黃朝偉(盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司， 遼寧 盤錦 124000)

頂驅(qū)鉆井反扭矩的分析及應(yīng)對(duì)措施

黃朝偉(盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司， 遼寧 盤錦 124000)

在目前的鉆井工程中，頂驅(qū)設(shè)備已逐漸替代了轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)、水龍頭驅(qū)動(dòng)打井方式。但是，由于井下地層復(fù)雜、多變，因此，鉆井鉆進(jìn)的時(shí)候，有可能會(huì)對(duì)鉆桿產(chǎn)生反扭矩，進(jìn)而作用到頂驅(qū)上，若是未對(duì)這些反扭矩進(jìn)行有效的處理，則會(huì)給電控設(shè)施、頂驅(qū)設(shè)備本身造成嚴(yán)重的破壞，進(jìn)而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。本篇論文中，筆者主要對(duì)頂驅(qū)鉆井反扭矩進(jìn)行了分析，并提出了幾點(diǎn)有效的應(yīng)對(duì)措施，以供參考。

頂驅(qū)鉆井反扭矩；分析；應(yīng)對(duì)措施

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，石油、天然氣等礦石資源在人們生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用范圍越來越廣，同時(shí)人們對(duì)各種礦石能源的需求量也在不斷增加，這就給能源開發(fā)提出了更高的要求。對(duì)石油、天然氣等礦石能源進(jìn)行開發(fā)的過程中，不可避免地會(huì)利用鉆井技術(shù)，而頂驅(qū)設(shè)備在鉆井中有著十分重要的作用，為確保頂驅(qū)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須加強(qiáng)對(duì)頂驅(qū)鉆井反扭矩問題的重視。

1 頂驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與控制方式

現(xiàn)階段來說，鉆井中所使用的頂驅(qū)電機(jī)，大部分采用的是三相異步電機(jī)，在通常情況下，三相異步電轉(zhuǎn)子主要通過感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)，因?yàn)槿喈惒诫姍C(jī)的定子、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是在不同的轉(zhuǎn)速、相同的方向這一條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此，定子、轉(zhuǎn)子之間存在著一定的轉(zhuǎn)差率，同時(shí)這也是其被稱為三相異步電機(jī)的原因所在[1]。對(duì)于三相異步電機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速也會(huì)隨著負(fù)載的不同而發(fā)生一定的變化，同時(shí)，該轉(zhuǎn)速也要比定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速略低。

頂驅(qū)控制系統(tǒng)，目前普遍采用的是矢量控制的方式，在PLC控制下，交流矢量變頻器利用變頻系統(tǒng)，便可以完成扭矩設(shè)定、頂驅(qū)調(diào)速、上卸扣等方面的具體操作。其整流部分通常情況下所采用的是可控硅、二極管組合整流或者是SCR可控硅整流，；變頻一般情況下通過控制IGBT通斷來實(shí)現(xiàn)。除此之外，逆變、整流間通常情況下還會(huì)設(shè)有帶制動(dòng)電阻作用的斬波器，也就是制動(dòng)單元，從而實(shí)現(xiàn)了頂驅(qū)電機(jī)的能耗制動(dòng)。

2 頂驅(qū)鉆井反扭矩的分析

(1)鉆進(jìn)遇阻時(shí)發(fā)生的反扭矩 鉆井過程中出現(xiàn)的遇阻指的是，與鉆進(jìn)輸出扭矩相比，井下扭矩相對(duì)較大的情況下，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)定鉆速大于頂驅(qū)輸出轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。此時(shí)在反扭矩作用下，頂驅(qū)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)一定的拖動(dòng)回饋電壓，并會(huì)將其釋放至制動(dòng)單元，從而產(chǎn)生反扭矩。

(2)鉆進(jìn)停止時(shí)發(fā)生的反扭矩 鉆井過程中，頂驅(qū)平穩(wěn)鉆進(jìn)的時(shí)候，井下反扭矩、頂驅(qū)輸出扭矩之間處于平衡狀態(tài)，但是，在頂驅(qū)減扭矩、減速輸出的時(shí)候，因?yàn)榉磁ぞ刂禌]有發(fā)生改變，因此，在進(jìn)行減速的過程中，出現(xiàn)了反扭矩比頂驅(qū)扭矩較大的現(xiàn)象，此時(shí)，電機(jī)繼續(xù)拖動(dòng)運(yùn)行，從而就會(huì)出現(xiàn)回饋電壓至直流母線的狀況，通過制動(dòng)單元消耗。

