鄧忠彬 孟凡貴 王曉雷 （中海油能源發(fā)展股份有限公司油建渤海裝備分公司 天津300452）

0 引言

海洋鉆修機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，最頻繁的操作就是起下鉆作業(yè)。動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)滾筒的鋼絲繩拉動(dòng)游車(chē)大鉤并通過(guò)吊環(huán)和吊卡來(lái)帶動(dòng)井下管柱上提或下放。在上提油管過(guò)程中，如果出現(xiàn)操作失誤，游車(chē)大鉤到達(dá)一定高度未及時(shí)剎車(chē)，游車(chē)大鉤將碰到井架頂部的天車(chē)系統(tǒng)，對(duì)井架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性的影響。同樣，在下放油管的過(guò)程中，如果出現(xiàn)操作失誤，大鉤到達(dá)轉(zhuǎn)盤(pán)附近未及時(shí)剎車(chē)，一方面對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)及井架結(jié)構(gòu)帶來(lái)較大的沖擊載荷，對(duì)底座支撐和轉(zhuǎn)盤(pán)造成損壞，另一方面可能砸傷井口區(qū)域的操作人員。近幾年的陸地和海洋油田事故報(bào)告多次提到游車(chē)大鉤砸傷人員的案例，目前天車(chē)防碰系統(tǒng)已經(jīng)得到了管理者和操作者的很大重視。普通天車(chē)防碰系統(tǒng)由于其防碰過(guò)于簡(jiǎn)單，越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)的需要。隨著海洋鉆修機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能天車(chē)防碰系統(tǒng)在海洋平臺(tái)鉆修機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。

1 普通天車(chē)防碰系統(tǒng)工作原理及使用方法

2007年以前，渤海油田海洋修井機(jī)及鉆機(jī)上全部采用普通天車(chē)防碰系統(tǒng)。普通天車(chē)防碰系統(tǒng)是防止游動(dòng)滑車(chē)碰撞井架天車(chē)的裝置，它聯(lián)接在修井機(jī)（通井機(jī)）的氣控系統(tǒng)中。通過(guò)防碰過(guò)卷肘閥的氣控系統(tǒng)來(lái)控制剎車(chē)從而防止游車(chē)大鉤與天車(chē)相碰。

1.1 工作原理

普通天車(chē)防碰系統(tǒng)在絞車(chē)主滾筒軸上方安裝了一套防碰過(guò)卷肘閥。當(dāng)游車(chē)大鉤起升至一定高度時(shí)，鋼絲繩碰到防碰過(guò)圈肘閥，此時(shí)防碰過(guò)圈肘閥進(jìn)氣孔打開(kāi)，氣源通過(guò)解碰閥進(jìn)入防碰過(guò)圈肘閥，再進(jìn)入二位五通換向閥的右腔，推動(dòng)二位五通換向閥向左移動(dòng)，此時(shí)氣體通過(guò)二位五通換向閥進(jìn)入氣缸，氣缸推動(dòng)剎車(chē)助力器，從而帶動(dòng)剎把，剎住滾筒，防止游車(chē)大鉤繼續(xù)上升，碰到天車(chē)。解除防碰：當(dāng)用手操縱解碰閥時(shí)，氣體進(jìn)入二位五通換向閥的左腔，防碰過(guò)圈閥內(nèi)的氣體通過(guò)二位五通換向閥排空，氣缸左腔內(nèi)氣體排空，在彈簧作用下，氣缸復(fù)位，此時(shí)防碰天車(chē)解碰。普通天車(chē)防碰系統(tǒng)氣路原理圖如下圖1：

圖1 普通天車(chē)防碰系統(tǒng)氣路控制原理圖

1.2 使用方法

工作狀態(tài)：將操作臺(tái)下的解碰閥處以常開(kāi)狀態(tài)。解除：將操作臺(tái)下的解碰閥處以關(guān)閉狀態(tài)。

2 普通天車(chē)防碰系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷

根據(jù)對(duì)渤海油田鉆修機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用情況的調(diào)查，普通防碰系統(tǒng)基本上能正常工作。但由于天車(chē)防碰系統(tǒng)屬于一種安全預(yù)防事故發(fā)生的裝置，在有些井隊(duì)也許一年也沒(méi)有動(dòng)作一次，所以容易被使用者忽略。閥件長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有動(dòng)作，到關(guān)鍵時(shí)刻一旦失靈后果不堪設(shè)想。而且還存在以下設(shè)計(jì)缺陷：[1]天車(chē)防碰系統(tǒng)不設(shè)緊急剎車(chē)氣路，一旦緊急情況出現(xiàn)需制動(dòng)，只能靠司鉆壓緊急制動(dòng)；天車(chē)防碰系統(tǒng)不設(shè)剎車(chē)復(fù)位氣路，剎車(chē)復(fù)位時(shí)，搬回防碰過(guò)卷閥的肘桿，松開(kāi)剎把，游車(chē)下降，剎車(chē)氣缸通過(guò)與剎把連接的連桿機(jī)構(gòu)隨之復(fù)位。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的部分鉆機(jī)，復(fù)位通過(guò)解碰閥，氣由剎車(chē)氣缸的另一端進(jìn)入，此時(shí)剎車(chē)完全解除，游車(chē)迅速下降，不利于安全操作；該裝置不能頻繁使用；剎車(chē)系統(tǒng)不帶減速裝置，剎車(chē)時(shí)容易造成頓鉆現(xiàn)象，對(duì)井架及上下底座造成沖擊。

