Q-CNPC 81-2003 抽油泵可靠性评定规范.pdf.pdf

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1、 Q / C N P C 中国石油天然气集团公司企业标准 Q / C N P C 8 1 -2 0 0 3 抽油泵可靠性评定规范 2 0 0 3 一 0 4 一 2 1 发布 2 0 0 3 一 0 7 一0 1 实施 中国石油天然气集团公司发 布 Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 目次 前言 ， fu 范围 1 规范性引用文件 “ . “ “ 1 术语、符号与缩略语 一1 术语 ， 1 符号 ， ， 1 缩略语 ， ， ， 2 故障分类与判据 ， ， 2 概述 2 . 1 抽油泵故障定义 2 33132门j jqJq月4 . 2 与 抽 油 泵 可 靠 性 有 关的 要 素 “

2、2 故障分类 2 故障模式 ， 3 异常故障数据的 剔除 3 抽样 3 抽样对象 ， ， ， 3 抽样方式 ， 4 样本容量 ， 4 可靠性评定指标 . . . 4 可靠性指标体系的确定 4 . 1 原则 4 . 2 可靠性指标体系 4 可靠性指标的 计算 4 . 1首 次 故障 前 平均 工 作 时 间M T T F ， “ “ “ “ “ “ 4 月qq : : 551525.3 勺.目IJI 曰产0了0了0 6. 2 6. 2 6 . 2 . 2 故障 率A 5 6 . 2 . 3 平 均无 故 障 工 作 时 间M T B F . 5 6 . 2 . 4 可靠度 R 5 6 . 2 .

3、 5 平均修复时间M T T R 5 6 . 2 . 6 有效度 A ， 6 7 抽 油 泵 故障 数据 的 收 集 和 整 理 . . . . . 6 7 . 1 目的 ， 。 ， 6 7 . 2 故障数据的来源 6 7 . 2 . 1 可靠性数据 从抽油泵研制和生产试验中获得 6 7 . 2 . 2 可靠性数据 从抽油泵服役运行中获得 6 7 . 3 可靠性测定试验 “6 7 . 3 . 1 目的 ， 6 7 . 3 . 2 试验要求和方法 6 7 . 3 . 3 试验方案 ， ， 6 I Q/ C NP C 8 1 -2 0 0 3 7 . 4 现场数据的收 集与整理 ， 6 7 . 4

4、 . 1 目的 ， 6 7 . 4 . 2 收集与整理方法 ， ， ， 6 7 . 5 数据分布特征值的点估计和区间估计方法 ， 7 7 . 6 数 据 统 计 分 布 模 型的 确 定 ” “ “ “ “ 7 7 . 7 抽油泵工作时间的 表示 ， 7 8 考核指标值的 分析与评定 7 附录 A( 资料性附录) 抽油泵常见故障形式及其记录格式 8 附录B( 资料性附录) 抽油泵可靠性指标计算示例 1 0 参考文献 ， ， 。 1 2 Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 前言 本标准的附录A、附录B是资料性附录。 本标准由中国石油天然气集团公司质量安全环保部提出。 本标准由全国石油

5、钻采设备和工具标准化技术委员会归口。 本标准起草单位:大庆石油学院。 本标准参加起草单位:大庆石油股份有限公司。 本标准主要起草人:张玉斌、何文新。 Q / C N P C 8 1 -2 0 0 3 抽油泵可靠性评定规范 1 范围 本标准为有杆抽油泵设计、制造、使用和维修领域提供可靠性和维修性评估指南，给出了抽油泵 故障判据，可靠性数据抽样方式、数据采集与整理方法以及可靠性统计模型的推断方法。 本标准适用于从油井抽汲井 液用各类有杆抽油泵 ( 以 下简称抽油泵)的可靠性评定。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单 (

6、 不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方 研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注 日 期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 G B / T 3 1 8 7 可靠性、 维修性术语 G B / 1 4 0 8 6 . 2统 计分 布 数 值 表 扩分 布 G B / 1 4 0 8 6 . 4 统计分布数值表 F分布 G B / 1 5 0 8 0 . 1 -1 9 8 6 设备可靠性试验 总要求 G B / 1 5 0 8 0 . 4 -1 9 8 5 设备可靠性试验 可靠性测定试验的点枯计和区间估计方法 ( 指数分布) G B / 1 5 0 8

