成的截槽断面。前一时刻形成的截槽Ⅰ为后一时刻的截槽Ⅱ在沿钻进方向开出了一自由面。因此,截齿截割时,靠煤孔外侧的煤岩能自由崩落,而靠煤孔内侧(钻进方向侧)的煤岩不能自由崩落,截齿处于半封闭截割状态,截齿切削方式为半封闭式切削。

2 钻头截齿钻进截割有限元模型的建立

建立钻头截齿钻进截割有限元模型,就是模拟具有不同安装参数的截齿截割煤岩的过程。截齿的安装参数是指截齿在钻头上的装设角度,主要包括截割角γ和倾斜角φ。截割角是指截齿轴线与齿尖运动轨迹切线之间所夹的锐角。倾斜角是指截齿轴线与齿尖运动轨迹切线所构成平面与垂直于钻头轴线平面之间所夹的锐角。在安装参数一定的情况下,截齿形状参数或几何参数不同,其表现出的截割性能也会有一定差异,但已有研究表明,截齿安装参数对不同类型的镐型截齿具有相似的影响规律,故本文只选择某特定截齿研究安装参数对其载荷特性的影响规律,使用的镐型截齿形状和几何参数如图4所示。

钻头截齿钻进截割煤岩的有限元模型包括镐型截齿有限元模型和煤岩材料有限元模型两部分。由于此处仅研究镐型截齿截割煤岩时的载荷特性,可以忽略截齿变形的影响,故截齿选用计算效率高且无变形的刚性材料,材料的弹性模量为270GPa,密度为7800kg/m3,泊松比为0.3。截齿网格采用SOLID164单元,单元积分形式为单点高斯积分。煤岩材料采用脆性损伤模型(*MAT-BRITTLE-DAMAGE),其密度为1500kg/m3,弹性模量为1400MPa,泊松比为0.25,抗拉强度为3MPa,抗压强度为30MPa,也采用单点高斯积分算法的SOLID164单元。已有研究表明,在截齿截割过程中,煤岩材料的失效形式主要表现为拉伸失效和剪切失效,故本文也将煤岩材料模型的失效形式定义为拉伸和剪切,以捕捉截齿截割过程中煤岩材料的失效行为。定义截齿和煤岩之间的接触类型为面面侵蚀接触(ESTS)。由于截齿截割煤岩过程中,煤岩保持静止,因此约束煤岩上与截齿相对的圆环形截面上节点的全部自由度,在圆环形煤岩的圆柱外表面施加非反射边界条件,以防止边界处应力波的反射对求解域造成影响。给截齿施加绕圆柱形煤岩轴线的旋转速度和沿该轴线的进给速度,以模拟钻头截齿的钻进工况。通常情况下,钻头转速为60r/min,钻头进给速度为1.5m/min。但为了缩短模型的求解时间,此处给截齿施加较大的旋转和进给速度,施加的转速为125.6rad/s,施加的进给速度为0.5m/s。文献[7]指出,截齿截割速度的变化对截荷大小的影响较小,因此,增大截齿运动速度不会给截齿的载荷性能造成过大影响。图5所示为建立的截齿旋转截割有限元模型,模型中各参数分别为:环形煤岩外径480mm,内径320mm,宽度120mm,截齿旋转半径180mm。

3 计算结果与分析

截割力是截齿截割性能的衡量指标之一。螺旋钻采煤机钻头上的镐型截齿承受三向截割力,分别为截割阻力Fc、进给阻力Ft和径向力Fr。截割阻力是截齿切屑力的反作用力,沿截齿轨迹切线方向,该力是确定钻头扭矩和功率的重要依据;进给阻力是阻碍截齿钻进的作用力,沿钻头钻进方向,该力是确定钻头轴向推力的依据。径向力是截齿承受的与截割阻力和进给阻力相垂直的作用力,该力主要影响钻头的横向振动。鉴于截割阻力和进给阻力的重要性,此处主要对这两截割力进行研究。

利用LS-DYNA对截齿煤岩截割有限元模型求解后,可提取截齿的截割力曲线。此处仿真时间共0.1s,提取300个采样点。由于LS-DYNA只能识别笛卡尔直角坐标系,因此只能获得镐型截齿沿该坐标系三个坐标方向的截割力分量。由前述分析可知,截齿截割阻力沿截齿运动轨迹的切向,进给阻力沿钻头轴向,故应当通过下式对截割力进行转换:

$\begin{array}{l} F_{c} = \sqrt{F_{x}^{2} + F_{y}^{2}} | \sin (ω t - \arctan \frac{F_{x}}{F_{y}}) | \\ F_{t} = | F_{z} | \end{array}}$

