談頂驅(qū)鉆井反扭矩的分析及應(yīng)對措施

李海濱

摘 要：文章結(jié)合作者工作實際，對頂驅(qū)鉆井扭矩內(nèi)容進(jìn)行了全面的分析，首先，對頂驅(qū)電機轉(zhuǎn)矩以及速度控制方式進(jìn)行分析，然后對電機能耗制動原理、設(shè)定方式、頂驅(qū)反扭矩的產(chǎn)生以及出現(xiàn)的問題等方面內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希望通過研究分析，能夠在工作過程中給頂驅(qū)井反扭矩工作提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：頂驅(qū)；鉆井；扭矩；分析

中圖分類號：TE92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0183-01

在當(dāng)前鉆井工作過程中，頂驅(qū)設(shè)備已經(jīng)將傳統(tǒng)的水龍頭以及轉(zhuǎn)盤的鉆井方式取代，在頂驅(qū)設(shè)備的應(yīng)用過程中，鉆井會導(dǎo)致鉆桿出現(xiàn)反扭矩問題，就會導(dǎo)致相應(yīng)的應(yīng)用出現(xiàn)的頂驅(qū)上，如果不能有效的處理這些問題，就會導(dǎo)致反扭矩受到意外釋放，就會給電控設(shè)備以及驅(qū)頂設(shè)備造成損壞，就會給企業(yè)的經(jīng)濟(jì)造成影響。

1 頂驅(qū)電機的轉(zhuǎn)矩和速度控制方式

三相異步電機是頂驅(qū)電機采用最多的一種方式。在實踐過程中，三相異步電轉(zhuǎn)子的電磁是在感應(yīng)下實現(xiàn)的；因為，三相異步電機的轉(zhuǎn)子以及定子的旋轉(zhuǎn)以及磁場的方向不同，因此，相互間的轉(zhuǎn)速存在差異，因此稱之為三相異步電機。當(dāng)前，頂驅(qū)控制系統(tǒng)都是采用矢量控制，在交流矢量變頻器下，PLC控制會通過變頻作用實現(xiàn)頂驅(qū)調(diào)節(jié)以及扭矩的設(shè)定，從而實現(xiàn)相關(guān)的操作。通常情況下，SCR可控硅整流或是二極管能夠?qū)ψ冾l器系統(tǒng)進(jìn)行整合交流；變頻主要是使用IGBT來實現(xiàn)。在整流以及逆變相互間設(shè)置有制動電阻的斬波器，通常情況下，稱之為制動單元，主要是電機耗能制動。

2 電機能耗制動原理

在實踐過程中，三相異步的電機主要是根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速方向，分別分成電動以及制動兩種狀態(tài)。在電機能耗制動中，處于制動狀態(tài)的屬于發(fā)電機，發(fā)電過程是以電控房單元進(jìn)行控制的，在線路中，存在有反向二極管，它能將電機發(fā)電轉(zhuǎn)變成直流電，能夠在直流母線上應(yīng)用，能夠提升直流母線的電壓，在運行的過程中，直流母線電壓超出了控制單元的釋放電壓標(biāo)準(zhǔn)，那么制動單元的IGBT可以通過制動電阻的方式，將部分的能耗消除。

在矢量控制的過程中，電機的電磁轉(zhuǎn)矩的公司為：

T=3np y（[E/ω1]2（S×ω1/R）；

其中，公式中T代表的是頂驅(qū)轉(zhuǎn)矩；np代表的是電機電極的對數(shù)；E代表的是轉(zhuǎn)子磁通電動勢；S代表的是電機轉(zhuǎn)差率；R代表的是電阻值。

在上述公式中可以看出，在E/ω1為恒定值的時候，T/S呈現(xiàn)的的是線性關(guān)系。

而S>0<1時，其處于正向電動裝態(tài)；當(dāng)S<0時，制動發(fā)電處于運行狀態(tài)；S<1時，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，那么，此時的電機輸出轉(zhuǎn)速就會等于0；而S>1時，該階段會處于能耗制動階段，那么電機的輸出速度就會<0，電機就會程反向制動。

