楊子平

（中石油大慶蘇丹分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 天車防碰的定義

天車防碰裝置是指為避免在鉆井施工中，由于人員操作不當(dāng)或其他原因引起的游車過度上提，使游車和天車發(fā)生碰撞而設(shè)置的，可使游車在提高到某個(gè)限定高度時(shí)報(bào)警或強(qiáng)制停止的裝置。在石油鉆井中，天車防碰設(shè)施是保障安全生產(chǎn)以及作業(yè)人員人身安全的一道很重要的屏障。

2 當(dāng)前主要防碰措施

在石油鉆井中，較常見的天車防碰設(shè)施包含防碰天車?yán)K、過圈閥、電子記圈等。

2.1 電子防碰裝置

隨著現(xiàn)代鉆機(jī)中電子設(shè)備應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，電子防碰技術(shù)日見成熟。電子防碰的原理為在鉆機(jī)的絞車主軸端設(shè)置探頭，通過記錄絞車主軸和滾筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來反映游車上提高度的裝置。

電子防碰裝置存在的問題主要是由于鉆井施工所面臨的自然條件相對(duì)都比較惡劣，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)精密的電子記圈型防碰的傳感器、通訊電纜以及主機(jī)等導(dǎo)致記圈不準(zhǔn)等故障。

2.2 過圈閥防碰裝置

過卷閥防碰裝置是通過設(shè)置在滾筒上方的觸桿動(dòng)作來強(qiáng)制停車的裝置，由于滾筒內(nèi)的大繩的排繩量可反映游車提升的高度，滾筒內(nèi)過多的排繩量可觸碰觸桿，達(dá)到限制游車高度的目的。

過圈閥防碰裝置存在的主要問題是在每次劃大繩作業(yè)后需要從新調(diào)整位置，在特殊作業(yè)時(shí)需要拆卸限位桿才能繼續(xù)提升游車，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。

2.3 防碰繩裝置

防碰繩的防碰原理比較直接有效，其原理為在井架的限制高度拉起一根直通井架底座的游絲繩，游絲繩的頂端，穿過懸掛游車的兩排大繩之間，當(dāng)游車提升到相應(yīng)高度時(shí)會(huì)觸碰游絲繩，游絲繩的動(dòng)作又會(huì)觸發(fā)位于井架底端的氣閥或電磁閥，再通過閥的相應(yīng)動(dòng)作到達(dá)到斷開滾筒離合器或停止?jié)L筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并閉合剎車的目的，準(zhǔn)確可靠的限定了游車的高度。

防碰繩裝置存在的主要問題：（1）在有些車載鉆機(jī)使用的U型伸縮井架中，由于井架和載車整體布局的需要，懸掛游車的兩排大繩是左右分布，這就使傳統(tǒng)的防碰天車?yán)K需要分別穿過兩排大繩的繩間孔隙，經(jīng)常發(fā)生防碰繩被大繩掛碰或卷入游車?yán)K槽的情況。（2）在斜直井井架中，由于游絲繩受到重力的影響會(huì)下垂，無法很好的工作。（3）無論是過卷閥和防碰繩都無法提供接近限制高度的報(bào)警。

2 紅外線防碰的原理

紅外線防碰是基于原始的防碰繩而設(shè)置的新型防碰裝置，即用紅外光線光代替原始的游絲繩，形成一根摸不到的防碰繩。當(dāng)游車通過紅外線報(bào)警器的發(fā)送和接收裝置之間時(shí)，會(huì)阻擋紅外線的傳輸，進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警或停車、剎車裝置（圖1、圖2）。

3 紅外線防碰的優(yōu)勢(shì)

紅外線報(bào)警器如今已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了防盜、自動(dòng)門等領(lǐng)域，技術(shù)成熟，工作可靠，而在鉆機(jī)天車防碰中的應(yīng)用還具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）由于紅外線報(bào)警器不用實(shí)質(zhì)性的游絲繩，可全面避免與游車和大繩之間的掛碰。（2）可采用運(yùn)用兩個(gè)或多個(gè)報(bào)警器傳感裝置來直接設(shè)定報(bào)警和剎車高度，不受劃大繩的影響，在劃大繩后不需調(diào)節(jié)。（3）電纜可直接固定在井架上，受風(fēng)力影響小。（4）部件體積小，便于隱藏于井架框架內(nèi)，不容易掛碰。

4 紅外線防碰裝置存在的問題以及解決方法

（1）紅外線傳感器的探頭可能被天車和大繩上掉落的潤(rùn)滑脂污堵，致使探頭失靈造成虛假報(bào)警或意外停車。（2）無法準(zhǔn)確測(cè)試，由于防碰裝置的重要作用，所以在正常鉆、修井作業(yè)時(shí)，要求每天對(duì)防碰裝置進(jìn)行測(cè)試，而紅外防碰裝置由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，無法在井架下方進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。（3）有些極特殊情況下大繩會(huì)劇烈的擺動(dòng)，導(dǎo)致紅外光被短時(shí)阻斷。

基于以上問題，紅外報(bào)警器需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試、保護(hù)裝置，而且需要滿足以下要求。

（1）可以對(duì)紅外探頭進(jìn)行保護(hù)，清理。（2）可以對(duì)紅外探頭進(jìn)行模擬測(cè)試。（3）可以在鉆臺(tái)進(jìn)行測(cè)試操作。（4）總體結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單、可靠、小巧，防止在井架上觸碰其他繩索。（5）可以緩沖井架震動(dòng)對(duì)于紅外線探頭的沖擊。

5 紅外線報(bào)警器測(cè)試、保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

紅外線保護(hù)裝置由殼體、測(cè)試板和緩沖座三部分組成（圖3、圖4、圖5）。

（1）殼體主要負(fù)責(zé)傳感器的保護(hù)支撐，殼體上的滑輪主要負(fù)責(zé)測(cè)試?yán)K的固定、導(dǎo)向。（2）測(cè)試板為一端粘有海綿的鋼板制成，測(cè)試?yán)K與之相連。當(dāng)在井架下端下拉測(cè)試?yán)K時(shí)，測(cè)試板會(huì)被上提，達(dá)到測(cè)試防碰裝置和清理探頭的目的。（3）支撐座為裝有緩沖膠皮的螺栓固定的鋼板，可將殼體固定于井架，并起到緩沖井架震動(dòng)的目的。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5