钻井泥浆泵活塞寿命评价方法研究
摘要
钻井泥浆泵是石油钻井生产中不可缺少的主要设备之一，泥浆泵活塞的质量对钻井生产的速度、质量和成本都有很大影响，并且随着钻井工艺的发展，其影响会越来越大。因此，如何稳定和提高活塞的使用寿命，如何用更科学、更可靠的方法评价活塞质量和寿命，对于泥浆泵的试验研究、生产制造和油田钻井现场设备的使用管理都具有重要的现实意义。本文的主要内容包括：
1、综合国内外有关文献资料，对泥浆泵活塞使用寿命研究方面的方法和现状进行评述；结合油田实际要求，提出了本文的主要研究内容。
2、通过对大庆油田钻井现场的实际调查和统计，论述了泥浆泵活塞寿命的影响因素和主要的失效形式，对几种活塞失效形式的形成过程和机理进行了分析研究。
3、依据钻井现场采集的活塞使用寿命的数据，提出了活塞寿命的研究方法，采用数理统计方法对油田常用的三种泥浆泵活塞的寿命分布规律作了研究，确立了寿命分布模型，对可靠性指标进行了计算和分析。
4、通过对三种形式的活塞进行方差检验和秩和的比较以及对试验数据的项式拟合，分析了活塞寿命与各影响因素之间的关系。
5、通过分析研究，总结出了三种活塞的使用寿命均服从二参数威布尔分布，活塞的失效类型属耗损型，大庆地区钻井泥浆泵使用的长效型活塞综合可靠性指标居优的结论。提出了活塞的几何形状及尺寸大小对活塞的寿命影响极大，必须从改进设计、提高制造水平和改善密封和摩擦条件等方面提高活塞的可靠性。
本文所作的工作，为钻井泥浆泵活塞质量、寿命的工程评价，油田钻井现场设备的科学管理提供了理论参考。
The drilling mud pump is the indispensable main equipment in production of well drilling. The quality of the piston of a drilling mud pump has a strong influence on drilling speed, quality and cost. With the development of drilling techniques, its impact on them will become stronger and stronger. Therefore, how about be steady with raising the service lives of piston, how about be reliable method appraise piston quality and life-span science, Have important realistic meanings to mud pump experimental study, producing to make the use and management of the on-the-spot equipment of well drilling with the oil field. The main contents of the thesis are as f o11ows:
1. Synthesize domestic and international relevant document materials, observe to the research method of service life of piston of the mud pump and current situation ; Combine the oil field and require actually , have put forward the main research content of this text.
2. Through investigating and count actually , describe the influence factor to the well drilling scene of the Daqing oil field, Have analysed and research the forming process and mechanism in the form that several kinds of pistons lost efficiency.
3. The data of service life of,piston that gathered according to the well drilling scene, the research approach to put forward life-span of the piston, Adopt number pay attention to statistical method distribute law act as and study to oil field commonly used three a kind of mud pump the life-spans of pistons, Distribute models after establishing the life-span, calculate and analyse about the dependability index.
4. Through whether three kind the pistons of the form carry on examine and compare plan at multinomial against test datas for variance and, Have analysed the relation between the life-span of the piston and every influence factor.
5. Through analysing and research, summarize and publish the service lives of piston obey each 2 parameter Weibull distribute, To lose efficiency type belong to person who consume, Daqing long result synthesize dependability occupy the excellent conclusion by index by type piston.
.Have-proposed that the geometry "form ofthepiston and life-span influence on the piston of the size are great, Must be from improving designing, improve competence of making and improve airtight and rub the dependability of improving the piston of the respect, such as condition, etc. This thesis is only the discussion of some try nature, but studies and offers certain theory to consult for the dependability of the life-span of piston of mud pump of the well drilling.
