頂驅鉆井條件下錄井作業值得注意的幾個問題

王起生（大慶鉆探地質錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

頂驅鉆井條件下錄井作業值得注意的幾個問題

王起生（大慶鉆探地質錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

頂驅作為新的鉆井驅動方式，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勢，而得到普遍應用。頂驅設備采用大容量、高壓變頻器裝置，使用半導體高速開關器件，加快逆變動態響應過程。但半導體開關產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備在內的精密電子設備會產生嚴重的干擾。針對干擾的發生原理，分析干擾的要素，結合錄井實際工作現狀，采取抑制和抗干擾措施，采集穩定可靠的信號；并根據頂驅鉆井的錄井安裝條件和作業實際，結合頂驅設備儀表接口，解決頂驅信號的獲取和共享。

頂驅鉆井；電磁干擾；抑制；錄井；頂驅信號獲取；共享

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

1 頂驅設備產生的電磁干擾和抑制

1.1 頂驅干擾的形成

通常電磁產生干擾有三要素：干擾源、干擾的傳播途徑和通道、敏感設備的響應。

頂驅常采用液壓馬達和電機兩種驅動形式。交流變頻頂驅是頂驅鉆井的主流裝備，它采用大容量、高壓變頻器裝置，使用半導體高速開關器件，加快逆變動態響應過程。半導體開關產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備產生嚴重干擾。

實際上兩個設備之間的干擾通常包含多種途徑的耦合。

敏感設備方面：錄井系統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境中，在芯線上產生電流、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致錄井系統受到電磁干擾、電磁兼容問題的最主要的因素。

1.2 抑制干擾的主要方法

預防電磁干擾的總的原則是針對電磁產生干擾的三要素：抑制和消除干擾源、切斷耦合通道、降低敏感設備對干擾信號的敏感性。根據干擾發生的三個必要條件先現場確認，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。通過線纜傳導進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。屏蔽是現場抑制電磁干擾的最有效的方法，對敏感設備的傳導部分進行金屬包裹并接地釋放這些電磁能量，達到降低、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用；接地是現場抑制干擾的重要手段，屏蔽層接地后可使干擾電流經屏蔽層短路，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，阻礙感應強度的增加。錄井儀的信號電纜較長，兩端接地容易產生電勢差，形成干擾，所以在電纜周圍環境干擾不強的情況下使用儀器房一側單端接地。

2 頂驅信號的獲得

早期的頂驅設備大多沒有預留頂驅轉盤和頂驅扭矩輸出信號，新的頂驅設備是開放的設計，為第三方預留標準的電流信號輸出。這個電流信號的獲得和共享方法是：

將信號電纜分別對應接頂驅信號輸出的正負極，以獲取頂驅信號，然后輸入給對應的信號通道。以GSXX-EX型安全柵進行說明：信號線從頂驅控制箱獲取無源信號后接入相應的通道安全柵上，正極接入安全柵10腳，負極接安全柵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設備采取如下方法：在頂驅儀表的對應信號線上增加GSXX-EX型安全柵，其輸入端正極接10腳，負極接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準信號，5和6腳接頂驅儀表，7和8腳供錄井系統。

3 頂驅信號的多方共享

要實現井場頂驅儀表，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：根據電流型信號的特點，可以對用戶方進行串聯，實現多方共享。具體方法：信號源的正極接用戶1的正極，用戶1的負極接用戶2的正極，用戶2的負極接回到信號源的負極，依此類推，用戶方首尾相連，形成電流信號回路。用戶可以分別對應是錄井，鉆井，定向井的相應安全柵。

4 串聯共享時的信號中斷問題

串聯共享時會出現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。可以制作一個短接正負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，注意串聯回路上至少有一方用戶正常。

5 結語

鉆井技術的發展，帶動相關方的技術進步，盡管沒有完全同步，也沒有完全消除技術進步帶來的負面干擾，隨著人們認知的更科學和更客觀、更完善的技術手段必然會得到更加廣泛的應用。

［1］電氣控制與PLC技術王兆明清華大學出版社2010.

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