電動頂驅裝置在鉆探作業(yè)中反扭矩的影響及應對方法

郭坤，翁煒，李超

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

1 電動頂驅裝置的鉆探特點

頂驅是可以從井架空間上部直接旋轉鉆桿、鉆柱，并沿專用導軌向下送鉆、提鉆，完成鉆柱旋轉鉆進、循環(huán)鉆探液、接單根、上卸扣和提下鉆開泵掃孔等多種操作的鉆探作業(yè)裝備。由于頂驅鉆機的以上特點，在鉆探過程中引起的卡鉆、拉槽、縮徑等遇阻事故，均可得到高效處理，可進行立根鉆進，鉆機鉆進效率較高。此外，鉆機還配備了鉆壓表、指重表、泵沖表，可以充分并及時反應孔內(nèi)的狀態(tài)，有效、科學地提高鉆速和鉆效，減少了出現(xiàn)孔內(nèi)事故幾率，使深孔施工更高效、更安全。

2 反扭矩的影響

2.1 鉆進遇阻時的反扭矩

鉆探遇阻是指與鉆進輸出扭矩相比，孔內(nèi)反扭矩大于鉆機輸出扭矩，并且會出現(xiàn)鉆機設定鉆速大于鉆機輸出轉速的現(xiàn)象。此時在孔內(nèi)反扭矩作用下，頂驅電機會出現(xiàn)一定的拖動回饋電壓，通過制動單元接收此回饋電壓。

2.2 鉆進停止時發(fā)生的反扭矩

鉆探過程中，頂驅裝置在平穩(wěn)鉆進時，孔內(nèi)反扭矩、頂驅輸出扭矩之間處于一種平衡狀態(tài)，當司鉆指令頂驅減扭矩、減速輸出時，此時孔內(nèi)反扭矩值維持不變，將出現(xiàn)孔內(nèi)反扭矩大于頂驅輸出扭矩的現(xiàn)象，此時，將對電機產(chǎn)生拖動效應，從而就會出現(xiàn)回饋電壓至共直流母線的狀況，通過制動單元消耗。

2.3 卡鉆時發(fā)生的反扭矩

鉆探過程中，卡鉆的時候，鉆機實際輸出轉速為零，此時頂驅的設定轉速大于實際輸出轉速。頂驅輸出扭矩達到了限定扭矩的上限值，若是立即將設定頂驅轉速調整為零，在孔內(nèi)反扭矩的作用下，頂驅裝置會出現(xiàn)高速反轉現(xiàn)象，這是一種非常危險的現(xiàn)象，容易對設備及人員造成潛在傷害。

2.4 反扭矩造成的問題

針對以上現(xiàn)象進行分析，在嚴重情況下，過高的反扭矩會導致孔內(nèi)鉆具脫開，造成孔內(nèi)事故；高速反轉的過程中，產(chǎn)生的回饋電壓很高，極易發(fā)生瞬間高壓的現(xiàn)象，容易將制動單元中反向二極管擊穿，大電流導致的瞬間熱能無法得到有效散發(fā)，會造成制動單元高溫保護，導致逆變系統(tǒng)停止運行，造成電氣故障。

3 反扭矩的應對方法

電動頂驅在鉆探作業(yè)中的反扭矩易導致頂驅裝置本體被破壞，也易導致電氣電控系統(tǒng)產(chǎn)生重大故障，造成孔內(nèi)事故及鉆探作業(yè)終止，增加鉆探施工成本，從而引發(fā)較大的經(jīng)濟損失。為了避免這些情況，應對反扭矩進行有效處理。

3.1 正常鉆進

電動頂驅鉆探作業(yè)過程中，在正常鉆進停鉆的情況下，需要將頂驅轉速慢慢降低，切忌快速或者直接將頂驅轉速降為0。

3.2 卡鉆遇阻

電動頂驅鉆探作業(yè)過程中，在出現(xiàn)卡鉆情況時，應使用手輪將頂驅轉速慢慢下調，同時應上提鉆具以減小孔內(nèi)的反扭矩值。需要注意的是，頂驅轉速應滿足輸出扭矩以確保頂驅的正向、低速運轉；之后再將鉆進扭矩慢慢下調，并將其設定為按鈕或手輪，使頂驅緩慢地進行減速或者是慢慢反轉，直至扭矩逐漸下降為零；觀察扭矩表，當發(fā)現(xiàn)其快要下降為零的時候，對頂驅轉速進行調整，將手輪設定為零，最終使頂驅轉動停止，轉速下降為零，至此，反扭矩釋放結束[1]。

4 結語

綜上所述，電動頂驅裝置在實際使用過程中，在遇阻、卡鉆、緊急減速等狀況下，均會出現(xiàn)反扭矩現(xiàn)象，若反扭矩得不到有效控制，將會給電動頂驅裝置本體造成嚴重的破壞，也可造成孔內(nèi)事故。與此同時，其釋放的反饋電流，也會給頂驅電控設備產(chǎn)生一定的危害[2]?；谝陨显?，必須加強對電動頂驅鉆探中反扭矩的關注與重視，并要掌握正確的、有效的反扭矩釋放對策，以避免不必要的經(jīng)濟損失，降低鉆探成本。

參考文獻：

[1] 黃朝偉. 頂驅鉆井反扭矩的分析及應對措施[J]. 化工管理, 2017(22):136-136.

[2] 曾會平. 從控制原理看頂驅釋放反扭矩的操作[J]. 鉆采工藝, 2012, 35(6):75-77.