VARCO顶驱常见故障诊断及解决方法

唐有胜

（中国石油川庆钻探国际工程公司，成都610051） ①

VARCO顶驱常见故障诊断及解决方法

唐有胜

（中国石油川庆钻探国际工程公司，成都610051）①

VARCO TDS－11SA型顶驱系统的常见故障、特殊故障及报警信息进行了分析并做出合理的诊断，找出了故障原因，以便有效及时地解决问题，尽快恢复钻井，将故障的经济损失降到最低。

顶部驱动；故障诊断；解决方法

顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统，它的出现是钻井装备上的一项重大革新。顶部驱动钻井系统可以用立根为单元钻进，提高了钻井速度，最根本的优越性是在起下钻过程中，动力始终与钻具连在一起，遇阻、遇卡时可迅速旋转钻具，接通泥浆进行划眼作业，化解钻井事故。该系统显着提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。VARCO顶驱系统是一个复杂的系统，其出现的故障也是多种多样。本文以TDS－11SA型顶部驱动钻井装置为例，分析各类常见故障并找出相应的解决办法［1－6］。

TDS－11SA型顶驱主要由水龙头－钻机总成、电机冷却系统、滑动架和导轨、管子处理器、平衡系统组成，如图1所示。

图1 TDS－11SA型顶驱结构

1 常见故障

1.1 转动方向错误

如果转动方向错误，先看是否正确选择了“正反转开关”；如果不是，将手轮转到OFF档，改变方向，然后将手轮转到ON档，继续作业。如果手轮方向正确，则：①确认“正反转开关”的功能是否正常；②确认PLC的输入信号是否正确；③确认变频器的输入是否正确；④在改变方向前，手轮是否转到OFF档位；⑤如果问题解决，继续钻进；否则通知顶驱现场服务人员。

1.2 转速和扭矩不稳定问题

将顶驱脱离钻柱。如果情况依旧，检查输入信号和电压表的机械状态；如果问题没有改变，则重新检查钻井设计和机械方面的原因。如果问题解决，则继续作业。如果没有解决，则尝试同管子处理机构相互作用扭矩。如果扭矩合适，则检查编码器；如果不合适，则：确认在PLC处的电压信号；检查电缆和接线；连接电脑和PLC并确认信号；检查变频器参数；如果问题解决，则继续作业，否则通知现场服务人员。

1.3 刹车故障

1） 刹车不能松开，但刹车指示灯不亮，则：检查机械原因；检查液压原因。

2） 刹车不能松开，但刹车指示灯亮，则：将‘刹车开关’转到ON，然后再转到OFF。

3） 刹车是否恢复正常；如果不正常，则检查变频器故障；如果还不能查到，则检查PLC和电路；刹车打滑＜41.4kN·m，则：检查油压；检查刹车片；如果刹车不能夹紧，则：检查PLC；检查电路；检查机械原因；检查液压原因；如果问题解决，则继续作业，否则通知现场服务人员。

1.4 转速控制问题

首先检查并校正仪表，如果太快或太慢则：确认手轮电压表的电压；确认手轮有无足够的输出信号；确认在PLC的手轮电压；检查在短路或断路时的电缆情况；连接电脑和PLC并确认信号。如果问题解决，则继续作业；否则通知现场服务人员。

1.5 变频器故障

1） 电压过高 检查发电机输入；检查井下扭矩（键槽）；检查刹车断路；检查变频器参数。

2） 温度过高 检查空调机。

3） 直流柜短路 在变频器内检查烟雾；检查刹车断路器。

4） 电流过大 检查变频器参数；通知顶驱现场服务人员。

5） 相位故障 通知顶驱现场服务人员。

6） 外接故障 检查刹车断路器；检查变频器参数；通知顶驱现场服务人员。

1.6 扭矩钳／旋转头的问题

1） 管子处理装置不左转，如果吊环倾斜浮动，则：检查PLC的输出；检查接线；检查电磁阀；检查压力。

2） 管子处理装置不右转，如果吊环倾斜浮动，则：检查PLC的输出；检查接线；检查电磁阀；检查压力。

3） 扭矩钳不能夹紧，则：看手轮是否转到OFF位子；如果手轮关闭且旋转头不能顺时针转动，则：检查PLC的输出；检查接线；检查电磁阀；检查压力。

4） 手轮关闭旋转头能顺时针转动，则：制动销卡住（PLC控时问题、旋转头转动太快、旋转头转动太慢）；背钳不能夹紧（检查液压和机械系统功能）；背钳打滑（检查液压压力、检查钳牙、更换钳牙）。

2 报警处理方法

2.1 过热报警

1） 如果钻井电机没有使用过，则：检查线路；检查PLC的输入信号。

2） 如果钻井电机使用过，则关闭变频器并等待15min。

3） 如果出现过热现象，则：检查线路；检查PLC的输入。

4） 如果没有出现过热故障，则：检查风机；检查风机启动装置；检查风机转速和风口；检查控气流量。

2.2 增压防爆压力丢失报警

若增压防爆压力丢失报警，则：检查气压；检查压力开关；检查PLC的输入。

2.3 风机失效警报

1） 确定风机已接通，请检查压力开关和PLC的输入以及风机是否旋转。

2） 如果风机没接通，启动装置已跳闸，测电机和电缆的电阻。

3） 启动装置没有跳闸，且启动装置已供电，请检查接头和电缆。

4） 启动装置没有供电，则：检查PLC；检查线路；检查输出。

2.4 液压泵油压丢失报警

1） 确定液压泵已接通，请检查压力开关和PLC的输入以及泵是否旋转。

2） 如果液压泵没有接通，启动装置已跳闸，测量电机和电缆的电阻。

3） 启动装置没跳闸，且启动装置已供电，请检查接头和电缆。

4） 启动装置没有供电，则：检查PLC；检查线路；检查输出。

3 特殊故障的解决方法

3.1 液压油位过低

3.1.1 主要现象

顶驱启动自检正常，VDC上的大多数功能控制开关操作无效，顶驱不能转动，液压油泵交流电机与主电机交流风机不工作，当液压开关由“AUTO”位扳到“ON”位时，液压油泵交流电机与主电机交流风机才正常工作，顶驱主轴还是不能转动。

