論油田機(jī)械設(shè)計(jì)與現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的辯證統(tǒng)一

胡吉泉 王喆 陳松(中國石油渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124000)

本文主要對(duì)我國傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，并對(duì)各種現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和手段在我國油田系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

1 油田機(jī)械設(shè)計(jì)

在我國傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)中，采用一些簡(jiǎn)單的工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖等工作，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)本身，工作人員無法做到對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的動(dòng)態(tài)控制，只能對(duì)其進(jìn)行一系列靜態(tài)分析和研究，而對(duì)于設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各種偏差和誤差，只能通過加大安全系數(shù)來進(jìn)行調(diào)整。這種油田機(jī)械設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)人員之間的信息溝通和協(xié)調(diào)配合均有很大的提升空間。隨著我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，各種現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和手段層出不窮，在很大程度上提高了我國的油田機(jī)械設(shè)計(jì)整體水平。

2 現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)在石油機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)充分利用了傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)法和類比法，將各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、有限元法設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、工程遺傳算法等各種現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法和手段結(jié)合起來，既來源于傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)，又優(yōu)于傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)。而各種現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)本身也隸屬于整個(gè)油田機(jī)械設(shè)計(jì)，二者的相互融合和綜合利用在很大程度上提升了我國油田機(jī)械設(shè)計(jì)的整體水平。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法在油田機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和凸顯的意義。

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在我國油田機(jī)械設(shè)計(jì)中，最常用的一種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法就是優(yōu)化設(shè)計(jì)。它的優(yōu)化對(duì)象既可以是整個(gè)復(fù)雜的油田機(jī)械系統(tǒng)，也可以是某個(gè)具體的構(gòu)造或零件。由于油田機(jī)械系統(tǒng)包括著十分復(fù)雜的注水系統(tǒng)、采油系統(tǒng)等，因此，同優(yōu)化局部具體的構(gòu)造和零件相比，對(duì)整個(gè)油田機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化具有更加顯著的效果。

2.2 有限元法設(shè)計(jì)

有限元法設(shè)計(jì)也是一種重要的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)方法。有限元法的設(shè)計(jì)對(duì)象范圍很廣，能夠?qū)Ω鞣N厚度突變、復(fù)雜的幾何體以及不規(guī)則的物體進(jìn)行應(yīng)力分析，還能夠很好地解決各種材料非線性以及幾何非線性的問題。在油田機(jī)械設(shè)計(jì)中常常涉及到很多受力復(fù)雜的非線性的問題，采用有限元法就能克服這種復(fù)雜情況，進(jìn)行有效科學(xué)地機(jī)械設(shè)計(jì)。

2.3 可靠性設(shè)計(jì)

在油田機(jī)械設(shè)計(jì)中還經(jīng)常用到現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法中的可靠性設(shè)計(jì)。衡量油田系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)就是油田機(jī)械產(chǎn)品的可靠性。它是油田機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要屬性，為了保證油田工程的高效安全生產(chǎn)，保證工作人員的人身安全，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)油田機(jī)械系統(tǒng)的可靠性分析和設(shè)計(jì)。在油田機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)、維修和研發(fā)等一系列設(shè)計(jì)過程中，將關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品的耐久性、無故障性以及可維修性的可靠性技術(shù)綜合考慮進(jìn)來，能夠在很大程度上優(yōu)化油田的機(jī)械設(shè)計(jì)。

2.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

創(chuàng)新設(shè)計(jì)即在各種經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證可行的、現(xiàn)有的理論知識(shí)和技術(shù)技能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員跟根據(jù)實(shí)際需求，充分運(yùn)用自己的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，從而設(shè)計(jì)出全新的產(chǎn)品和新鮮事物。油田機(jī)械設(shè)計(jì)也應(yīng)該用發(fā)展的眼光，鼓勵(lì)和推進(jìn)各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)。對(duì)于一些不合時(shí)宜的設(shè)備和產(chǎn)品及時(shí)更換，逐步實(shí)現(xiàn)油田機(jī)械的智能化、集約化和自動(dòng)化。不斷重視并加強(qiáng)油田機(jī)械設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，能夠明顯提升油田產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生效率和經(jīng)濟(jì)效益。在我國油田技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的代表之一就是DBS數(shù)控變頻電動(dòng)石油鉆機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)。

2.5 智能設(shè)計(jì)

我過國現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)中一項(xiàng)十分重要的設(shè)計(jì)就是智能設(shè)計(jì)，智能設(shè)計(jì)是為了研制一種智能結(jié)構(gòu)的、仿生的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以便更好地提高生產(chǎn)性能、降低能源消耗、提高結(jié)構(gòu)安全性能，同時(shí)減輕產(chǎn)片自重等，也稱為智能工程。油田機(jī)械大多運(yùn)行強(qiáng)度較高、負(fù)載較大、機(jī)器設(shè)備本身比較笨重，而智能化的設(shè)計(jì)體系由于具有執(zhí)行器和控制器、集成傳感器，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)健康進(jìn)行自我診斷，因此能夠很好的適應(yīng)環(huán)境，并且能夠及時(shí)對(duì)油田機(jī)械系統(tǒng)的損傷進(jìn)行自我修復(fù)和愈合，這些智能功能使得油田機(jī)械設(shè)計(jì)邁進(jìn)了一個(gè)更高的層次，而且隨著現(xiàn)代化智能技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，油田機(jī)械系統(tǒng)的智能化管理和應(yīng)用也逐漸成為趨勢(shì)。例如智能電動(dòng)鉆機(jī)比起傳統(tǒng)的鉆機(jī)大大提高了油田系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.6 綠色設(shè)計(jì)

在油田機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、廢水、噪音等，另外，油田機(jī)械在生產(chǎn)運(yùn)行中還不可避免地發(fā)生熱輻射以及泄露現(xiàn)象，無論是從環(huán)境污染方面，還是能源損耗方面來看，都形成了較為嚴(yán)峻的形勢(shì)。對(duì)油田機(jī)械設(shè)計(jì)加強(qiáng)綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)和制造具有十分顯著的意義。通過加強(qiáng)對(duì)油田機(jī)械設(shè)備原材料的控制、限制排放污染物、加強(qiáng)密封技術(shù)、防止泄露等一系列的綠色設(shè)計(jì)和控制，能夠有效促進(jìn)油田機(jī)械的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

我國傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)比較凸顯出手工設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)本身，主要采用經(jīng)驗(yàn)式和類比式的機(jī)械設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，油田系統(tǒng)的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的油田機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行優(yōu)化、改革和更新，在很大程度上提升了我國油田機(jī)械設(shè)計(jì)的整體水平。

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