1、综合国内外有关文献资料，对泥浆泵活塞使用寿命研究方面的方法和现状进行评述；结合油田实际要求，提出了本文的主要研究内容。
2、通过对大庆油田钻井现场的实际调查和统计，论述了泥浆泵活塞寿命的影响因素和主要的失效形式，对几种活塞失效形式的形成过程和机理进行了分析研究。
3、依据钻井现场采集的活塞使用寿命的数据，提出了活塞寿命的研究方法，采用数理统计方法对油田常用的三种泥浆泵活塞的寿命分布规律作了研究，确立了寿命分布模型，对可靠性指标进行了计算和分析。
4、通过对三种形式的活塞进行方差检验和秩和的比较以及对试验数据的项式拟合，分析了活塞寿命与各影响因素之间的关系。
5、通过分析研究，总结出了三种活塞的使用寿命均服从二参数威布尔分布，活塞的失效类型属耗损型，大庆地区钻井泥浆泵使用的长效型活塞综合可靠性指标居优的结论。提出了活塞的几何形状及尺寸大小对活塞的寿命影响极大，必须从改进设计、提高制造水平和改善密封和摩擦条件等方面提高活塞的可靠性。
本文所作的工作，为钻井泥浆泵活塞质量、寿命的工程评价，油田钻井现场设备的科学管理提供了理论参考。
The drilling mud pump is the indispensable main equipment in production of well drilling. The quality of the piston of a drilling mud pump has a strong influence on drilling speed, quality and cost. With the development of drilling techniques, its impact on them will become stronger and stronger. Therefore, how about be steady with raising the service lives of piston, how about be reliable method appraise piston quality and life-span science, Have important realistic meanings to mud pump experimental study, producing to make the use and management of the on-the-spot equipment of well drilling with the oil field. The main contents of the thesis are as f o11ows:
1. Synthesize domestic and international relevant document materials, observe to the research method of service life of piston of the mud pump and current situation ; Combine the oil field and require actually , have put forward the main research content of this text.
2. Through investigating and count actually , describe the influence factor to the well drilling scene of the Daqing oil field, Have analysed and research the forming process and mechanism in the form that several kinds of pistons lost efficiency.
3. The data of service life of,piston that gathered according to the well drilling scene, the research approach to put forward life-span of the piston, Adopt number pay attention to statistical method distribute law act as and study to oil field commonly used three a kind of mud pump the life-spans of pistons, Distribute models after establishing the life-span, calculate and analyse about the dependability index.
4. Through whether three kind the pistons of the form carry on examine and compare plan at multinomial against test datas for variance and, Have analysed the relation between the life-span of the piston and every influence factor.
5. Through analysing and research, summarize and publish the service lives of piston obey each 2 parameter Weibull distribute, To lose efficiency type belong to person who consume, Daqing long result synthesize dependability occupy the excellent conclusion by index by type piston.