7、0 . 6 -1 9 %设备可靠性试验 恒定失效率假 设的有效性检验 G B / T 1 8 6 0 7 抽油泵及其组件规范 S Y / T 5 0 5 9 -2 0 0 0 组合泵筒管式抽油泵 S Y / T 6 1 5 5 -1 9 9 5 石油装备可靠性考核评定规范编制导则 S Y / T 6 4 9 4 -2 0 0 0 石油天然气工业 设备可靠性和维 修数据的采集与交换 Q / C N P C 8 0 -2 0 0 3 抽油杆可靠性评定规范 3 术语、符号与缩略语 3 . 1 术语 由 G B / 1 3 1 8 7 , S Y / F 6 1 5 5 -1 9 9 5 , S Y

8、/ T 6 4 9 4 -2 0 0 0和 Q/ C NP C 8 0 -2 0 0 3 确立的术语和定义 适用于本标准。 3 . 2符号 本标准所采用的符号如下: A 或 A ( c ) 抽油泵有效度的 真值; M 仁 或M ( a ) 抽油泵平均修复时间的真 值; R 或 R ( z ) 抽油泵可靠度的 真值; T 到规定的截止时间抽油泵累计工作时间; 入 抽油泵稳态有效度的 点估计值; 众 ( 或M T T R ) 抽油泵的 平均修复时间的点估计值; p 抽油泵可靠度的 点估计值; 凡 ( v i , v 2 ) 自由度分别为 V I , v 2 ，置信水平为 P ( 概率)的 F分布下

9、侧分位点，由 G B / 1 4 0 8 6 . 4 中查取; T “ 到规定的截止时间抽油泵的累计维修时间; Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 T , 到规定的 截止时间抽油泵首次发生故障 前的累计工作时间; m 抽油泵平均工作时间 ( m F 或m) 的真值; n 样本容量 ( 受试抽油泵数或试验次数) ; r 到规定的截止时间 抽油泵出现的总关联故障数 ( 不计轻微故障) ， 当r = 0 时 取其为1 ; m F 抽油泵平均首次故障 时间 ( 或称平 均工作时间)的点估计; m 平均无故障 工作时间 ( 或称平均工作时间)的 点估计值; r , 到 规 定 的 截 止 时

10、间 抽油 泵 中 出 现 的 首 次 关 联 故 障 数， 当 = 。 时 取 其 为1 ; 二 到规定的截止时间 抽油泵出现的总维修次数，当; “ = 0 时取其为1 ; t , 评定截止时间; x 或A ( t ) 7 抽油泵故障 率的真值; x 抽油泵故障率的点估计值; 游 ( 。 ) 自 由 度 为二 、 置 信 水 平 为p( 概 率) 的扩分 布的 下侧 分 位 点， 由G B / I 4 0 8 6 . 2 中 查取。 3 . 3 缩略语 MT B F 平均无故障工作时间。 MT T F 一首次故障 前平均工作时间。 MTT R 平均修复时间。 4 故障分类与判据 4 . 1橄

11、还 4 . 1 . 1 抽油泵故障 定义 抽油泵在规定的使用条件下和规定的使用期限内，不能工作，或工作不稳定，或功能发生显著退 化等称其为故障。 4 . 1 . 2 与抽油泵可靠性 有关的要素 a )设计:要求 、性能、结构与造型的确定，互换性、经济性、安全系数、减额使用、寿命试验 与寿命的推断、 环境条件的 推断、 人机工程学; b )制造:原材料试验、生产设备的保养维护、质量管理 ( 工序管理、工序能力调查、工序管理 方法)与检验 ( 中间检验、 保证检验、出 厂检验及调整)及生产人员培训; c ) 使用: 使用或操作方法、 工作制度、 操作人 员培训、 环境条件; d )维修:维修方法、

