海洋钻井设备监测技术与故障诊断对策

方案的设计方面展开研究。综合目前机械故障诊断的技术现状和钻井工艺的现场运用状况，提出了以振动监测为主，其他一些如油液监测、无损检测技术为辅助的监测手段来进行整个深水钻井系统的监测与诊断方案开发研究。

关键词：深水钻井；井架； 实时监测； 故障诊断

前 言

深水钻井设备先进，功能强大，相应的造价也十分高。因此设备的维护和保养成为深水钻井中的一大难点。本文对深水钻井设备中关键设备的实时监测与故障诊断方案的设计方面展开研究。综合目前机械故障诊断的技术现状和钻井工艺的现场运用状况，提出了以振动监测为主，其他一些如油液监测、无损检测技术为辅助的监测手段来进行整个深水钻井系统的监测与诊断方案开发研究。在设备运行的可靠性分析方面，运用故障树的分析方法，对设备的可靠性进行分析，找出设备经常或最可能发生危险的部位，结合现场经验，建立深水钻井设备实时监测方案布置图。在数据处理方面，一方面运用设备可靠性指标计算、强度校核和设备常见的故障模式进行故障识别；另一方面用振动的时域分析、频域分析、小波变换等处理方法，结合神经网络来实现故障的识别。

1.国内钻井设备诊断技术的发展情况

1.1.国内的评定井架承载力理论研究主要有以强度、稳定性为主的评定理论，以刚度为主的评定理论、可靠性评定理论、模糊评定理论和基于动态参数为主的评定理论。

1.2.钻井柴油机与钻井泵的监测诊断。钻井柴油机故障诊断，需要采用多种监测诊断方法。中国石油大学（华东）机电学院对3NB-1300C 型号钻井泵进行了故障诊断和寿命预测的严重，主要侧重于钻井泵轴承寿命的预测。

1.3.绞车和振动筛的监测诊断。监测与故障诊断也处在初步发展阶段，石油院校以及各大油田在绞车故障分析中也在积极探索和研究。随着测试技术向数字化、智能化和计算机方向发展，西南石油大学在此基础上研发了智能控件化振动筛动态特性检测仪，北京化工大学也在从事振动筛的优化设计与动态测试的研究。

1.4.防喷器井控装置的监测。发现压力状态下防喷器内部件的缺陷及其发展情况，并可以对防喷器综合性能进行评定分级。

2.绞车实时监测与故障诊断方法

绞车是钻机中主要工作机之一，是起升系统的主要设备。它的主要任务是：用来起

下钻具；下套管；悬持静止的钻具；在钻进时，控制钻压、送进钻具；下套管；利用猫

头机构上、卸钻具丝扣；起吊重物以及进行井场的其他辅助工作。有的绞车也是转盘中

间传动机构。在有些钻机中，井架的起放也由绞车来完成。绞车运行不正常的情况有以下几种：绞车不正常噪声和振动；主刹车失灵；结构件损坏；防碰天车装置运行不正常。由于这些次顶事件中的任何一个发生故障都会导致顶事件的发生，因而用逻辑“或门”符号将它们连接起来。再分别以这4 个故障事件为次顶事件，对相应的原因进行分析，并循此格式逐级向下演绎，直到找出各个基本事件（底事件）为止，并用一定的逻辑符号连接起来，可以得到绞车故障树。定性分析的目的是为了找出系统的薄弱环节，而其任务就是找出最小割集。以绞车异常噪声和振动故障为例，用下行法求解绞车异常噪声和振动最小割集。

3.钻井泵的实时监测与故障诊断的方法研究

钻井泵是石油钻机的3 大工作机组之一，是钻井液循环系统中的关键设备。钻井时钻井泵在高压下向井底输送高粘度、高密度和较高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并可辅助钻头钻进，作为井底动力钻具的动力液。建立钻井泵故障树首先要确定顶事件，选钻井泵运行不正常为顶事件。进一步分析钻井泵运行不正常的情况有以下几种：排出压力不正常；泥浆渗漏；异常噪音；支撑轴承温度过高。由于这些次顶事件中的任何一个发生故障都会导致顶事件的发生，因而用逻辑“或门”符号将它们连接起来。再分别以这4 个故障事件为次顶事件，对相应的原因进行分析，并循此格式逐级向下演绎，直到找出各个基本事件（底事件）为止，并用一定的逻辑符号连接起来，可以形成钻井泵故障树。

4.振动筛常见的故障及处理方法

振动筛主要由筛架、筛网、激振器、减振元件等组成。振动筛是一种筛分设备，它通过机械振动把大于网孔的固体和通过吸附作用将小于网孔的固体筛离出来。从井口返回的钻井液由进料管流向振动着的筛网表面，固相从筛网尾部排除，小于网孔的固相和液相通过筛网流入下一级净化设备，从而完成分离工作。钻井振动筛的筛分效果直接影响到钻井速度，因此结合现场经验，探讨振动筛的常见故障及其处理方法，为建立钻井振动筛的安全监测系统提供理论依据。

振动筛常见的故障及处理方法

参考文献：

[1]马功勋. 绞车传感器的现场使用与故障判断[J]. 科技信息. 2009（23）

[2]袁俊和. 钻井过程中的故障诊断方法研究[D]. 中国石油大学 2008

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