.Have-proposed that the geometry "form ofthepiston and life-span influence on the piston of the size are great, Must be from improving designing, improve competence of making and improve airtight and rub the dependability of improving the piston of the respect, such as condition, etc. This thesis is only the discussion of some try nature, but studies and offers certain theory to consult for the dependability of the life-span of piston of mud pump of the well drilling.
引文
[1] 何霞，刘清友，金迅．7NB泥浆泵工作机理研究与运动学分析．西南石油学院学报，2003，25(6)：61-62
[2] 谷祖德，杨选国．钻井泵易损件的研究现状及发展趋势．石油钻探技术，1992，20(2)：53-57
[3] Edwin·C,LewislI，赵连禄译．挤伤—泥浆泵活塞失效的主要的影响．石油钻采机械，1983，(1)
[4] Edwin·C,LewisⅡ，赵连禄译．摩擦热对泥浆泵活塞和失效的影响．石油钻采机械，1982，(1)
[5] 西南石油学院，四川石油管理局钻井泵易损件摩擦磨损研究组．钻井泵缸套活塞高压性能试验及其失效跟踪观察分析
[6] 邵天敏．钻井泥浆泵橡胶活塞摩擦及温度特性的研究：[学位论文]．大庆：大庆石油学院
[7] 北京橡胶研究所．橡胶制品的现状和发展．橡胶工业，1975．(6)
[8] 北京橡胶研究所．胶料硬度对丁晴橡胶油密封性能的影响．润滑与密封，1977．(4)
[9] 戴中涛．摩擦磨损润滑学基础知识．润滑与密封，1980．(2)
[10] 万帮烈．石油矿场水力机械．北京：石油工业出版社，1990
[11] 张连山．我国钻井泵技术发展动向．石油机械，1987．(5)
[12] 张鹏云．冷却方式对泥浆泵活塞工作温度的影响．石油矿场机械，1992，21(6)：24-28
[13] 李敦迎，孔凡民，徐兴平．BW-250型泥浆泵树脂骨架橡胶活塞的研制．特种橡胶
制品，2003，24(1)：15-17
[14] 黄汉后，扬坤鹏，罗平亚．泥浆工艺原理．北京：石油工业出版社，1984
[15] Samuel L·Collier著．泥浆泵手册．1983
[16] 张勃立等．钻井泥浆泵摩擦特性的试验研究．大庆石油学院学报，1984，(2)：8-12
[17] 夏元白，蒋春梅，吕治忠．钻井泵活塞接触应力分析．西南石油学院学报，2004，26(1)：71-74
[18] 赵众．石油装备的可靠性指标及考核评定．石油机械，1992，(5)
[19] 吴福高．浅谈科研项目试验数据处理和控制精度评定方法．石油机械，1991，19(6)：48-58
[20] 李璗．常用数理统计方法．北京：中国科学院数学研究所．1974
[21] 范大茵．概率论与数理统计(第二版)．杭州：浙江大学出版社，2003
[22] 冯师颜．误差理论与实验数据处理．北京：科学出版社，1964
[23] 肖德辉．可靠性工程．北京：宇航出版社，1985
[24] 蒋仁言，左明健．可靠性模型与应用．北京：机械工业出版社，1999
[25] 金国梁等．可靠性与优化及其在石油工业中的应用．北京：中国科学技术出版社，1992
[26] 邓勃．数理统计方法在分析测试中的应用．北京：化学工业出版社，1984
[27] 董德元等．试验研究的数理统计方法．北京：中国计量出版社，1987
[28] [日]野中保雄著，高金钏译．可靠性数据的收集与分析方法．北京：机械工业出版社，1988
[29] 何旭初．计算数学简明教理．北京：人民教育出版社，1980
[30] 马逢时．应用概率统计．北京：高等教育出版社，1990
[31] 张个华．C语言数值算法．北京：海洋出版社，1993
[32] 丁建报．三缸钻井泵液力端工作状态的研究．石油机械，1987，(8)：8-10
[33] 丁建报．三缸钻井泵液力端工作状态的研究(续)．石油机械，1987，(9)，13-15
[34] 姚敏．钻井泵活塞与阀的试验研究．石油钻采机械通讯，1980．(3)：23-26
[35] 石安富．工程塑料．上海：上海科学技术出版社，1985
[36] 胜利油田石油勘探开发工艺研究所．关于钻井泥浆泵液力端的部分改进，1975
[37] Edwin·C,LewisⅡ.Mud Pump Failure Analysis. Petrolum Engineer, 1981 53(12)
[38] 朱清澄．三缸单作用泥浆泵的效率及其失效．钻采工艺，1980．(3)：12-15
[39] 石油勘探开发科学研究院机械所．关于三缸单作用泵易损件尺寸规定
[40] 陈理中等译．美国钻井手册．石油工业出版社．1986
[41] 费鹤良．产品寿命分析方法．国际工业出版社北京，1988
[42] 张祖明．推力滑动轴承的加速磨损试验和可靠性研究．应用数学学报，1996，14(2)
[43] 孙毅刚．液压泵可靠性试验方法研究．中国民航学院学报，2000，18(1)：6-9
[44] 陆旋．数理统计基础．北京：清华大学出版社，1998
[45] 陆旋．应用统计．北京：清华大学出版社，1999
[46] 金光炎等．工程数据统计分析．北京：东南大学出版社，2002
