VARCO顶驱辅助动力电缆使用分析_姬广伟

1　前言

顶驱在现代钻井工程复杂井和高难井作业中的速度扭

矩控制优势，以及方便、安全、快捷的特性已得到石油钻

井行业的广泛认可，不仅可节约大量时间和经济成本，而

且降低了井控风险。在作业现场，经常会因为顶驱辅助动

力电缆问题导致顶驱不能正常工作，本文以VARCO顶驱

为例，对电缆损坏原因进行系统分析并进行针对性防护，

确保现场生产时效。

2　辅助动力电缆工作功能

VARCO顶驱辅助动力电缆为复合多芯电缆，内部一

共有18根12AWG电缆，电缆线路电阻值为0.531Ω。1～4

号线对功率为10HP的液压泵电机供电，5～8号线对5HP

右风机供电，9～12号线对5HP左风机供电，13～14号线

对右主电机加热器供电，15～16号线对左主电机加热器供

电，17～18号线备用。

小逆变器直接跨接在主系统800VDC母线上面，经逆

变出来后输出600V/60Hz交流电源，并通过三个电机接触

器和热继电器输送到辅助动力电缆。加热器技术参数为

120VAC/250W，供电电源为120VAC/50Hz交流电。

3　辅助动力电缆损坏原因分析

3.1　机械损伤

由于顶驱辅助动力电缆游动部分，长期随顶驱主机和

游车一起在井架空间内上下往复运动。（由于现场作业环

境处于野外，相对来讲比较恶劣，所以机械因素导致的电

缆损害在所难免。同时由于存在作业进度要求，部分轻微

机械损伤在当时并未对电缆造成明显伤害，所以未能够及

时发现并进行有效防范处理。设备在后续运行过程中，电

缆暗伤或隐伤会逐渐加剧，最终可能会造成设备停机。造

成顶驱电缆机械损伤的主要原因如下：

1）拆装损伤：现场进行设备拆装时，可能会因为人

为操作因素将电缆碰伤，另外可能提升或下方速度过快造

成拉伤。另外受钻台面面积所限，有时会将电缆过度弯曲

（弯曲半径小于36inch）并造成损伤；

2）天气因素损坏：某些作业环境自然天气比较恶

劣，多风多雨季节，电缆很有可能被大风刮到井架外边，

进而会导致电缆被拽断；

3）顶驱在游车的牵引下沿导轨上下往复运动时，电

缆可能会和井架内侧钢丝绳发生蹭挂，导致电缆胶皮磨

破，导致电缆短路或者其他电缆故障；

4）自然老化损伤：在正常使用过程中，电缆接头长

时间带负荷运转，可能会导致绝缘胶膨胀，进而外壳或护

套胀裂；另外部分电缆处于游动区域，可能因为反复弯曲

伸直而造成内部疲劳损坏。

3.2　绝缘受潮

电缆绝缘受潮后会引起故障，而造成电缆受潮的主要

原因如下：

1）如果未将电缆插头有效插装到位，或插头内部密

封圈因为挤压或老化等造成密封失效，上述因素都可能导

致电缆插头进水；

2）顶驱电缆一般要穿过井架底座，再通过井架大腿

到达二层台。其中在井架底座位置，从钻台流漏的泥浆、

生产水和各种油迹很容易粘附在电缆上造成电缆胶皮腐蚀

而受潮；

3）目前顶驱电缆一般由厂家外包生产制造，不同厂

家不同批次产品，可能会因为工艺因素而造成品质不一，

部分电缆金属护套可能因为工艺瑕疵而存在小孔或裂缝；

4）顶驱电缆固定盘架或游动空间，存在钻机许多机

械部件，在日常维护或检修过程中，可能会不小心将电缆

护套刺伤。另外，钻井液和各种油品也可能将其腐蚀造成

穿孔。

3.3　绝缘老化变质

1）当电缆绝缘介质电离时，其内部气隙可能会产生

臭氧和硝酸等化学物资，进而导致腐蚀绝缘。目前电缆制

造工艺会大量使用交联聚乙烯并会造成水树现象，存在的

水分会导致绝缘老化加速并造成绝缘下降。

2）过热会引起绝缘老化变质。钻井作业现场一般是

24小时全天候作业，顶驱电缆则会持续带负荷运转。另外

现场作业环境干燥高温，还有电缆内部气隙产生电游离会

造成局部过热并使绝缘碳化。上述因素会导致电缆运行温

度不断升高，造成电缆自身温度过热而使绝缘加速损坏。

3.4　过电压

小逆变器输出600V/60Hz高压交流电，如果因为小逆

变器工作不正常而造成输出电压过高，则可能导致顶驱电

缆绝缘击穿，击穿点一般为工艺制造缺陷处。

VARCO顶驱辅助动力电缆使用分析

姬广伟　林红　鲁立强　张殷国

中国石油集团长城钻探工程有限公司　北京　100101

摘要：VARCO顶驱辅助动力电缆是重要的供电电缆，对顶驱液压系统和主电机冷却系统进行供电。本文对可能导致电缆受损的多种原因进行了分析，并给出针对性防护措施。

关键词：辅助动力电缆　原因分析　注意事项

Analysis of Auxiliary Power Cable of VARCO Top-drive

Ji Guangwei，Lin Hong，Lu Liqiang，Zhang Yinguo

Great Wall Drilling Company，CNPC，Beijing 100101，China

Abstract：The VARCO Top-drive auxiliary power cable is an important power supply for the hydraulic system and the main motor cooling system. This paper investigates the cable damages and offer solutions for reference.

Keywords：auxiliary power cable；analysis of causes；do’s and don’ts