頂驅(qū)鉆井條件下錄井作業(yè)值得注意的幾個問題

王起生（大慶鉆探地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

頂驅(qū)鉆井條件下錄井作業(yè)值得注意的幾個問題

王起生（大慶鉆探地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

頂驅(qū)作為新的鉆井驅(qū)動方式，有降低勞動強度，提高鉆井效率，減少工程事故，尤其是在井控時的優(yōu)勢，而得到普遍應(yīng)用。頂驅(qū)設(shè)備采用大容量、高壓變頻器裝置，使用半導(dǎo)體高速開關(guān)器件，加快逆變動態(tài)響應(yīng)過程。但半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)生高頻脈沖伴高次諧波，形成很強的電磁輻射，通過各種耦合方式對周圍的包括錄井設(shè)備在內(nèi)的精密電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。針對干擾的發(fā)生原理，分析干擾的要素，結(jié)合錄井實際工作現(xiàn)狀，采取抑制和抗干擾措施，采集穩(wěn)定可靠的信號；并根據(jù)頂驅(qū)鉆井的錄井安裝條件和作業(yè)實際，結(jié)合頂驅(qū)設(shè)備儀表接口，解決頂驅(qū)信號的獲取和共享。

頂驅(qū)鉆井；電磁干擾；抑制；錄井；頂驅(qū)信號獲?。还蚕?/p>

頂驅(qū)設(shè)備采用半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)生高頻脈沖并伴有高次諧波，產(chǎn)生很強的電磁輻射，通過各種耦合方式對周圍的用電設(shè)備、用電器產(chǎn)生干擾；強大的交變電流產(chǎn)生強烈的交變電磁干擾信號，對精密測量電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，影響錄取資料的可信度。針對干擾的發(fā)生原理，分析電磁干擾的要素，采取抑制和抗干擾措施，獲取穩(wěn)定可靠的信號；根據(jù)頂驅(qū)鉆井條件下的錄井安裝傳感器安裝條件和作業(yè)實際情況，解決頂驅(qū)信號的獲取和多方共享。

1 頂驅(qū)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾和抑制

1.1 頂驅(qū)干擾的形成

通常電磁產(chǎn)生干擾有三要素：干擾源、干擾的傳播途徑和通道、敏感設(shè)備的響應(yīng)。

頂驅(qū)常采用液壓馬達(dá)和電機(jī)兩種驅(qū)動形式。交流變頻頂驅(qū)是頂驅(qū)鉆井的主流裝備，它采用大容量、高壓變頻器裝置，使用半導(dǎo)體高速開關(guān)器件，加快逆變動態(tài)響應(yīng)過程。半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)生高頻脈沖并伴有高次諧波，形成很強的輻射，通過各種耦合方式對精密電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

實際上兩個設(shè)備之間的干擾通常包含多種途徑的耦合。

敏感設(shè)備方面：錄井系統(tǒng)的連接到井場各處電源電纜和信號線20多條，這些線纜處于交變電磁場環(huán)境中，在芯線上產(chǎn)生電流、電壓干擾信號，同時電纜是效率很高的電磁波接收天線，井場電磁波被線纜接收到，成為電磁能量的吸收器，因此井場排布的各種電纜線成為導(dǎo)致錄井系統(tǒng)受到電磁干擾、電磁兼容問題的最主要的因素。

1.2 抑制干擾的主要方法

預(yù)防電磁干擾的總的原則是針對電磁產(chǎn)生干擾的三要素：抑制和消除干擾源、切斷耦合通道、降低敏感設(shè)備對干擾信號的敏感性。根據(jù)干擾發(fā)生的三個必要條件先現(xiàn)場確認(rèn)，再有針對性的排除。靜電干擾宜采用單端接地的方式，電磁干擾宜采用雙端接地的方式減弱干擾。通過線纜傳導(dǎo)進(jìn)來變頻器諧波的干擾，通常采用加隔離變壓器或電源噪聲濾波器的方法來抑制。

