VARCO頂驅(qū)常見故障診斷及解決方法

唐有勝

（中國石油川慶鉆探國際工程公司，成都610051） ①

VARCO頂驅(qū)常見故障診斷及解決方法

唐有勝

（中國石油川慶鉆探國際工程公司，成都610051）①

VARCO TDS－11SA型頂驅(qū)系統(tǒng)的常見故障、特殊故障及報警信息進行了分析并做出合理的診斷，找出了故障原因，以便有效及時地解決問題，盡快恢復鉆井，將故障的經(jīng)濟損失降到最低。

頂部驅(qū)動；故障診斷；解決方法

頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)是取代轉(zhuǎn)盤鉆進的新型石油鉆井系統(tǒng)，它的出現(xiàn)是鉆井裝備上的一項重大革新。頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)可以用立根為單元鉆進，提高了鉆井速度，最根本的優(yōu)越性是在起下鉆過程中，動力始終與鉆具連在一起，遇阻、遇卡時可迅速旋轉(zhuǎn)鉆具，接通泥漿進行劃眼作業(yè)，化解鉆井事故。該系統(tǒng)顯著提高了鉆井作業(yè)的能力和效率，并已成為石油鉆井行業(yè)的標準產(chǎn)品。VARCO頂驅(qū)系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，其出現(xiàn)的故障也是多種多樣。本文以TDS－11SA型頂部驅(qū)動鉆井裝置為例，分析各類常見故障并找出相應的解決辦法［1－6］。

TDS－11SA型頂驅(qū)主要由水龍頭－鉆機總成、電機冷卻系統(tǒng)、滑動架和導軌、管子處理器、平衡系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 TDS－11SA型頂驅(qū)結(jié)構(gòu)

1 常見故障

1.1 轉(zhuǎn)動方向錯誤

如果轉(zhuǎn)動方向錯誤，先看是否正確選擇了“正反轉(zhuǎn)開關(guān)”；如果不是，將手輪轉(zhuǎn)到OFF檔，改變方向，然后將手輪轉(zhuǎn)到ON檔，繼續(xù)作業(yè)。如果手輪方向正確，則：①確認“正反轉(zhuǎn)開關(guān)”的功能是否正常；②確認PLC的輸入信號是否正確；③確認變頻器的輸入是否正確；④在改變方向前，手輪是否轉(zhuǎn)到OFF檔位；⑤如果問題解決，繼續(xù)鉆進；否則通知頂驅(qū)現(xiàn)場服務人員。

1.2 轉(zhuǎn)速和扭矩不穩(wěn)定問題

將頂驅(qū)脫離鉆柱。如果情況依舊，檢查輸入信號和電壓表的機械狀態(tài)；如果問題沒有改變，則重新檢查鉆井設計和機械方面的原因。如果問題解決，則繼續(xù)作業(yè)。如果沒有解決，則嘗試同管子處理機構(gòu)相互作用扭矩。如果扭矩合適，則檢查編碼器；如果不合適，則：確認在PLC處的電壓信號；檢查電纜和接線；連接電腦和PLC并確認信號；檢查變頻器參數(shù)；如果問題解決，則繼續(xù)作業(yè)，否則通知現(xiàn)場服務人員。

1.3 剎車故障

1） 剎車不能松開，但剎車指示燈不亮，則：檢查機械原因；檢查液壓原因。

2） 剎車不能松開，但剎車指示燈亮，則：將‘剎車開關(guān)’轉(zhuǎn)到ON，然后再轉(zhuǎn)到OFF。

3） 剎車是否恢復正常；如果不正常，則檢查變頻器故障；如果還不能查到，則檢查PLC和電路；剎車打滑＜41.4kN·m，則：檢查油壓；檢查剎車片；如果剎車不能夾緊，則：檢查PLC；檢查電路；檢查機械原因；檢查液壓原因；如果問題解決，則繼續(xù)作業(yè)，否則通知現(xiàn)場服務人員。

1.4 轉(zhuǎn)速控制問題

首先檢查并校正儀表，如果太快或太慢則：確認手輪電壓表的電壓；確認手輪有無足夠的輸出信號；確認在PLC的手輪電壓；檢查在短路或斷路時的電纜情況；連接電腦和PLC并確認信號。如果問題解決，則繼續(xù)作業(yè)；否則通知現(xiàn)場服務人員。

