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机械管理开发 总第153期 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT 2016年第1期 测试与诊断技术 Total of 153 No.1 2016 基于润滑油分析的钻井泵故障监测与诊断 刘健炜 (南阳理工学院，河南 南阳 473004) 摘要： 采用润滑油分析技术对钻井泵故障进行检测与诊断，为正常安全运作提供保障，是一种较为 可靠的方法。通过利用润滑油分析技术中的具体方法，如红外光谱技术对钻井泵的使用及损耗情 况进行故障监测和诊断，以有效避免井下作业事故的发生，提高钻井泵的安全性能。 关键词： 钻井泵；故障监测；故障诊断；润滑油分析 中图分类号： TP306 文献标识码： A 文章编号：1003-773X(2016)01-0061-03 DOI:10.16525/14-1134/th.2016.01.020 引 言 钻井泵的安全性对工作和生产的安全性有着 直接的影响，因此需要在安全隐患发生前就进行 维修，而动力端的判断较为容易，液力端由于结构 较为复杂，装拆难度大，所以会定期进行大修，成 本较高。石油的钻井作业所需要的重要设备就是 三缸单作用的往复式钻井泵，因为特殊的工作条 件，导致很多问题是润滑引起的， 一些零部件磨损 使得润滑油携带了一些重要的可检测信息，对这 些有用信息进行监测，为基于润滑油的分析中对 钻井泵的故障进行监测和诊断提供了条件，使得 对设备的维修转变为事前预报。 1 钻井泵和润滑作用 三缸单作用往复式钻井泵是目前石油地下钻 井作业中最为常用的钻井泵。它由液力端和动力 端两部分组成。钻井泵以及钻井液固控系统是用 来给钻井作业中钻井液的循环提供源动力的。钻 井整个过程的血液就是钻井液，它有携带、悬浮岩 屑，使钻头和钻具冷却并且润滑的作用，还能对井底 进行清洗和冲刷，以便于钻进；同时也能保护井壁。 一般钻井泵故障主要发生在易为磨损的接触 收稿日期： 2015- 11-22 作者简介： 刘健炜(1992一),男，四川成都人， 本科，毕业于南阳理工学院机械学院测控技术与仪 器专业。 面，例如活塞杆、缸套、十字头、齿轮、中间拉杆等， 需要添加润滑油进行润滑。 一旦润滑效果不理 想，或者摩擦面磨损严重，将会导致磨损加剧，直 至设备出现故障问题。钻井泵的润滑油中携带着 很多与工作状态及磨损情况相关的信息，因此对 润滑油进行分析就能判断钻井泵的运行是否安全 可靠。 2 润滑油分析与故障检测与诊断 及时对故障进行检测与排除，对安全生产及 工作有很大的意义。对钻井泵故障诊断有两大主 要技术：润滑油监测诊断技术和振动诊断技术。 前者不仅仅对检测设备是否出现故障有作用，还 能及时发现润滑油是否变质，以便及时更换，延缓 设备衰老时间。与振动诊断技术相比，对于一些 设备早期的故障诊断效果更好。该分析方法监测 的主要是设备的润滑系统和液压系统，检测与诊 断的信息主要是因磨损进入到润滑油中的微粒和 空气或其他污染源带来的污染物颗粒。 理化指标分析和磨损微粒分析这两种分析发 现是现在较为普遍应用的润滑油监测技术。理化 指标分析是通过对润滑油的理化性能指标加以分 析，判断成分是否变质或衰败，进而对设备的润滑 状态和因润滑引起的磨损情况进行判断[];而磨 损微粒分析是通过红外光谱分析、颗粒计数技术、 铁谱分析技术、原子光谱技术等对润滑油中夹杂 的微粒形态、大小、数目、颜色等参量进行检测和 ·62 · 机械管理开发 jxglkfbjb@126.com 第31卷 分析，诊断设备的运行情况，保证润滑油能及时更 换，延长设备寿命。通过实验已经证明，磨损处于 不同的时期，其润滑油中的磨粒有不同的特征，可 据此对钻井泵故障进行诊断。本文主要介绍磨损 微粒分析方法。 2.1 红外光谱技术 红外光谱技术的测试原理是不同物质有不同 的特征吸收位峰值、数目以及相对强度，据此可以对 润滑油中的官能团进行检测，以确定它们的分子结 构。这种方法主要是对润滑油的性变、劣化、污染等 做出高效的准确定性的分析。这些变化是化学变 化，不属于物理变化，油品中物质的分子结构发生了 变化，理化分析无法对其进行判断，但是利用红外光 谱就能较为直接和有效地对故障进行诊断。 添加剂在摩擦热的作用下会被氧化、酸化、降 解，进而生成氧化物、酸化物、硝化物等，设备会因 此被腐蚀和堵塞；设备以外的空气中悬浮的灰尘、 砂石颗粒等也会进入设备。润滑油也是润滑油， 油的氧化过程较为复杂，油品成分都很有可能被 氧化，所以通