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)
海洋鉆修機(jī)在作業(yè)過程中,最頻繁的操作就是起下鉆作業(yè)。動力系統(tǒng)通過滾筒的鋼絲繩拉動游車大鉤并通過吊環(huán)和吊卡來帶動井下管柱上提或下放。在上提油管過程中,如果出現(xiàn)操作失誤,游車大鉤到達(dá)一定高度未及時(shí)剎車,游車大鉤將碰到井架頂部的天車系統(tǒng),對井架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性的影響。同樣,在下放油管的過程中,如果出現(xiàn)操作失誤,大鉤到達(dá)轉(zhuǎn)盤附近未及時(shí)剎車,一方面對轉(zhuǎn)盤及井架結(jié)構(gòu)帶來較大的沖擊載荷,對底座支撐和轉(zhuǎn)盤造成損壞,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)告多次提到游車大鉤砸傷人員的案例,目前天車防碰系統(tǒng)已經(jīng)得到了管理者和操作者的很大重視。普通天車防碰系統(tǒng)由于其防碰過于簡單,越來越不適應(yīng)現(xiàn)場安全作業(yè)的需要。隨著海洋鉆修機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,智能天車防碰系統(tǒng)在海洋平臺鉆修機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。
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防碰系統(tǒng)。普通天車防碰系統(tǒng)是防止游動滑車碰撞井架天車的裝置,它聯(lián)接在修井機(jī)(通井機(jī))的氣控系統(tǒng)中。通過防碰過卷肘閥的氣控系統(tǒng)來控制剎車從而防止游車大鉤與天車相碰。
普通天車防碰系統(tǒng)在絞車主滾筒軸上方安裝了一套防碰過卷肘閥。當(dāng)游車大鉤起升至一定高度時(shí),鋼絲繩碰到防碰過圈肘閥,此時(shí)防碰過圈肘閥進(jìn)氣孔打開,氣源通過解碰閥進(jìn)入防碰過圈肘閥,再進(jìn)入二位五通換向閥的右腔,推動二位五通換向閥向左移動,此時(shí)氣體通過二位五通換向閥進(jìn)入氣缸,氣缸推動剎車助力器,從而帶動剎把,剎住滾筒,防止游車大鉤繼續(xù)上升,碰到天車。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,防碰過圈閥內(nèi)的氣體通過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)防碰天車解碰。普通天車防碰系統(tǒng)氣路原理圖如下圖1:
圖1 普通天車防碰系統(tǒng)氣路控制原理圖
工作狀態(tài):將操作臺下的解碰閥處以常開狀態(tài)。解除:將操作臺下的解碰閥處以關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)對渤海油田鉆修機(jī)作業(yè)現(xiàn)場使用情況的調(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)也許一年也沒有動作一次,所以容易被使用者忽略。閥件長時(shí)間沒有動作,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]天車防碰系統(tǒng)不設(shè)緊急剎車氣路,一旦緊急情況出現(xiàn)需制動,只能靠司鉆壓緊急制動;天車防碰系統(tǒng)不設(shè)剎車復(fù)位氣路,剎車復(fù)位時(shí),搬回防碰過卷閥的肘桿,松開剎把,游車下降,剎車氣缸通過與剎把連接的連桿機(jī)構(gòu)隨之復(fù)位。國內(nèi)生產(chǎn)的部分鉆機(jī),復(fù)位通過解碰閥,氣由剎車氣缸的另一端進(jìn)入,此時(shí)剎車完全解除,游車迅速下降,不利于安全操作;該裝置不能頻繁使用;剎車系統(tǒng)不帶減速裝置,剎車時(shí)容易造成頓鉆現(xiàn)象,對井架及上下底座造成沖擊。
智能型天車防碰系統(tǒng)由智能防碰儀、絞車、絞車傳感器、電磁閥、剎車氣缸或油缸、主滾筒剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。如圖2所示。
圖2 天車智能防碰原理
智能防碰儀是智能型天車防碰系統(tǒng)的核心,它是一個高性能的單片機(jī)系統(tǒng)。通過接收來自絞車傳感器的游車大鉤信號進(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)打開電磁閥,來控制氣缸或油缸,驅(qū)動主滾筒剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)。最后將絞車自動剎死。智能防碰儀電氣工作原理見圖3。
圖3 智能天車防碰儀電氣工作原理圖
智能游車防碰系統(tǒng)是一套與普通天車防碰系統(tǒng)并行運(yùn)行的一種先進(jìn)的防止鉆機(jī)發(fā)生游車上碰下砸事故的安全保護(hù)設(shè)備。在鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,智能游車防碰系統(tǒng)會自動檢測游車的高度位置,當(dāng)游車運(yùn)行至鉆機(jī)頂部警戒高度區(qū)域(上限)或運(yùn)行至鉆臺警戒高度區(qū)域(下限)時(shí),系統(tǒng)會發(fā)出聲光預(yù)警信號。同時(shí)系統(tǒng)會輸出控制信號,強(qiáng)制進(jìn)行剎車,確保游車運(yùn)行安全。它克服了普通天車防碰系統(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),儀器開始報(bào)警提示操作手提前做好斷離合及剎車制動準(zhǔn)備。
③自動斷離合:當(dāng)操作手沒能及時(shí)斷離合,大鉤到達(dá)設(shè)定高度時(shí),儀器會自動對滾筒離合器實(shí)施斷氣控制。
④自動剎車:因沒能及時(shí)剎車,當(dāng)大鉤到達(dá)設(shè)定高度時(shí),儀器自動控制實(shí)施剎車;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,游車可能停在任何高度位置,這時(shí)智能游車防碰系統(tǒng)會自動記憶游車的位置,當(dāng)供電恢復(fù),游車再次運(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:司鉆臺設(shè)置有一個智能游車防碰系統(tǒng)校準(zhǔn)按鈕,需要時(shí)可用此按鈕對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。將游車下放至井臺(游車底部距井臺面為10~200 mm)位置,輕輕按一下校準(zhǔn)按鈕即可。
2007年以來,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防碰系列產(chǎn)品,經(jīng)過近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。通過現(xiàn)場測試,該類智能天車防碰系統(tǒng)均能自動控制大鉤在設(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,自動控制剎車。目前,智能天車防碰系列產(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新的臺階?!?/p>
[1]尹雪菲,馬永剛,趙小奎.天車防碰系統(tǒng)淺析[J].石油礦場機(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.