高温环境对钻井设备的影响及改进措施

李春光

摘 要：石油钻机是石油钻探企业钻井作业的关键设备，在高温环境下对钻井设备的操作使用及维修保养提出了更高的要求。本文以70DB钻机的设备组成为框架，从原理、维护保养、改进措施三方面，论述在高温环境下钻井设备需要做的一些适应性改进。

关键词：高温；钻井设备；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.080

相比国内钻井市场而言，胜利钻井在科威特市场面临的困难更多，由于科威特项目备用设备很少，配件供应速度慢，再加上高温多沙等恶劣的气候条件，对钻井设备的操作使用及维修保养提出了更高的要求，如何在高温多沙等恶劣的气候条件下使用管理好设备，对每个装备管理人员来说非同一般。

1 高温环境对绞车电机的影响及应对措施

目前选用YJ13X5/YJ13X6 型变频调速异步电动机作为交流传动钻机的拖动电机，定子绕组在环境温度15℃时阻值为0.00862Ω，随着环境温度升高，阻值增大，压降增加，反电势、磁负荷、输出扭矩均降低。此外，环境温度升高，冷却介质的散热系数降低，电机散热困难，从而进一步造成电机温升增加、损耗增大，电机输出功率降低。因此钻井现场在高温作业要采取以下措施来降低电机温升，提高输出功率：搭遮阳棚，减少阳光对电机的直射；电机外壳保证通风，冷却装置无积垢，风叶保持完好；定期用0.6Mpa 左右的压缩空气吹扫电机的内外表面的灰尘、污垢，提高电机散热性；及时清理冷却风机进风口，保障电机冷却风量充足；定时检测轴承温度等。

2 高温环境下绞车制动单元及制动电阻的维护注意事项

作为钻机驱动系统的变频器，它的整流元件为大功率二极管，BLM不具有能量回馈功能，绞车反制动所产生的能量必须通过制动电阻释放掉，此过程制动电阻会产生大量的热能，使制动电阻自身温度上升，这一现象在起下钻作业中尤为明显，环境温度高责更加剧了这一现象，这样很容易造成制动电阻的烧毁，因此在高温环境起下钻过程中一定要确保制动单元及制动电阻的安全。在此期间必须做好以下检查：检查制动单元运转情况，正常工况指示灯为绿色，检查内置风扇是否运转；检查制动电阻及其风机的工作情况，看有无过热或风机不运转，是否有异常声音，异常振动，螺栓类有无松动，是否有由于过热而变色的部分；检查通风道、散热片、给气排气口的间隙有无堵塞，是否附着异物。

3 高温环境对电控系统稳定性的影响及改进措施

由于构成变频系统的大部分电子功率器件就是一个大功率谐波源，自身对整个系统都会有一定的干扰。而高温环境更会加剧这一问题，从而使系统控制模块零位电压值发生变化，产生信号干扰问题，降低系统的稳定性。目前比较容易受到干扰的部分是系统中通讯线路与编码器线路等弱电控制回路。因此在高温环境钻井作业现场，要加强对控制系统的抗干扰设施的维护、检查，至少需认真落实以下措施：使用变频驱动时必须确保所有部件都通过外壳接地；变频信号电缆和动力电缆必须分开敷设；消除不需要的电缆长度，将备用电缆/导体两端接地以获得附加的屏蔽效果；通常驱动柜内电缆应敷设应尽量靠近柜子，外壳和安装板而不能随意通过柜子线路电缆；电机测速编码器必须通过屏蔽电缆进行连接；数字信号电缆的屏蔽层通过最大可能表面积使其两端接地；模似信号电缆的屏蔽层在具有很好等电位连接情况下，应两端接地；每一套驱动系统尽量使用自己的独立电源，这是最佳的选择；为防止通过电源耦合而产生的干扰，驱动系统和自动化装置应连接到不同的电网上。如果仅有一个公共电网，则自动化装置应使用隔离变压器与电源去耦；为了抑制干扰，所有变频电机要使用带屏蔽层的电缆进行连接，屏蔽层在低感应情况下两端应接到各端所连设备的外壳等。

4 高温环境对柴油发动机的影响与应对措施

环境温度越高，空气密度越小，发动机的实际进气量减少，由于发动机过热，发动机罩内温度更高，发动机充气能力降低，充气系数下降，造成发动机功率下降，进入气缸的混合气温度也高，发动机整个工作循环的温度也高，而散热器的散热效率又低，使发动机处于过热状态。另外，过热的发动机易造成可燃混合气的早燃。这种不正常的燃烧，更加剧了发动机的过热现象，形成恶性循环。

应对措施：为保证散热效果，必须使用合格的软化水；为减少灰尘沙土等影响散热的因素，定期清洗散热片；定期检查水箱水位以及水泵工作状况确保确保循环水量达到要求；定期检查风扇皮带及皮带轮，及时调整风扇皮带的张紧度；定期检查风扇；定期检查发动机房进气口处的滤网是否堵塞；定期检查涡轮增压器是否有积碳，叶轮是否卡死；定期检查节温器确保节温器正常工作。

5 高温环境对钻井泥浆泵运行的影响与应对措施

在高温、高泵压、大排量的生产状态下，钻井泥浆泵过热，也会加速磨损及橡胶密封件的老化变形，造成工况不稳、泄露等现象。为了克服这一难题，至少需要采取以下措施：检查动力端油位，至少每天检查一次；检查机架的缸套腔，若有大量泥浆、油污沉淀，应加以清理；检查喷淋泵水箱，水量不足时应补充，水质污染时应更换，同时还需定期清理水箱；高温时段，可对泥浆泵本体定时喷水降温。

6 高温环境对油品及密封件的影响与应对措施

高温使油品的粘度变小，粘度过低，液压系统泄露增大，效率降低，甚至液压系统不能正常工作；高温使油品氧化作用加剧，污染油品，缩短油品使用寿命；高温使摩擦部位金属表面上形成的润滑膜发生化学作用分解，润滑膜遭到破坏；常常会造成钢和其它有色金属在油品中的腐蚀加剧，造成零件表面损坏；高温更容易产生气泡，油品中的水分高温汽化，变成水蒸气，使系统压力降低，稳定性下降；高温对液压及密封件的影响也比较大。

应对措施：确保在高温环境下设备的液压、润滑系统采用正确的油品标号；液压系统的工作维持适当的载荷，不能长期过载；定期对散热器散热片进行清洗，不要被油及杂物污染，以防尘土附着影响散热效 果；定期检查水冷装置，确保冷却装置正常运转；保持足够的油量以利于油的循环散热。

参考文献：

[1]武惠芳，郭芳.电机与电力拖动[M].清华大学出版社.

[2]高佑芳.润滑与密封[J].2003（06）.