1.5 變頻器故障

1） 電壓過高 檢查發(fā)電機輸入；檢查井下扭矩（鍵槽）；檢查剎車斷路；檢查變頻器參數(shù)。

2） 溫度過高 檢查空調(diào)機。

3） 直流柜短路 在變頻器內(nèi)檢查煙霧；檢查剎車斷路器。

4） 電流過大 檢查變頻器參數(shù)；通知頂驅(qū)現(xiàn)場服務人員。

5） 相位故障 通知頂驅(qū)現(xiàn)場服務人員。

6） 外接故障 檢查剎車斷路器；檢查變頻器參數(shù)；通知頂驅(qū)現(xiàn)場服務人員。

1.6 扭矩鉗／旋轉(zhuǎn)頭的問題

1） 管子處理裝置不左轉(zhuǎn)，如果吊環(huán)傾斜浮動，則：檢查PLC的輸出；檢查接線；檢查電磁閥；檢查壓力。

2） 管子處理裝置不右轉(zhuǎn)，如果吊環(huán)傾斜浮動，則：檢查PLC的輸出；檢查接線；檢查電磁閥；檢查壓力。

3） 扭矩鉗不能夾緊，則：看手輪是否轉(zhuǎn)到OFF位子；如果手輪關(guān)閉且旋轉(zhuǎn)頭不能順時針轉(zhuǎn)動，則：檢查PLC的輸出；檢查接線；檢查電磁閥；檢查壓力。

4） 手輪關(guān)閉旋轉(zhuǎn)頭能順時針轉(zhuǎn)動，則：制動銷卡?。≒LC控時問題、旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動太快、旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動太慢）；背鉗不能夾緊（檢查液壓和機械系統(tǒng)功能）；背鉗打滑（檢查液壓壓力、檢查鉗牙、更換鉗牙）。

2 報警處理方法

2.1 過熱報警

1） 如果鉆井電機沒有使用過，則：檢查線路；檢查PLC的輸入信號。

2） 如果鉆井電機使用過，則關(guān)閉變頻器并等待15min。

3） 如果出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，則：檢查線路；檢查PLC的輸入。

4） 如果沒有出現(xiàn)過熱故障，則：檢查風機；檢查風機啟動裝置；檢查風機轉(zhuǎn)速和風口；檢查控氣流量。

2.2 增壓防爆壓力丟失報警

若增壓防爆壓力丟失報警，則：檢查氣壓；檢查壓力開關(guān)；檢查PLC的輸入。

2.3 風機失效警報

1） 確定風機已接通，請檢查壓力開關(guān)和PLC的輸入以及風機是否旋轉(zhuǎn)。

2） 如果風機沒接通，啟動裝置已跳閘，測電機和電纜的電阻。

3） 啟動裝置沒有跳閘，且啟動裝置已供電，請檢查接頭和電纜。

4） 啟動裝置沒有供電，則：檢查PLC；檢查線路；檢查輸出。

2.4 液壓泵油壓丟失報警

1） 確定液壓泵已接通，請檢查壓力開關(guān)和PLC的輸入以及泵是否旋轉(zhuǎn)。

2） 如果液壓泵沒有接通，啟動裝置已跳閘，測量電機和電纜的電阻。

3） 啟動裝置沒跳閘，且啟動裝置已供電，請檢查接頭和電纜。

4） 啟動裝置沒有供電，則：檢查PLC；檢查線路；檢查輸出。

3 特殊故障的解決方法

3.1 液壓油位過低

3.1.1 主要現(xiàn)象

頂驅(qū)啟動自檢正常，VDC上的大多數(shù)功能控制開關(guān)操作無效，頂驅(qū)不能轉(zhuǎn)動，液壓油泵交流電機與主電機交流風機不工作，當液壓開關(guān)由“AUTO”位扳到“ON”位時，液壓油泵交流電機與主電機交流風機才正常工作，頂驅(qū)主軸還是不能轉(zhuǎn)動。

3.1.2 解決方法

1） 添加相同型號和規(guī)格的液壓油，油位達到觀察孔位的2／3處，起動油泵后，要繼續(xù)觀察油位，如果下降，還要添加液壓油。

2） 如果液壓油漏失量不是很大，啟動頂驅(qū)，讓液壓油泵連續(xù)運行5～15min。（液壓系統(tǒng)有滲漏，頂驅(qū)停用時間長，會出現(xiàn)以上現(xiàn)象）。

3.2 給定扭矩較低

3.2.1 主要現(xiàn)象

頂驅(qū)在鉆進中機械轉(zhuǎn)速變低，不能調(diào)高，但是能調(diào)低，而空載和輕載時頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)正常。