式中,Fx、Fy、Fz为截齿截割力在全局笛卡尔坐标系中沿x、y、z三个坐标轴的分量;t为时间。

图6a、图6b所示分别为截割角和倾斜角均不相同的截齿截割煤岩时所获得的截割阻力和进给阻力仿真曲线。对比图6a、图6b两图可以看出,安装参数不同的截齿,仿真所得截割力曲线的波动规律具有相似性,截齿钻进截割煤岩时,截齿载荷曲线整体呈现波峰与波谷交替形式,反映出截齿截割时煤岩的不断崩落过程。由图6还可以看出,与滚筒采煤机、连续采煤机、掘进机等采掘机械上截齿的受力不同,螺旋钻采煤机钻头上的截齿承受较大的进给阻力(对应其他采掘机械上截齿的侧向力),进给阻力峰值与截割阻力峰值大小相当。这种现象主要是由钻头截齿的工况所决定,由前述钻头截齿的工况分析可知,截齿截割煤岩时为半封闭式切削,靠近煤孔外侧煤岩体能自由崩落,截齿在该侧承受的侧向力极小,靠近煤孔内侧的煤岩为非自由状态,截齿在该侧因承受煤岩体挤压而产生较大的侧向力,由于截齿沿钻进方向两侧侧向力具有较大的差异性,使得截齿承受较大的进给阻力。此外,钻头截齿沿钻进方向具有一进给速度,截齿钻进过程中会强烈挤压靠近煤孔内侧的煤体,这也是截齿具有较大进给阻力的原因之一。因此,钻头设计过程中,不能忽略截齿进给阻力对钻头截割性能及强度的影响。

3.1 截割角对截齿载荷特性的影响

为研究截割角γ对截齿截割载荷的影响规律,此处选取35°、40°、45°、50°、55°五组截割角进行仿真研究。截齿倾斜角和切屑厚度保持为常数,分别取值为20°和20mm。对所有采样点的载荷值进行算术平均,可得截齿在不同截割角条件下的截割阻力均值和进给阻力均值,结果如表1所示。由表1中的数据,可得截齿截割力与截割角的关系如图7所示。根据图7中截割载荷随截割角度的变化趋势,分别采用二次函数和指数函数对截齿截割阻力、进给阻力进行曲线拟合,拟合结果的相关度均在95%以上,拟合曲线同样绘于图7。

由图7可以看出,在研究的截割角范围内,截齿截割阻力与截割角成二次函数关系,截齿进给阻力与截割角成指数函数关系,截割阻力和进给阻力均随截割角度的增大而减小。文献[8]对采煤机滚筒上截齿的截割角度进行了实验研究,研究表明,滚筒扭矩随截齿截割角度的增大而减小,根据截齿截割阻力与滚筒扭矩间的关系可知,单个截齿的截割阻力也随截割角的增大而减小。由此看出,螺旋钻采煤机钻头上截齿截割角与截齿截割阻力间的关系与滚筒采煤机上的截齿具有相似性。文献[9]对螺旋钻采煤机钻头截齿的进给阻力进行了理论计算,计算式表明截齿进给阻力随截割角度的增大而减小,与该处仿真结果具有较好的一致性。

分析可知,进行螺旋钻采煤机钻头设计时,为了有效减小钻头的截割扭矩和进给阻力,在避免截齿齿体与煤岩发生干涉的条件下,宜选用较大的截割角参数。

3.2 倾斜角对截齿载荷特性的影响

为研究倾斜角φ对截齿截割载荷的影响规律,此处选取0°、10°、20°、30°、40°五组角度进行仿真研究。截齿截割角和切屑厚度保持为常量,分别取50°和20mm。对所有采样点的载荷值进行算术平均,可得截齿在不同倾斜角条件下截割所承受的截割阻力均值和进给阻力均值,统计结果如表2所示。由表2中数据,可得截齿截割力与倾斜角之间的关系如图8所示。根据图8中截割载荷随倾斜角的变化趋势,分别采用指数函数和线性函数对截齿截割阻力和进给阻力进行曲线拟合,拟合结果相关度均高于95%,拟合曲线同样绘制于图8。

4 结论

(1)螺旋钻采煤机钻头上的镐型截齿切削方式为半封闭式切削,钻进过程中,截齿会承受较大的进给阻力,进行钻头设计时,应重视该力对钻头载荷和截齿强度的影响。

(2)钻进工况下,截齿截割阻力与截割角成二次函数关系,随截割角的增大而减小,与倾斜角成指数函数关系,倾斜角小于30°时,该力基本不变,倾斜角大于30°时,该力急剧增大。

(3)钻进工况下,截齿进给阻力与截割角成指数函数关系,与倾斜角成线性关系,均随二者的增大而减小。

(4)进行螺旋钻采煤机钻头设计时,截齿安装参数的选取为避免截齿齿体与煤岩产生干涉,宜选用较大的截割角;截齿倾斜角不宜超过30°,以使截齿拥有良好的综合截割性能。

参考文献

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[6]刘春生.采煤机截齿截割阻力曲线分形特征研究[J].煤炭学报,2004,29(1):115-118.Liu Chunsheng.Fractal Characteristic Study ofShearer Cutter Cutting Resistance Curves[J].Jour-nal of China Coal Society,2004,29(1):115-118.

