谈顶驱钻井反扭矩的分析及应对措施

李海滨

摘 要：文章结合作者工作实际，对顶驱钻井扭矩内容进行了全面的分析，首先，对顶驱电机转矩以及速度控制方式进行分析，然后对电机能耗制动原理、设定方式、顶驱反扭矩的产生以及出现的问题等方面内容进行了详细的分析，希望通过研究分析，能够在工作过程中给顶驱井反扭矩工作提供有效的参考。

关键词：顶驱；钻井；扭矩；分析

中图分类号：TE92 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0183-01

在當前钻井工作过程中，顶驱设备已经将传统的水龙头以及转盘的钻井方式取代，在顶驱设备的应用过程中，钻井会导致钻杆出现反扭矩问题，就会导致相应的应用出现的顶驱上，如果不能有效的处理这些问题，就会导致反扭矩受到意外释放，就会给电控设备以及驱顶设备造成损坏，就会给企业的经济造成影响。

1 顶驱电机的转矩和速度控制方式

三相异步电机是顶驱电机采用最多的一种方式。在实践过程中，三相异步电转子的电磁是在感应下实现的；因为，三相异步电机的转子以及定子的旋转以及磁场的方向不同，因此，相互间的转速存在差异，因此称之为三相异步电机。当前，顶驱控制系统都是采用矢量控制，在交流矢量变频器下，PLC控制会通过变频作用实现顶驱调节以及扭矩的设定，从而实现相关的操作。通常情况下，SCR可控硅整流或是二极管能够对变频器系统进行整合交流；变频主要是使用IGBT来实现。在整流以及逆变相互间设置有制动电阻的斩波器，通常情况下，称之为制动单元，主要是电机耗能制动。

2 电机能耗制动原理

在实践过程中，三相异步的电机主要是根据电磁转矩的转速方向，分别分成电动以及制动两种状态。在电机能耗制动中，处于制动状态的属于发电机，发电过程是以电控房单元进行控制的，在线路中，存在有反向二极管，它能将电机发电转变成直流电，能够在直流母线上应用，能够提升直流母线的电压，在运行的过程中，直流母线电压超出了控制单元的释放电压标准，那么制动单元的IGBT可以通过制动电阻的方式，将部分的能耗消除。

在矢量控制的过程中，电机的电磁转矩的公司为：

T=3np y（[E/ω1]2（S×ω1/R）；

其中，公式中T代表的是顶驱转矩；np代表的是电机电极的对数；E代表的是转子磁通电动势；S代表的是电机转差率；R代表的是电阻值。

在上述公式中可以看出，在E/ω1为恒定值的时候，T/S呈现的的是线性关系。

而S>0<1时，其处于正向电动装态；当S<0时，制动发电处于运行状态；S<1时，处于堵转状态，那么，此时的电机输出转速就会等于0；而S>1时，该阶段会处于能耗制动阶段，那么电机的输出速度就会<0，电机就会程反向制动。

3 顶驱扭矩设定方式

通常情况下，顶驱都会设定两种极限的扭矩，其一是限定顶驱的钻进扭矩，其二是限定顶驱的上扣扭矩。在操作过程中，通过顶驱钻台的上按钮或是手轮，将设定的顶驱扭矩输出，在实践过程中，顶驱的最大上扣扭矩与卸扣扭矩以及钻井扭矩，都是在顶驱驱动电机以及传动逆变器的功率实现的，在操作过程中，可以操作人员可以通过需求对其进行适当的调节。

4 顶驱反扭矩的产生

4.1 钻进停止时

在工作过程中，顶驱平稳的进行施工时，顶驱输出的扭矩就会将下反扭矩平衡，但是，当顶驱控制扭矩的输出时，那么反扭矩的值不会出现变化，因此，在速度控制的过程中，就会导致反扭矩大于顶驱扭矩的现象，此时，电机就会拖动运行，就会出现回馈电压连接到直流母线中，通过制动单元消耗。

4.2 钻进遇阻时

在实践过程中，遇阻主要是井下扭矩超过的输出的扭矩，在该过程中，顶驱电机就会受到扭矩的作用产生拖动的回馈电压，就会释放到控制单元中。

4.3 卡钻时

卡钻时，若设定的顶驱转速过大，并且实际的输出转速为0.编码器就会满负荷，顶驱输出的扭矩就会到达限定的扭矩极限值。如果，该过程立刻将设定的转速改变为0，那么，电机会在井下出现反转，就会出现安全隐患问题。

5 反扭矩的释放方法

在实践过程中，主要是因为众多释放反扭矩的因素存在，这就导致反扭矩出现危害。因此，在对顶驱的操作过程中，必须要正确的处理反扭矩的释放。在实践过程中，正确的释放程序为：在正常钻井停转过程中，需要逐渐的降低顶驱转速，不能快速的将转速下降到0。对于卡钻问题，在处理的工程中，首先要逐渐的将转速进行下调，通过按钮或是手轮方式，控制好顶驱的转速设置。

在工作过程中，要控制好速度，速度需要满足输出扭矩要求本期要控制扭矩的低速转动。在完善这些步骤后，在逐渐的下调转井扭矩设定，让顶驱能够逐渐实现反转，进而将扭矩减低到0，此外，在扭矩表快处于0位置时，在将顶驱的转速设置为手轮0，顶驱当停止转动时，就需要控制好转速，要及时设定其为0，从而完成整个释放过程。

6 结语

总而言之，在实践过程中，顶驱的使用会导致电机运行以及多种情况的影响，就会出现反扭矩情况发生，该过程中，如果处理不当，就会导致反扭矩给顶驱本体产生巨大的损坏并且，释放出来的反馈电流在一定的程度上也会导致顶驱的控制设备收到损害，因此，必须要做好相关的控制工作。

参考文献

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