常見石油鉆機頂驅(qū)系統(tǒng)故障診斷與排除(講稿)

常見石油鉆機

頂驅(qū)系統(tǒng)故障

診斷與排除三頂驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理(一)頂驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成不同類型的頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)雖然其驅(qū)動形式和制造廠家不同，但其結(jié)構(gòu)組成卻基本相同，下面以VARCO公司交流變頻感應(yīng)電動機TDS-11SA頂驅(qū)為例簡述頂部驅(qū)動鉆井裝置的基本結(jié)構(gòu)組成。頂部驅(qū)動鉆井裝置主要包括下列主要總成及部件：1.水龍頭-鉆井電機總成；2.滑動架和導軌；3.管子處理器；4.液壓和氣壓控制系統(tǒng)；5.平衡系統(tǒng)；6.動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。1.水龍頭-鉆井電機總成水龍頭-鉆井電機總成是頂部驅(qū)動裝置的主體部件，主要由以下部件組成：(1)鉆井電機和制動器；(2)齒輪箱（變速箱）；(3)整體式水龍頭；(4)電機冷卻系統(tǒng)。(1)鉆井電機和制動器

TDS-11SA頂驅(qū)的動力為兩臺400馬力交流感應(yīng)鉆井電機。電機垂直安裝在傳動齒輪箱箱蓋上。電機有一個雙端軸，軸下端安裝傳動小齒輪，軸上端安裝制動器。電機頂部安裝有一個液壓盤式制動器，通過制動器外蓋可以很容易檢查和維護制動器。在定向作業(yè)中，盤式制動器還可以輔助鉆柱定向。制動器由司鉆控制臺遙控控制。

(2)齒輪箱（變速箱）傳動箱總成把由鉆井電機產(chǎn)生的動能傳遞到鉆桿。傳動箱內(nèi)部是一個齒輪減速系統(tǒng)，傳動箱箱體為傳動齒輪和軸承提供了一個密封的潤滑油池。

TDS-11SA頂驅(qū)傳動箱和水龍頭總成內(nèi)部是一個單級雙減速齒輪系統(tǒng)，從電機到主軸的減速比為10.5:1。軸承和齒輪由一個安裝在箱體上的油泵強制潤滑。一個低速液壓馬達驅(qū)動油泵，過濾后的潤滑油通過主支撐軸承、扶正軸承、小齒輪和復(fù)合齒輪軸承及齒輪的齒面連續(xù)循環(huán)。油熱交換是空冷式，傳動箱上安裝有油位指示器可監(jiān)視油面高度。(3)整體式水龍頭整體式水龍頭的功能是整個鉆井裝置功能的集合。水龍頭主止推軸承位于大齒圈上方的變速箱內(nèi)部，上部臺階坐于主止推軸承上以支撐鉆柱負荷。主軸和鵝頸管之間有一個標準沖管盤根總成，這樣就可以使鉆柱旋轉(zhuǎn)。沖管盤根總成由電機罩體支撐并同齒輪箱相連，以支撐水平支撐。合金鋼水龍頭提環(huán)聯(lián)結(jié)在本體上，可以相對于水龍頭變速箱作垂直方向的短行程，構(gòu)成一個整體的平衡系統(tǒng)。(4)電機冷卻系統(tǒng)電機冷卻系統(tǒng)為風冷式。TDS-11SA的電機冷卻系統(tǒng)為一就地吸氣式的離心鼓風機，配備有兩臺安裝在鉆井電機頂部的5馬力的交流電機。冷卻系統(tǒng)經(jīng)過制動器與電機的接合面吸進空氣，經(jīng)過剛性氣道將空氣排送到每臺鉆井電機頂部的風口。冷卻空氣然后通過開放型電機內(nèi)部，最后從底部的百葉窗排出。2.滑動架和導軌頂部驅(qū)動裝置通過安裝在箱體上的滑動架沿著導軌上下垂直移動，完成鉆井作業(yè)。(1)滑動架(2)導軌

