VARCO頂驅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型頂驅系統的常見故障、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，將故障的經濟損失降到最低。

頂部驅動；故障診斷；解決方法

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

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

圖1 TDS－11SA型頂驅結構

1 常見故障

1.1 轉動方向錯誤

如果轉動方向錯誤，先看是否正確選擇了“正反轉開關”；如果不是，將手輪轉到OFF檔，改變方向，然后將手輪轉到ON檔，繼續作業。如果手輪方向正確，則：①確認“正反轉開關”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，手輪是否轉到OFF檔位；⑤如果問題解決，繼續鉆進；否則通知頂驅現場服務人員。

1.2 轉速和扭矩不穩定問題

將頂驅脫離鉆柱。如果情況依舊，檢查輸入信號和電壓表的機械狀態；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，則繼續作業。如果沒有解決，則嘗試同管子處理機構相互作用扭矩。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；如果問題解決，則繼續作業，否則通知現場服務人員。

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’轉到ON，然后再轉到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，則繼續作業，否則通知現場服務人員。

1.4 轉速控制問題

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，則繼續作業；否則通知現場服務人員。

1.5 變頻器故障

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

2） 溫度過高 檢查空調機。

3） 直流柜短路 在變頻器內檢查煙霧；檢查剎車斷路器。

4） 電流過大 檢查變頻器參數；通知頂驅現場服務人員。

5） 相位故障 通知頂驅現場服務人員。

6） 外接故障 檢查剎車斷路器；檢查變頻器參數；通知頂驅現場服務人員。

1.6 扭矩鉗／旋轉頭的問題

1） 管子處理裝置不左轉，如果吊環傾斜浮動，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，如果吊環傾斜浮動，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：看手輪是否轉到OFF位子；如果手輪關閉且旋轉頭不能順時針轉動，則：檢查PLC的輸出；檢查接線；檢查電磁閥；檢查壓力。

4） 手輪關閉旋轉頭能順時針轉動，則：制動銷卡住（PLC控時問題、旋轉頭轉動太快、旋轉頭轉動太慢）；背鉗不能夾緊（檢查液壓和機械系統功能）；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，則關閉變頻器并等待15min。

3） 如果出現過熱現象，則：檢查線路；檢查PLC的輸入。

4） 如果沒有出現過熱故障，則：檢查風機；檢查風機啟動裝置；檢查風機轉速和風口；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；檢查PLC的輸入。

2.3 風機失效警報

1） 確定風機已接通，請檢查壓力開關和PLC的輸入以及風機是否旋轉。

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，請檢查壓力開關和PLC的輸入以及泵是否旋轉。

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 主要現象

頂驅啟動自檢正常，VDC上的大多數功能控制開關操作無效，頂驅不能轉動，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，頂驅主軸還是不能轉動。

3.1.2 解決方法

1） 添加相同型號和規格的液壓油，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，讓液壓油泵連續運行5～15min。（液壓系統有滲漏，頂驅停用時間長，會出現以上現象）。

3.2 給定扭矩較低

3.2.1 主要現象

頂驅在鉆進中機械轉速變低，不能調高，但是能調低，而空載和輕載時頂驅轉速調節正常。

3.2.2 解決方法按照鉆進作業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速）。

3.3 制動開關設置不正確

3.3.1 主要現象

PH－50型管子處理裝置工作正常，頂驅主軸不能轉動，頂驅控制房內的OPY板上顯示的頂驅工作電流很大，超過900A，頻率為0Hz。VDC上的轉速表無轉速顯示，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 解決方法將轉速控制手輪復位，把制動開關由“ON”位扳到“AUTO”位。（正常鉆進時，制動開關長期處于“AUTO”位，有時在頂驅檢修或停用后，被人動過，沒有及時復位）。

3.4 主斷路器頻繁熱跳閘

3.4.1 主要現象

鉆進時，頂驅主軸的轉速忽高忽低，主電機也隨著發出忽高忽低的運轉噪聲，扭矩變化很大，不久，頂驅控制房內主斷路器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。

3） 根據地層、鉆具和鉆頭的使用情況，調整鉆井參數或起鉆更換鉆頭（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一側的溫度也不斷升高，最終發生熱跳閘）。

3.5 通訊故障

3.5.1 主要現象

頂驅控制房內大變頻器的OPY板上出現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以上現象。SF指示燈點亮代表系統故障，BF指示燈點亮代表總線故障）。

3.6 頂驅系統故障

3.6.1 主要現象

大變頻器OPY板上或CPU上出現故障顯示，頂驅系統不能正常工作。

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

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

4） 對于CPU出現FAULT的復位，將CPU上的狀態開關由RUN位搬到STOP位，再由STOP位搬到RUN位。

4 結語

遇到VARCO TDS－11SA型頂驅出現的故障時，需要對頂驅進行全面、系統的檢查和分析，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生。

［1］ 王永勤，李 安，吳永婷.TDS－11SA型頂驅系統故障樹分析［J］.石油礦場機械，2009，38（4）：23－27.

［2］ 牟新明，李 鵬，張 福，等.頂驅中心管接頭螺紋連接性能分析［J］.石油礦場機械，2009，38（8）：24－29.

［3］ 侯 強，董陽陽.TD500／1000型頂驅在海洋鉆井中的應用［J］.石油礦場機械，2010，39（3）：71－73.

［4］ 蔡正敏，張 軍，申朝廷，等.頂驅鉆井裝置傾斜液壓機構臨界載荷計算分析［J］.石油礦場機械，2010，39（3）：48－50.

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

［6］ 宋路江，蔡正敏，張貴德，等.頂驅內防噴器在井控中的應用及維護［J］.石油礦場機械，2010，39（9）：89－91.

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的現場技術工作，E－mail：tangusheng＠163.com。