楊 斌,李 敏,鄔 柯,盧國(guó)良

(1.四川宏華石油設(shè)備有限公司產(chǎn)品研究所，四川 廣漢 618300；2.成都紡織高等專科學(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 611731)

0 引言

當(dāng)前，中國(guó)已由一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)大國(guó)，石油是工業(yè)動(dòng)脈，國(guó)家已將汽車產(chǎn)業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一，加上傳統(tǒng)石油化工，以及與石油相關(guān)的生活日用品制造等行業(yè)，這些行業(yè)都是基于石油的應(yīng)用。因此，石油在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性是顯而易見的。石油鉆機(jī)作為開發(fā)石油、天然氣的重要工具，在國(guó)內(nèi)外一直具有一定的需求量。在國(guó)外鉆機(jī)需求主要是中東、俄羅斯、南美和北美等地區(qū)，需求集中在5 000 m和7 000 m鉆機(jī)；而在國(guó)內(nèi)鉆機(jī)需求主要集中在新疆、四川、陜西、重慶、貴州等地區(qū)，尤其是在近兩年“十三五”期間國(guó)家加大了石油、天然氣的開發(fā)力度之后，需求主要集中在7 000 m和8 000 m超深井鉆機(jī)。石油行業(yè)作為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)生活中重要的組成部分，和其他行業(yè)一樣，健康、安全、環(huán)保(HSE)一直是石油生產(chǎn)生活中一個(gè)不變的主題。而石油鉆機(jī)使用過程中，同樣要滿足HSE的要求，各鉆井公司也制定了專門的HSE文件，通常井隊(duì)也配有專門的安全監(jiān)督，保證整個(gè)鉆井全過程合規(guī)安全地操作。

DROPS(Dropped Object Prevention Scheme)即落物防墜方案最早是針對(duì)海洋鉆機(jī)，而目前已經(jīng)成為在中東地區(qū)作業(yè)鉆機(jī)設(shè)計(jì)最普遍的要求。提出DROPS是為考慮滿足石油鉆機(jī)HSE要求，防止石油鉆機(jī)部件高空墜落，以最大限度地保護(hù)人員的操作安全。本文提出陸地石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中引入DROPS的設(shè)計(jì)理念，保證鉆機(jī)在使用過程中操作安全，減少鉆井風(fēng)險(xiǎn)，降低鉆井安全事故的發(fā)生。

1 DROPS概述

DROPS針對(duì)鉆機(jī)落物防墜設(shè)計(jì)，并提出一整套的解決方案，目前已成為部分地區(qū)鉆機(jī)設(shè)計(jì)的強(qiáng)制要求。在把DROPS引入陸地石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要明確以下幾個(gè)概念[1-2]：

1.1 DROPS中關(guān)鍵術(shù)語定義

落物(Dropped Object)：指任何存在跌落，存在造成人員受傷、死亡或設(shè)備損壞、環(huán)境破壞的物體。

落物防墜方案(Dropped Object Prevention Scheme)：考慮滿足石油鉆機(jī)HSE要求，防止石油鉆機(jī)部件高空墜落，以最大限度地保護(hù)人員的操作安全方案。

一定高度(At height)：離地面6′(1.8 m)的高度。

一次防護(hù)(Primary securing)：在安裝設(shè)備過程中采用正確的連接或防護(hù)方式，如螺母、螺栓、螺釘、卡座、支架、螺旋扣或焊接。

二次防護(hù)(Secondary Retention)：為安裝在一定高度或一定區(qū)域內(nèi)的設(shè)備存在發(fā)生墜落的潛在危險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的第二次防護(hù)功能，以保證一次防護(hù)失效時(shí)二次防護(hù)裝置起作用。

1.2 DROPS系統(tǒng)規(guī)范要求

(1)不規(guī)范、禁止的行為包括：①?zèng)]有合格證的提升設(shè)備；②用焊接圓鋼/鋼絲繩和緊固扎帶來代替開口銷或安全銷；③用兩件式卸扣來提升或懸掛設(shè)備；④受力螺栓采用雙螺母的方式；⑤在一定高度上對(duì)手動(dòng)工具不采取保護(hù)措施，包括加油槍、水壺、收音機(jī)、傳感器、筆和電話等；⑥鋼絲鎖緊固定或綁在固定梁上；⑦沒按規(guī)定載荷來吊裝設(shè)備；⑧用腳手架作為永久性固定或安裝設(shè)備，包括采用無認(rèn)證的腳手架來吊裝設(shè)備。

