钻井现场电气设备常见故障诊断及排除方法.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 25 日 作者简介：张超（1987），男，汉族，辽宁盘锦人，中级职称，本科，研究方向为钻井设备电气自动化。-158-钻井现场电气设备常见故障诊断及排除方法 张 超 中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井二公司，辽宁 盘锦 124010 摘要：摘要：当前，钻井现场广泛使用的电气设备大多老化且较为陈旧，加之技术人员能力较弱，工作操作经常发生失误，电气设备故障率始终居高不下，故障频发成为常态。通常情况下，电气设备故障排除最先检查机械设备，随后，按照先静后动的原则，以及由外向内的顺序进行故障排查，尤其是对安全管、空气开关、断路器等的保护元件要进行重点检查，并且要结合仪器检测与观察法进行判断，才能对现场的电气设备进行精确的故障诊断。关键词：关键词：钻井；电气设备；故障诊断；观察法 中图分类号：中图分类号：TE2 随着科技的发展，钻井现场广泛应用的电气设备迭代更新速度较快，技术上采用交流变频驱动、电控气、PLC 控制、SCR 驱动控制等模式愈发完善，不再采用气动、柴油动力控制，以更加专业的安装及调试和维修检查技术持续推进现场顺利施工，工作难度也随之加大。实践中，为确保钻井作业有序推进，要求工作人员必须具备正确判断和排除钻井现场电气设备可能出现故障的能力，因此，认真梳理钻井现场实际现状，归纳总结电气设备常见故障，深入探求故障排除方法，具有极为深远的现实意义。1 钻井电气设备故障诊断和排除的重要性 调查发现，大量的不同类型的电气设备广泛应用于钻井现场，必须确保安全技术防范，尤其是谨防电磁干扰、爆炸和雷电等安全事故发生。其中，最常用、应用较多且具备自身属性的电气设备是电焊机、灯具、电机等。因此，为了保障现场施工安全的同时确保施工进度顺利推进，需要迫切解决的实际问题是保证钻井电气设备的安全、稳定运转、按时诊断和排查设备故障。若钻井电气设备在钻探过程中频繁发生故障，将会导致工程进度的延误，进而增加企业的运行成本。因此，必须持续地将电气设备的投入和产出比提高，并通过使钻井电气设备的寿命尽量延长的方式，来降低设备的损耗，并且能够及时、精准地诊断出故障、排除故障迅速有效，以保证钻探施工企业能够获得最大的经济效益。概括地说，全面做好钻井现场电气设备故障诊断和排除工作，是降低施工成本、确保企业经济利润最大化的有效举措。2 钻井电气设备常见故障类型 2.1 设备自身故障 在现场施工过程中，由电气设备本身引起的故障是最多的。在荷载过高与长期运转的情况下，由于其元器件或者产品自身的质量不合格，容易加速设备的磨损，导致设备的故障率持续上升。部分钻井电气设备在长期运行中出现了严重的过载现象，而更换后的元器件又不符合标准，容易造成损坏性故障。此外，部分电气设备的接地刀、刀闸、开关等零件不规范、不到位，或违反技术规范未提前做好机器润滑保养，造成机械卡死，或因未使用标准工具进行拆卸、安装，使螺丝拧紧力度不足发生安全隐患，从而造成设备损坏。2.2 人为故障 在钻井电气设备的操作过程中，人因错误引起的事故占所有事故的半数以上。总之，由人引起的故障可归纳为下列情形：当前，钻井人员数量骤增，但很多作业人员缺乏必要的钻井电气设备基础知识，不具备相关技术能力，不具有上岗资格，由于他们的实际工作经验不足、理论基础较差，对电气设备的运行特点、内部结构和工作机制都不清楚，因此，他们无法精确地诊断并及时排除电力设备或施工作业过程中出现的故障，并且无法保障维护的成效与安全。特别是大部分的钻井工地工人，因为长期工作在固定的岗位上，导致他们的思想逐渐松懈，工作积极性下降，将工作的规范流程和规章制度抛在脑后，有关设备周期性检查等制度都是无效的，对设备的管理也是十分粗中国科技期刊数据库 工业 A-159-放，有些员工在检查和维护设备的过程中仅仅依靠自身的经验，这极大地提高了操作错误的几率。另外，能够正确的把握故障指令的技能是大部分操作工人所不具备的，因此，在进行检修时，也没有明确的目的与针对性。由于大多数的电气设备在钻井施工时都保持长期的运转与超负荷工作，这就会增加设备的损耗，而且，由于超负荷运转导致的工人操作错误，是造成电气设备故障概率增加的主要原因。3 电气设备故障诊断和排除原则 一是要本着先动口后动手的原则。第一步，先弄清楚故障的经过，及其细节表现，如果是不太熟知的电气，要事先弄清楚这台设备的工作原理和结构，随后按照该设备的操作规程进行检修，在组装原图缺失情况下可以边拆解边标记。