鹿正波

摘要：本文簡(jiǎn)要敘述了當(dāng)前石油鉆井絞車(chē)所使用的防碰系統(tǒng)類(lèi)型，對(duì)三種類(lèi)型的鉆井絞車(chē)防碰系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，提出目前三種鉆機(jī)絞車(chē)防碰系統(tǒng)存在的問(wèn)題，對(duì)今后鉆機(jī)防碰系統(tǒng)的研究和配備提出建設(shè)性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：絞車(chē) 防碰類(lèi)型 可靠性分析

石油鉆井絞車(chē)的防碰系統(tǒng)是石油鉆機(jī)配備的非常重要的安全設(shè)施，對(duì)鉆井施工作業(yè)設(shè)備、井下、人員安全發(fā)揮著重要作用。目前主要有重錘式防碰系統(tǒng) 、滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)、智能電子防碰系統(tǒng)三種防碰系統(tǒng)類(lèi)型，三種防碰系統(tǒng)的主要功能和作用是為避免在鉆井施工中，由于人員操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸬挠诬?chē)超限上行，可使游車(chē)在提高到某個(gè)限定高度時(shí)報(bào)警或強(qiáng)制停止的裝置。為保障鉆井施工作業(yè)中安全生產(chǎn)，對(duì)石油鉆井絞車(chē)三種防碰系統(tǒng)可靠性分析非常必要，下面主要從對(duì)三種防碰系統(tǒng)類(lèi)型的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行可靠性分析。

一、重錘式防碰系統(tǒng)

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

重錘式防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要有防碰限位鋼絲繩、絞車(chē)主氣路控制開(kāi)關(guān)、重錘、剎把曲拐、剎車(chē)氣缸組成，主要應(yīng)用于機(jī)械鉆機(jī)。防碰原理也比較直接有效，其原理為在距天車(chē)滑輪下6米左右（冬季調(diào)整為4米），通過(guò)井架橫向穿越一根直徑6.35毫米的鋼絲繩作為限位繩，一端固定在井架的一側(cè)，鋼絲繩由井架另一側(cè)引出至固定在井架一側(cè)的三通氣開(kāi)關(guān)上手柄上，三通氣開(kāi)關(guān)手柄頂端設(shè)置一個(gè)重錘，重錘上端設(shè)置一個(gè)掛環(huán)，下端的限位鋼絲繩與掛環(huán)用開(kāi)口銷(xiāo)連接。當(dāng)操作者司鉆操作失誤沒(méi)有及時(shí)摘開(kāi)離合器開(kāi)關(guān)，游車(chē)?yán)^續(xù)上行觸碰到限位繩，這時(shí)，重錘與掛環(huán)處的開(kāi)口銷(xiāo)脫落，控制絞車(chē)剎車(chē)的氣缸控制氣通過(guò)常開(kāi)繼氣器切斷高、低速離合器氣源，同時(shí)高壓氣直接進(jìn)入剎車(chē)氣缸緊急剎車(chē)，使游車(chē)停止運(yùn)行。

2、可靠性分析

根據(jù)上述重錘式防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，重錘式防碰系統(tǒng)主要是靠游動(dòng)滑車(chē)上行過(guò)程中超過(guò)限位高度時(shí)，游動(dòng)滑車(chē)觸碰限位鋼絲繩，將限位鋼絲繩下端的絞車(chē)主控制氣路氣開(kāi)關(guān)上端的連接掛鉤拉開(kāi)，再通過(guò)絞車(chē)主控制氣路氣開(kāi)關(guān)下的重錘自由下落將絞車(chē)主氣路斷開(kāi)，同時(shí)剎把上的曲拐氣缸進(jìn)氣進(jìn)行剎車(chē)。但是，首先絞車(chē)主氣路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以后，是通過(guò)絞車(chē)滾筒氣胎式離合器上的快速放氣閥放氣，氣胎離合器放氣有一定時(shí)間和過(guò)程，導(dǎo)致絞車(chē)滾筒上的氣胎離合器不能立即離合，游動(dòng)滑車(chē)會(huì)通過(guò)絞車(chē)滾筒的慣性繼續(xù)運(yùn)行一定的高度。二是剎把上的曲拐氣缸進(jìn)氣也需要一定的時(shí)間和過(guò)程才能通過(guò)剎帶將滾筒抱住剎車(chē)，導(dǎo)致絞車(chē)滾筒不能立即抱住剎車(chē)，游動(dòng)滑車(chē)會(huì)通過(guò)絞車(chē)滾筒的慣性繼續(xù)運(yùn)行一定的高度。三是由于鋼絲繩具有一定彈性和安裝鋼絲繩時(shí)的緊度限制，導(dǎo)致游動(dòng)滑車(chē)和滾筒運(yùn)行時(shí)由于兩者的慣性也會(huì)使游動(dòng)滑車(chē)?yán)^續(xù)上升一定的高度才能將絞車(chē)主氣路控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，通過(guò)氣控元件觸動(dòng)電磁閥使液壓盤(pán)剎剎車(chē)時(shí)，氣控元件觸動(dòng)電磁閥也有一定的觸動(dòng)時(shí)間，導(dǎo)致液壓盤(pán)剎剎車(chē)動(dòng)作時(shí)間放大。