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[8]刘送永.采煤机滚筒截割性能及截割系统动力学研究[D].徐州:中国矿业大学,2009.

如何提高石油钻采设备的抗腐蚀性篇6

1 环境分析

1.1 沙漠环境中的设备防腐

沙漠地区昼夜温差大, 气温急剧变化, 使得水蒸汽凝结, 造成设备腐蚀严重。例如, 塔中油田最高气温达45~50℃, 2001-07地面最高温度达74℃, 2001-01最低温度为-29~-27℃, 月温差达30℃。在酷热天气下, 温度每增加10℃, 腐蚀速度增加1倍。此外, 沙漠地区环境较为特殊, 具有风沙大的特点, 而风沙对设备会造成严重的侵蚀, 对设备的表面破坏性极大。所以, 对于沙漠地区的设备外表面土层进行选用时, 应当注意, 选择耐候性较强以及柔韧性较大的的材料。

1.2 海洋环境中设备的防腐

海洋腐蚀是自然界中较为严重的一种腐蚀, 因为海洋大气中富含各类盐离子, 尤其是Cl-最为严重, 它会破坏金属表面的钝化膜而引起点蚀穿孔。海洋气候下, 相对湿度高, 当材料所处环境湿度大于材料的临界湿度时, 腐蚀速度加快, 钢铁的临界湿度为65%, 而渤海湾地区最高相对湿度达88%, 南海海域平均相对湿度达81%, 均超出了钢铁的临界湿度, 在这种条件下, 不但加速的腐蚀速度, 对设备的腐蚀程度也有所加深。因而在进行外表面图层的选择过程中, 应当考虑选择耐水性以及耐盐雾性相对较高的油漆。

1.3 滩涂环境中设备的防腐

处在滩涂环境下的油田设备大多都设置在水草地带或者泥泞中, 设备受到的侵蚀作用主要来自于微生物以及泥水混合物, 因而在进行外表面防腐涂层的选用时应当选择具有耐水性以及耐酸碱性的油漆。

1.4 陆地环境的设备防腐

处于陆地环境的油田设备所处环境相对较好, 但是依照其所处地理位置以及其环境的差异, 在外表面防腐图层的选择中也具有一定的差异, 例如环境温度、湿度以及大气指标等都会影响到防腐涂层材料的选择。

2 工作原理分析

在油田生产中, 石油钻修设备常常处于起下、旋转以及泥浆循环等作业中, 而试采设备则大多进行旋转以及起下作业。因而石油钻采设备大多为钢制、重型、大型设备, 并且大多裸露于外界环境中, 其防护性相对较差。很多诸如钻台以及井架等主要部件, 暴露于外界环境中, 很容易受到磕碰以及摩擦, 同时还会受到交替变化应力以及化学腐蚀。而钻采设备整日同腐蚀气体、水以及原油等物质接触, 加速了腐蚀速度。另外, 石油钻采设备大多为大型设备, 且品种较多, 因而在防腐处理上采用防腐涂层的方法较为实用。但是依照设备的作用范围以及所处环境的不同, 在防腐涂层才来偶读选择上就具有很大的差异, 必须充分考虑到涂层的耐水性、耐油性以及耐腐蚀性气体、污物等特性。

3 油漆的选择

环氧富锌防锈底漆是由锌粉、环氧树脂和聚酰胺固化剂、助剂及溶剂等配制而成。由于它含有大量金属锌粉, 因而具有阴极保护作用, 锌标准电位 (-0.76V) 低于钢铁 (-0.44V) 成为阳极, 从而保护了作为阴极的钢材 (设备) 不受腐蚀, 其化学反应关系式为Zn→Zn2++2e, 同时, 锌与空气中的CO2和水反应生成碱式碳酸锌或与盐雾中的盐和水反应生成氯化物及络合物, 该产物结构致密, 填满了漆膜空隙, 防止氧和水的侵蚀, 使漆膜具有更好的防锈和保护作用, 同时它还具有优异的附着力和耐冲击性能, 很好的耐油性和耐溶剂性能, 是一种目前使用较广, 性能较好的防腐蚀用底漆, 适合于海洋及沙漠环境。

脂肪族聚氨酯面漆在耐磨性以及抗冲击性和耐候性上具有其他材料无法比拟的优异特性, 并且在保色性以及保光性上也相对较好, 在目前的设备防腐中应用较为广泛。

氯化橡胶面漆在耐水性上相对较好, 并具有优异的防腐特性, 且耐久性以及耐候性相对突出, 并且施工方便, 具有较强的附着力, 因而也是常用的几种防腐面漆之一。

酸性环氧树脂漆适用于凝露干湿条件中, 这是由于其耐水性、耐碱性以及耐酸性相对较为突出。

醇酸系列漆需要经过油改, 在保色性以及保光性和耐候性、防腐性上都有所提升, 且抗冲击性以及柔韧性也差强人意, 但是由于价格较为低廉因而是性价比较高的一种仿佛涂料。