(2)推薦安全認(rèn)可的行為包括：①供方和合作方共同執(zhí)行DROPS的程序和要求；②按DROPS的要求對(duì)關(guān)鍵件進(jìn)行設(shè)計(jì)；③發(fā)運(yùn)到井場(chǎng)的所有材料和設(shè)備采用正確的包裝；④所有的材料和部件要滿足使用環(huán)境的要求；⑤在一定高度使用和安裝的所有設(shè)備需采用合適的圍柵，并且易于追溯并提供證書；⑥在一定高度使用和安裝的所有設(shè)備需采用合適的保護(hù)措施，以避免或消除絆腳或碰撞事故的發(fā)生；⑦所有的安全固定裝置要包括標(biāo)記、制造商詳細(xì)信息，并清晰地標(biāo)記有最大載荷或工作極限載荷；⑧供應(yīng)商和合作方應(yīng)該協(xié)同工作。

1.3 DROPS任務(wù)計(jì)劃和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

DROPS任務(wù)計(jì)劃和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估按照但不局限于以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)井場(chǎng)設(shè)備提前檢查和使用后復(fù)檢，主要了解散件的使用年限，分析存在的隱患。

(2)在運(yùn)輸和吊裝前進(jìn)行載荷檢查和評(píng)估，包括證書、設(shè)備和散件。

(3)工作條件設(shè)備檢查，及操作人員資歷評(píng)估，同時(shí)考慮人員行為因素。

(4)理解落實(shí)每件任務(wù)，確認(rèn)操作設(shè)備的件數(shù)和相關(guān)危險(xiǎn)及協(xié)同人員的安排，操作人員要了解可能會(huì)發(fā)生物體墜落的情況。

(5)對(duì)潛在墜物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，找到正確的控制和處理措施，總體上對(duì)墜物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估。

(6)識(shí)別落物傳遞的潛在通道。

(7)對(duì)服務(wù)合作方和/或臨時(shí)設(shè)備進(jìn)行有效控制。

1.4 DROPS計(jì)算

DROPS計(jì)算提供了對(duì)潛在落物產(chǎn)生后果的一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)程序，包括：

(1)為了確定潛在的危險(xiǎn)等級(jí)，在進(jìn)行任務(wù)策劃和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)采取的手段。

(2)為了確定實(shí)際落物發(fā)生的潛在危險(xiǎn)，所采用的報(bào)告程序。

(3)在設(shè)計(jì)和制造過程中，在一定高度上考慮物體的位置、固定件和防護(hù)措施。

采用DROPS計(jì)算的因素包括：

(1)對(duì)于重量較輕的物體(例如<0.1 kg)，物體發(fā)生跌落、破壞可能性的關(guān)鍵影響因素。

(2)計(jì)算假設(shè)物體沒有尖角(例如玻璃尖角、金屬銳邊)，為鈍型物體。

(3)在計(jì)算過程中，假設(shè)操作人員穿戴了標(biāo)準(zhǔn)的PPE安全防護(hù)設(shè)備(例如安全帽、勞保鞋和護(hù)目鏡)。

(4)不降低單個(gè)物體的高度，即跌落到地面的距離。

(5)參考DROPS計(jì)算或相似的計(jì)算工具，給出的計(jì)算結(jié)果為事故發(fā)生的概率，而不是一個(gè)精確的預(yù)判結(jié)果。

2 DROPS在石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

目前，DROPS在石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，主要是從考慮安全防護(hù)方式著手開展的。雖然設(shè)計(jì)時(shí)考慮了設(shè)備的工作極限載荷WLL(Working Limit Load)，同時(shí)考慮了設(shè)備采用螺栓螺母作為緊固件，以及采用卡箍、支架或螺旋扣等作為一次防護(hù)措施，但是基于DROPS要求，必須還要考慮二次防護(hù)措施。二次防護(hù)也是DROPS要求中的核心內(nèi)容。

2.1 螺栓連接二次防護(hù)設(shè)計(jì)

選用正確的螺栓連接方式，設(shè)計(jì)時(shí)考慮強(qiáng)度計(jì)算、材料選擇、預(yù)緊力選擇和環(huán)境因素。

(1)按照DROPS的要求，雙螺母的防松方式是不建議采用的，需采用開槽螺母加開口銷的防松方式。

(2)受拉連接二次防護(hù)必須是可靠的，如圖1所示。

圖1 受拉連接二次防護(hù)措施

(3)設(shè)計(jì)需采用可靠的螺栓連接二次防護(hù)，如圖2所示。

圖2 其他螺栓連接二次防護(hù)

