郭坤，翁煒，李超

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

1 電動(dòng)頂驅(qū)裝置的鉆探特點(diǎn)

頂驅(qū)是可以從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆桿、鉆柱，并沿專用導(dǎo)軌向下送鉆、提鉆，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、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(qū)鉆機(jī)的以上特點(diǎn)，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(jìn)行立根鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆進(jìn)效率較高。此外，鉆機(jī)還配備了鉆壓表、指重表、泵沖表，可以充分并及時(shí)反應(yīng)孔內(nèi)的狀態(tài)，有效、科學(xué)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(jìn)遇阻時(shí)的反扭矩

鉆探遇阻是指與鉆進(jìn)輸出扭矩相比，孔內(nèi)反扭矩大于鉆機(jī)輸出扭矩，并且會出現(xiàn)鉆機(jī)設(shè)定鉆速大于鉆機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。此時(shí)在孔內(nèi)反扭矩作用下，頂驅(qū)電機(jī)會出現(xiàn)一定的拖動(dòng)回饋電壓，通過制動(dòng)單元接收此回饋電壓。

2.2 鉆進(jìn)停止時(shí)發(fā)生的反扭矩

鉆探過程中，頂驅(qū)裝置在平穩(wěn)鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)反扭矩、頂驅(qū)輸出扭矩之間處于一種平衡狀態(tài)，當(dāng)司鉆指令頂驅(qū)減扭矩、減速輸出時(shí)，此時(shí)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(qū)輸出扭矩的現(xiàn)象，此時(shí)，將對電機(jī)產(chǎn)生拖動(dòng)效應(yīng)，從而就會出現(xiàn)回饋電壓至共直流母線的狀況，通過制動(dòng)單元消耗。

2.3 卡鉆時(shí)發(fā)生的反扭矩

鉆探過程中，卡鉆的時(shí)候，鉆機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速為零，此時(shí)頂驅(qū)的設(shè)定轉(zhuǎn)速大于實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速。頂驅(qū)輸出扭矩達(dá)到了限定扭矩的上限值，若是立即將設(shè)定頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)整為零，在孔內(nèi)反扭矩的作用下，頂驅(qū)裝置會出現(xiàn)高速反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這是一種非常危險(xiǎn)的現(xiàn)象，容易對設(shè)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(jìn)行分析，在嚴(yán)重情況下，過高的反扭矩會導(dǎo)致孔內(nèi)鉆具脫開，造成孔內(nèi)事故；高速反轉(zhuǎn)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(dòng)單元中反向二極管擊穿，大電流導(dǎo)致的瞬間熱能無法得到有效散發(fā)，會造成制動(dòng)單元高溫保護(hù)，導(dǎo)致逆變系統(tǒng)停止運(yùn)行，造成電氣故障。

3 反扭矩的應(yīng)對方法

電動(dòng)頂驅(qū)在鉆探作業(yè)中的反扭矩易導(dǎo)致頂驅(qū)裝置本體被破壞，也易導(dǎo)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(jì)損失。為了避免這些情況，應(yīng)對反扭矩進(jìn)行有效處理。

3.1 正常鉆進(jìn)

電動(dòng)頂驅(qū)鉆探作業(yè)過程中，在正常鉆進(jìn)停鉆的情況下，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。

3.2 卡鉆遇阻

電動(dòng)頂驅(qū)鉆探作業(yè)過程中，在出現(xiàn)卡鉆情況時(shí)，應(yīng)使用手輪將頂驅(qū)轉(zhuǎn)速慢慢下調(diào)，同時(shí)應(yīng)上提鉆具以減小孔內(nèi)的反扭矩值。需要注意的是，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足輸出扭矩以確保頂驅(qū)的正向、低速運(yùn)轉(zhuǎn)；之后再將鉆進(jìn)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零；觀察扭矩表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其快要下降為零的時(shí)候，對頂驅(qū)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，將手輪設(shè)定為零，最終使頂驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)停止，轉(zhuǎn)速下降為零，至此，反扭矩釋放結(jié)束[1]。

4 結(jié)語

綜上所述，電動(dòng)頂驅(qū)裝置在實(shí)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(dòng)頂驅(qū)裝置本體造成嚴(yán)重的破壞，也可造成孔內(nèi)事故。與此同時(shí)，其釋放的反饋電流，也會給頂驅(qū)電控設(shè)備產(chǎn)生一定的危害[2]。基于以上原因，必須加強(qiáng)對電動(dòng)頂驅(qū)鉆探中反扭矩的關(guān)注與重視，并要掌握正確的、有效的反扭矩釋放對策，以避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，降低鉆探成本。

參考文獻(xiàn)：

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

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