(1)滑動架滑動架上安裝有導向輪或?qū)蚧?，可以支撐整個頂驅(qū)的重量。(2)導軌導軌懸掛在天車架上并一直延伸到離鉆臺大約7英尺高。導軌與一個安裝在井架下部離鉆臺10-15英尺高的扭矩反作用梁連接。通過導軌平衡由傳動箱驅(qū)動鉆桿時產(chǎn)生的扭矩。常見的頂驅(qū)導軌分為分段式、折疊式和固定式導軌三種。3.管子處理器管子處理器為頂部驅(qū)動裝置提供了提放28m長立柱、并用鉆井電機上卸立柱扣的能力。它由以下重要部分組成：(1)旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器；(2)背鉗總成；(3)吊環(huán)傾斜裝置；(4)內(nèi)防噴閥；(5)吊卡吊環(huán)和鉆桿吊卡。

PoweredElevatorPositioner(360o)360o旋轉(zhuǎn)頭定位

Link-TiltAssembly吊環(huán)傾斜總成LowerIBOPValve下防噴器Back-UpClamp背鉗AdjustableStabbingGuide喇叭口RotatingLinkAdapter旋轉(zhuǎn)頭UpperIBOP&AccumulatorAssembly上防噴器和其驅(qū)動裝置TorqueArresterFrame背鉗臂350T-108”ElevatorLinks350T-108”吊卡吊環(huán)350or500TElevators吊卡(1)旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器；旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器在管子處理器的上部，是一個環(huán)形裝置。在起升或吊環(huán)傾斜裝置定位、管子處理器圍繞鉆桿旋轉(zhuǎn)時，保證了液壓或氣路管匯的連通。同時，旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器也為吊環(huán)傾斜裝置、扭矩背鉗液缸、內(nèi)防噴閥液缸提供了安裝的位置。(2)背鉗總成；頂驅(qū)的背鉗懸掛于旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器上，扭矩平衡架支撐著背鉗。它在保護短節(jié)的下軸節(jié)的底部，由一對鉆桿引鞋和夾緊液缸組成，在鉆柱與保護短節(jié)連接時用于夾緊鉆柱接頭。背鉗本體安裝在扭矩平衡架上，在鉆桿上卸扣時可以上下移動并平衡上卸扣時產(chǎn)生的扭矩。(3)吊環(huán)傾斜裝置；頂驅(qū)的雙向吊環(huán)傾斜裝置由兩個液缸組成，液缸上端與旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器通過銷子相連，下端與吊卡吊環(huán)通過耳板銷子相連。