浅谈科威特钻井现场VARCO顶驱故障处理策略

钟坤祥

摘 要：随着石油钻井的发展，在出国的石油钻探项目中顶驱已经成为一种不可或缺的重要设备，其中最为普遍的就是VARCO顶驱。但是，石油钻井环境恶劣，偏远，设备故障频发，需要现场技术人员深入研究各种设备故障，制定一套较为完善的解决策略，以最快时间解决恢复钻井工作，确保较高的日费率。

关键词：顶驱；故障；解决策略

顶驱的全称为顶部驱动钻井装置TDS（TOP DRIVE SYSTEM），该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作，可在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。优越性无需多说，但作为一种集机、电、液为一体的自动化设备，在出现故障的情况下需要更为精通的技术人员处理相关故障，下面仅对在科威特现场出现的顶驱故障及其处理进行总结：

1电控故障引起的顶驱问题及解决策略

（1）变频器故障引起顶驱控制失灵的解决策略：变频器的主要故障集中在过流F002、F006、F015、F023、F051、F053、F035。①F002、F011为过流故障，当出现缺相、短路（冬季油路遇阻时）都会出现过流，还有就是扭矩过大，处理井下复杂情况时可能出现，出现时释放扭矩或者重启变频器等操作；②F006直流母线电压过高，电压高于1020V，钻具遇卡；③F015、F051、F053编码器故障，有可能是编码器线路损坏或编码器出故障，典型现象，当转动主轴时，无转速，振动，高扭拒，刹车灯不亮，应急解决办法：打开旁通开关；④F023逆变器超温，空调或风机不工作，对于小变频器按P复位，对于大变頻器按RESET键复位或柜子中PMU的P键；⑤F025、F026、F027缺相，对于小变频器按P复位，对于大变频器按RESET键复位或柜子中PMU的P键；⑥F035外部故障，动力刹车（能耗制动），使顶驱控制房主电源断路器CBM跳闸，而且也容易出现VDC上的急停开关被人误动作，当判断了其他故障仍没有解决F035故障，可以把DB Chopper 拆下来检查内部是否有损坏，如果没有明显短路故障，可以短接Chopper下端子4#、5#端子。

（2）PLC故障引起顶驱控制失灵的解决策略：搬家后顶驱主变频器系统无法启动，检查发现PLC出现SF故障显示，PLC无法正常工作，使顶驱主变频器无法工作，后又出现BATF故障。先对所有的通讯线路、通讯终端电阻、接线头等部份进行检查，重新上电后PLC的SF故障消失，系统仍无法工作。后在停电状态下将PLC闪存卡（储存卡）拔下来，再上电，将RAM内部程序清零；停电，插入闪存卡，重新上电，系统恢复正常。对于SF故障而言，现场首先需要做的事就是对系统断电后，重新启动一次，如果故障依然存在，就对PLC的RAM程序进行清零，重新上载闪存卡中的程序。如果故障仍存在，就应重点检查硬件。每一模块都有自己的工作状态指示，如果模块都没有故障指示，请重点检查通讯线、通讯终端及电阻开关位置、接头情况等；再就是更换CPU等硬件，直到故障排除。

（3）辅助动力线出现问题导致控制错误的解决策略：主要是出现电缆内部导线相互间短路和导线断路，造成风机或液压泵电机不能正常工作，使小变频器出现F011故障跳闸，司控台出现低风压、低油压报警，小变频器复位后又会再次跳闸。现场都采用了备用线替换短路或断路的导线解决电缆问题。

2机械液压故障引起的顶驱问题及其解决策略

（1）旋转头随主轴旋转，旋转头浮动液缸不工作：根据旋转头的工作原理判断，该现象出现的可能原因是密封损坏、液缸上部的润滑脂溢流阀失效、液压系统压力过低等，但经过现场检修发现，根本原因是密封损坏，需要更换原装密封后旋转头正常工作；

（2）平衡系统故障的解决策略：主要分为平衡系统不起作用和立柱上跳无效两种现象，根据相关现象主要可能原因有液缸损坏或密封泄露、电磁阀SV9未打开、溢流阀打不开、蓄能器予充压力低、PCC打不开、系统无压力，现场出现过这种故障，大部分原因都是压力问题和密封泄露问题，调整相关压力及更换密封后问题解决；

（3）吊环倾斜液缸故障解决策略：该故障主要现象有吊环不倾斜或不同步、吊环达不到鼠洞或不能回归井口中心、卸载后吊环晃荡等，根据相关现象主要原因有吊环夹子调整不准确、液缸密封失效、溢流阀压力超出范围或有杂质、液缸问题或者电磁阀不换向等原因，根据现场出现的故障结合，主要原因大部分都是电磁阀杂质或者密封垫出问题导致的控制失灵，清洗电磁阀及更换密封垫后问题解决；

（4）内防喷器液缸故障解决策略；该故障主要现象有安全阀泄露、旋转时震动或颤动、液缸不能启动等，主要原因有内部磨损或启动器不正常工作、连杆或启动滑套磨损过大、凸轮滚珠磨损、减压阀堵塞、蓄能器无充能活未充压力，该故障在现场出现较多，调整好相关压力及更换相关磨损件后问题解决；

（5）止动销液缸和夹紧液缸的故障解决策略：该故障主要现象是止动销不啮合、夹紧液缸不活动、止动销啮合但夹紧液缸不活动等，主要原因有电磁阀不工作或液流阀未调整、正常压力变化显示管线或止动销液缸失效、液缸中无压力或压力降低、液缸损坏、控制阀不工作、B5和C5压力变化显示阀件的问题，该故障在温度较高的科威特出现比较频繁，调整相关阀件及压力后故障解决；

（6）交流钻井电机刹车系统的故障解决策略：该故障主要现象有刹车片不松开、刹车片松开但仍拖动、打开开关后刹车动作迟缓等，主要原因方向阀阻塞、管线被挤压、油压达不到1400psi、液压油被污染或减压阀有问题等，现象出现该故障时大部分原因集中在这三点，清理方向阀或者更换被污染的液压油或者更换被挤压管线后系统正常。

总而言之，在现代石油钻井中，顶驱的广泛使用已经成为一种标配，不断提高现场专业技术人员的工作技能是关键，毕竟大部分顶驱厂家的控制原理差别不大，需要举一反三，随时准备好处理顶驱出现的各种故障。在这种机、电、液为一体的装置中，故障往往不是一个原因引起的，需要结合多方面的因素进行考虑，全面完善对设备的认知，在出现故障的同时耐心处理，解决故障。

参考文献：

[1]吴德梅，毛宪吉，姜希军.变频器常见故障分析与处理对策[N].科技创新导报，2010（31）.

[2]张奇志，李琳.电动钻机自动化技术[M].石油工业出版社，2006（7）.