石油電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的邏輯控制與保護(hù)剖析

李士峰（中國(guó)石化中原石油工程有限公司鉆井一公司， 河南 濮陽(yáng) 457331）

石油電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的邏輯控制與保護(hù)剖析

李士峰（中國(guó)石化中原石油工程有限公司鉆井一公司， 河南 濮陽(yáng) 457331）

隨著我國(guó)石油事業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的電動(dòng)鉆機(jī)走出國(guó)門，參與了國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，相比落后的機(jī)械鉆機(jī)，其以優(yōu)越的性能，正在朝自動(dòng)化、智能化、高適應(yīng)性、高經(jīng)濟(jì)效益、高可靠性、大型化方面發(fā)展。氣控系統(tǒng)作為電動(dòng)鉆機(jī)的核心系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，由于受到空間位置的影響，連接氣動(dòng)元件的氣管線長(zhǎng)而密，順線查找氣動(dòng)元件之間控制關(guān)系相當(dāng)困難，要想搞懂氣控系統(tǒng)的原理和邏輯控制，大多數(shù)人往往有心無力，于是對(duì)石油電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的理解與分析就更加的重要，本文從石油電動(dòng)鉆機(jī)一些邏輯控制和保護(hù)原理這幾個(gè)方面進(jìn)行剖析，為大家今后分析與維修電動(dòng)鉆機(jī)的氣控系統(tǒng)提供參考。

電動(dòng)鉆機(jī)；氣控系統(tǒng)；邏輯控制；保護(hù)分析

1 電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的邏輯控制

空氣系統(tǒng)通常是貫穿在整個(gè)鉆機(jī)中，經(jīng)常與油、氣、電安裝在一個(gè)共同環(huán)境之中，這個(gè)環(huán)境如果管理操作不當(dāng)是有一定危險(xiǎn)的。正確的管理操作和維護(hù)保養(yǎng)對(duì)于整個(gè)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的可靠工作是很重要的。氣動(dòng)控制系統(tǒng)作為石油鉆機(jī)最主要的控制方式之一，它能控制鉆機(jī)各機(jī)組協(xié)調(diào)，可靠地工作，從而滿足鉆井工藝的要求。它是鉆機(jī)供氣、空氣處理、配氣及控制的完整系統(tǒng)，主要用于控制滾筒高低速、緊急制動(dòng)、慣剎、檔位選擇、輔助剎車、機(jī)械急停、斷電保護(hù)以及剎車保護(hù)等，并為風(fēng)動(dòng)旋扣器、風(fēng)動(dòng)絞車、鉆井儀器儀表提供氣源。電動(dòng)鉆機(jī)常見的各個(gè)氣控開關(guān)實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能為以下幾條。

1.1 滾筒高低速控制

在起下鉆操作中，司鉆操作滾筒高低速控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)滾筒的高速或低速離合器掛合，將電機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)到絞車滾筒，以滿足起下鉆的作業(yè)要求。

1.2 轉(zhuǎn)盤慣剎控制

在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)時(shí)，為了使轉(zhuǎn)盤迅速停轉(zhuǎn)，司鉆操作打開轉(zhuǎn)盤慣剎控制開關(guān)，轉(zhuǎn)盤慣剎離合器充氣，轉(zhuǎn)盤制動(dòng)剎車。啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤電機(jī)前，一定要關(guān)閉該慣剎開關(guān)，使轉(zhuǎn)盤慣剎釋放。

1.3 換檔控制

在鉆井的過程中為滿足不同的提升速度需要，司鉆可以將盤剎剎車使游動(dòng)系統(tǒng)懸停。將絞車的電機(jī)速度調(diào)節(jié)為0，打開輸入軸慣剎開關(guān)，讓絞車的傳動(dòng)系統(tǒng)停下來，再打開鎖檔開關(guān)，使鎖檔氣缸釋放檔位，然后操作檔位選擇開關(guān)換檔，搬到檔位后，關(guān)閉鎖檔開關(guān)，讓檔位鎖死，需要觀察鎖檔壓力的顯示是否與氣源壓力相等。若相等則鎖檔成功，否則，需要重新操作。

1.4 過圈防碰釋放控制

在游動(dòng)系統(tǒng)上行的過程中，若游動(dòng)系統(tǒng)超過滾筒上方防碰過圈閥設(shè)定的高度，過圈防碰閥起作用，盤剎剎車，滾筒離合器脫開。想要防碰解鎖，按過圈防碰釋放閥即可以使游動(dòng)系統(tǒng)緩慢下降到安全高度。

1.5 風(fēng)動(dòng)旋扣器控制

在起下鉆作業(yè)中，若需要接單根時(shí)，司鉆可以打開風(fēng)動(dòng)旋扣控制開關(guān)手柄至上扣位置，實(shí)現(xiàn)上扣功能。注：一般不允許操作風(fēng)動(dòng)卸扣功能。若有特殊的情況是，可使用風(fēng)動(dòng)卸扣功能，但司鉆一定要按照油田鉆井作業(yè)的要求操作，以防井下鉆具被卸掉在井里的可能。

1.6 輸入軸慣剎控制

在絞車電機(jī)停機(jī)后防止絞車由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，司鉆打開輸入軸慣性剎車開關(guān)，輸入軸慣剎離合器迅速充氣剎車，傳動(dòng)系統(tǒng)停轉(zhuǎn)。