3.1.2 解决方法

1） 添加相同型号和规格的液压油，油位达到观察孔位的2／3处，起动油泵后，要继续观察油位，如果下降，还要添加液压油。

2） 如果液压油漏失量不是很大，启动顶驱，让液压油泵连续运行5～15min。（液压系统有渗漏，顶驱停用时间长，会出现以上现象）。

3.2 给定扭矩较低

3.2.1 主要现象

顶驱在钻进中机械转速变低，不能调高，但是能调低，而空载和轻载时顶驱转速调节正常。

3.2.2 解决方法按照钻进作业的实际要求增大钻进给定扭矩

（如果钻进给定扭矩较低，井下钻具遇阻增大、钻头尺寸过大或钻压过大都会降低机械转速）。

3.3 制动开关设置不正确

3.3.1 主要现象

PH－50型管子处理装置工作正常，顶驱主轴不能转动，顶驱控制房内的OPY板上显示的顶驱工作电流很大，超过900A，频率为0Hz。VDC上的转速表无转速显示，扭矩表有扭矩显示，高扭矩，红色刹车制动指示灯点亮。

3.3.2 解决方法将转速控制手轮复位，把制动开关由“ON”位扳到“AUTO”位。（正常钻进时，制动开关长期处于“AUTO”位，有时在顶驱检修或停用后，被人动过，没有及时复位）。

3.4 主断路器频繁热跳闸

3.4.1 主要现象

钻进时，顶驱主轴的转速忽高忽低，主电机也随着发出忽高忽低的运转噪声，扭矩变化很大，不久，顶驱控制房内主断路器CBM（1 200A）跳闸，在OPY板上检查r947，显示的故障代码为F035，ext fault（外部故障）。

3.4.2 解决方法

1） 自然冷却能耗制动电阻器和主断路器CBM，20～30min以后合上主断路器。

2） 增加1台风机给能耗制动电阻器和主断路器散热，能减少这种跳闸的次数。

3） 根据地层、钻具和钻头的使用情况，调整钻井参数或起钻更换钻头（由于主断路器CBM距离能耗制动电阻器较近，当能耗制动电阻器吸收了大量逆功，电阻器温度不断升高，在此热源的辐射作用下，主断路器CBM一侧的温度也不断升高，最终发生热跳闸）。

3.5 通讯故障

3.5.1 主要现象

顶驱控制房内大变频器的OPY板上出现F080、F081或F082代码，SF或BF故障指示灯（LED）点亮。

3.5.2 解决方法

把CPU上的开关搬到STOP位置，再搬到RUN位置，使CPU复位（接地和线路的屏蔽不良会出现以上现象。SF指示灯点亮代表系统故障，BF指示灯点亮代表总线故障）。

3.6 顶驱系统故障

3.6.1 主要现象

大变频器OPY板上或CPU上出现故障显示，顶驱系统不能正常工作。

3.6.2 解决方法

1） 对于大变频器，在OPY板上按REST键对大变频器进行复位；如果故障不能解除，请采用以下方法。

2） 断开顶驱控制房内主断路器CBM，3～5 min后再送电。如果故障不能解除，请采用以下方法。

3） 断开顶驱供电断路器，切断送往顶驱控制房的600V交流电，3～5min后再送电。

4） 对于CPU出现FAULT的复位，将CPU上的状态开关由RUN位搬到STOP位，再由STOP位搬到RUN位。

4 结语

遇到VARCO TDS－11SA型顶驱出现的故障时，需要对顶驱进行全面、系统的检查和分析，逐步缩小问题的范围。首先不要怀疑硬件损坏，更不能轻易将器件拆下来检查。误判和解决问题的方法不正确，有可能会人为制造新的故障，浪费解决问题的宝贵时间，甚至会造成井下复杂情况发生。

［1］ 王永勤，李 安，吴永婷.TDS－11SA型顶驱系统故障树分析［J］.石油矿场机械，2009，38（4）：23－27.

［2］ 牟新明，李 鹏，张 福，等.顶驱中心管接头螺纹连接性能分析［J］.石油矿场机械，2009，38（8）：24－29.

［3］ 侯 强，董阳阳.TD500／1000型顶驱在海洋钻井中的应用［J］.石油矿场机械，2010，39（3）：71－73.

［4］ 蔡正敏，张 军，申朝廷，等.顶驱钻井装置倾斜液压机构临界载荷计算分析［J］.石油矿场机械，2010，39（3）：48－50.

［5］ 蔡正敏，张 军，申朝廷，等.顶驱钻井装置倾斜液压机构临界载荷的精确解［J］.石油矿场机械，2010，39（6）：49－51.

［6］ 宋路江，蔡正敏，张贵德，等.顶驱内防喷器在井控中的应用及维护［J］.石油矿场机械，2010，39（9）：89－91.

1001－3482（2011）09－0084－03

TE923

B

2011－03－28

唐有胜（1972－），男，四川渠县人，工程师，主要从事钻机和顶驱的现场技术工作，E－mail：tangusheng＠163.com。