劉德智，李前佑，蔣洪波

（中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

石油是重要的不可再生的自然資源。雖然我國進(jìn)口的石油遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自行開采的石油產(chǎn)量，但整體開采規(guī)模卻并不小。在石油開采設(shè)備中，石油鉆機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備之一。針對此設(shè)備的安全防護(hù)，目前已經(jīng)有了多種類型方法。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，結(jié)合防護(hù)方法，有效利用各種防護(hù)條件達(dá)到防護(hù)目的。

1 硬件設(shè)計(jì)

整體的安全設(shè)計(jì)應(yīng)從2 個(gè)方面進(jìn)行，分別是硬件和軟件部分。硬件是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，對整體的安全防護(hù)實(shí)施起著重要作用。

1.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)化的控制中樞進(jìn)行安全操控

鉆機(jī)操作人員是負(fù)責(zé)相關(guān)運(yùn)作的基本人員，也是直接人員。作為操控者，需要從整體運(yùn)行情況和運(yùn)行詳情對鉆機(jī)進(jìn)行操控、監(jiān)視各類異常情況。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，操作人員通過監(jiān)控的方式，在第一時(shí)間進(jìn)行了解，并采取相應(yīng)的解決方案進(jìn)行調(diào)整，避免意外事故的發(fā)生，保障器械和人員的安全。因此，需要在操作人員控制中心內(nèi)進(jìn)行相關(guān)的操控中心建設(shè)，以達(dá)到對設(shè)備遠(yuǎn)程操作的目的。而老舊設(shè)備由于自身限制，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，只能在設(shè)備現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行操作。

操控中心的構(gòu)建，需要考慮設(shè)備的整體功能，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的先進(jìn)性，通過控制設(shè)備的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前狀態(tài)的了解，并實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)哪康摹，F(xiàn)在主要采用互聯(lián)網(wǎng)的方式對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分為星形、環(huán)形、星形與環(huán)形的而結(jié)合等方式。充分利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備實(shí)際功能，保障設(shè)備整體穩(wěn)定運(yùn)行。

第一種架構(gòu)建設(shè)方式主要針對整體數(shù)量分布比較密集的情況下。這種方式能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換，并通過各種設(shè)備原件的控制，實(shí)現(xiàn)整體控制。

第二種是針對分散性布設(shè)設(shè)備的情況下。這種方式能最大限度地實(shí)現(xiàn)信息的收集和傳輸。

第三種是由于特殊情況采用特殊的系統(tǒng)架構(gòu)方式。主要因?yàn)樵趯?shí)際設(shè)備布置中，部分設(shè)備比較集中，部分設(shè)備的整體分布比較分散。因此，需要結(jié)合兩種不同方式對設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)管。

在整體架構(gòu)中，通過不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸、指令的信息。只有在各個(gè)階段都做好相應(yīng)的工作準(zhǔn)備，才能確保工作人員很好地操作系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)安全保障[1]。

1.2 剎車系統(tǒng)是石油鉆機(jī)最后一道保全防護(hù)

在實(shí)際的設(shè)備使用中面臨不同的問題，設(shè)備會(huì)引發(fā)措施進(jìn)行安全防護(hù)。在整體的開采業(yè)務(wù)中，剎車系統(tǒng)是最后一道也是最重要的一道安全防護(hù)。剎車機(jī)制主要是通過對運(yùn)行中的鉆機(jī)進(jìn)行相應(yīng)部位的摩擦，使整體速度下降，并能進(jìn)行有效控制的過程。這個(gè)過程如何剎車非常關(guān)鍵。對于這種安全防護(hù)措施的整體規(guī)劃，需要根據(jù)不同機(jī)械設(shè)備的特性，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保實(shí)際方案的有效實(shí)施。主要從3 個(gè)方面進(jìn)行思考：一是對各個(gè)設(shè)備部件的剎車防護(hù)，每個(gè)部件自身都要帶有相應(yīng)的功能。在實(shí)際操作過程中，通過多種設(shè)備進(jìn)行搭配、協(xié)同工作，確保整體運(yùn)行的可靠性。部分設(shè)備部件出現(xiàn)意外情況時(shí)，要針對這個(gè)部件進(jìn)行相應(yīng)的剎車操作，從而確保設(shè)備使用的安全性。同時(shí)，由于異常現(xiàn)象只是局部的，只需對相應(yīng)部件進(jìn)行操作，而整體運(yùn)轉(zhuǎn)不受影響。只有這樣，在部分設(shè)備發(fā)生意外時(shí)，才能做到針對性處理而不影響整體的運(yùn)行穩(wěn)定性。二是必須對所有設(shè)備進(jìn)行剎車控制。在系統(tǒng)實(shí)際操作過程中，有可能出現(xiàn)緊急情況，要求能夠做到對所有設(shè)備進(jìn)行緊急剎車控制。這種情況下，要求系統(tǒng)對所有設(shè)備有一鍵操控的功能，能在指令下達(dá)后，對所有設(shè)備進(jìn)行剎車操作，確保系統(tǒng)在必要的時(shí)候短時(shí)間內(nèi)全部緊急停止運(yùn)轉(zhuǎn)。三是對能源動(dòng)力要有相應(yīng)的緊急控制方式。所有鉆機(jī)設(shè)備都通過相應(yīng)的能源進(jìn)行動(dòng)力供應(yīng)，對能源的操作能在一定層面上迫使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)暫停。一旦啟動(dòng)開關(guān)開啟，能源供應(yīng)可以直接切斷，迫使設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這種操作是在非常緊急的情況下使用，雖然使用的概率不大，但必須保證有相應(yīng)的功能，因?yàn)槿魏我馔舛疾荒芡耆苊?，需要相?yīng)的機(jī)制進(jìn)行保障[2]。