3.2.2 解決方法按照鉆進作業(yè)的實際要求增大鉆進給定扭矩

（如果鉆進給定扭矩較低，井下鉆具遇阻增大、鉆頭尺寸過大或鉆壓過大都會降低機械轉(zhuǎn)速）。

3.3 制動開關(guān)設置不正確

3.3.1 主要現(xiàn)象

PH－50型管子處理裝置工作正常，頂驅(qū)主軸不能轉(zhuǎn)動，頂驅(qū)控制房內(nèi)的OPY板上顯示的頂驅(qū)工作電流很大，超過900A，頻率為0Hz。VDC上的轉(zhuǎn)速表無轉(zhuǎn)速顯示，扭矩表有扭矩顯示，高扭矩，紅色剎車制動指示燈點亮。

3.3.2 解決方法將轉(zhuǎn)速控制手輪復位，把制動開關(guān)由“ON”位扳到“AUTO”位。（正常鉆進時，制動開關(guān)長期處于“AUTO”位，有時在頂驅(qū)檢修或停用后，被人動過，沒有及時復位）。

3.4 主斷路器頻繁熱跳閘

3.4.1 主要現(xiàn)象

鉆進時，頂驅(qū)主軸的轉(zhuǎn)速忽高忽低，主電機也隨著發(fā)出忽高忽低的運轉(zhuǎn)噪聲，扭矩變化很大，不久，頂驅(qū)控制房內(nèi)主斷路器CBM（1 200A）跳閘，在OPY板上檢查r947，顯示的故障代碼為F035，ext fault（外部故障）。

3.4.2 解決方法

1） 自然冷卻能耗制動電阻器和主斷路器CBM，20～30min以后合上主斷路器。

2） 增加1臺風機給能耗制動電阻器和主斷路器散熱，能減少這種跳閘的次數(shù)。

3） 根據(jù)地層、鉆具和鉆頭的使用情況，調(diào)整鉆井參數(shù)或起鉆更換鉆頭（由于主斷路器CBM距離能耗制動電阻器較近，當能耗制動電阻器吸收了大量逆功，電阻器溫度不斷升高，在此熱源的輻射作用下，主斷路器CBM一側(cè)的溫度也不斷升高，最終發(fā)生熱跳閘）。

3.5 通訊故障

3.5.1 主要現(xiàn)象

頂驅(qū)控制房內(nèi)大變頻器的OPY板上出現(xiàn)F080、F081或F082代碼，SF或BF故障指示燈（LED）點亮。

3.5.2 解決方法

把CPU上的開關(guān)搬到STOP位置，再搬到RUN位置，使CPU復位（接地和線路的屏蔽不良會出現(xiàn)以上現(xiàn)象。SF指示燈點亮代表系統(tǒng)故障，BF指示燈點亮代表總線故障）。

3.6 頂驅(qū)系統(tǒng)故障

3.6.1 主要現(xiàn)象

大變頻器OPY板上或CPU上出現(xiàn)故障顯示，頂驅(qū)系統(tǒng)不能正常工作。

3.6.2 解決方法

1） 對于大變頻器，在OPY板上按REST鍵對大變頻器進行復位；如果故障不能解除，請采用以下方法。

2） 斷開頂驅(qū)控制房內(nèi)主斷路器CBM，3～5 min后再送電。如果故障不能解除，請采用以下方法。

3） 斷開頂驅(qū)供電斷路器，切斷送往頂驅(qū)控制房的600V交流電，3～5min后再送電。

4） 對于CPU出現(xiàn)FAULT的復位，將CPU上的狀態(tài)開關(guān)由RUN位搬到STOP位，再由STOP位搬到RUN位。

4 結(jié)語

遇到VARCO TDS－11SA型頂驅(qū)出現(xiàn)的故障時，需要對頂驅(qū)進行全面、系統(tǒng)的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將器件拆下來檢查。誤判和解決問題的方法不正確，有可能會人為制造新的故障，浪費解決問題的寶貴時間，甚至會造成井下復雜情況發(fā)生。

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［5］ 蔡正敏，張 軍，申朝廷，等.頂驅(qū)鉆井裝置傾斜液壓機構(gòu)臨界載荷的精確解［J］.石油礦場機械，2010，39（6）：49－51.

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1001－3482（2011）09－0084－03

TE923

B

2011－03－28

唐有勝（1972－），男，四川渠縣人，工程師，主要從事鉆機和頂驅(qū)的現(xiàn)場技術(shù)工作，E－mail：tangusheng＠163.com。