4 涂层的配套体系

基于钻采设备所处的工作环境, 以及钻采作业的工作原理和设备的基础结构等因素影响, 设备的防腐涂层作为基础防腐处理, 具有较强的适用性和可行性。在进行喷漆过程中, 首先应当考虑到底漆的耐油性、附着力以及防腐性, 此外面漆的柔韧性以及耐候性也是重点考虑的问题。而各个层面的漆之间的结核性也是涂层配套问题的重点考虑内容, 此外施工工艺也会极大的影响到防腐涂层的防腐性能。

5 工艺概述

在进行设备的防腐涂层喷涂过程中, 首先应当喷涂底漆, 其次为封闭漆, 继而为中间漆、后面漆, 或者先喷金属层, 继而再喷涂面漆, 遵循从内至外的顺序。并且需要注意, 必须等到每层材料干透后, 在进行下一层的喷涂。另外为了保证颜色明亮、鲜艳, 需要注意色料的加入顺序, 首先应当先进行色相的调准, 继而对亮度进行校正, 最后再调整纯度, 调色原则应当遵循从浅到深的原则。

6 工艺特点

对预处理工艺进行完善, 并提高油漆的使用性能, 加强配套体系的应用;同时使用新型的喷涂工艺, 利用黄钻用的喷涂设备, 保证喷涂环境符合标准要求。

结语

石油设备的防腐处理是设备应用的一大难题, 近年来一直是研究的重点课题, 通过实践可以看出, 石油钻采设备通过防腐涂料的应用能够有效的增加设备的防腐性, 延长设备的使用寿命。

摘要：在自然界中, 腐蚀是最为常见的现象。在钻采工作中, 由于开采环境较为复杂恶劣, 设备长期处于该种环境中, 极易受到腐蚀。本文针对当前石油钻采中设备遭受腐蚀的因素进行了分析, 分别以工作环境以及工作原理作为出发点, 对各类设备的防腐工艺进行了总结, 并结合实际的应用情况, 证明文章所提几种防腐策略都能取得良好的效果。

关键词：石油钻采,设备,防腐

参考文献

[1]阎西康.盐腐蚀钢筋混凝土构件力学性能试验研究[D].天津大学, 2005.

钻采机械篇7

中国大庆油田有限责任公司 (以下简称大庆油田) 实施设备的全过程管理, 建立了一套全过程控制、规范化运作的效益型设备管理模式。

1. 优化设备前期管理, 确保装备投资回报

设备前期管理, 主要指从规划到投产这一阶段的工作, 是设备管理的“龙头”。为加强设备前期管理, 重点抓了以下工作。

(1) 加强设备投资前期论证

特别是对投资额在100万元以上的重大装备项目, 成立了投资论证专家组, 应用重大装备投资评价系统, 从技术性、经济性、实用性和安全环保等方面进行综合评价。

(2) 加大采购管理力度

一是推行厂商资质价格备案制度。对设备供应厂商的生产资质、产品价格进行审查备案和网上公示。二是加强采购价格监督。实行了价格审核制, 确保了设备采购价格的合理性。三是实施集中采购。对达到一定批量的设备, 实行公开招标、集中订货, 发挥批量采购优势, 不仅保证了供货时间和质量, 而且降低了设备采购成本。

(3) 加强重大设备效益评估

成立了重大装备效益评估小组, 对已实施的重大装备投资决策进行最后评估。根据设备实际运行情况, 按预期的各项经济、技术指标, 逐项进行对比分析, 查找问题。几年来, 共对投入使用的氮气发生装置、二氧化碳压裂车组、综合录井仪、奔驰仪绞车四个重大项目进行了效益评价, 取得了良好效果。

2. 强化设备中期管理, 提高设备运营效益

设备中期管理, 主要指设备运行期间的工作。针对大庆油田设备实际, 从保证设备安全高效运行出发, 在管好、用好、修好设备三个方面狠下功夫。

(1) 强化设备检查制度

一是实行巡回检查和回场检查。对固定设备和活动设备运行情况进行严格检查, 及时排除故障, 消除安全隐患。二是加强日常监督检查。按照ISO9000《设备管理程序》的要求, 每季度对基层单位设备管理情况进行抽查。三是开展专项检查。根据油田生产实际, 针对性地开展修井机、抽油机和锅炉设备专项检查治理活动。四是坚持年度检查评比。促进了设备管理整体水平的提升。

(2) 提高设备监测手段

第一, 对压缩机实施在线监测和离线监测相结合的措施, 在维修费用逐年下降的情况下降低了压缩机故障停机率, 保证了天然气装置安全、高效、平稳运行。

第二, 自主研发注水泵状态监测与故障诊断等系统, 对注水泵进行状态监测, 及时掌握了解设备运转情况, 为维修和保养提供了依据。经过几年的努力, 注水泵三保和大修比例合计下降了18%。

