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摘要：钻井机械由于受工作坏境、地质、使用方法等诸多问题影响，会造成钻井设备造成损坏或性能的失效。本文通过分析钻井机械性能失效的原因，并就如何保持钻井机械处于良好的工作状态以及如何控制钻井机械性能失效提出了相关的探讨。
关键词：钻井机械 性能失效 原因分析 控制对策
0 前言
据统计，有75%左右的零件都是因摩擦副的磨损而引起的。这些失效的零、部件，有相当部分是可以修复重新使用的。如何对机械设备进行科学合理的维修与保养，保证机械设备保持良好的技术状态，是保障设备正常进行的基本手段，也是一项重大的工程。因此，本文分析了目前油田机械性能失效的原因，这对预防及延缓钻井机械性能失效的发生有着很大的作用。
1 钻井机械性能失效问题的原因分析
1.1零件超载
因为钻井机械往往要承受巨大的冲击力和高载荷，有时载荷的峰值在一瞬间甚至就会达到很高，容易发生变形甚至断裂。
1.2 疲劳失效
此类失效零件属于不可修复件。例如轴类零件因疲劳产生裂纹或断裂。在时间紧、任务重的情况下，钻井机械设备的检修工作往往不到位，导致设备长时间工作而得不到适当的休息，因而就会像人一样产生疲劳，进而导致疲劳失效。
1.3 塑性变形
由于钻井机械负荷重，冲击大，在某些零件上发生挤压塑性变形。例如钻井泵的传动齿轮，如果齿面硬度达不到设计要求，在长期重载作用下，则会发生挤压塑性变形，久之，塑性变形超过标准，齿轮就失效。同样，齿面硬度高，齿面会发生点蚀失效。
1.4 局部断裂
由于钻井机械经常要承受冲击载荷，有时此载荷的峰值又很高，加之传动中有的是硬连接。所以减速箱的齿轮副、钻井泵中的齿轮传动副、链传动中的链轮和链条等，均会发生断齿或断轴的失效形式。
1.5 摩擦磨损引起的失效
由于摩擦磨损而失效的零件很多，下面举几个例子来说明：
（1）易损件类。气胎式离合器、气功端面离合器的摩擦片和摩擦钢载，带刹车的刹车块，以及气离合器的气囊等都属于易损件。它们在工作过程中，磨损到一定程度则需换新，它是无法修复的。
（2）摩擦副中因磨损失效的钢制件。各型钻井绞车中，带刹车的刹车块与刹车毅是一对摩擦副。刹车块是必须更换的易损件，而刹车载当磨损量超过规定的标准时，可以通过埋弧焊等方法来修复。
（3）有相对运动的零件的摩擦磨损失效。机器运转过程中，有相互作用并作相对运动的零件，不管润滑条件有多好，总会发生磨损。例如齿轮传动中的齿轮副、支承轴承，绞车中空转链轮里的铜套与轴，绞车刹车曲轴与铜套，钻井泵中十字头与滑板、阀体与阀座等。
（4）在正常工作中，因载荷影响而产生的磨损。滚动轴承与轴，滚动轴承与壳体之间的配合，一般都是过渡配合，不应当发生相对运动。但由于装配和固定中产生的误差，特别是在重 载荷和冲击载荷的作用下，致使轴承发生跑内圆或外圆的现象，从而导致与轴承配合的轴颈和壳体孔发生研磨而损坏。例如减速箱、正车箱 的主、被动轴；钻井泵主动轴和被动铀的支承轴承部位，绞车三根轴的支承轴承部位，转盘水平轴轴颈、负荷轴承配合部位等；大部分都是由于轴承跑内圆而把轴颈部位磨坏。
1.6 其它失效形式
针对某些大型的零、部件，由于搬迁时比较困难，需要借助于起吊装置进行装配时，往往也会导致机械设备发生较大的变形，并且在搬迁过程中不当的拖拽也会造成不同程度的损坏。
2 石油钻井机械性能失效控制对策
2.1 建立健全维修制和责任制
①建立健全设备定检维修制和责任制。要有专人负责组织定期检测，掌握机械设备的技术状况，编制修理计划，组织修理。机械修理单位要严格执行检修规程，确保修理质量，缩短修理工期，降低修理费用。
②采用先进的维修体制和手段。对于现代化设备来说，不出故障是很难做到的，问题在于早期发现，防患于未然，事后维修方式很难做到这一点，其对发生事故难以预料，往往会造成设备的严重损坏。既不安全又延长了检修时间，修理费用反而加大。