二、滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

過(guò)卷閥防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于重錘式防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要有觸動(dòng)桿、絞車(chē)主氣路控制開(kāi)關(guān)，主要應(yīng)用于機(jī)械鉆機(jī)。防碰原理也類(lèi)似于重錘式防碰系統(tǒng)，是通過(guò)設(shè)置在滾筒上方，橫梁下方的觸桿，它通過(guò)滾筒鋼絲繩大繩層數(shù)的多少觸碰大繩動(dòng)作來(lái)強(qiáng)制滾筒的運(yùn)行，由于滾筒內(nèi)的大繩的排繩層數(shù)可反映游車(chē)提升的高度，滾筒內(nèi)過(guò)多的排繩層數(shù)可觸碰觸桿，通過(guò)碰觸觸動(dòng)桿斷開(kāi)絞車(chē)主氣路開(kāi)關(guān)，使氣胎離合器上的快速放氣閥放氣，達(dá)到限制游車(chē)高度的目的。

2、可靠性分析

由于過(guò)卷閥防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于重錘式防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，防碰原理也類(lèi)似于重錘式防碰系統(tǒng)，同樣，首先絞車(chē)主氣路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以后，是通過(guò)絞車(chē)滾筒氣胎式離合器上的快速放氣閥放氣，氣胎離合器放氣有一定時(shí)間和過(guò)程，導(dǎo)致絞車(chē)滾筒上的氣胎離合器不能立即離合，游動(dòng)滑車(chē)會(huì)通過(guò)絞車(chē)滾筒的慣性繼續(xù)運(yùn)行一定的高度。一是剎把上的曲拐氣缸進(jìn)氣也需要一定的時(shí)間和過(guò)程才能通過(guò)剎帶將滾筒抱住剎車(chē)，導(dǎo)致絞車(chē)滾筒不能立即抱住剎車(chē)，游動(dòng)滑車(chē)會(huì)通過(guò)絞車(chē)滾筒的慣性繼續(xù)運(yùn)行一定的高度，通過(guò)氣控元件觸動(dòng)電磁閥使液壓盤(pán)剎剎車(chē)時(shí)，氣控元件觸動(dòng)電磁閥也有一定的觸動(dòng)時(shí)間，導(dǎo)致液壓盤(pán)剎剎車(chē)時(shí)間放大。二是由于過(guò)圈閥防碰系統(tǒng)存在每次更換大繩作業(yè)后需要從新調(diào)整位置。三是在特殊作業(yè)時(shí)（起放井架）需要拆卸限位桿才能繼續(xù)提升游車(chē)，有時(shí)由于操作不當(dāng)使大繩不能排齊或大繩跳起，會(huì)提前觸碰限位桿。

三、智能電子防碰系統(tǒng)

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

智能電子天車(chē)防碰系統(tǒng)是由智能防碰儀、絞車(chē)傳感器、電磁閥、剎車(chē)氣缸或油缸、主滾筒剎車(chē)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。它是一個(gè)高性能的單片機(jī)系統(tǒng)，電子防碰的原理為在鉆機(jī)的絞車(chē)主軸端設(shè)置傳感器，通過(guò)傳感器記錄絞車(chē)主軸和滾筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)反映游動(dòng)滑車(chē)上升高度的防碰系統(tǒng)。在絞車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，智能電子防碰系統(tǒng)會(huì)通過(guò)傳感器自動(dòng)檢測(cè)絞車(chē)滾筒的圈數(shù)，通過(guò)絞車(chē)滾筒上的圈數(shù)，反應(yīng)游動(dòng)滑車(chē)的高度位置，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光預(yù)警信號(hào)。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)輸出控制信號(hào)，通過(guò)接收來(lái)自絞車(chē)傳感器的游車(chē)大鉤信號(hào)進(jìn)行智能判斷，當(dāng)大鉤高度大于限定的高度位置時(shí)，智能電子防碰系統(tǒng)立即產(chǎn)生報(bào)警并同時(shí)打開(kāi)電磁閥，來(lái)控制氣缸或油缸，驅(qū)動(dòng)主滾筒剎車(chē)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后將絞車(chē)自動(dòng)剎車(chē)。

2、可靠性分析

由于鉆井施工所面臨的自然條件相對(duì)比較惡劣，鉆機(jī)長(zhǎng)期的震動(dòng)、雨雪、風(fēng)沙、嚴(yán)寒和酷熱等會(huì)影響相對(duì)精密的電子記圈數(shù)型防碰系統(tǒng)的傳感器、通訊電纜以及主機(jī)等性能，導(dǎo)致安裝在絞車(chē)主軸端上的傳感器記錄不準(zhǔn)，影響接收來(lái)自絞車(chē)傳感器的游車(chē)大鉤信號(hào)，控制器不能準(zhǔn)確發(fā)出控制剎車(chē)信號(hào)。但是，只要智能電子防碰系統(tǒng)信號(hào)接收原件與控制元件性能穩(wěn)定，與滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)和重錘式防碰系統(tǒng)相比較，在絞車(chē)主氣路開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間，氣控元件觸動(dòng)電磁閥觸動(dòng)時(shí)間同樣的情況下，智能電子防碰系統(tǒng)的可靠性要優(yōu)于滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)和重錘式防碰系統(tǒng)，是目前比較理想和可靠的絞車(chē)防碰系統(tǒng)。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)三種防碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，從上述分析來(lái)看，可靠性最優(yōu)的是智能電子防碰系統(tǒng)，可靠性次之的是滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)，可靠性最差的是滾筒過(guò)卷閥式防碰系統(tǒng)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以以三種防碰系統(tǒng)組合的形式進(jìn)行配置，形成三道屏障，來(lái)保障石油鉆井施工作業(yè)過(guò)程中安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 牟春書(shū)等. 石油鉆井絞車(chē)防碰系統(tǒng)分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016 第6期