錄井儀抑制電磁干擾方法有屏蔽、接地、合理布線等。屏蔽是現(xiàn)場抑制電磁干擾的最有效的方法，對敏感設(shè)備的傳導(dǎo)部分進(jìn)行金屬包裹并接地釋放這些電磁能量，達(dá)到降低、抵消和抑制干擾的作用。錄井使用帶屏蔽層的信號電纜，探頭全金屬封閉的絞車傳感器等都是屏蔽的具體應(yīng)用；接地是現(xiàn)場抑制干擾的重要手段，屏蔽層接地后可使干擾電流經(jīng)屏蔽層短路，切斷其傳播。

單端接地屏蔽層電壓為零，適合于傳輸弱直流或低頻信號。雙端接地可消除靜電干擾，阻礙感應(yīng)強度的增加。錄井儀的信號電纜較長，兩端接地容易產(chǎn)生電勢差，形成干擾，所以在電纜周圍環(huán)境干擾不強的情況下使用儀器房一側(cè)單端接地。

2 頂驅(qū)信號的獲得

早期的頂驅(qū)設(shè)備大多沒有預(yù)留頂驅(qū)轉(zhuǎn)盤和頂驅(qū)扭矩輸出信號，新的頂驅(qū)設(shè)備是開放的設(shè)計，為第三方預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)的電流信號輸出。這個電流信號的獲得和共享方法是：

將信號電纜分別對應(yīng)接頂驅(qū)信號輸出的正負(fù)極，以獲取頂驅(qū)信號，然后輸入給對應(yīng)的信號通道。以GSXX-EX型安全柵進(jìn)行說明：信號線從頂驅(qū)控制箱獲取無源信號后接入相應(yīng)的通道安全柵上，正極接入安全柵10腳，負(fù)極接安全柵11腳，輸出端5、6腳或者7、8腳可以獲得所需的信號。

對沒有第三方信號頂驅(qū)設(shè)備采取如下方法：在頂驅(qū)儀表的對應(yīng)信號線上增加GSXX-EX型安全柵，其輸入端正極接10腳，負(fù)極接11腳，輸出端5和6腳或7和8腳的4-20mA的完全一致的兩組標(biāo)準(zhǔn)信號，5和6腳接頂驅(qū)儀表，7和8腳供錄井系統(tǒng)。

3 頂驅(qū)信號的多方共享

要實現(xiàn)井場頂驅(qū)儀表，錄井，定向井，鉆井儀表信號共享，需解決無源信號的分配。現(xiàn)場有兩種方法解決：

方法一：在信號源處增加GSXX-EX型一入二出安全柵，實現(xiàn)信號衍生，這種方法需要有足夠的安全柵備件和安裝空間；方法二：根據(jù)電流型信號的特點，可以對用戶方進(jìn)行串聯(lián)，實現(xiàn)多方共享。具體方法：信號源的正極接用戶1的正極，用戶1的負(fù)極接用戶2的正極，用戶2的負(fù)極接回到信號源的負(fù)極，依此類推，用戶方首尾相連，形成電流信號回路。用戶可以分別對應(yīng)是錄井，鉆井，定向井的相應(yīng)安全柵。

4 串聯(lián)共享時的信號中斷問題

串聯(lián)共享時會出現(xiàn)某方因故障或者提前拆裝而相互干擾在用方的情況。原因是電流信號斷路?？梢灾谱饕粋€短接正負(fù)極的快速接頭的對插頭，使得拆卸下來的傳感器造成的斷路得以連通，閉合電流信號，注意串聯(lián)回路上至少有一方用戶正常。

5 結(jié)語

鉆井技術(shù)的發(fā)展，帶動相關(guān)方的技術(shù)進(jìn)步，盡管沒有完全同步，也沒有完全消除技術(shù)進(jìn)步帶來的負(fù)面干擾，隨著人們認(rèn)知的更科學(xué)和更客觀、更完善的技術(shù)手段必然會得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］電氣控制與PLC技術(shù)王兆明清華大學(xué)出版社2010.

王起生（1963-），助理工程師，1995年畢業(yè)于哈工大工業(yè)電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任大慶鉆探地質(zhì)錄井公司二大隊哈薩克斯坦項目部質(zhì)量工程師。