定期维修是以时间或工作量为基础的预防维修，具有周期性的特点。定期维修不可能预防任何钻探设备和系统存在的随机故障，其检修期远远小于最短故障期，因此可以保证不会出现设备损坏的严重故障，但是往往要使还能运行一段时间的设备停下来检修，既减少了进尺又增加了维修费用，造成所谓“过剩维修”。
以状态监测为基础的预知维修不规定检修周期，但是定期或连续地对设备进行状态监测查明有无劣化或故障征兆，安排在必要时进行修理。它能在设备失效前检测和诊断出所存在的故障，并可较准确地估计连续运行的可靠时间，因而设备使用寿命最长，意外停机事故最少，过剩维修受到控制，从而减少了备件消耗和维修工作量，也可减少因检修而出现的人为故障从而使维修费用最低。
应用诊断技术，实行以状态监测为主的维修制度有以下几个优点：一是避免过剩维修，防止因不必要的拆卸使设备精度降低，延长设备寿命；二是减少维修时间，提高生产效率和经济效益；三是减少和避免重大事故发生，不仅能获得巨大经济效益，而且能获得很好的社会效益；四是降低维修费用。
合理规划大修。机械波备在大修后其性能恢复程度一次不如一次，大修周期越来越短，经济上越来越不合算。设备大修理的次数是有限的，对大修理的确定要根据技术发展状况的经济界限进行综合考虑。
2.2 建立健全保养制度，合理确定保养周期
2.2.1建立健全保养制度
对机械设备实行定期保养是延长其使用寿命的关键。但不少施工单位到工期紧、任务重时忽视保养工作，认为机械设备在正常运行没有故障，无须停下来进行保养，直到设备出现大的故障，甚至发生事故，这样既增加维修费用，又耽误工期。
施工单位应该采取定期维护、保养、检查制，执行“养修并重，预防为主”的方针，严格执行每班保养、定期保养、巡回保养制度，并按各级保养规程执行，低级保养由操作人员进行，高级保养由维修人员会同机械操作工进行。保养工作做好了，机械出现故障的几率就会下降，从而延长大修期，降低维修费用。
2.2.2 合理确定维护保养周期
维护保养周期应根据机械设备使用维修的实际情况，收集使用维修的各种数据，分析机械设备各子系统的使用标准、故障出现的规律等多种因素综合确定，其方法有概率统计法、技术-经济分析法和维护作业统计法等。由于概率分析法确定的维护周期不能保证其单位总费用最小，应采用技术-经济分析方法来确定机械设备的维护保养周期。
2.3 培养高素质的专业技术人员
首先要抓好管理人员的培养，通过出国培养、在职自学等形式，提高其业务素质，使其具备现代化科学管理的知识和能力，并且在复杂条件下能够有条不紊的专业管理人员。其次要抓好操作人员的培养，要结合本单位实际状况，采取集中学习、定期辅导、集中测试等方式，来进行专业技术培训，积极开展评先创优、还要定期开展有关爱岗敬业精神的讲座。对于未按规定使用、维护设备的个人要进行严厉的处罚，对于对工作认真负责，成绩突出的个人给予奖励。
2.4 加强润滑工作的进行
众所周知，优良的润滑对机械性能的发挥尤为关键。它最关键的作用有三点：一是能够最大限度地降低外部杂质进入机械内部的可能性，二是能够最大限度地避免各种零部件之间产生磨擦，三是还可以稳定设备内部的运行温度，保证机械设备的各种零部件之間存在合理的间隔，进而减少故障的发生频率。所以，加强润滑工作的进行迫在眉睫。
3 结束语
钻井机械性能失效这个问题使石油钻井工程面临的重要考验。本文重点分析了机械性能失效的原因，它是由一个或多个因素共同作用的结果。只要能够客观正确地分析机械性能失效的原因，从而能够采取恰当的应对措施，那么机械性能就能得到充分的发挥，进而推动钻井工程的顺利实施。
参考文献
【1】俞非关于钻井机械性能失效问题的研究【J】中国新技术新产品，2012（3）.
