哈薩克斯坦XDEC- 16井隊頂驅機械事故及處理方法

孫飛（中國石油集團西部鉆探工程有限公司國際工程公司，新疆 烏魯木齊830000）

1 頂驅機械故障分析

2012年8月27 日早晨5：00點，XDEC-16鉆井隊下鉆完畢，當班副司鉆用頂驅上扣，上扣設定扭矩值23千牛米，屬正常上扣扭矩范圍。當啟動手輪準備鉆進時，發現頂驅主軸不轉動。立即對系統進行全面的檢查，轉速顯示正常，直流電壓正常，但直流電流僅為8安，扭矩顯示為零，動力系統不工作；液壓系統正常。與此同時將故障情況向我們進行了匯報。

8 月27 日12 時到晚8 時，為避免發生井下事故，井隊將鉆具提至套管內。為盡快查明故障原因，我們和XDEC-16隊的電氣工程師進行分析會診。從控制系統入手，對頂驅的信號采集與傳遞、動力的輸入與輸出，磁場的轉換與供給等工況逐項進行了檢查排除，最后將問題集中到頂驅主電機上。27日23：00點，我們打開頂驅主電機檢查窗，檢查電機碳刷和勵磁線圈，試運轉發現頂驅的轉子運轉正常，但主軸不工作。初步分析是頂驅電機軸出了問題，使動力不能輸出，導致主軸不能轉動。

28 日，我們打開頂驅齒輪箱檢查傳動部分的三個齒輪，發現頂驅電機軸與動力輸出齒輪之間脫離。由于該傳動部分結構緊湊，所處位置難以拆卸，在現場維修非常困難。我們盡自己所能日夜不停地抓緊時間搶修，爭取使頂驅盡快恢復正常工作。

2 故障排除與頂驅修復

2.1 確定修復方案

結構分析：主電機和本體之間靠螺絲鎖緊，相互之間不會發生位移；齒輪箱內只是過橋齒輪固定在齒輪箱底面鋼板上，主動齒輪底部懸空約距齒輪箱底面的高度20毫米，橫向距油底殼邊緣30毫米左右。以電機主動齒輪中心線為界靠坡道方向，既無加強筋也無擋板，假如割焊，不會影響扭矩傳遞所需要的強度。

受力分析：電機的力矩由主動齒輪通過過橋齒輪傳至頂驅主軸齒輪，而后由頂驅主軸輸出。頂驅主齒輪的力矩通過上下扶正軸承傳遞給機殼；電機齒輪的力矩通過主電機也傳遞到機殼；只有過橋齒輪所承受的傳遞力矩通過固定螺栓傳遞到齒輪箱油底殼上，因此只要不傷及過橋齒輪的加強筋，采取割焊的方法是可行的。

主動齒輪內孔的上半部分為錐形結構，與主電機軸的錐形面靠預緊力相配合；內孔的下半部分為圓柱形，直徑大于電機軸軸伸端外徑；錐形內孔與圓柱形內孔的界面高于電機錐形軸的臺階面。如果有鎖緊螺母，只能鎖定到錐形軸的臺階面，而對主動齒輪起不到鎖緊的作用。因此，對主動齒輪施加一定的預緊力后，再將其與電機軸焊接在一起，可以確保連接牢固，動力傳遞穩定。

拆除管子處理系統（背鉗與旋轉齒盤）；拆除通風管道的出風口。

拆除油底殼上的過橋齒輪，以方便檢修。

在齒輪箱油底殼上、主電機齒輪下方割一條焊縫，以便修復主電機齒輪。

對主電機齒輪施以3000 牛頓的預緊力，然后與主電機軸點焊。

將油底殼焊縫補焊，恢復拆除的附件。

2.2 頂驅維修中幾點說明

經查詢，主電機軸和齒輪之間是靠預緊力配合的，并無背冒限位，之所以會造成兩者之間的滑脫，是頂驅制造上的缺陷。

如果用常規維修辦法進行修理，必須在拆除管子處理系統后，再拆除頂驅的旋轉管匯，旋轉管匯是頂驅的核心技術，安裝時需要420℃的恒溫熱裝，在井隊根本就不具備這樣的維修條件，因此，要想恢復頂驅工作，最好的辦法是運回美國進廠維修，否則必須采取割焊的方法。

頂驅割焊之前，已經向項目領導作了匯報，我們無須征得生產廠家的同意。

修復頂驅采取的有關措施只能加強頂驅的功能，而不會影響其性能的發揮，也不可能由此引發其他故障。

割焊的齒輪箱是不承壓部件，對頂驅沒有任何損壞。

2.3 頂驅故障排除分析過程

拆除管子處理機構和旋轉管匯之間的固定螺栓及其相連的液壓管線，放掉平衡油缸的液壓油，將吊環座置于旋轉管匯外筒的底端，然后拆掉大齒盤的固定螺栓，使管子處理系統整體下移8英寸。

拆除通風系統出風口和保護架底部護欄，預留出足夠的維修空間。

齒輪箱油底殼上拆除過橋齒輪。發現主動齒輪從電機軸上滑脫后，落在過橋齒輪固定螺栓的加強筋上，用手可以摸到電機軸輸出端的螺紋。于是懷疑是主動齒輪的鎖緊螺母松掉了，后來采取了用水沖、用氣吹、鐵絲勾、磁鐵吸等種種辦法，也沒有找到鎖緊螺母。

