摘要：顶部驱动钻井装置是 20世纪80年代出现的一种新型钻井装置，其出现标志钻井技术由传统的方钻杆直井作业逐渐向利用顶驱装置进行大斜度、大位移井作业的转变，被誉为近代钻井装备的三大革命性技术成果之一。我国顶驱装置的发展与顶驱标准的发展息息相关，顶驱标准对所涉及的技术进行了全面细致的阐述，满足油田生产对顶驱装置规范使用的急需，在延长设备使用寿命，提升作业安全，提高作业效率，降低生产成本等方面都具有积极意义。

关键词：顶部驱动钻井装置;谐波干扰;谐波压制

一、顶驱装置标准

不同阶段出现的标准在各自的时期内发挥着积极的作用，为高效推动我国顶驱装置国产化、量产化发展提供最为坚实的保障。但在标准实施过程中，也反映了一些实际的问题和需要，这些问题需要可为后续标准修订提供一些参考。

完善顶驱装置系列产品。随着我国深井、超深井开采的不断深入，为了顺应市场的需求，细化控制生产制造成本，提高制造效率，建议在产品规格里增加8000 m、15000 m顶驱装置相关参数。

提出量化评价指标。建议增加顶驱装置焊接工艺量化评定指标，明确执行的焊接标准和规范，根据实际作业细化设计安全系数，减低复杂作业事故发生的风险。

吸收新的技术成果。建议增加直驱式顶驱、软扭矩技术[1]、扭摆减阻技术[14-15]相关要求，吸纳包容顶驱装置最新技术成果，有助于新技术的探索和研究，提升我国顶驱装置的整体技术水平，增强顶驱系列化标准的指导意义。

二、顶部驱动钻井装置使用中谐波产生的机理

顶部驱动钻井设备是 20世纪 80年代出现的一种新型取代传统转盘钻井的石油钻井装备 ，主要有以下优势 ：首先 ，与常规转盘钻井相比， 变单根钻进为立柱钻进 ，提高了钻井效率;在一个立柱长度内， 实现边循环泥浆、边旋转提放钻具 ，降低勘探开发的风险， 提高作业的安全性。其次， 强大的液压辅助功能， 不仅减少井队一线职工的作业危险程度， 而且降低了职工 劳动强度。同时 ，国际油气资源越来越少， 开采难度 也越来越大 ，随着深井 、超深井、定向井、水平井等复杂工艺井的施工会越来越多，顶驱由于大大减少了井下事故发生几率 ，可以便捷的处理井下复杂情况， 因此目前被广泛使用。顶部驱动钻井装置主要由顶驱主体、电气传动与 控制系统、液压传动和控制系统 、司钻操作台和单导 轨与滑车等几大部分组成。其中电气传动和控制系统是顶驱钻井设备中非常重要的一个组成部分 ，在使用和操作的过程中经常受到电网中谐波干扰的影响 ， 对顶部驱动钻井装置的电器元件产生很大的危害， 顶部驱动钻井装置受到谐波污染有以下方面的原因。（1）电源质量不高，在配电系统中电源的来源非常重要 ，由于发电机在三相绕组制造上很难做到绝对对称，铁心也由于不对称使得发电源产生谐波。（2）由于大量非线性电子元器件的使用， 例如整 流设备中的大量使用的晶闸管， 在整流的过程中会含 有大量的谐波出现是谐波干扰产生的主要原因。

三、顶部驱动钻井装置使用中谐波产生的危害

由于现场工况恶劣 ，井队的电源质量非常差 ，电网中谐波电流和电压的出现降低了配电电网的电能质量，同时严重影响了顶部驱动钻井装置的正常使用，甚至造成部分设备的损坏 ，造成顶驱不明原因的停机，给顶驱钻井施工带来了很多影响， 延误了钻井施工进度的正常进行。在钻井施工现场， 电网中谐波污染问题主要表现 在以下方面。

（1）谐波影响井场各种电气设备的正常工作，不仅对现场的电机产生附加的损耗， 还会产生机械振动 、噪声和过电压 ， 使变压器局部严重过热。由于肌肤效应的作用， 使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化 ，寿命缩短 ，以至损坏。

（2）谐波会导致井场中的电气设备继电保护和自动装置的误动作， 因此会使仪表计量不准确。同时 ，对周围的通讯系统产生严重的干扰， 对井场设备之间的数据传输会产生很大的误差。

（3）谐波干扰会引起局部的并联谐振和串联谐振 ，由于谐波放大 ，其电流被放大几倍甚至几十倍， 常常将顶驱设备变频器中的一些电容器和电抗器以及线路板烧毁 ，同时大大降低井场用电设备的效率， 引起线路发热甚至引起火灾。

四、谐波干扰和压制的方法

由于电力系统的谐波对正常的钻井施工带来了很大的影响 ，因此有必要对电力系统谐波进行研究分析 ，通过对井场现场电力设备的功率分析， 得到井场 受谐波危害程度的分布图， 得出电力谐波产生的源头 ，然后结合现代的电力电子技术对谐波进行补偿和抑制，对顶驱井场现场的电力设备中容易被电力系统 谐波干扰的器件进行局部的保护 ，提高井场的电力设备抗谐波干扰的能力， 这样会有效的提高顶驱现场施工的连续性， 避免谐波干扰引起事故。 （1）加大谐波管理力度 ，从源头上对电网电压的畸变率进行限制， 加强对输入线路电能的谐波调查， 确定谐波的污染程度和来源。（2）提高换流器的脉动数， 消除部分谐波 ， 一般来说，随着脉动数的增加，可以有效地减小谐波。（3）对顶部驱动钻井装置的部分重要电器件进行无功率补偿 ，可以有效地减小局部的谐波分量 ，具有成本低、效果好的特点。

结论

由于顶部驱动钻井装置在使用过程中收到电网中大量谐波电流的影响 ，给其的使用带来很大危害， 影响了钻井工程的顺利进行。消除和压制电网中谐波干扰的程度有重要意义， 防止谐波干扰是一个综合措施，应该根据使用电网特性和谐波的特点采用多种措施才能达到理想的效果。

参考文献

[1] 刘广华.顶部驱动钻井装置操作维护图解手册[M].北京：石油工业出版社，2019.

[2] 刘广华，李传华，刘鹏，刘百红.浅述顶部驱动装置的性能与应用[J].石油矿场机械，2018，37（7）：30-33.