关键词：钻井机械 性能失效 原因分析 控制对策
0 前言
据统计，有75%左右的零件都是因摩擦副的磨损而引起的。这些失效的零、部件，有相当部分是可以修复重新使用的。如何对机械设备进行科学合理的维修与保养，保证机械设备保持良好的技术状态，是保障设备正常进行的基本手段，也是一项重大的工程。因此，本文分析了目前油田机械性能失效的原因，这对预防及延缓钻井机械性能失效的发生有着很大的作用。
1 钻井机械性能失效问题的原因分析
1.1零件超载
因为钻井机械往往要承受巨大的冲击力和高载荷，有时载荷的峰值在一瞬间甚至就会达到很高，容易发生变形甚至断裂。
1.2 疲劳失效
此类失效零件属于不可修复件。例如轴类零件因疲劳产生裂纹或断裂。在时间紧、任务重的情况下，钻井机械设备的检修工作往往不到位，导致设备长时间工作而得不到适当的休息，因而就会像人一样产生疲劳，进而导致疲劳失效。
1.3 塑性变形
由于钻井机械负荷重，冲击大，在某些零件上发生挤压塑性变形。例如钻井泵的传动齿轮，如果齿面硬度达不到设计要求，在长期重载作用下，则会发生挤压塑性变形，久之，塑性变形超过标准，齿轮就失效。同样，齿面硬度高，齿面会发生点蚀失效。
1.4 局部断裂
由于钻井机械经常要承受冲击载荷，有时此载荷的峰值又很高，加之传动中有的是硬连接。所以减速箱的齿轮副、钻井泵中的齿轮传动副、链传动中的链轮和链条等，均会发生断齿或断轴的失效形式。
1.5 摩擦磨损引起的失效
由于摩擦磨损而失效的零件很多，下面举几个例子来说明：
（1）易损件类。气胎式离合器、气功端面离合器的摩擦片和摩擦钢载，带刹车的刹车块，以及气离合器的气囊等都属于易损件。它们在工作过程中，磨损到一定程度则需换新，它是无法修复的。
（2）摩擦副中因磨损失效的钢制件。各型钻井绞车中，带刹车的刹车块与刹车毅是一对摩擦副。刹车块是必须更换的易损件，而刹车载当磨损量超过规定的标准时，可以通过埋弧焊等方法来修复。
（3）有相对运动的零件的摩擦磨损失效。机器运转过程中，有相互作用并作相对运动的零件，不管润滑条件有多好，总会发生磨损。例如齿轮传动中的齿轮副、支承轴承，绞车中空转链轮里的铜套与轴，绞车刹车曲轴与铜套，钻井泵中十字头与滑板、阀体与阀座等。
（4）在正常工作中，因载荷影响而产生的磨损。滚动轴承与轴，滚动轴承与壳体之间的配合，一般都是过渡配合，不应当发生相对运动。但由于装配和固定中产生的误差，特别是在重 载荷和冲击载荷的作用下，致使轴承发生跑内圆或外圆的现象，从而导致与轴承配合的轴颈和壳体孔发生研磨而损坏。例如减速箱、正车箱 的主、被动轴；钻井泵主动轴和被动铀的支承轴承部位，绞车三根轴的支承轴承部位，转盘水平轴轴颈、负荷轴承配合部位等；大部分都是由于轴承跑内圆而把轴颈部位磨坏。
1.6 其它失效形式
针对某些大型的零、部件，由于搬迁时比较困难，需要借助于起吊装置进行装配时，往往也会导致机械设备发生较大的变形，并且在搬迁过程中不当的拖拽也会造成不同程度的损坏。
2 石油钻井机械性能失效控制对策
2.1 建立健全维修制和责任制
①建立健全设备定检维修制和责任制。要有专人负责组织定期检测，掌握机械设备的技术状况，编制修理计划，组织修理。机械修理单位要严格执行检修规程，确保修理质量，缩短修理工期，降低修理费用。
②采用先进的维修体制和手段。对于现代化设备来说，不出故障是很难做到的，问题在于早期发现，防患于未然，事后维修方式很难做到这一点，其对发生事故难以预料，往往会造成设备的严重损坏。既不安全又延长了检修时间，修理费用反而加大。