2 電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的保護(hù)功能

為防止游動(dòng)系統(tǒng)上碰下砸，電動(dòng)鉆機(jī)配套有過圈防碰裝置、井架防碰裝置、數(shù)顯防碰裝置和斷電保護(hù)防碰裝置。

2.1 天車過圈防碰閥控制

防碰過卷閥2 安裝在絞車滾筒上部，當(dāng)游車系統(tǒng)上升至限定位置（即游車上行的極限高度）時(shí)，滾筒上鋼絲繩超過預(yù)設(shè)圈數(shù)將過卷閥觸桿撥倒，過圈防碰閥2 導(dǎo)通，壓縮空氣經(jīng)防碰釋放按鈕6 進(jìn)入防碰過圈閥2 ，再經(jīng)閥5 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統(tǒng)剎車；一路經(jīng)梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使?jié)L筒高低速離合器排氣，以保證剎車時(shí)脫開動(dòng)力輸入，從而使游動(dòng)系統(tǒng)停止上升。

防碰起作用后，應(yīng)檢查各個(gè)系統(tǒng)均完好，需要解除，應(yīng)按下司鉆房?jī)?nèi)氣控操作臺(tái)上的防碰釋放按鈕，使盤剎剎車鉗松開，游動(dòng)系統(tǒng)緩慢下放，在游動(dòng)系統(tǒng)到達(dá)安全高度區(qū)域后，司鉆將盤剎駐車，應(yīng)再次檢查各個(gè)系統(tǒng)，并撥動(dòng)防碰過圈閥的觸桿檢查防碰過圈閥的通氣和斷氣是否正常，若均正常，將防碰過圈閥的觸桿復(fù)位，鉆機(jī)可以正常作業(yè)使用。

2.2 井架防碰天車裝置

為了提高系統(tǒng)的安全，在絞車氣控系統(tǒng)中設(shè)置了防碰天車裝置，其工作原理與天車過圈防碰、數(shù)顯防碰相似。防碰天車裝置在井架上部，距天車臺(tái)底部6～6.5m 處有一根橫貫井架中央的φ7 鋼絲繩，經(jīng)過導(dǎo)輪導(dǎo)向沿井架立柱向下延伸至井架后面人字架下部的防碰開關(guān)7上。當(dāng)游動(dòng)系統(tǒng)上升至極限位置（鋼絲繩設(shè)定的安裝高度）再繼續(xù)上升，在游動(dòng)系統(tǒng)的作用力下，鋼絲繩被向上提起，鋼絲繩拉出防碰開關(guān)7 的插銷，防碰開關(guān)自動(dòng)復(fù)位導(dǎo)通，壓縮空氣經(jīng)梭閥5 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統(tǒng)剎車；一路經(jīng)梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使?jié)L筒高低速離合器排氣，以保證剎車時(shí)脫開動(dòng)力輸入，從而使游動(dòng)系統(tǒng)停止上升。

2.3 數(shù)顯防碰裝置控制

數(shù)顯防碰裝置通過滾筒編碼器測(cè)量絞車滾筒的轉(zhuǎn)角，實(shí)時(shí)顯示游車當(dāng)前提升高度及絞車滾筒當(dāng)前纏繩層數(shù)、纏繩圈數(shù)、使用繩系等參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，當(dāng)游車運(yùn)行到設(shè)定的預(yù)警高度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司鉆人員注意減速及剎車，而當(dāng)游車還繼續(xù)運(yùn)行，若游車到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的緊急高度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，如司鉆未剎車，系統(tǒng)將自動(dòng)給出剎車電信號(hào)，控制數(shù)顯防碰高度指示儀電磁閥9 ，電磁閥9 導(dǎo)通，壓縮空氣經(jīng)梭閥10 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統(tǒng)剎車；一路經(jīng)梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使?jié)L筒高低速離合器排氣，以保證剎車時(shí)脫開動(dòng)力輸入，從而使游動(dòng)系統(tǒng)停止上升。

2.4 電磁渦流剎車斷電保護(hù)

當(dāng)電磁渦流剎車斷電時(shí)，此時(shí)電磁閥8 斷電導(dǎo)通，壓縮空氣經(jīng)梭閥10 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統(tǒng)剎車；一路經(jīng)梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使?jié)L筒高低速離合器排氣，以保證剎車時(shí)脫開動(dòng)力輸入，從而使游動(dòng)系統(tǒng)停止上升。所以當(dāng)盤剎系統(tǒng)緊急剎車后應(yīng)仔細(xì)分析是那些保護(hù)起作用，然后逐一排查問題再解除盤剎剎車。

3 結(jié)語

本文介紹了電動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)的邏輯控制與保護(hù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的技術(shù)提高有一定的幫助，但是要做到熟練的掌握，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的氣控系統(tǒng)的故障快速做出準(zhǔn)確的判斷，仍需要工作中理論與實(shí)踐的結(jié)合與經(jīng)驗(yàn)的積累。

［1］陳悅軍.ZJ50/3150LDB型復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)氣控系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2013.

［2］朱永剛.對(duì)鉆機(jī)液氣控制原理主要部分的淺析［J］.科技創(chuàng)業(yè)家，2013.

［3］姜鳴.石油鉆機(jī)司鉆控制房的專用氣控系統(tǒng)［J］.石油機(jī)械，2004.

［4］孫松堯.鉆井機(jī)械［J］.石油工業(yè)出版社，2006.

李士峰（1982- ），男，漢族，湖北天門人，機(jī)械工程師，研究方向：鉆井機(jī)械。