Derrickman鉆工Mousehole鼠洞Overdrill鉆到底(4)內(nèi)防噴閥；管子處理器中的內(nèi)防噴器的控制閥是一個球形、全尺寸、內(nèi)部通的安全閥。在下部第二個手動閥可以輔助進行井控。兩個球閥的直徑均為6-7/8英寸，工作壓力為105MP。從司鉆臺上一個電磁閥按扭遙控上部的內(nèi)防噴器的打開和關(guān)閉。(5)鉆桿吊卡。鉆桿吊卡懸掛在安裝在旋轉(zhuǎn)吊環(huán)配接器上的長孔吊環(huán)上。吊環(huán)傾斜裝置擺動吊卡可以提起鉆桿。4.液壓和氣壓控制系統(tǒng)TDS-11SA頂驅(qū)的液壓系統(tǒng)是一個自備循環(huán)的系統(tǒng)。一個10馬力、1800轉(zhuǎn)的交流電機驅(qū)動兩個液壓泵為液壓系統(tǒng)供能。其中一個定量泵驅(qū)動潤滑油系統(tǒng)馬達，一個變量泵為交流鉆井電機制動、旋轉(zhuǎn)頭、遙控防噴器、吊環(huán)傾斜裝置和平衡系統(tǒng)提供液壓動力。5.平衡系統(tǒng)平衡系統(tǒng)是頂部驅(qū)動鉆井裝置極具特色的設(shè)備之一。它的主要作用是防止上卸接頭扣時螺紋的損壞，其次是在卸扣時可以幫助公扣接頭從母扣接頭中彈出。6.動力&控制系統(tǒng)頂部驅(qū)動鉆井裝置的動力系統(tǒng)為整套設(shè)備提供了所有的能源，控制系統(tǒng)為司鉆提供了一個控制臺，通過控制臺實現(xiàn)對頂部驅(qū)動鉆井裝置自身的控制。頂驅(qū)系統(tǒng)的工作原理頂部驅(qū)動裝置承載原理如圖所示，在起鉆模式時，游車或大鉤提升整體式水龍頭提環(huán)，通過齒輪箱體內(nèi)支撐軸承作用在主軸上產(chǎn)生向上的提升力。吊環(huán)配接器支撐臺肩下部的支撐環(huán)將主軸的提升力作用在吊環(huán)配接器、吊卡吊環(huán)上，然后經(jīng)過吊卡提升鉆柱起鉆。在起鉆時，施加在主軸上的鉆柱的重量通過齒輪箱內(nèi)的支撐軸承轉(zhuǎn)移到整體式水龍頭的提環(huán)上。平衡系統(tǒng)工作原理如圖所示。平衡系統(tǒng)的活塞桿上端與游車相連接，油缸下端與整體式水龍頭相連接。油缸上腔始終通高壓油，產(chǎn)生的向上拉力作用在水龍頭上，一直提著水龍頭。兩相同的液缸產(chǎn)生的向上拉力的合力要比頂部驅(qū)動鉆井裝置和立根的自重大一些，當上、卸扣未完時，液缸帶動頂部驅(qū)動鉆井裝置和立根一起上跳（或上移），此時蓄能器放出壓力油供給液缸工作。隨著蓄能器內(nèi)油液逐漸放出，油壓則逐漸降低，液缸的拉力逐漸減小，上調(diào)過程由加速變?yōu)闇p速，最后停止上移。當向上提起整個鉆柱時，頂部驅(qū)動鉆井裝置和鉆柱的重量大于液缸向上的拉力，液缸被拉下來，缸內(nèi)油液被排出，大部分返回蓄能器儲存。其中溢流閥限制回路壓力的最大值，減壓閥控制提供給回路的壓力大小。頂驅(qū)系統(tǒng)故障診斷與處理(二)常見故障的診斷方法