(4)對(duì)于配套頭部開孔螺栓連接，例如管卡螺栓、軸端蓋板螺栓等，需采用帶鎖緊鐵絲的二次防護(hù)，如圖3所示。在采用鎖緊鐵絲時(shí)需注意：一根鎖緊鐵絲最多使用在3個(gè)螺栓連接位置；螺栓距離不能超過150 mm；在腐蝕環(huán)境下使用不銹鋼鐵絲。

圖3 鎖緊鐵絲正確的纏繞方式

2.2 銷軸連接二次防護(hù)設(shè)計(jì)

按照DROPS要求，對(duì)于銷軸連接的防松設(shè)計(jì)，以下4種二次防護(hù)是不能使用的，如圖4所示。

圖4 銷軸連接不能使用的二次防護(hù)

針對(duì)石油鉆機(jī)銷軸連接可以采用如圖5所示的二次防護(hù)措施。

圖5 銷軸連接采用的二次防護(hù)

2.3 懸重滑輪二次防護(hù)設(shè)計(jì)

懸重滑輪包括天車井架上面的提升絞車滑輪、載人絞車滑輪、吊鉗滑輪和拖拽裝置滑輪等，均需采用二次防護(hù)保護(hù)措施。通常采用卸扣+安全鋼絲繩的二次防護(hù)措施。

2.4 電氣設(shè)備二次防護(hù)設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備二次防護(hù)主要是采用安全鋼絲繩和安全防護(hù)網(wǎng)兩種措施。針對(duì)鉆機(jī)燈具、投光燈、避雷針、井架上分線盒等采用增加安全繩的防護(hù)措施；而針對(duì)井架上攝像頭、天車航空燈、揚(yáng)聲器等則需采用安全網(wǎng)的防護(hù)措施，如圖6所示。

圖6 揚(yáng)聲器的二次防護(hù)

2.5 繩夾的選擇和使用

在石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，繩卡廣泛使用于無壓制鋼絲繩或單頭壓制鋼絲繩的場(chǎng)合，例如手動(dòng)大鉗吊繩、鉆桿動(dòng)力鉗吊繩等。

按照DROPS要求推薦用鐵夾式繩夾(如圖7(a)所示)，不推薦使用常規(guī)的U型螺栓繩夾(如圖7(b)所示)。另外，繩夾的使用必須滿足API RP 9B的使用要求[3]，如圖8所示。

圖7 繩夾的正確選擇

圖8 繩夾的正確使用

2.6 吊裝工具的選擇和使用

卸扣和鋼絲繩、鏈條和其他索具組合用于吊裝和懸掛設(shè)備。對(duì)于卸扣選擇主要注意以下兩點(diǎn)：

(1)推薦采用四件式的卸扣。

(2)卸扣避免斜向受力。

石油鉆機(jī)索具鋼絲繩的選用主要考慮：強(qiáng)度、抗疲勞能力和抗磨損能力三個(gè)方面。在惡劣和腐蝕環(huán)境中，考慮采用鍍鋅鋼絲繩；在每次使用之前，對(duì)所用鋼絲繩進(jìn)行目視檢查，對(duì)于鋼絲繩達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(參考API RP 9B)要求需更換時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換；鋼絲繩繩頭要有清晰的WLL標(biāo)記。

合格的吊帶作為吊裝工具也是允許使用的。

2.7 其他構(gòu)件二次防護(hù)設(shè)計(jì)

針對(duì)其他構(gòu)件，例如二層臺(tái)猴臺(tái)、二層臺(tái)指梁、死繩扶繩器、手動(dòng)大鉗配重塊等，可根據(jù)用戶要求增加安全鋼絲繩來作為二次防護(hù)措施。而對(duì)于管道接頭包括水龍帶接頭、高壓減震膠管接頭、氣路膠管接頭、液路膠管接頭等，通常采用的是安全鋼絲繩的二次防護(hù)措施。

3 結(jié)論

隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，健康、安全、環(huán)保已深入到整個(gè)石油工業(yè)中。DROPS針對(duì)石油鉆機(jī)落物防墜設(shè)計(jì)提出了很好的解決方案，并且已被業(yè)界認(rèn)可，尤其是成為了在中東地區(qū)作業(yè)鉆機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求。所以作為石油鉆機(jī)的設(shè)計(jì)者，我們必須深刻理解和認(rèn)識(shí)到落物防墜的重要性和必要性，在石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中引入DROPS的概念，使之成為石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)標(biāo)配，只有這樣設(shè)計(jì)出來的鉆機(jī)才能在高端市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。