12、维修工具、故障发现的方法和处理、备件管理 ( 获得和库存方法、更换和 报废标准) 及维修人员训练; e )环境:包装、运输、贮存及使用环境。 4 . 2 故障分类 根据抽油泵故障性质及其造成的危害程度，将故障分成四类，分类原则见表 1 ，并以组合泵筒管 式抽油泵故障示例加以说明。 表 1 抽油泵故障分类原则 故 障类 别分 类 原 则 致命故障抽油泵完全丧失规定功能，需要打捞作业的故障 n 严重故障抽油泵严重丧失规定功能，需要检泵作业的故障 故 障 举 例 上阀罩、泵筒、泵接头及柱塞断裂， 脱泵、脱塞等 卡泵、柱塞弯曲变形及阀副破碎等 Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 表 1(

13、续) 故 障类 别分 类 原 则故 障举 例 m一般故障 抽油泵部分丧失规定功能，可维持油井生产，但 泵效降低的故障 柱塞表面偏磨 ，阀座结蜡或结砂等 W 轻微故障 抽油泵丧失较小规定功能，不影响油井正常生产 的故障 柱塞表面擦伤，阀副及柱塞轻度腐 蚀等 4 . 3 故障模式 抽油泵的 故障 模式见表2 ， 在每一故障 模式下常 见故障 形式见附录A ， 并以组合泵筒管式抽油泵 作为示例说明。 表2 抽油泵故障模式 故 障 模 式 定义示例 静强度断裂单纯由于负荷过重而引起的破坏上阀罩过载断裂等 脆性破坏 在静态负荷状态下强度 ( 在没有明确的可逆变化的情 况下发生)的变化;由于温度而引起的强

14、度变化 阀球表面脆性破裂等 不稳定 由于外界应变能量而引起的抽油泵内部运动性能不正 常 由于砂、蜡、水、气、粘度的影响使游 动、固定阀打不开或关不严等 蠕变随着时间的推移变形增大上阀罩扩张变形，泵柱塞弯曲等 腐蚀 由于化学气氛而引起的时效变化，由于反复的应力作 用，腐蚀将增大 阀球、阀座及衬套、柱塞表面镀层腐蚀 脱落等 磨损仅指由于机械运动而引起的形状改变衬套与柱塞以及阀球与阀座的磨损等 疲劳由于反复应力的作用而引起的破坏上阀罩或泵工作筒连接螺纹疲劳断裂等 粘附机械装配、工作时的附着障碍阀副结蜡或卡，柱塞砂卡等 4 . 4 异常故障数据的剔除 4 . 4 . 1 只有关联故障可计人抽油泵故障

15、数。而非关联故障包括下列情况: a )误用故障:不按规定条件使用产品而引起的失效，如不按规定包装、贮存、运输、装卸、现 场不合理排放或不正确吊卡等引起的失效; b ) 从属故障: 由于另一个产品 失效而引起的失效， 如因 地面抽油设备或抽油泵故障导致检泵作 业 ; c )人为故障:如不按规定包装、贮存、运输、装卸、现场不合理排放或不正确吊卡等引起的故 障。 4 . 4 . 2 在可靠性评定过程中， 对所发生的关联故障应按4 . 2 , 4 . 3 所规定的 原则进行分类。 如某一故 障导致关联故障发生，则以最终发生的故障划分类别。 5 抽 样 5 . 1 抽样对象 对于制造单位评定的抽油泵应是

16、按 G B/ 1 1 8 6 0 7 和S Y/ 1 5 0 5 9 制造、经质量监督部门验收合格的 抽油泵; 对于 现场评定的抽油泵应是按使用说明书要 求、 油井规定工作参数和 正常使用工况下工作的 抽油泵。长期超载或过低载荷下运行的抽油泵不考虑在内。 Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 5 . 2 抽样方式 根据制造单位提供的抽油泵库存或销售清单进行随机抽样。 5 . 3 样本容f 置信水平与样本容量无关。对于制造单位， 一般按小故障数 ( 3 0 一4 0 )情形抽取， 推荐按批量产 品的1 0 %-1 5 %进行， 但抽取样本容量的 绝对数量应保证在上述范围内。对于使用单位