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0FF檔，改變方向，然后將手輪轉(zhuǎn)到0N檔，繼續(xù)作業(yè)。如果手輪方向正確，則：A．確認“正反轉(zhuǎn)開關(guān)”的功能是否正常；B．確認給PLC的輸入信號是否正確；C．確認給變頻器的輸入是否正確；D．在改變方向前，手輪是否轉(zhuǎn)到0FF檔位；2.轉(zhuǎn)速／扭矩不穩(wěn)定問題將頂驅(qū)脫離鉆柱。如果情況依舊，檢查輸入信號和檢查電壓表的機械狀態(tài)；如果問題沒有改變，則重新檢查鉆井設(shè)計和檢查機械方面的原因。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：2.轉(zhuǎn)速／扭矩不穩(wěn)定問題A.確認電壓；B．確認在PLC處的電壓信號；C．檢查電纜和接線；D．聯(lián)接電腦和PLC并確認信號；E．檢查變頻器參數(shù)；3.IBOP的問題IBOP不能工作，當開關(guān)關(guān)閉時指示燈不亮，則：A．檢查PLC；B．檢查接線；C．檢查油壓開關(guān)；IBOP不能工作，當開關(guān)關(guān)閉時指示燈亮，則：A．檢查機械原因；B．檢查電磁閥；C．檢查壓力。4.吊環(huán)傾斜裝置的問題吊環(huán)傾斜裝置有三種故障：吊環(huán)傾斜不能浮動；裝置是不能傾斜；裝置不能用于鉆井操作；無論哪一種或幾種故障，都按以下方法檢查：A．檢查機械原因；B．檢查PLC的輸入；C．檢查電磁閥；D．檢查油壓；5.剎車故障剎車不能松開，但剎車指示燈不亮，則：A．檢查機械原因；B．檢查液壓原因；剎車不能松開，但剎車指示燈亮，則：A．將‘剎車開關(guān)’轉(zhuǎn)到0N，然后再轉(zhuǎn)到0FF?？磩x車是否恢復(fù)正常；B．如果不正常，則檢查變頻器故障；C．如果還不能查到，則檢查PLC和電路；剎車打滑小于4140公斤?米，則：A．檢查油壓；B．檢查剎車片；如果剎車不能夾緊，則：A．檢查PLC；B．檢查電路；C．檢查機械原因；D．檢查液壓原因；6.轉(zhuǎn)速控制問題首先檢查并校正儀表；太快或太慢，則：A．確認手輪電壓表的電壓；B．確認手輪有無足夠的輸出信號；C．確認在PLC的手輪電壓；D．檢查在短路或斷路時的電纜情況；E．連接電腦和PLC并確認信號；（是否是轉(zhuǎn)速/扭矩不穩(wěn)定問題，參看“轉(zhuǎn)速/扭矩不穩(wěn)定問題”部分）7.無旋轉(zhuǎn)但有高扭矩如果井下有扭矩出現(xiàn)，請檢查鉆井設(shè)計；嘗試繞過編碼器。如果轉(zhuǎn)動，但方向不正確，則要確定電機相位；如果不轉(zhuǎn)動，則檢查機械原因：A．剎車抱死；B．軸承損壞；C．電機接線錯誤；D．是否扭矩可以減??；8.無轉(zhuǎn)動和無扭矩確認鉆井極限設(shè)定不為0，并且手輪在啟動檔位。嘗試一下旋扣工況，如果能轉(zhuǎn)動，則：A．檢查手輪電壓表的電位；B．確認手輪有信號輸出；C．確認在PLC處的電壓；D．檢查在斷開和短路時的情況；E．連接PLC和電路并檢查信號；8.無轉(zhuǎn)動和無扭矩旋扣工況時，如不能轉(zhuǎn)動，則檢查變頻器：A．檢查電源；B．檢查PLC；C．檢查接線；D．檢查繼電器；E．檢查變頻器的扭矩參數(shù)；9.變頻器故障西門子70型變頻器故障：F006，電壓過高。A．檢查發(fā)電機輸入；B．檢查井下扭矩(鍵槽)；C．