顶驱钻井反扭矩的分析及应对措施
黄朝伟(盘锦辽河油田天意石油装备有限公司， 辽宁 盘锦  124000)
摘要：在目前的钻井工程中，顶驱设备已逐渐替代了转盘驱动、水龙头驱动打井方式。但是，由于井下地层复杂、多变，因此，钻井
钻进的时候，有可能会对钻杆产生反扭矩，进而作用到顶驱上，若是未对这些反扭矩进行有效的处理，则会给电控设施、顶驱设备本身造成严重的破坏，进而产生经济损失。本篇论文中，笔者主要对顶驱钻井反扭矩进行了分析，并提出了几点有效的应对措施，以供参考。关键词：顶驱钻井反扭矩；分析；应对措施随着市场经济的迅速发展，石油、天然气等矿石资源在人们生产、生活中的应用范围越来越广，同时人们对各种矿石能源的需求量也在不断增加，这就给能源开发提出了更高的要求。对石油、天然气等矿石能源进行开发的过程中，不可避免地会利用钻井技术，而顶驱设备在钻井中有着十分重要的作用，为确保顶驱设备的正常运转，必须加强对顶驱钻井反扭矩问题的重视。
1 顶驱电机转矩与控制方式
现阶段来说，钻井中所使用的顶驱电机，大部分采用的是
三相异步电机，在通常情况下，三相异步电转子主要通过感应来实现电磁场，因为三相异步电机的定子、转子旋转磁场是在不同的转速、相同的方向这一条件下进行旋转，因此，定子、转子之间存在着一定的转差率，同时这也是其被称为三相异步电机的原因所在[1]。对于三相异步电机来说，其转速也会随着负载的不同而发生一定的变化，同时，该转速也要比定子磁场的转速略低。
顶驱控制系统，目前普遍采用的是矢量控制的方式，在PLC 控制下，交流矢量变频器利用变频系统，便可以完成扭矩设定、顶驱调速、上卸扣等方面的具体操作。其整流部分通常情况下所采用的是可控硅、二极管组合整流或者是SCR 可控硅整流，；变频一般情况下通过控制IGBT 通断来实现。除此之外，逆变、整流间通常情况下还会设有带制动电阻作用的斩波器，也就是制动单元，从而实现了顶驱电机的能耗制动。
2 顶驱钻井反扭矩的分析勾海峰
(1)钻进遇阻时发生的反扭矩 钻井过程中出现的遇阻指的是，与钻进输出扭矩相比，井下扭矩相对较大的情况下，就会出现设定钻速大于顶驱输出转速的现象。此时在反扭矩作用下，顶驱电机会出现一定的拖动回馈电压，并会将其释放至制动单元，从而产生反扭矩。(2)钻进停止时发生的反扭矩 钻井过程中，顶驱平稳钻进的时候，井下反扭矩、顶驱输出扭矩之间处于平衡状态，但是，在顶驱减扭矩、减速输出的时候，因为反扭矩值没有发生改变，因此，在进行减速的过程中，出现了反扭矩比顶驱扭矩较大
的现象，此时，电机继续拖动运行，从而就会出现回馈电压至直流母线的状况，通过制动单元消耗。(3)卡钻时发生的反扭矩 钻井过程中，卡钻的时候，实际输出转速为0，但是设定顶驱转速相对来说较大。编码器处于满负荷的状态，顶驱输出扭矩已经达到了限定扭矩的最大值，这样的情况下，若是立即将设定顶驱转速调整为0，那么在井下反扭矩的作用之下，顶驱电机就会高速反转，这是一种非常危险的现象，稍有不慎便会发生事故。究其原因在于，第一，过高的
反扭矩，严重的情况下会导致井下钻具接扣出现倒开的现象[2]；第二，高速反转的状态下，产生的回馈电压也相对较高，从而极易发生瞬间高压的现象，有可能将制动单元反向二极管击穿，同时瞬间的热能也无法得到及时的释放，甚至会造成制动单元高温保护，导致逆变系统停止运行，造成严重的后果。
3 顶驱钻井反扭矩的应对措施
若是没有对顶驱钻井反扭矩进行及时、有效的处理，则意外释放的反扭矩不仅会给顶驱设备本体造成极大的破坏，也会给电控设施产生严重的威胁，从而引发不必要的经济损失。为了避免这些损失的出现，应采取有效的对策，对反扭矩进行处理。通过上文可以看出，释放反扭矩的因素非常多，同时，反扭矩还会造成十分严重的危害，基于这样的原因，对顶驱设备进行实际操作的过程中，应对反扭矩的释放给予充分重视、正确对待。反扭矩的正确释放程序如下：第一，钻井过程中，正常钻进停钻的情况下，只需要将顶驱转速慢慢降低，切忌快速或者
直接将顶驱转速降为0[3]
。第二，钻井过程中，出现卡钻情况时，应先将顶驱转速慢慢下调，并将其设定为按钮或手轮，从而使顶驱保持低转速运行，需要注意的是，顶驱转速应切实满足输出扭矩可以确保顶驱的正向、低速运转；之后再将钻井扭矩慢慢下调，并将其设定为按钮或手轮，使顶驱缓慢地进行减速或者是慢慢反转，直至扭矩逐渐下降为0；仔细观察扭矩表，当发现其快要下降为0的时候，对顶驱转速进行调整，将手轮设定为0，最终使顶驱转动停止，转速下降为0，至此，反扭矩释放结束。
4 结语
综上所述，顶驱实际使用过程中，在不同工况下，即电机从
运行到停止的全过程中，均会出现反扭矩，若是对这些反扭矩处理不当或处理不到位，使反扭矩较大，则会给顶驱本体造成严重的破坏，与此同时，其释放的反馈电流，也会给顶驱电控设备产生一定的危害。基于这样的原因，必须加强对顶驱钻井反扭矩的关注与重视，并要掌握正确的、有效的反扭矩释放对策，以避免不必要的经济损失，降低钻井成本。
参考文献：
[1]赵志顶.顶驱钻井反扭矩的分析及应对措施[J].石化技术,2016,(04):155+168.
[2]艾军，张金成，臧艳彬，许明标.涪陵页岩气田钻井关键技术[J].石油钻探技术,2014,(05):9-15.
[3]石林，汪海阁，纪国栋.中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势[J].天然气工业,2013，(10):1-10.
作者简介：黄朝伟(1984- )，男，辽宁盘锦人 助理工程师 本科 主要从事顶驱现场服务和维修工作 。