17、， 在条件允 许的情况下，建议按大故障数 ( 不少于4 0 )情形抽取，以有利于对数据统计模型的检验。 6 可命性评定指标 抽油泵总体可靠性是通过各种数量指标，即可靠性特征量来表示。其真值是理论上的数值，实际 上是未知的。在理论研究和具体估算时，可靠性特征量均通过对研究对象总体的抽样进行估计，其数 值与 所能利用的数值、 数据的 来源、处理方法以 及某些专门的 假定条件有关。 6 . 1 可靠性指标体系的确定 6 . 1 . 1 原则 所确定的可靠性指标应能反映抽油泵如下特征: a )同型号、同尺寸抽油泵的总体平均寿命及其离散程度; b ) 抽油泵在某工作 期限内， 故障概率不超过 某规定值的

18、置信度; C ) 抽油泵在工作某一时间后的故障概率; d ) 按要求工作的故障概率， 抽油泵可能工作的时间。 6 . 1 . 2 可命性指标体系 为全面描述抽油泵工作可靠性，推荐选用的可靠性指标包括如下几种。 6 . 1 . 2 . 1 可靠性寿 命指 标: a )首次故障前平均工作时间M T T F ; b )平均无故障工作时间 MT B F , 6 . 1 . 2 . 2 狭义可靠性指 标: a )可靠度 R ( t ) ; b )故障率l ( t ) . 6 . 1 . 2 . 3 维修性指标; 平均修复时间M T T R , 6 . 1 . 2 . 4 广义可靠性指标:有效度 A (

19、t ) . 6 . 2 可命性指标的 计算 在计算抽油泵可靠性特征量点估计和置信限之前，应按 7 . 6 对恒定故障率有效性的假设作出检 验。下面给出的是在定数截尾试验方式下计算抽油泵可靠性特征量观测值的公式。 6 . 2 . 1 首次故障前平均工作时间MM a )点估计: 爪 一T ,m F = -r, 一 :( 一 r , ) t , + 艺t , , / r , 式中: t ri 第 i 台 抽油泵首次故障前的 实际 工作时间。 b )区间估计 : 置信水平为 9 0 %的单边置信区间的下限为: m mF 2r , X o . 9 o ( 2 r r ) 或m 2 Tr X o .9 o

20、 ( 2 二 二 ) ( 2 ) 置信水平为9 0 %的双边置信区间为: Q / C N P C 8 1 -2 0 0 3 2 r r m 2r X o .9 o ( 2 r ) 或m m 2T X20 .9 o ( 2 r ) 置信水平为9 0 %的双边置信区间为: 2r X 0 . 9 5 ( 2 二 ) n一r 。一r+( r+1 ) F o . 9 o ( v t , v 2 ) 其中: v t = 2 ( r + l )和v 2 = 2 ( n 一 r ) 0 置信水平为9 0 % 的可靠度双边置信区间为: 不 不 石 n - rn - r + ( r + 1 ) F o .95 (

21、 v t 一 v 2 ) ( 1 1 ) ( i z ) 6 . 2 . 5 平均修复时间MTT R a )点估计 : Q/ C N P C 8 1 -2 0 0 3 T 右， 右， cvi = 了 = 白r / 白r ( 1 3 ) 式中: r ; 到 规定的截止时间抽油泵相邻关联故障间隔内的实际维修时间; 乙到规定的截止时间抽油泵进行的实际维修次数。 b )区间估计:置信水平为9 0 %的M 双边置信区间计算式同6 . 2 . 3 ，但需将式 ( 8 )和式 ( 9 )中 的 m 替换为众 , m替换为M 即可。 6 . 2 . 6 有效度 A 取其稳态有效度 ( 即当 t -时)的点估计为: A=爪/(爪+S 4 ) ( 1 4 ) 7 抽油泵故障数据的收集和整理 7 . 1 目的 a )为调查抽油泵工作可靠性水平提供 数据， 并由 此能使其预计的 可靠性特性与现场数据相比 较， 从而改进今后的预测; b )为改进现有的和 将来研制抽油泵的可靠性提供数据; c ) 为维修工作的组织、 管理 ( 维护、 修理、维修人员的配备、