檢查剎車斷路；D．檢查變頻器參數(shù)；F023，溫度過高。A．檢查空調(diào)機；F030，直流柜短路。A．在變頻器內(nèi)檢查煙霧；B．檢查剎車斷路器；F011，電流過大。A．檢查變頻器參數(shù)；F035，外接故障。A．檢查剎車斷路器；B．檢查變頻器參數(shù)；F051，轉(zhuǎn)速編碼器。A．檢查編碼器；B．重新設(shè)定后顯示；C．無/低轉(zhuǎn)速，高扭矩；F053，TACHODN/DT，速度不穩(wěn)。A．檢查編碼器；B．檢查編碼器電纜；C．檢查變頻器參數(shù)；10.扭矩鉗/旋轉(zhuǎn)頭的問題管子處理裝置不左轉(zhuǎn)，如果吊環(huán)傾斜不浮動，參看“吊環(huán)傾斜裝置的問題”部分；如果吊環(huán)傾斜浮動，則：A.檢查PLC的輸出；B.檢查接線；C.檢查電磁閥；D.檢查壓力；管子處理裝置不右轉(zhuǎn)，如果吊環(huán)傾斜不浮動，參看”吊環(huán)傾斜裝置的問題”部分；如果吊環(huán)傾斜浮動，則：A.檢查PLC的輸出；B.檢查接線；C.檢查電磁閥；D.檢查壓力；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：A．檢查PLC的輸出；B．檢查接線；C．檢查電磁閥；D．檢查壓力；手輪關(guān)閉旋轉(zhuǎn)頭能順時針轉(zhuǎn)動，則：A．制動銷卡?。篜LC控時問題；旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動太快；旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動太慢。B．背鉗不能夾緊：檢查液壓和機械系統(tǒng)功能。C．背鉗打滑：檢查液壓壓力；檢查鉗牙；更換鉗牙。11.指示燈故障測試一個或更多的指示燈失效A．剎車抱緊；B．油壓丟失；C．風機失效；D．鉆井電機過熱；E．自動復(fù)位；F．內(nèi)防噴閥；G．變頻器故障；H．增壓防爆(壓力丟失)；發(fā)現(xiàn)故障，則：A．檢查燈泡；B．檢查PLC輸出；C．檢查電源；幾種報警處理方法1.過熱報警如果鉆井電機沒使用過，則：A．檢查線路；B．檢查PLC的輸入信號；如果鉆井電機使用過，則關(guān)閉變頻器并等待l5分鐘。如果出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，則：A．檢查線路；B．檢查PLC的輸入；如果沒出現(xiàn)過熱故障，則：A．檢查風機；B．檢查風機啟動裝置；C．檢查風機轉(zhuǎn)速和風口；D．檢查控氣流量；2.增壓防爆壓力丟失報警A．檢查氣壓；B．檢查壓力開關(guān)；C．檢查PLC的輸入；3.風機失效警報確定風機已接通，A.檢查壓力開關(guān)；B.檢查PLC的輸入；C.檢查風機是否旋轉(zhuǎn)。如果風機沒接通，啟動裝置已跳閘A.測電機和電纜的電阻；啟動裝置沒跳閘，且啟動裝置已供電，A.檢查接頭和電纜；啟動裝置沒供電，則：A．檢查PLC；B．檢查線路；C．檢查輸出；4.液壓泵油壓丟失報警確定液壓泵已接通，A.檢查壓力開關(guān)B.檢查PLC的輸入C.檢查泵是否旋轉(zhuǎn)；如果液壓泵沒接通，啟動裝置已跳閘A.測電機和電纜的電阻；啟動裝置沒跳閘，且啟動裝置已供電A.檢查接頭和電纜；啟動裝置沒供電，則：A．檢查PLC；B．檢查線路；C．檢查輸出；頂驅(qū)各主要結(jié)構(gòu)故障