[47] 蒲俊，吉家锋．MATLAB工程数学解体指导．上海：浦东电子出版社，2001
[48] 张志涌等．精通MATLAB 6．5版．北京：北京航空航天大学出版社，2003
[49] Chartfield C. The analysis of timeseries: An Introduction 2end.London,New York: Chapman and Hall,1980
[50] Wong K L. The Bathtub and Flat Earth Society.IEEE Transactions Reliability, 1989,38(4): 403-404
[2] 谷祖德，杨选国．钻井泵易损件的研究现状及发展趋势．石油钻探技术，1992，20(2)：53-57
[3] Edwin·C,LewislI，赵连禄译．挤伤—泥浆泵活塞失效的主要的影响．石油钻采机械，1983，(1)
[4] Edwin·C,LewisⅡ，赵连禄译．摩擦热对泥浆泵活塞和失效的影响．石油钻采机械，1982，(1)
[5] 西南石油学院，四川石油管理局钻井泵易损件摩擦磨损研究组．钻井泵缸套活塞高压性能试验及其失效跟踪观察分析
[6] 邵天敏．钻井泥浆泵橡胶活塞摩擦及温度特性的研究：[学位论文]．大庆：大庆石油学院
[7] 北京橡胶研究所．橡胶制品的现状和发展．橡胶工业，1975．(6)
[8] 北京橡胶研究所．胶料硬度对丁晴橡胶油密封性能的影响．润滑与密封，1977．(4)
[9] 戴中涛．摩擦磨损润滑学基础知识．润滑与密封，1980．(2)
[10] 万帮烈．石油矿场水力机械．北京：石油工业出版社，1990
[11] 张连山．我国钻井泵技术发展动向．石油机械，1987．(5)
[12] 张鹏云．冷却方式对泥浆泵活塞工作温度的影响．石油矿场机械，1992，21(6)：24-28
[13] 李敦迎，孔凡民，徐兴平．BW-250型泥浆泵树脂骨架橡胶活塞的研制．特种橡胶
制品，2003，24(1)：15-17
[14] 黄汉后，扬坤鹏，罗平亚．泥浆工艺原理．北京：石油工业出版社，1984
[15] Samuel L·Collier著．泥浆泵手册．1983
[16] 张勃立等．钻井泥浆泵摩擦特性的试验研究．大庆石油学院学报，1984，(2)：8-12
[17] 夏元白，蒋春梅，吕治忠．钻井泵活塞接触应力分析．西南石油学院学报，2004，26(1)：71-74
[18] 赵众．石油装备的可靠性指标及考核评定．石油机械，1992，(5)
[19] 吴福高．浅谈科研项目试验数据处理和控制精度评定方法．石油机械，1991，19(6)：48-58
[20] 李璗．常用数理统计方法．北京：中国科学院数学研究所．1974
[21] 范大茵．概率论与数理统计(第二版)．杭州：浙江大学出版社，2003
[22] 冯师颜．误差理论与实验数据处理．北京：科学出版社，1964
[23] 肖德辉．可靠性工程．北京：宇航出版社，1985
[24] 蒋仁言，左明健．可靠性模型与应用．北京：机械工业出版社，1999
[25] 金国梁等．可靠性与优化及其在石油工业中的应用．北京：中国科学技术出版社，1992
[26] 邓勃．数理统计方法在分析测试中的应用．北京：化学工业出版社，1984
[27] 董德元等．试验研究的数理统计方法．北京：中国计量出版社，1987
[28] [日]野中保雄著，高金钏译．可靠性数据的收集与分析方法．北京：机械工业出版社，1988
[29] 何旭初．计算数学简明教理．北京：人民教育出版社，1980
[30] 马逢时．应用概率统计．北京：高等教育出版社，1990
[31] 张个华．C语言数值算法．北京：海洋出版社，1993
[32] 丁建报．三缸钻井泵液力端工作状态的研究．石油机械，1987，(8)：8-10
[33] 丁建报．三缸钻井泵液力端工作状态的研究(续)．石油机械，1987，(9)，13-15
[34] 姚敏．钻井泵活塞与阀的试验研究．石油钻采机械通讯，1980．(3)：23-26
[35] 石安富．工程塑料．上海：上海科学技术出版社，1985
[36] 胜利油田石油勘探开发工艺研究所．关于钻井泥浆泵液力端的部分改进，1975
[37] Edwin·C,LewisⅡ.Mud Pump Failure Analysis. Petrolum Engineer, 1981 53(12)
[38] 朱清澄．三缸单作用泥浆泵的效率及其失效．钻采工艺，1980．(3)：12-15
[39] 石油勘探开发科学研究院机械所．关于三缸单作用泵易损件尺寸规定
[40] 陈理中等译．美国钻井手册．石油工业出版社．1986
[41] 费鹤良．产品寿命分析方法．国际工业出版社北京，1988
[42] 张祖明．推力滑动轴承的加速磨损试验和可靠性研究．应用数学学报，1996，14(2)
[43] 孙毅刚．液压泵可靠性试验方法研究．中国民航学院学报，2000，18(1)：6-9
[44] 陆旋．数理统计基础．北京：清华大学出版社，1998
[45] 陆旋．应用统计．北京：清华大学出版社，1999
[46] 金光炎等．工程数据统计分析．北京：东南大学出版社，2002
[47] 蒲俊，吉家锋．MATLAB工程数学解体指导．上海：浦东电子出版社，2001
[48] 张志涌等．精通MATLAB 6．5版．北京：北京航空航天大学出版社，2003
[49] Chartfield C. The analysis of timeseries: An Introduction 2end.London,New York: Chapman and Hall,1980
[50] Wong K L. The Bathtub and Flat Earth Society.IEEE Transactions Reliability, 1989,38(4): 403-404