第三, 对部分钻机、修井机井架等超期服役严重的设备进行了承载能力监测。按照行业标准的要求, 先后完成了89部超期服役井架的承载能力检测与安全评定工作, 并根据评定的等级, 对其中50部井架制定了具体措施, 严格限制施工载荷, 为现场施工安全提供了保障。同时, 完成并推广了《以动态可靠度为参数在役钻机辅助管理信息系统》项目, 取得了良好经济效益, 平均单井投入减少458元。

(3) 提高设备润滑技术水平

一方面加强质量监督管理, 严把入口关。由专业部门按月抽查新购油品质量, 对不合格品的处置情况进行跟踪检查, 把住了油品的入口关。

另一方面实施按质换油管理, 延长设备使用寿命。为保证压缩机组、注水机组等关键设备始终处于良好的运行状态, 配备了油液质量检测仪133台, 定期化验与日常检查相结合, 强化了按质换油工作。

(4) 推广设备节能降耗技术

深入开展抽油机节能测试评价工作, 积极推广应用节能设备。截至2004年底, 全油田累计应用节能抽油机3 805台、节能电机7 505台、马达数位保护器530台。其中, 节能抽油机实现日节电48k W·h、节能电机实现日节电24 k W·h、马达数位保护器实现日节电21k W·h, 使公司年少耗电1.2亿k W·h, 年节约电费支出5 000多万元。

(5) 提高设备维修质量

一是实行准入制度, 规范设备修理市场。与2004年相比, 2005年用户满意度提高5.9%, 设备返修率下降0.44%。

二是坚持档案化管理, 提高维修管理水平。建立了设备修理数据库, 完善了《零件更换明细单》等各类档案资料, 全面准确地记录每一项信息, 使设备维修做到了有案可查, 为加强管理、降低成本提供了可靠依据。

三是加强维修效益论证, 搞好超过使用年限设备管理。对超过使用年限设备进行了维修效益论证, 优选部分设备进行大修。对两台已超过使用年限的修井机进行了大修, 当年就收回了维修费用。

3. 活化设备后期管理, 挖掘设备创效潜能

设备后期管理, 主要指设备处置阶段的工作。几年来, 大庆油田通过采取有效措施, 进一步加强设备后期管理, 使设备创效能力得以最大限度地发挥。

(1) 加大技术改造力度, 挖掘设备创效能力

2000年以来, 共投入设备改造资金1 868万元, 主要完成了以下改造:一是对18台水泥车的上装进行技术改造, 使设备工效提高25%, 经济效益提高50%;二是对一台连续油管作业机进行改造, 改造后1个月就施工了11口井, 创产值100多万元;三是将九台普通机床改成数控机床, 提高了加工精度和设备效率;四是对打拔桩车进行增加钻孔功能改造, 减少了冬季施工的配套锅炉车, 年节约锅炉车台班费达13万元。

(2) 努力盘活存量设备, 充分发挥设备潜能

一是抓资产专业化重组。将各采油厂的测试大队剥离出来进行内部重组, 成立了测试技术服务分公司, 有效地整合了技术装备优势, 增强了市场竞争能力, 使设备创收幅度比重组前提高了近30%。二是抓在用设备的合理调剂。在开展资产清查、技术状况评价、运营写实等工作的基础上, 先后在二级单位内部和二级单位之间调剂设备8 000多台套, 既平衡了各方面的设备需求, 又提高了设备的利用率。三是抓闲置设备的再利用。仅2003年和2004年, 就再利用抽油机523台, 节约投资1 100万元。

(3) 适时做好报废处置, 降低设备运营费用

一是对达到效用年限且退出使用状态、技术淘汰或高能耗的设备进行报废处置;二是本着地面服从地下的原则, 对因工艺流程改变而闲置的油气集输设施进行报废处置;三是对经过技术改造的设备, 采取部分增加和部分减少的办法, 对因改造而减少的部分进行报废处理。与此同时, 采取一次性买断、委托处置、竞价销售等市场化方式进行报废处置。

4. 夯实基础工作, 提高设备管理水平

一是建立了严密的管理体系。成立了以总经理为主任的设备管理委员会, 明确了设备归口管理部门, 在基层单位按照级别分别设立设备管理委员会、职能科室、设备组和设备员, 形成了分级、全过程的设备管理网络。

二是推进了制度化建设。通过健全完善内控体系, 重点推进流程描述和风险控制分析, 在规范运作中明确各级设备管理者的职责, 规范了工作内容, 理顺了业务程序, 解决了设备管理由谁抓、抓什么、怎么抓的问题, 使每个岗位都明确了“干什么, 怎么干, 干不好怎么办”。同时, 加大了设备专业企业标准的建标力度, 目前已组织制定设备操作与维护保养规程、设备修理标准154项和主要生产设备的巡回检查点项图近300种。