(3)卡鉆時(shí)發(fā)生的反扭矩 鉆井過程中，卡鉆的時(shí)候，實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速為0，但是設(shè)定頂驅(qū)轉(zhuǎn)速相對(duì)來說較大。編碼器處于滿負(fù)荷的狀態(tài)，頂驅(qū)輸出扭矩已經(jīng)達(dá)到了限定扭矩的最大值，這樣的情況下，若是立即將設(shè)定頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)整為0，那么在井下反扭矩的作用之下，頂驅(qū)電機(jī)就會(huì)高速反轉(zhuǎn)，這是一種非常危險(xiǎn)的現(xiàn)象，稍有不慎便會(huì)發(fā)生事故。究其原因在于，第一，過高的反扭矩，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致井下鉆具接扣出現(xiàn)倒開的現(xiàn)象[2]；第二，高速反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，產(chǎn)生的回饋電壓也相對(duì)較高，從而極易發(fā)生瞬間高壓的現(xiàn)象，有可能將制動(dòng)單元反向二極管擊穿，同時(shí)瞬間的熱能也無法得到及時(shí)的釋放，甚至?xí)斐芍苿?dòng)單元高溫保護(hù)，導(dǎo)致逆變系統(tǒng)停止運(yùn)行，造成嚴(yán)重的后果。

3 頂驅(qū)鉆井反扭矩的應(yīng)對(duì)措施

若是沒有對(duì)頂驅(qū)鉆井反扭矩進(jìn)行及時(shí)、有效的處理，則意外釋放的反扭矩不僅會(huì)給頂驅(qū)設(shè)備本體造成極大的破壞，也會(huì)給電控設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅，從而引發(fā)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免這些損失的出現(xiàn)，應(yīng)采取有效的對(duì)策，對(duì)反扭矩進(jìn)行處理。通過上文可以看出，釋放反扭矩的因素非常多，同時(shí)，反扭矩還會(huì)造成十分嚴(yán)重的危害，基于這樣的原因，對(duì)頂驅(qū)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作的過程中，應(yīng)對(duì)反扭矩的釋放給予充分重視、正確對(duì)待。反扭矩的正確釋放程序如下：第一，鉆井過程中，正常鉆進(jìn)停鉆的情況下，只需要將頂驅(qū)轉(zhuǎn)速慢慢降低，切忌快速或者直接將頂驅(qū)轉(zhuǎn)速降為0[3]。第二，鉆井過程中，出現(xiàn)卡鉆情況時(shí)，應(yīng)先將頂驅(qū)轉(zhuǎn)速慢慢下調(diào)，并將其設(shè)定為按鈕或手輪，從而使頂驅(qū)保持低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，需要注意的是，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速應(yīng)切實(shí)滿足輸出扭矩可以確保頂驅(qū)的正向、低速運(yùn)轉(zhuǎn)；之后再將鉆井扭矩慢慢下調(diào)，并將其設(shè)定為按鈕或手輪，使頂驅(qū)緩慢地進(jìn)行減速或者是慢慢反轉(zhuǎn)，直至扭矩逐漸下降為0；仔細(xì)觀察扭矩表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其快要下降為0的時(shí)候，對(duì)頂驅(qū)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，將手輪設(shè)定為0，最終使頂驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)停止，轉(zhuǎn)速下降為0，至此，反扭矩釋放結(jié)束。

4 結(jié)語

綜上所述，頂驅(qū)實(shí)際使用過程中，在不同工況下，即電機(jī)從運(yùn)行到停止的全過程中，均會(huì)出現(xiàn)反扭矩，若是對(duì)這些反扭矩處理不當(dāng)或處理不到位，使反扭矩較大，則會(huì)給頂驅(qū)本體造成嚴(yán)重的破壞，與此同時(shí)，其釋放的反饋電流，也會(huì)給頂驅(qū)電控設(shè)備產(chǎn)生一定的危害?；谶@樣的原因，必須加強(qiáng)對(duì)頂驅(qū)鉆井反扭矩的關(guān)注與重視，并要掌握正確的、有效的反扭矩釋放對(duì)策，以避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，降低鉆井成本。

[1]趙志頂.頂驅(qū)鉆井反扭矩的分析及應(yīng)對(duì)措施[J].石化技術(shù),2016,(04):155+168.

[2]艾軍,張金成,臧艷彬,許明標(biāo).涪陵頁巖氣田鉆井關(guān)鍵技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2014,(05):9-15.

[3]石林,汪海閣,紀(jì)國棟.中石油鉆井工程技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].天然氣工業(yè),2013，(10):1-10.

黃朝偉(1984- )，男，遼寧盤錦人 助理工程師 本科主要從事頂驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和維修工作 。