电动顶驱装置在钻探作业中反扭矩的影响及应对方法

郭坤，翁炜，李超

(北京探矿工程研究所，北京 100083)

1 电动顶驱装置的钻探特点

顶驱是可以从井架空间上部直接旋转钻杆、钻柱，并沿专用导轨向下送钻、提钻，完成钻柱旋转钻进、循环钻探液、接单根、上卸扣和提下钻开泵扫孔等多种操作的钻探作业装备。由于顶驱钻机的以上特点，在钻探过程中引起的卡钻、拉槽、缩径等遇阻事故，均可得到高效处理，可进行立根钻进，钻机钻进效率较高。此外，钻机还配备了钻压表、指重表、泵冲表，可以充分并及时反应孔内的状态，有效、科学地提高钻速和钻效，减少了出现孔内事故几率，使深孔施工更高效、更安全。

2 反扭矩的影响

2.1 钻进遇阻时的反扭矩

钻探遇阻是指与钻进输出扭矩相比，孔内反扭矩大于钻机输出扭矩，并且会出现钻机设定钻速大于钻机输出转速的现象。此时在孔内反扭矩作用下，顶驱电机会出现一定的拖动回馈电压，通过制动单元接收此回馈电压。

2.2 钻进停止时发生的反扭矩

钻探过程中，顶驱装置在平稳钻进时，孔内反扭矩、顶驱输出扭矩之间处于一种平衡状态，当司钻指令顶驱减扭矩、减速输出时，此时孔内反扭矩值维持不变，将出现孔内反扭矩大于顶驱输出扭矩的现象，此时，将对电机产生拖动效应，从而就会出现回馈电压至共直流母线的状况，通过制动单元消耗。

2.3 卡钻时发生的反扭矩

钻探过程中，卡钻的时候，钻机实际输出转速为零，此时顶驱的设定转速大于实际输出转速。顶驱输出扭矩达到了限定扭矩的上限值，若是立即将设定顶驱转速调整为零，在孔内反扭矩的作用下，顶驱装置会出现高速反转现象，这是一种非常危险的现象，容易对设备及人员造成潜在伤害。

2.4 反扭矩造成的问题

针对以上现象进行分析，在严重情况下，过高的反扭矩会导致孔内钻具脱开，造成孔内事故；高速反转的过程中，产生的回馈电压很高，极易发生瞬间高压的现象，容易将制动单元中反向二极管击穿，大电流导致的瞬间热能无法得到有效散发，会造成制动单元高温保护，导致逆变系统停止运行，造成电气故障。

3 反扭矩的应对方法

电动顶驱在钻探作业中的反扭矩易导致顶驱装置本体被破坏，也易导致电气电控系统产生重大故障，造成孔内事故及钻探作业终止，增加钻探施工成本，从而引发较大的经济损失。为了避免这些情况，应对反扭矩进行有效处理。

3.1 正常钻进

电动顶驱钻探作业过程中，在正常钻进停钻的情况下，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。

3.2 卡钻遇阻

电动顶驱钻探作业过程中，在出现卡钻情况时，应使用手轮将顶驱转速慢慢下调，同时应上提钻具以减小孔内的反扭矩值。需要注意的是，顶驱转速应满足输出扭矩以确保顶驱的正向、低速运转；之后再将钻进扭矩慢慢下调，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零；观察扭矩表，当发现其快要下降为零的时候，对顶驱转速进行调整，将手轮设定为零，最终使顶驱转动停止，转速下降为零，至此，反扭矩释放结束[1]。

4 结语

综上所述，电动顶驱装置在实际使用过程中，在遇阻、卡钻、紧急减速等状况下，均会出现反扭矩现象，若反扭矩得不到有效控制，将会给电动顶驱装置本体造成严重的破坏，也可造成孔内事故。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[2]。基于以上原因，必须加强对电动顶驱钻探中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，降低钻探成本。

参考文献：

[1] 黄朝伟. 顶驱钻井反扭矩的分析及应对措施[J]. 化工管理, 2017(22):136-136.

[2] 曾会平. 从控制原理看顶驱释放反扭矩的操作[J]. 钻采工艺, 2012, 35(6):75-77.