二是要本着从外到内的检查原则。对电气设备故障的诊断与排除，必须要提前细致检查设备外部情况，通过观察，在掌握设备外部是否有明显的伤痕、了解该设备检修史和折旧年限等信息的基础上，再对设备内部情况进行检查。尤其注意必须确定电气设备的内部出现了故障之后，才能进行拆卸，避免了盲目地操作使设备的故障更加严重。第三，遵循检查的先静后动原则。先对设备进行断电处理，对设备的保险丝、开关按钮及开关的工作状况进行检测，确认它们可以正常工作之后，才能进行参数的检测，用听声音、观察动向、电试验等方法确定故障的具体部位，随后再开始有针对性地维修。四是本着一定顺序进行检验、检测、维修。要首先检查机械部分，之后检查电气部分，当确订设备零部件不存在问题时，才可以利用性能良好的仪器和电压检测表对电气部分进一步检查维修；另外，所谓“先静后动”，就是说检查时要先断电再检查电气设备，确认没有任何问题后，再通电试运行并注意观察，谨防造成工作人员伤亡，杜绝设备二次损伤；另外，要“先外后内”，首先仔细观察设备外部是否存在明显伤痕，在了解设备维修记录与使用年限等基本信息的基础上，再检查内部元器件及基本结构。五是本着普遍性检查、特殊情况检查依次原则。统计发现，普遍原因造成的设备故障远远超过故障总数一半，而一些软故障也就是特殊故障则需要依赖工作经验并借助仪表完成准确诊断，快速排除故障后再开始调试设备。即要先排除故障，确保设备正常运行后方可进行调试。4 钻井现场电气设备故障的诊断检测方法 4.1 观察法 电气设备故障的诊断常采用多种方法，其中之一是直接观察法。这一方法包括在设备表面进行目视检查，触摸潜在故障点，静听机械声响，以及嗅闻异味等手段，以推断电器设备故障的起因。首先，可以与现场操作人员交流，询问设备是否曾出现过火花或特殊现象，以及在故障发生之前是否有任何异常迹象。还可以了解上一次维修的具体细节，在排查故障时，要留意是否有异味或漏水等异常情况。依循排障手册，依次检查常见的故障问题，重点检查电路中是否存在短路以及接触不良的问题，同时检查线路是否老化或者配件脱落等，采用排除法来观测设备运行中出现的异常，合理推导可能发生故障的原因，进行有针对性的排查和检修，并且在完成排障后持续观察，确保故障彻底排除。检查是否存在特殊现象，并根据设备原理图检验设备的温度和气密性等因素。4.2 仪表检测方法 通过精密仪器的检测，不仅可以提高维修工作的效率，还能够准确地确定故障的位置。仪器检测有电阻、电压、电流检测等方法，还可以用仪器进行测试，其中常规检查必不可少，某些时候还需要更换损坏的配件，结合逐步排除和参数调整等方法，都可以对电气设备进行良好的排障和检查，从而找到故障的原因，以下将重点介绍电阻、电压和电流三种测试法。电阻测试的方法需要使用万用表，利用万用表中的电阻档位来检测电路中的通路状况，比对标准值来确认电路中的故障节点，也可以使用兆欧表来进行测量，这种方法用于验证是否存在正常电流通路，以及阻值是否在预定范围内。电压测试法也需要使用万用表，在不同的电路段进行电压的测量，比对正常情况下的电压数值，来判定电路的状况，如通过测量电源和负载之间的电压可以判定是否电源和电路联通等。其中需要注意的环节时需要确定测量的范围，以免电压过大而导致测量仪器损坏，切勿在高电压下使用最大值较低的测量仪器。而在测量直流电时，需要谨慎考虑电压的极性。电流测试法是一种用于通过测试电路中的电流是中国科技期刊数据库 工业 A-160-否正常来预判故障的方法，在检测弱电电路的过程中，通常会将电流表或者多功能表的电流检测功能串接到电路中进行，检测强电回路则需要采用夹式电流表。操作步骤如下：对于三相电机，它们通常包含三根电源线。在使用夹式电流表时，需要将夹口套住其中一根电机电源线。首先，确认电机的额定电流数值，并选择一个电流档位，该档位应大于电机的额定电流。接下来，启动电机，观察电机启动时的电流数值。通常情况下，电机启动时的电流会达到额定电流的三至五倍。一旦电流稳定下来，需要再次观察电流数值，此时它应该等于或小于电机的额定电流。随后，需要逐步使用夹式电流表的夹口分别套住其他两根电机电源线，以检测它们的电流。通过这一系列的测量结果，可以判断电机是否存在故障，或者是否在过载运行状态。4.3 通过状态现实进行诊断 当前钻井现场所采用的电气设备通常处于高度先进状态。这些设备不仅能够有效地呈现潜在故障问题，还可以实时更新有关实际诊断数据和故障位置的信息，以便展示实际的诊断结果。这种方法在目测诊断和自动故障提示等效果不够明显的情况下广泛使用，尤其在涉及复杂机构的故障诊断方面应用广泛。