三是开展了设备运营写实活动。利用两年时间开展了运营写实活动。通过统计分析, 得到了同类型不同厂家设备的寿命期年均费用、设备使用年度与维持费用的曲线图和回归方程, 以及设备年均总费用与使用寿命的关系曲线, 为设备购置决策、维持费用预测和设备报废决策提供了依据。

四是完善了设备全过程管理信息化平台。2001年完成并应用了《资产设备管理信息网络系统》。实现了资源共享、无域化办公功能, 促进了信息资源互补, 提升了信息数据的价值;同时, 为管理者决策分析提供了全面翔实的数据统计、预测、分析等技术手段, 提高了设备管理的科学决策水平。

二、大力实施钻采设备修复技术

开展修复工作、实施绿色再造工程, 是设备全生命周期管理中的一个重要环节。大庆油田多年来一直坚持对关键钻采设备实施修复工作, 目前已经初具规模。

1. 钻井设备修复技术

(1) 钻机部件修复技术

对钻机部件修复, 主要是对滚筒轴、过桥轴、变速箱、电磁刹车及护罩的修复。滚筒轴的修复主要是修复刹车毂。

修复的方法是:对磨损超标的刹车毂用埋弧焊补焊, 然后用车床加工到规定尺寸。对磨损的刹带块、摩擦片、轴承、通风瓦、扭力杆、骨架油封、螺栓等进行更换, 对变形的护罩进行更换, 对磨损较轻的齿轮进行磨削修复, 磨损严重进行更换。修复后的总离合器刹车毂要进行动平衡试验。

(2) 井架修复技术

把待修复的井架摆到平台上, 对变形的耳板、横梁等部位进行修复, 方法是:把待修复的井架用气割枪去除变形的耳板、横梁及其他变形部分后, 摆放到平台上用仪器进行校平。校平后, 把重新配做的耳板、横梁等焊接到相应的位置, 材料的选用要与原来的材质相匹配, 包括焊条也要选用与焊材相匹配的型号。焊接两相对的耳板时, 采取施加外力的方法, 防止焊接变形。等到焊接位置冷却后, 再去除外力。焊接横梁时, 为减少焊接热影响区队母材的影响, 采取分段焊、断续焊的方法, 逐步进行焊接。

(3) 动力设备修复技术

动力设备是指对柴油机的修复, 柴油机的修理很复杂, 主要是对机体、曲轴、增压器、油冷器、水箱、缸盖、高压油泵的修复。活塞和缸套的更换以及曲轴瓦和连杆瓦的更换。

修复的主要方法是:曲轴进行磨削加工前要进行磁粉探伤, 加工完后要进行动平衡试验。对某一部位多余处要去除, 保证曲轴在高速转动的情况下, 保持平衡。高压油泵的修复是指对磨损的柱塞和其它配件进行更换, 在试验台上进行反复调试, 直到各个缸的进油量均衡。水箱的修复主要采取化学方法, 用化学药剂溶解水箱里的水垢后, 再用高压水枪进行清洗, 保证水箱里无水垢和杂质。缸盖的修复主要是指清除水垢和积炭、气门与气门座的配研、进排气阀座孔锥面进行绞修及油道的清洗, 检查缸盖双头螺栓, 不得松动弯曲、伸长和滑扣。测量气门导管孔与进、排气门杆的配合间隙。增压器总体解体后, 对各个零件进行清洗, 更换磨损的油环, 进行装配, 装配的过程中注意各个环的相对位置, 错开角度。油冷器主要是测试检查管线是否泄漏。

设备修理过程中, 每台修理设备都放置到翻转架上。

(4) 旋转设备修复技术

旋转设备主要包括转盘、水龙头、游钩和天车。转盘的修复主要是对水平轴进行修复, 同时检查大伞形齿、小伞形齿的磨损情况, 轻微磨损进行手工修磨。转台必须进行探伤检查。

重点是检查转台与齿圈配合的根部, 若有裂纹或有影响强度的缺陷, 应予以更新。水平轴应进行无损探伤检查。有裂纹或有影响强度的缺陷, 应予以更新。水平轴壳体两外圆柱面磨损超过极限尺寸时, 应进行焊补车削修复。轴承端盖装配台阶磨损超过极限尺寸时, 应进行焊补车削修复。各部位轴承若有裂纹、点蚀、锈蚀、沟槽及局部剥皮等缺陷时, 应予以更新。

装配完成后, 要进行试车检验, 检查箱内有无异常响声, 齿轮传动是否平稳, 各密封处有无泄漏, 转台锁紧装置操作是否灵活、可靠。水龙头的修复主要是检查水龙头壳体、提环、中心管、鹅颈管及轴承。壳体上有裂纹和中心管有影响强度的缺陷或裂纹应予以报废处理。鹅颈管与上隔环密封处有刺痕时, 应进行修复。轴承游隙超标、磨损成沟槽、点蚀、裂纹及剥皮应进行更新。