3 智能型天車(chē)防碰系統(tǒng)組成原理

智能型天車(chē)防碰系統(tǒng)由智能防碰儀、絞車(chē)、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。如圖2所示。

圖2 天車(chē)智能防碰原理

智能防碰儀是智能型天車(chē)防碰系統(tǒng)的核心，它是一個(gè)高性能的單片機(jī)系統(tǒng)。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)大鉤高度大于某一上限設(shè)定值或小于下限設(shè)定值時(shí)，智能防碰儀立即產(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)剎死。智能防碰儀電氣工作原理見(jiàn)圖3。

圖3 智能天車(chē)防碰儀電氣工作原理圖

4 智能型天車(chē)防碰系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

智能游車(chē)防碰系統(tǒng)是一套與普通天車(chē)防碰系統(tǒng)并行運(yùn)行的一種先進(jìn)的防止鉆機(jī)發(fā)生游車(chē)上碰下砸事故的安全保護(hù)設(shè)備。在鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，智能游車(chē)防碰系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)游車(chē)的高度位置，當(dāng)游車(chē)運(yùn)行至鉆機(jī)頂部警戒高度區(qū)域（上限）或運(yùn)行至鉆臺(tái)警戒高度區(qū)域（下限）時(shí)，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)，強(qiáng)制進(jìn)行剎車(chē)，確保游車(chē)運(yùn)行安全。它克服了普通天車(chē)防碰系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，具有如下優(yōu)點(diǎn)：[2]

①數(shù)字高度顯示：儀器面板一般都設(shè)有數(shù)碼管顯示窗口，以數(shù)字形式實(shí)時(shí)顯示大鉤工作高度，使司鉆能準(zhǔn)確掌握大鉤工作位置。

②預(yù)警提示：當(dāng)大鉤提升到距井口設(shè)定高度時(shí)，儀器開(kāi)始報(bào)警提示操作手提前做好斷離合及剎車(chē)制動(dòng)準(zhǔn)備。

③自動(dòng)斷離合：當(dāng)操作手沒(méi)能及時(shí)斷離合，大鉤到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，儀器會(huì)自動(dòng)對(duì)滾筒離合器實(shí)施斷氣控制。

④自動(dòng)剎車(chē)：因沒(méi)能及時(shí)剎車(chē)，當(dāng)大鉤到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，儀器自動(dòng)控制實(shí)施剎車(chē)；同時(shí)可以控制氣喇叭報(bào)警警示。

⑤具有位置記憶功能：當(dāng)遇突然停電或其他原因，游車(chē)可能停在任何高度位置，這時(shí)智能游車(chē)防碰系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記憶游車(chē)的位置，當(dāng)供電恢復(fù)，游車(chē)再次運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)不需要重新校準(zhǔn)仍可正常工作。

⑥深度校準(zhǔn)方便：司鉆臺(tái)設(shè)置有一個(gè)智能游車(chē)防碰系統(tǒng)校準(zhǔn)按鈕，需要時(shí)可用此按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。將游車(chē)下放至井臺(tái)（游車(chē)底部距井臺(tái)面為10～200 mm）位置，輕輕按一下校準(zhǔn)按鈕即可。

5 現(xiàn)場(chǎng)推廣使用情況

2007年以來(lái)，我公司先后承擔(dān)了JZ9-3A、BZ34-1N、JZ25-1S、BZ29-4等修井機(jī)建造項(xiàng)目的建造任務(wù)。在這些項(xiàng)目中均配套安裝了智能天車(chē)防碰系列產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)近3年的安裝運(yùn)行，并跟蹤試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、正常。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該類(lèi)智能天車(chē)防碰系統(tǒng)均能自動(dòng)控制大鉤在設(shè)定的區(qū)域內(nèi)安全運(yùn)行，連續(xù)監(jiān)視大鉤運(yùn)行位置，并可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，自動(dòng)控制剎車(chē)。目前，智能天車(chē)防碰系列產(chǎn)品在渤海油田已得到了業(yè)主和使用方的廣泛認(rèn)可。隨著天車(chē)智能防碰系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，渤海油田安全管理將上一個(gè)新的臺(tái)階?！?/p>

[1]尹雪菲，馬永剛，趙小奎.天車(chē)防碰系統(tǒng)淺析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006，35（增刊）：84-85.

[2]尹永晶.石油修井機(jī)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.