定期维修是以时间或工作量为基础的预防维修，具有周期性的特点。定期维修不可能预防任何钻探设备和系统存在的随机故障，其检修期远远小于最短故障期，因此可以保证不会出现设备损坏的严重故障，但是往往要使还能运行一段时间的设备停下来检修，既减少了进尺又增加了维修费用，造成所谓“过剩维修”。
以状态监测为基础的预知维修不规定检修周期，但是定期或连续地对设备进行状态监测查明有无劣化或故障征兆，安排在必要时进行修理。它能在设备失效前检测和诊断出所存在的故障，并可较准确地估计连续运行的可靠时间，因而设备使用寿命最长，意外停机事故最少，过剩维修受到控制，从而减少了备件消耗和维修工作量，也可减少因检修而出现的人为故障从而使维修费用最低。
应用诊断技术，实行以状态监测为主的维修制度有以下几个优点：一是避免过剩维修，防止因不必要的拆卸使设备精度降低，延长设备寿命；二是减少维修时间，提高生产效率和经济效益；三是减少和避免重大事故发生，不仅能获得巨大经济效益，而且能获得很好的社会效益；四是降低维修费用。
合理规划大修。机械波备在大修后其性能恢复程度一次不如一次，大修周期越来越短，经济上越来越不合算。设备大修理的次数是有限的，对大修理的确定要根据技术发展状况的经济界限进行综合考虑。
2.2 建立健全保养制度，合理确定保养周期
2.2.1建立健全保养制度
对机械设备实行定期保养是延长其使用寿命的关键。但不少施工单位到工期紧、任务重时忽视保养工作，认为机械设备在正常运行没有故障，无须停下来进行保养，直到设备出现大的故障，甚至发生事故，这样既增加维修费用，又耽误工期。
施工单位应该采取定期维护、保养、检查制，执行“养修并重，预防为主”的方针，严格执行每班保养、定期保养、巡回保养制度，并按各级保养规程执行，低级保养由操作人员进行，高级保养由维修人员会同机械操作工进行。保养工作做好了，机械出现故障的几率就会下降，从而延长大修期，降低维修费用。
2.2.2 合理确定维护保养周期
维护保养周期应根据机械设备使用维修的实际情况，收集使用维修的各种数据，分析机械设备各子系统的使用标准、故障出现的规律等多种因素综合确定，其方法有概率统计法、技术-经济分析法和维护作业统计法等。由于概率分析法确定的维护周期不能保证其单位总费用最小，应采用技术-经济分析方法来确定机械设备的维护保养周期。
2.3 培养高素质的专业技术人员
首先要抓好管理人员的培养，通过出国培养、在职自学等形式，提高其业务素质，使其具备现代化科学管理的知识和能力，并且在复杂条件下能够有条不紊的专业管理人员。其次要抓好操作人员的培养，要结合本单位实际状况，采取集中学习、定期辅导、集中测试等方式，来进行专业技术培训，积极开展评先创优、还要定期开展有关爱岗敬业精神的讲座。对于未按规定使用、维护设备的个人要进行严厉的处罚，对于对工作认真负责，成绩突出的个人给予奖励。
2.4 加强润滑工作的进行
众所周知，优良的润滑对机械性能的发挥尤为关键。它最关键的作用有三点：一是能够最大限度地降低外部杂质进入机械内部的可能性，二是能够最大限度地避免各种零部件之间产生磨擦，三是还可以稳定设备内部的运行温度，保证机械设备的各种零部件之間存在合理的间隔，进而减少故障的发生频率。所以，加强润滑工作的进行迫在眉睫。
3 结束语
钻井机械性能失效这个问题使石油钻井工程面临的重要考验。本文重点分析了机械性能失效的原因，它是由一个或多个因素共同作用的结果。只要能够客观正确地分析机械性能失效的原因，从而能够采取恰当的应对措施，那么机械性能就能得到充分的发挥，进而推动钻井工程的顺利实施。
参考文献
【1】俞非关于钻井机械性能失效问题的研究【J】中国新技术新产品，2012（3）.