3 頂驅(qū)扭矩設(shè)定方式

通常情況下，頂驅(qū)都會設(shè)定兩種極限的扭矩，其一是限定頂驅(qū)的鉆進(jìn)扭矩，其二是限定頂驅(qū)的上扣扭矩。在操作過程中，通過頂驅(qū)鉆臺的上按鈕或是手輪，將設(shè)定的頂驅(qū)扭矩輸出，在實踐過程中，頂驅(qū)的最大上扣扭矩與卸扣扭矩以及鉆井扭矩，都是在頂驅(qū)驅(qū)動電機以及傳動逆變器的功率實現(xiàn)的，在操作過程中，可以操作人員可以通過需求對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

4 頂驅(qū)反扭矩的產(chǎn)生

4.1 鉆進(jìn)停止時

在工作過程中，頂驅(qū)平穩(wěn)的進(jìn)行施工時，頂驅(qū)輸出的扭矩就會將下反扭矩平衡，但是，當(dāng)頂驅(qū)控制扭矩的輸出時，那么反扭矩的值不會出現(xiàn)變化，因此，在速度控制的過程中，就會導(dǎo)致反扭矩大于頂驅(qū)扭矩的現(xiàn)象，此時，電機就會拖動運行，就會出現(xiàn)回饋電壓連接到直流母線中，通過制動單元消耗。

4.2 鉆進(jìn)遇阻時

在實踐過程中，遇阻主要是井下扭矩超過的輸出的扭矩，在該過程中，頂驅(qū)電機就會受到扭矩的作用產(chǎn)生拖動的回饋電壓，就會釋放到控制單元中。

4.3 卡鉆時

卡鉆時，若設(shè)定的頂驅(qū)轉(zhuǎn)速過大，并且實際的輸出轉(zhuǎn)速為0.編碼器就會滿負(fù)荷，頂驅(qū)輸出的扭矩就會到達(dá)限定的扭矩極限值。如果，該過程立刻將設(shè)定的轉(zhuǎn)速改變?yōu)?，那么，電機會在井下出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，就會出現(xiàn)安全隱患問題。

5 反扭矩的釋放方法

在實踐過程中，主要是因為眾多釋放反扭矩的因素存在，這就導(dǎo)致反扭矩出現(xiàn)危害。因此，在對頂驅(qū)的操作過程中，必須要正確的處理反扭矩的釋放。在實踐過程中，正確的釋放程序為：在正常鉆井停轉(zhuǎn)過程中，需要逐漸的降低頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，不能快速的將轉(zhuǎn)速下降到0。對于卡鉆問題，在處理的工程中，首先要逐漸的將轉(zhuǎn)速進(jìn)行下調(diào)，通過按鈕或是手輪方式，控制好頂驅(qū)的轉(zhuǎn)速設(shè)置。

在工作過程中，要控制好速度，速度需要滿足輸出扭矩要求本期要控制扭矩的低速轉(zhuǎn)動。在完善這些步驟后，在逐漸的下調(diào)轉(zhuǎn)井扭矩設(shè)定，讓頂驅(qū)能夠逐漸實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而將扭矩減低到0，此外，在扭矩表快處于0位置時，在將頂驅(qū)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為手輪0，頂驅(qū)當(dāng)停止轉(zhuǎn)動時，就需要控制好轉(zhuǎn)速，要及時設(shè)定其為0，從而完成整個釋放過程。

6 結(jié)語

總而言之，在實踐過程中，頂驅(qū)的使用會導(dǎo)致電機運行以及多種情況的影響，就會出現(xiàn)反扭矩情況發(fā)生，該過程中，如果處理不當(dāng)，就會導(dǎo)致反扭矩給頂驅(qū)本體產(chǎn)生巨大的損壞并且，釋放出來的反饋電流在一定的程度上也會導(dǎo)致頂驅(qū)的控制設(shè)備收到損害，因此，必須要做好相關(guān)的控制工作。

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