4.4 及时对设备参数进行核对 设备参数如果发生变化，钻井现场电气设备也会发生性能变化，因此往往会引发一些故障，这种来自外部的变化因素会降低设备的可靠性，属于一种认为的因素影响，与设计和制造的关系不大，因此在改变设备参数的时候需要慎重，进行系统性的调试，以确保作业系统兼容且可正常运行。同理，在排障的过程中，检查设备参数的变化也是基本的操作之一，而且可以快速和有效地检测到故障地原因。5 钻井现场电气设备常见故障的排除方法 5.1 初始化复位法 在现场如果出现警示信号，则需要将电器设备断开，并进行重置，重新启动进行观察，看是否可以排除故障。如果检测到故障部位在工作存储位置，也可以采用这种断电和清除缓存的方式进行排障，操作过程中需要将重要的数据和文件进行备份，以免清零重置后重要文件和数据的损坏或者丢失。5.2 参数修改和程序更正 对钻井现场的电气设备进行检测时，参数设置检查是关键的环节，参数设置的变化或者设置不合理，都会导致系统性的设备问题，或者降低设备的性能和功率。同时，设备程序中出现 Bug，或者错误，也会导致设备无法运行或者运行不正常，这种问题需要快速搜索功能来进行排除，从而解决故障问题。参数修改和程序修正方法具有显著的故障排除效果，需要及时关注和定期检查参数和数据的更改，以及不同类型的程序修正效果之间的 6 钻井现场电器设备故障诊断和排除优化措施 6.1 促进工作人员综合能力的提升 企业需要制定培训方案，对钻井从业人员进行技术培训，并提供良好的交流平台，创造交流机会，鼓励工程师与一线操作人员互动，及时了解设备的应用问题，全面了解设备使用过程中的细节，相关部门的工作人员也需要进行充分的了解，从而形成高效的协同运作的体系，最大程度上相互配合，共同提升，维护电器设备良好的正常运行。通过视频和图文等方式，强化员工的综合素养和专业水平，为设备故障诊断和检测奠定坚实基础。此外，企业应加强对设备使用的检查和评估，确保设备得到有效的维护和保养，按规定进行油料添加，必要时采取严格的规范措施。6.2 加强日常设备管理 在设备故障发生后，应按照相关程序进行适当的处理。钻井操作人员第一时间应该到达现场进行全面的检修并查询原因，如果可以当场解决的，需要严格按照操作手册进行排障工作，如无法解决需要上报机场组，进行多方会诊制定解决方案。对于较为专业的问题，还需要直接联系厂家，请专业的专家前来修理。同时，积极鼓励设备维修和使用人员学习相关的设配维修和检测技术，提高自己的维修技能，并在工作中提高主动性，不再依赖以前的思维方式，即设备出现问题就报告给机动部门。这将有助于提高设备管理人员的综合水平，从而为企业节省设备维修费用。6.3 加强设备隐患排查 企业需要制定定期检查和维修的保养的制度，并且培养随时排查隐患的观念，按照操作手册严格进行中国科技期刊数据库 工业 A-161-定期的检查、维护和保养。尤其是在除尘和除湿的保养方面，需要特别注重，同时需要配置完整的检查和维护保养工具设备，如果遇到较为专业的问题，需要联系厂家前来修理。对于可能影响生产安全的严重问题，必须向上级报告，制定合理的更新计划并付诸实施。科学和有效的安全管理措施可以保障设备运行的安全，为钻井生产的发展和管理水平的提高打下坚实基础。7 结语 钻井现场安全需要电器设备的安全运行来保障。但是钻井设备却经常性发生故障，从而造成损失和进度的阻碍，要确保钻井效率，关键在于能够及时、有效地诊断和排除这些故障。面对故障需全面检查故障的位置和发生故障原因，需要有系统性的方法来迅速解决问题，以确保设备能够正常运行。要做到这一点，需要根据具体情况来寻找故障的根源，并采取适当的措施加以解决。更进一步，为了提高从业人员的专业能力和综合素养，采用科学规范的操作方法就显得至关重要。这意味着不断积累经验，以便迅速定位和解决故障。通过这种方式，工作人员能够更有效地应对各种不同类型的故障，并在短时间内将设备恢复到正常运行状态。这将有助于确保钻井设备的顺利运行，并推动整个钻井工作的效率提升。参考文献 1毕明明.石油钻井生产中电气设备节能对策分析J.中国设备工程,2023(02):202-204.2周德超.石油钻井系统中防爆设备的维修与管理分析J.中国设备工程,2022(15):51-53.3段京华.钻井行业中电气设备的维护管理探讨J.中国设备工程,2022(14):43-45.4周俊军.钻井行业中电气设备的维护管理分析J.化工管理,2022(06):111-113.5涂延聪.海上平台及终端电气工程自动化设备设施维修保养J.电子元器件与信息技术,2021,5(07):21-22.6李祎.基于 Apriori 算法的石油钻井电气设备故障诊断方法研究J.电子设计工程,2020,28(22):11-15.