1.主馬達剎車的故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法剎車不松開換向閥卡往檢查該閥，必要時更換剎車未完全松開閥門或管路堵塞閥門或管路堵塞檢查或更換閥門或管線機械故障機械維修剎車不能夾緊或打滑剎瓦上有液壓油檢查是否漏油，如果是，則修理液壓不足或不能穩(wěn)定在1400psi減壓閥堵塞或需要調(diào)節(jié)或更換換向閥SVl卡住(B1處測壓)更換閥或檢查電信號剎車動作遲緩(發(fā)出信號后)液壓油雜質(zhì)過多更換液壓油減壓閥故障更換閥件2.鼓風機故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法鼓風機發(fā)出異常噪聲葉輪松動重新安裝葉輪及輪轂，并鎖上鎖銷。電機軸承問題修理，必要時更換鼓風機出現(xiàn)斷續(xù)轉(zhuǎn)動現(xiàn)象電源接頭松動緊固電源線。馬達線圈故障檢查馬達線圈問是否有雜質(zhì)，修理或更換線圈。電纜芯線斷裂改用電纜備用芯線。主電機過熱/過熱警告馬達轉(zhuǎn)動不正常根據(jù)上項查找原因。馬達電纜芯線斷裂改用電纜備用芯線。3.動力旋轉(zhuǎn)頭故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法旋轉(zhuǎn)頭不轉(zhuǎn)動電磁控制閥SV2或安全閥卡住檢測，修理或更換閥件電磁閥SV2未通電檢查電路接頭和電磁閥液壓馬達磨損或齒輪破損更換馬達鎖銷處于鎖持狀態(tài)調(diào)節(jié)安全閥機械故障檢查和修理換向閥不能換向檢查左、右壓力，更換該閥節(jié)流閥堵塞清洗或更換該閥液壓管線破損更換管線動力旋轉(zhuǎn)頭故障處理旋轉(zhuǎn)頭不能回位換向閥卡住或安全閥設(shè)定壓力改變測試壓力并檢查換向閥，如果必要，調(diào)節(jié)安全閥傳感器故障更換傳感器。如果馬達轉(zhuǎn)動正常，旋轉(zhuǎn)頭不能回位的原因可能是控制系統(tǒng)故障造成檢查控制系統(tǒng)。吊環(huán)運動不同步平衡閥設(shè)定值改變調(diào)節(jié)四個平衡閥，使其壓力一致4.IBOP執(zhí)行液缸故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法安全閥泄露內(nèi)部元件磨損檢查墊圈或磨損零件，修理或更換。執(zhí)行機構(gòu)不正常工作檢查機械部份，檢查減壓閥轉(zhuǎn)動時出現(xiàn)異常振動或晃動連桿芯套或執(zhí)行機構(gòu)芯套磨損更換芯套凸輪滾子磨損修理或更換滾子和支架液缸不動作減壓閥阻塞測試壓力，調(diào)節(jié)或更換減壓閥儲能器未充壓測試壓力并按要求充壓系統(tǒng)無壓力檢查液壓系統(tǒng)5.鎖銷和背鉗液缸故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法鎖銷不動作電磁閥未工作或安全閥未調(diào)節(jié)好檢查電路和測試壓力，按要求調(diào)節(jié)安全閥。如果B5和C5處壓力變化不正常，則說明是控制閥有故障更換換向控制閥。如果壓力變化正常，則說明是管線或鎖銷液缸有故障。修理管線或鎖銷液缸。鎖銷作用在齒圈表面上的壓力過大安全閥不工作或設(shè)定不正常測試壓力，并按要求調(diào)節(jié)和設(shè)定安全閥。背鉗液缸不動作液缸壓力不足或無壓力測試并調(diào)節(jié)。液缸故障檢查、修理或更換液缸鎖銷動作，背鉗不動作。可控單向閥沒有動作檢查C5壓力，如有必要更換CV5閥或檢查管匯。6.吊環(huán)傾斜液缸故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法吊卡不能伸至鼠洞、井架工位置定位卡位置不正確調(diào)整。當控制閥松開后，吊環(huán)位置不穩(wěn)定。B8處壓力未降到lOOps以下更換可控(開)單向閥可控(開)單向閥阻塞或卡住更換可控(開)單向閥液缸密封失效更換密封壓力保持單向閥壓力設(shè)置變化或卡住開啟或有雜質(zhì)。調(diào)節(jié)或更換壓力保持安全閥吊環(huán)傾斜液缸故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法吊卡不能回到井口中心自由位置。手動檢測扭檢查，若吊環(huán)傾斜，則說明是電路故障檢查電磁閥和接頭手動檢測扭檢查，若吊環(huán)不傾斜，則說明是液壓故障檢查液壓系統(tǒng)吊環(huán)不傾斜電磁閥未動作檢查電磁閥二側(cè)吊環(huán)運動不協(xié)調(diào)壓力保持閥設(shè)定不正確四個閥均調(diào)節(jié)至1500psi7.平衡機構(gòu)故障處理故障現(xiàn)象故障原因解決辦法