顶驱钻井条件下录井作业值得注意的几个问题

2022-09-11

顶驱设备采用半导体开关产生高频脉冲并伴有高次谐波, 产生很强的电磁辐射, 通过各种耦合方式对周围的用电设备、用电器产生干扰;强大的交变电流产生强烈的交变电磁干扰信号, 对精密测量电子设备会产生严重的干扰, 影响录取资料的可信度。针对干扰的发生原理, 分析电磁干扰的要素, 采取抑制和抗干扰措施, 获取稳定可靠的信号;根据顶驱钻井条件下的录井安装传感器安装条件和作业实际情况, 解决顶驱信号的获取和多方共享。

1 顶驱设备产生的电磁干扰和抑制

1.1 顶驱干扰的形成

通常电磁产生干扰有三要素:干扰源、干扰的传播途径和通道、敏感设备的响应。

顶驱常采用液压马达和电机两种驱动形式。交流变频顶驱是顶驱钻井的主流装备, 它采用大容量、高压变频器装置, 使用半导体高速开关器件, 加快逆变动态响应过程。半导体开关产生高频脉冲并伴有高次谐波, 形成很强的辐射, 通过各种耦合方式对精密电子设备产生严重干扰。

实际上两个设备之间的干扰通常包含多种途径的耦合。

敏感设备方面:录井系统的连接到井场各处电源电缆和信号线20多条, 这些线缆处于交变电磁场环境中, 在芯线上产生电流、电压干扰信号, 同时电缆是效率很高的电磁波接收天线, 井场电磁波被线缆接收到, 成为电磁能量的吸收器, 因此井场排布的各种电缆线成为导致录井系统受到电磁干扰、电磁兼容问题的最主要的因素。

1.2 抑制干扰的主要方法

预防电磁干扰的总的原则是针对电磁产生干扰的三要素:抑制和消除干扰源、切断耦合通道、降低敏感设备对干扰信号的敏感性。根据干扰发生的三个必要条件先现场确认, 再有针对性的排除。静电干扰宜采用单端接地的方式, 电磁干扰宜采用双端接地的方式减弱干扰。通过线缆传导进来变频器谐波的干扰, 通常采用加隔离变压器或电源噪声滤波器的方法来抑制。

录井仪抑制电磁干扰方法有屏蔽、接地、合理布线等。屏蔽是现场抑制电磁干扰的最有效的方法, 对敏感设备的传导部分进行金属包裹并接地释放这些电磁能量, 达到降低、抵消和抑制干扰的作用。录井使用带屏蔽层的信号电缆, 探头全金属封闭的绞车传感器等都是屏蔽的具体应用;接地是现场抑制干扰的重要手段, 屏蔽层接地后可使干扰电流经屏蔽层短路, 切断其传播。

单端接地屏蔽层电压为零, 适合于传输弱直流或低频信号。双端接地可消除静电干扰, 阻碍感应强度的增加。录井仪的信号电缆较长, 两端接地容易产生电势差, 形成干扰, 所以在电缆周围环境干扰不强的情况下使用仪器房一侧单端接地。

2 顶驱信号的获得

早期的顶驱设备大多没有预留顶驱转盘和顶驱扭矩输出信号, 新的顶驱设备是开放的设计, 为第三方预留标准的电流信号输出。这个电流信号的获得和共享方法是:

将信号电缆分别对应接顶驱信号输出的正负极, 以获取顶驱信号, 然后输入给对应的信号通道。以GSXX-EX型安全栅进行说明:信号线从顶驱控制箱获取无源信号后接入相应的通道安全栅上, 正极接入安全栅10脚, 负极接安全栅11脚, 输出端5、6脚或者7、8脚可以获得所需的信号。

对没有第三方信号顶驱设备采取如下方法:在顶驱仪表的对应信号线上增加GSXX-EX型安全栅, 其输入端正极接10脚, 负极接11脚, 输出端5和6脚或7和8脚的4-20m A的完全一致的两组标准信号, 5和6脚接顶驱仪表, 7和8脚供录井系统。

3 顶驱信号的多方共享

要实现井场顶驱仪表, 录井, 定向井, 钻井仪表信号共享, 需解决无源信号的分配。现场有两种方法解决:

方法一:在信号源处增加GSXX-EX型一入二出安全栅, 实现信号衍生, 这种方法需要有足够的安全栅备件和安装空间;方法二:根据电流型信号的特点, 可以对用户方进行串联, 实现多方共享。具体方法:信号源的正极接用户1的正极, 用户1的负极接用户2的正极, 用户2的负极接回到信号源的负极, 依此类推, 用户方首尾相连, 形成电流信号回路。用户可以分别对应是录井, 钻井, 定向井的相应安全栅。

4 串联共享时的信号中断问题

串联共享时会出现某方因故障或者提前拆装而相互干扰在用方的情况。原因是电流信号断路。可以制作一个短接正负极的快速接头的对插头, 使得拆卸下来的传感器造成的断路得以连通, 闭合电流信号, 注意串联回路上至少有一方用户正常。

5 结语

钻井技术的发展, 带动相关方的技术进步, 尽管没有完全同步, 也没有完全消除技术进步带来的负面干扰, 随着人们认知的更科学和更客观、更完善的技术手段必然会得到更加广泛的应用。

摘要：顶驱作为新的钻井驱动方式, 有降低劳动强度, 提高钻井效率, 减少工程事故, 尤其是在井控时的优势, 而得到普遍应用。顶驱设备采用大容量、高压变频器装置, 使用半导体高速开关器件, 加快逆变动态响应过程。但半导体开关产生高频脉冲伴高次谐波, 形成很强的电磁辐射, 通过各种耦合方式对周围的包括录井设备在内的精密电子设备会产生严重的干扰。针对干扰的发生原理, 分析干扰的要素, 结合录井实际工作现状, 采取抑制和抗干扰措施, 采集稳定可靠的信号;并根据顶驱钻井的录井安装条件和作业实际, 结合顶驱设备仪表接口, 解决顶驱信号的获取和共享。

关键词：顶驱钻井,电磁干扰,抑制,录井,顶驱信号获取,共享