以上各种钻井设备在修复时, 都要严格的按照设备修理技术标准和修理规范执行, 由质量监督机构保障实施。

2. 机采设备修复技术

在机采设备修复方面, 系统开展了油管、抽油杆和抽油泵等的修复技术研究。

(1) 油管修复技术

油管的损坏有腐蚀、磨损和丝扣损坏等多种形式, 油管在机采设备中应用量最多、损坏也最多, 其修复技术水平也相对较高。

(2) 抽油泵的修复

泵筒是抽油泵的主要部件, 因此抽油泵的修复主要是泵筒的修复。修复的方法是:对丝扣损坏的, 切掉后重新加工;对内部轻微磨损的, 重新进行绗磨处理, 再配以合适的柱塞。

(3) 抽油机、螺杆泵井地面设备的修复

对抽油机、螺杆泵井地面设备的维修主要有齿轮类和轴类零件的修复、电机的修复及常规抽油机节能改造等。齿轮类和轴类零件的修复主要是采用自主研制的特种焊接材料进行焊接修复, 其修复品的质量已达到甚至超过了成品质量。电机的修复第一是重新缠绕组, 第二是把普通电机改造成双速、双功率或永磁等适合油田节能需要的电机;常规抽油机节能改造主要是针对常规抽油机平衡效果差、能耗高的问题, 把常规机改造为下偏杠铃抽油机, 改造工艺简单、成本低、节能效果较好。

3. 修复技术应用效果

几十年来, 大庆油田始终高度重视钻采设备的修复工作, 已建设多家钻井设备修理厂、油管修复厂、抽油杆修复厂、抽油泵修复厂、潜油电泵修复厂、抽油机修复厂及电机修复厂, 并通过压缩产能建设投资、奖励等政策措施, 推进修旧利废工作, 目前已达到年修理各种型号的钻井设备约2 100台 (件) , 其中各种型号的钻机部件约200台 (件) 、井架八套、动力设备约80台 (件) 、旋转设备410台 (件) 、固控设备470台 (件) 、电器设备约940台 (件) 、年修复油管150万m、抽油杆160万m、抽油泵3 000台、潜油电泵修复300台、抽油机600台、电机4 000台的水平, 年节省生产成本近5亿元。

三、结论

第一, 大庆油田拥有庞大的钻采设备总量, 设备管理和维护保养的工作难度很大, 应用先进的设备管理和修复技术, 提高关键设备的完好率和运行稳定性, 是保障油田持续发展的重要举措。

第二, 通过应用全过程设备管理理念, 建立完备的油田钻采设备信息管理系统, 大庆油田的设备管理工作得到很大提高, 关键设备的完好率得到有效保证。

第三, 通过开展关键钻采设备的再制造工艺研究和应用, 大庆油田在多种钻采设备的使用上实现了循环利用, 油田综合开发效益大大提高。

参考文献

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[8]黄贤滨, 李延渊, 兰正贵.新一代设备管理技术——基于风险的检验[J].物资装备管理, 2004.[3]:73-77.

钻采机械篇8

钻机大钩是石油钻机提升设备的一个主体结构,在实际作业时,由于钻采工况复杂,工作环境恶劣,大钩经常会受到起吊、卸载、解卡等冲击载荷的共同作用下产生复杂的振动。因此,大钩动态特性和振动响应特性对提升系统性能影响尤为显著,对大钩系统进行模态分析可以得到各阶固有频率及相应的振型,可显示不同固有频率下机体各部分振动幅值的相对分布情况,有利于分析整机的振动特性。避免钻机系统在工作时发生共振和出现有害的振型。

1 模态分析的基本假设

机械结构的动态特性是用结构的振动模态参数来表示,而所谓模态参数是结构振动的各阶频率、阻尼及振型。由这些模态参数就可判断结构动态特性的优劣。模态分析用于提取结构的模态参数—固有频率和振型,一般分析时应遵循以下基本假设[1]。

线性假设:结构的动态特性是线性的,任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合,其动力学特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。

时间不变性假设:结构的动态特性不随时间而变化,因而微分方程的系数是与时间无关的常数。

可观测性假设:这意味着用以确定我们所关心的系统动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。

结构遵从Maxwell互易性原理:即在q点输入所引起的p点的响应,等于在p点的相同输入所引起的q点的响应。此假设使得质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和频响函数矩阵都成了对称矩阵。

2 模态分析的基本理论

模态分析的实质,是一种坐标转换[2]。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量,放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下,振动方程是一组互无耦合的方程,分别描述振动系统的各阶振动形式,每个坐标均可单独求解,得到系统的某阶结构参数。根据达朗贝尔(D'Alembert)原理,在结构所受的载荷中加入惯性力,用类似于建立静力学平衡方程的方法建立结构的动力学方程:

或

式1和式2中,[M]为结构的总质量矩阵;[K]为结构的总刚度矩阵;[C]为结构的阻尼矩阵;{δ}为节点位移列阵;为节点位移的二阶导数列阵,即加速度列阵;为节点位移的一阶导数列阵,即速度列阵;{FP}为节点等效载荷列阵。

经验指出,很多工程结构由于阻尼很小,因此在求结构的固有频率和振型时,可不考虑阻尼的影响,即在结构的动力学方程中,令阻尼[C]=0,并考虑外力项{FP}=0,便得到无阻尼自由振动方程:

弹性自由体振动的振型总可以分解为一系列简谐振动的叠加,为决定自由振动的固有频率和相应的振型,其解的形式可设为:

将4代入3式得以下代数的齐次方程组:

在自由振动时,结构中各点的振幅{δ0}不全为零,所以(5)式中括号内矩阵的行列式必须等于零,由此得到结构的自由振动频率方程为:

结构的刚度矩阵[K]和质量矩阵[M]都是n阶方阵,其中n是结点自由度的数目,所以式6是关于ω2的n次实系数方程。在高等代数中已证明,可以从中解出n个实根ωi2(i=l,2,3,…,n),即特征值,按由小到大的顺序排列如下:

把任一ωi2代回方程组5,可解出与其相对应的矢量{δ0i}(i=1,2,...n)即特征矢量。而ω1、ω2、ω3......ωn分别为结构的第一阶,第二阶,....第n阶固有频率,与之相对应的{δ10},{δ20}……{δ40}分别是结构的第一,第二,......第n阶主振型或称为主模态。

3 有限元模型的建立

钻机大钩是一个组合结构系统,它由吊环、吊环座、钩杆、钩杆螺母、筒身及钩身等主要零件构成,它的结构形状和所承受的载荷极为复杂,给有限元建模带来了很大的困难。在建立有限元分析模型时,只考虑一些载荷传导中起主导作用的结构来建立钩体的计算模型。考虑到钩体的结构特点和装配特点,本文将大钩的实际结构在Pro/E软件中进行简化,导入ANSYS中建立钩体系统有限元模型。本文采用自由网格划分,选用ANSYS中的SOLID45四面体8节点三维实体线性单元,SOLID45单元是一种空间实体单元,具有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变的功能[3]。S M A R T网格划分方式,LEVEL 6级,共划分单元数为211628,结点数为46252,得到大钩的ANSYS有限元计算模型。钩体有限元模型如图1所示。

4 模态分析

ANSYS求解模态分析的方法有子空间法、分块Lanczos法、缩减法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法、Power Dynamics法等。

由钻采提升设备实际工作时的受力及约束条件可知,钻机大钩系统应为固定约束时的模态分析。应用ANSYS10.0软件的模态(Modal)分析模块,采用BLOCK LANCZOS法,对大钩进行了固有频率和振型的计算,该算法的优点是特别适用于大型对称特征值求解问题。

应用ANSYS软件对前面所建立的大钩系统有限元模型进行自由模态计算,得到了钩体各阶固有频率及相应的振型。由于关心的是较低阶的模态,故提取前6阶振动模态。图2为钩体结构系统从第1阶到第6阶的模态振型图。表1为大钩系统前6阶的固有频率值。

5 结论

通过ANSYS软件对钻机大钩系统进行的模态分析,获得其前6阶的固有频率与模态振型。研究分析这6阶振动模态发现,固有频率的分布集中在低频,属于低频振动。第1阶到第6阶模态反映的是整个机体作为一个整体摆动和扭动的模态,频率范围在7 Hz~170 Hz之间,

从模态分析结果可知,低频激励主要激发整体的摆动和扭转振动。较高频率的激励可能使轴向振动。在大钩起吊范围内,正常升降速度的激励能量主要集中在低频,100Hz以上激励能量已经很大了。因此,在正常大钩系统的工作时,该结构的振动响应较小,一般都激励不起高阶模态振动,其固有频率的分布是十分有利的。

本文通过有限元分析软件ANSYS分析和研究了钻机大钩的固有振动特性,包括了固有频率和振型,并得出了比较精确直观的结果,而这些分析对于设计和后续的分析校核都非常重要。对于整个钻机的设计都有指导意义。

摘要：针对某型石油钻机的大钩,用CAD建立大钩系统的三维有限元模型,采用大型有限元软件ANSYS,对大钩进行了模态分析,得到了大钩系统的固有频率和振型,为今后进行钩体动力响应计算奠定了基础。

关键词：模态分析,钻机大钩,振型,ANSYS

参考文献

[1]　沃德·海伦,斯蒂芬·拉门兹,波尔·萨斯.模态分析理论与试验[M].白化同,郭继忠,译.北京:北京理工大学出版社,2001.3-4.