石油钻机维护周期多目标优化

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1、石油机械．-——46．-——CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第4期．．设计计算石油钻机维护周期多目标优化王长建华剑(长江大学机械工程学院)摘要为提高钻机利用率，最大限度降低维护成本，提高钻井作业的经济效益，提出了现代石油钻机的维护策略。首先按照钻机维护周期的结构，分析了确定维护周期的方法。然后依据ZJ90钻机首次故障数据分布进行最小二乘拟合，确定了故障分布规律比较符合威布尔分布，以此提出了钻机维护周期的多目标数学模型。最后利用多目标遗传算法，对钻机维护周期进行了多目标优化，确定了钻机多目标下的最佳维护周期。关键词钻机维护周期多目标优化

2、数学模型或恢复到最合适的可靠性、可用度和安全性能。维0引言护保养周期应根据钻机使用维护的实际情况，收集使用维护的各种数据，分析钻机各子系统的使用标工程系统在使用过程中受载荷和环境作用，其准及故障出现的规律等多种因素综合确定。笔者基组成部分不可避免地出现退化、故障及失效，维修于对安全性、经济性和最大有效度等多种因素的考可以使工程系统保持其安全性、可靠性和生产质虑，确定了合理的维护保养周期。量，节约全寿命成本，提高服役效率，延长使用寿1．1根据安全性要求确定钻机维护周期命]。维修包含维护和维修2个方面，维护的目的钻机在运行期间技术状态始终是变化的，其故是保持机械系统正常

3、工作时不出事故或延迟故障发障按性质分为突发性与渐发性2种。突发性故障是生J。随着石油天然气开发的发展，人们对钻机偶然的、随机的，与机械使用时间无关。渐发性故维护的要求越来越高，传统的依靠维护人员经验维障是由零部件磨损、老化形成的，与机械使用时间有护的方法已不能适应现代化钻机维护的客观要求。关。由于突发l生故障与时间无关，所以无法通过维护为了使现代化的石油钻机获得及时、有效而经济的保养来预防，渐发性故障可通过合理维护保养减少维护，除了继续深入研究钻机的故障机理、故障诊发生的概率，从而提高钻机的可靠性及使用效率。断和具体的维护方法与技术外，还要全面考虑维护1．2根据最大

4、有效度确定钻机维护周期的效果、故障维护成本、预防维护成本、运作时间当优化目标为系统的有效度时，问题的主要矛等因素。石油钻机最佳维护周期的确定和执行可以盾在于维护次数的增加使相应的停机时间也增加，保持现场钻机处于良好状态，提高钻机利用率，延但另一方面，又能使因故障而造成的停机时间减长钻机使用寿命。这是钻井公司提高经济效益，增少。因此，维护周期的计算应在两者之间取得最佳强竞争能力的重要保证，同时也可使维护部门减少的平衡，既要考虑到不因增加维护而使停机时间上人力、物力消耗，对优化维护资源，最大限度地降升过多，又要考虑到增加维护可使故障发生次数及低维护成本及提高经济效益均具

5、有一定的参考价值。相应的维护停机时间减少的积极作用，在两者之间寻求一个决策者可以接受的平衡点。1石油钻机维护策略1．3根据经济性确定钻机的维护周期维护越频繁，意外的故障就越少。但另一方有效的维护策略可以减少石油钻机使用过程中面，由于维护作业本身支出的费用以及由于维护而的停工次数和降低维护成本。维护策略优化是以尽停机所造成的损失也要上升。因此维护工作量安排可能低的因系统劣化带来的维护费用，使系统保持得过多或是过少都不合适，在生产实际中必须确定2011年第39卷第4期王长建等：石油钻机维护周期多目标优化-——47-——产生经济效果最好的预防维护工作量，也称“最佳预防维护

6、工作量”或“最佳预防维护方案”。)=mItJ．m-iexp[一(音)]2石油钻机故障规律统计分析1．30t一1(1689．．01、＼1689．01)，叭唧l一(＼1689．01)，m1l只有明确了石油钻机故障分布规律，才能确定其故障率为：其最佳维护周期。表1为某钻井公司20台zJ90型钻机首次故障时间的统计情况。=詈(=()叭表l某钻井公司20台zJ9o型钻机首次故障时间统计序号首次故障时间／h序号首次故障时间／h186411842213671232133467134376480o1414365400158596789162467首次故障时间／h7467l74l76

7、图1故障发生时间样本分布函数82481821389687l96421Ol245203482表1的数据是一组随机数据，没有一定的规律和次序，因此必须经过处理与分析，才能显示其内在的规律性。表中最大值为4376，最小值为248，极差为4128。首次故障时间／h根据经验公式=1+3．31gn确定故障数据分图2故障样本密度函数组：=1-I-3．31920=5．293，取整数6，组距At=(4376—248)÷6=688。故障数据处理见表2。表2故障数据处理次故障时问／h图3故障率曲线3钻机维护周期的多目标优化3．1钻机维护周期的多目标模型对钻机首次故障时间数据分布进行最