最終確認，主動齒輪和電機軸之間只靠錐面間的預緊力配合，并無鎖緊螺母固定。

2.4 頂驅故障修復過程分析

由于傳動系統之間結構十分緊湊，從過橋齒輪孔的邊緣無法對主動齒輪施力或修復。沿主動齒輪的中心線橫向割開齒輪箱油底殼的下端鋼板。為了不影響齒輪箱的強度，在氣割過程中，割縫小心地避開了過橋齒輪的加強筋以及油底殼擋板等附件。

制作模具，使用井隊游錘在主動齒輪的下端對其施加3 噸的預緊力；然后沿齒輪與電機軸的接合處焊接。

割除的油底殼鋼板用螺栓固定就位后，重新補焊好。清除焊渣后，先后用水、氣清潔齒輪箱，然后將拆除的部件重新裝回。

柴油循環清洗齒輪箱2小時。放干柴油，加入60升新齒輪油，更換過濾器。

8 月30 日19 點完成頂驅修復工作，開機試運轉，空載運行一切正常；用背鉗夾住保護接頭，使用JS1控制鈕上扣，使扭矩值達到35千牛米，頂驅也沒有發現異常現象，交付井隊使用。

2.5 修復后頂驅運轉使用情況

9月1日凌晨，井隊下鋼齒鉆頭入井鉆進（上一個牙輪鉆頭的30多顆牙齒全部磨掉，另外，井底還有金屬落物）。剛剛修復的頂驅經受了嚴峻的考驗，當時鉆速70RPM，鉆壓20 噸，鉆井設定扭矩15千牛米。惡劣的井底條件導致頂驅憋跳十分嚴重，平均每隔一個小時，就會造成一次頂驅憋停。

9 月2 日下磨鞋，9月3日下打撈桶，9月4日換牙輪鉆頭繼續鉆進，在這3天的鉆井過程中，鉆進設定扭矩值13千牛米，因工況不穩每日都有憋停記錄。

9 月5 日15 點，在距完鉆井深只剩30 米時，突然發生卡鉆事故，頂驅憋停，當時鉆井設定扭矩值15千牛米。在接下來的處理事故過程中，扭矩值上調到20 千牛米，上提重量230 噸。震擊過程中，一邊上提，一邊轉動頂驅，達到設定值后，頂驅不斷憋停報警。

目前，事故正在處理過程中，頂驅還沒有出現不正常情況，我們輪流在鉆臺值班，觀察記錄頂驅運轉情況。

3 振擊器使用后頂驅運作的檢查

振擊器是所有鉆機都普遍存在的一種工具。當振擊器在實際使用的過程中超出頂驅的使用范圍，頂驅必須被卸掉。當使用安裝振擊器之后的頂驅，現場頂驅操作者的責任心和細心是非常重要的。

頂驅的安全檢查是操作人員和井隊非常明確的責任，必須嚴格檢查下列部位，特別是振擊之后的頂驅檢查。

（1）檢查連接滑塊螺栓、鉸鏈銷擋板、檢查插銷擋板是否在位。

（2）管子處理器檢查保護銷、導軌螺栓是否完好。

（3）檢查鉸鏈銷擋板螺栓、夾鉗螺栓、鉗牙擋板螺栓、扭矩背鉗固定螺栓、夾鉗彈簧插銷是否松動。

（4）檢查提升液缸/扭矩管、IBOP液缸懸掛螺母是否安全。

（5）檢查管子處理器/旋轉頭掛鉤銷、對扣引鞋固定器、提升液缸止動管的銷釘/開尾銷、扭矩背鉗螺栓、夾緊液缸活塞固定的U 形夾、夾鉗液缸鉸鏈銷/固定器、吊夾連接夾鉗的U-形夾/開尾銷、旋轉頭鎖緊柄上的鎖緊桿、曲柄銷是否完好。

3.1 IBOP執行機構

檢查IBOP曲柄裝配螺栓、滾子裝配螺栓、檢查驅動手柄銷子是否完好。

3.2 電機外罩/主軸裝置

檢查接線盒固定螺栓是否松動，檢查接線盒底座、風機底座固定螺栓是否完好，檢查蓄能器夾緊螺栓是否可靠和鎖緊，熱交換器固定螺栓、平衡器液缸銷子、平衡器聯接環、電機電樞位置是否居中、TDS 底部齒輪箱、檢查壓力過濾器引罩是否完好、重新上緊沖管填料盒和支承螺母、主軸裝置是否固定。

3.3 扭矩反作用梁

檢查本體升降部分固定螺母是否可靠，旋轉頭處的扭矩反作用梁/固定銷，本體提升部分耐磨導桿是否可靠并鎖緊。

3.4 吊環

檢查鉤環、本體提升機構的連接螺栓、吊環基座、停止調節銷釘或鎖緊螺母、樞銷和開尾銷、用于中間停止的電纜裝置、吊環連接銷釘與開尾銷和開槽螺母間的連接、吊卡連接夾緊U形螺栓螺母是否可靠。

4 結語

這次頂驅出現如此嚴重的事故與8月25日井下卡鉆、井隊采用振擊器振擊有很大關系，因此振擊器振擊對頂驅造成的傷害是巨大的，后續需要進一步加強對于應用振擊器后的頂驅觀察，及時了解頂驅的狀況，減少此類事故的發生。