1.3 多種因素結(jié)合控制的必要性

剎車系統(tǒng)的控制主要通過對鉆機(jī)慣性操作方式的改變而迫使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)停止的操作方式。實(shí)際的能源供應(yīng)方式不同，各種鉆機(jī)的實(shí)際操作也不同。有盤剎方式，也有能源消耗控制方式，還有電磁渦流等其他相應(yīng)的方法。

在緊急情況下的操作中，必須確保指令的下達(dá)，系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。因此，剎車系統(tǒng)的反應(yīng)快慢是重要的關(guān)鍵。反應(yīng)的快慢也代表著系統(tǒng)的靈敏度高低。但并不是說反應(yīng)越快，靈敏越高，系統(tǒng)越好。過快的反應(yīng)可能會(huì)造成整體架構(gòu)的晃動(dòng)，從而造成意外的發(fā)生。而反應(yīng)過慢會(huì)造成部件觸碰受損。因此多種因素結(jié)合的控制方式是必要的。

（1）剎車和游車監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮兩者之間的關(guān)系。通過對游車系統(tǒng)幾個(gè)重要部門進(jìn)行強(qiáng)制管控，更好地確保剎車系統(tǒng)的高效性。主要從3 個(gè)部位著手，一是上部的報(bào)警裝置，二是下部的報(bào)警裝置，三是?？课恢玫膱?bào)警裝置。這3 個(gè)位置要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自我調(diào)控，能自行調(diào)整，避免因人工判斷不準(zhǔn)確造成時(shí)機(jī)的延誤，影響整體安全性。

（2）充分考慮其他方面的不安全因素。鉆機(jī)使用中，不但要考慮它的安全使用，還要考慮各個(gè)環(huán)節(jié)正常運(yùn)作能否保障鉆機(jī)的安全使用。因此，對于這些環(huán)節(jié)都要進(jìn)行相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)，確保這些環(huán)節(jié)發(fā)生意外，不能確保鉆機(jī)安全性時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)情況自動(dòng)制動(dòng)，停止整體運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）通過系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)，能更好地輔助設(shè)備的安全使用。正常情況下，剎車設(shè)備都需要人工操作，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算、判斷，實(shí)施一定的操作方案，確保設(shè)備安全使用。但人工操作是依據(jù)以往的工作積累，這種方式的判斷在一些情況下有可能出現(xiàn)失誤。一旦失誤，會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成非常大的威脅。因此，要通過系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行自我監(jiān)控、分析時(shí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的閾值，一旦發(fā)現(xiàn)不正常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整執(zhí)行剎車指令，減少人員判斷的不確定性和誤差，更好地保障設(shè)備的安全運(yùn)行。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種方式已開始逐步推廣。主要是根據(jù)鉆機(jī)運(yùn)行情況、游車整體位置以及能源供應(yīng)裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，通過判斷，再結(jié)合當(dāng)前的整體速度情況等進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常，執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)指令，迫使設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的自我調(diào)整[3]。

1.4 智能化設(shè)備的使用

當(dāng)前，智能化設(shè)備逐步運(yùn)用于各行各業(yè)，并得到了高度認(rèn)可。石油開采行業(yè)智能化設(shè)備的使用，同樣能起到非常大的作用。在設(shè)備運(yùn)行過程中，智能化系統(tǒng)分析判斷整體運(yùn)行情況，得出目前運(yùn)行情況是否正常。出現(xiàn)不正常的情況，會(huì)在必要的時(shí)候進(jìn)行系統(tǒng)控制，保障設(shè)備的安全和操作人員的生命安全[4]。

1.5 重要配件的備份措施

系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠核心配件的功能。當(dāng)核心配件功能出現(xiàn)問題時(shí)，會(huì)對整體運(yùn)行造成很大影響。因此，可以針對核心配件進(jìn)行多重備份，在某些配件出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，某些系統(tǒng)還可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成雙配件的AB 角，在一個(gè)配件運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)問題時(shí)，另一個(gè)配件通過系統(tǒng)判斷進(jìn)行工作承接。這樣，配件正常工作有一套緊急處置方案，意外發(fā)生時(shí)能進(jìn)行自我調(diào)整，保障關(guān)鍵配件的運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)出現(xiàn)問題[5]。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件的功能設(shè)計(jì)能對剎車系統(tǒng)起到非常好的調(diào)節(jié)作用。

一是針對硬件的急停操作，軟件可以設(shè)置軟急停功能，在需要的時(shí)候可以下達(dá)相應(yīng)的剎車指令，使鉆機(jī)剎車。另外通過軟件的控制，在某些時(shí)候，可以將其他的指令全部清除，迫使鉆機(jī)停止在相應(yīng)的位置，確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全。二是能對能源供應(yīng)進(jìn)行有效控制。在剎車指令下達(dá)后，由于慣性的原因，有可能造成過快或過慢的剎車情況出現(xiàn)，都會(huì)對設(shè)備造成很大的影響。通過軟件，可以監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)、靈活地對能源進(jìn)行控制，從而控制整體的速度，確保剎車過程安全，不會(huì)出現(xiàn)剎車力度過大或過小的問題[6]。

3 結(jié)束語

隨著石油開采的不斷發(fā)展，各種鉆機(jī)的使用愈加頻繁。在鉆機(jī)的使用過程中，安全問題是重中之重。因此，相應(yīng)的剎車安全防護(hù)，要結(jié)合設(shè)備的特征以及現(xiàn)場環(huán)境，從硬件和軟件兩方面考慮，設(shè)計(jì)出適合現(xiàn)場使用的方案。