張勇 (中海石油 (中國) 有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

1 原有系統(tǒng)概述及存在問題

海上平臺修井機作業(yè)時，存在井噴井涌的風險，當發(fā)生緊急情況，需要快速啟動應急裝置，從而降低作業(yè)風險，保護人身安全。在原有的修井機控制保護系統(tǒng)中，在需要緊急制動的情況下，設計的是司鉆人員操作BOP控制裝置以及司鉆臺上的緊急停止按鈕，方可使BOP控制裝置關閉和主絞車滾筒緊急制動停止[1]。地面防噴器裝置的遠程控制臺放置在鉆臺司鉆房外，由司鉆人員直接控制，成為第一操控地點。第二操控地點放置在平臺的甲板上，成了輔助作用。如圖1所示為控制系統(tǒng)的電氣控制原理簡圖，其中SB3、SB5、SB15為第一控制點的備用關按鈕、半封閘板關按鈕、環(huán)形關按鈕。其中SB3A、SB5A、SB15A為第二控制點的備用關按鈕、半封閘板關按鈕、環(huán)形關按鈕。

圖1 控制系統(tǒng)的電氣控制原理簡圖

修井機主絞車滾筒的制動器是一個伊頓輔助剎車裝置來控制的，而伊頓輔助剎車又是由氣動模式控制，通過梳理控制程序和現場設備，氣動控制是由PLC程序輸出和繼電器進行控制，即當電磁閥不得電沒有氣源壓力時，此時沒有制動；當氣源壓力大于500 kPa，制動器觸發(fā)，主絞車抱住不動。那么問題來了，主絞車和地面防噴器是兩套相對獨立系統(tǒng)，當地面防噴器動作時，主絞車怎樣才能同步動作產生制動？

2 分析與研究改造

為了滿足主絞車滾筒的同步動作，我們需要在防噴裝置控制點按下半封閘板關或者環(huán)形關或者備用關的時候，同時輸出一個信號給主絞車伊頓輔助剎車，讓它產生同步制動。經過研究控制原理圖，我們發(fā)現原有控制系統(tǒng)的PLC控制程序可以保持不變，可以通過改變控制系統(tǒng)的控制電路和現場設施來實現目的，即通過改變控制電路，增加一路控制氣源和一個電磁閥給伊頓剎車制動器，兩路控制二選一，控制主絞車滾筒制動停止。改造之后的控制邏輯為：當修井機司鉆按下BOP控制裝置環(huán)形關或半封閘板關或備用關時，在BOP控制裝置執(zhí)行關閉動作的同時，也會自動鎖住正在運行的主絞車滾筒，使其無法移動；當司鉆人員恢復BOP控制裝置環(huán)形關或備用關或半封閘板關時，已經被鎖住的主絞車滾筒解鎖，可以正常操作天車上下移動，改造后的原理圖如圖2所示。

圖2 設計改造后的原理圖

控制電路功能如下：

(1)當按下備用關按鈕時，繼電器KM1得電，繼電器KM1的線圈KA1得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(2)當按下半封閘板關按鈕時，繼電器KM2得電，繼電器KM2的線圈KA2得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(3)當按下環(huán)形關按鈕時，繼電器KM3得電，繼電器KM3的線圈KA3得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(4)當需要恢復正常時，按下復位按鈕SB12，繼電器KM4掉電，繼電器KM4的線圈KA4掉電，SDY掉電，恢復原始正常狀態(tài)。

新加電磁閥原理如圖3所示，在不影響原來系統(tǒng)控制的基礎之上，并聯一個兩位三通電磁閥，該電磁閥只受增加的備用關按鈕、環(huán)形關按鈕、半封閘板關信號緊急控制，如圖3所示。

圖3 改造后的控制結構圖

3 現場實施

(1)在現場控制箱面板安裝復位開關SB12，該按鈕為點動按鈕，非自鎖開關，根據控制需要，我們選常閉點，既按下狀態(tài)為0，彈起狀態(tài)為1，如圖4所示。

圖4 改造后的控制箱面板

(2)在控制接線箱新添加接線排，安裝4個繼24 V直流繼電器，4個繼電器都選擇接常開點，三個繼電器KM1、KM2、KM3為新增加的備用關、半封閉閘板關、環(huán)形關控制鈕，第四個繼電器KM4用作自保持作用，當觸發(fā)后，需要重新按下復位按鈕之后才能解鎖恢復正常，如圖5所示。

圖5 改造后的控制箱內部

(3)現場新增加一路電磁閥，與原有電磁防碰系統(tǒng)電磁閥并聯，這樣不影響原有系統(tǒng)控制功能，并改造現場的儀表管線、電纜和電磁閥等儀表設備，如圖6所示。

圖6 改造后的現場實物圖

4 現場調試

在完成現場基本的改造和安裝，檢查氣源壓力、電線線路都正常之后，進行調試工作。

(1)現場啟動主絞車滾筒，按下司鉆臺的緊急停止按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止，并記錄此時的狀態(tài)；復位該緊急停止按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(2)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的半封閘板關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控裝置的半封閘板關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(3)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的環(huán)形關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控制裝置的環(huán)形關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(4)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的備用關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控制裝置的環(huán)形關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(5)現場模擬電磁閥故障或線路開路故障，按下BOP控制裝置的半封閘板關按鈕或備用關按鈕或者環(huán)形關按鈕，主絞車滾筒都不會停止，經過測試滿足需求功能[2]。

5 結語

通過改造，新添加的主絞車防提斷功能和緊急制動的功能相互獨立，二者都能起到緊急制動作用。新增啟動BOP控制裝置的半封閘關、環(huán)形關或備用關緊急制動主絞車滾筒功能，簡化了操作步驟，縮短了應急時間，消除了在關閉防噴器之后因誤操作而造成提斷鉆桿、拉倒井架等重大隱患，有效保證修井作業(yè)的安全。