作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)超負(fù)荷自動(dòng)保護(hù)制動(dòng)裝置的應(yīng)用與效果

吝佳琦　王立龍　白瑞義　劉興山

眾所周知，目前作業(yè)過程中，司鉆操作通井機(jī)上提管柱時(shí)，隨時(shí)觀察拉力表負(fù)荷變化，一但負(fù)荷過大，司鉆立即采取措施剎車來降低大繩負(fù)荷。從看到大繩超負(fù)荷到成功制動(dòng)這一過程中，司鉆反應(yīng)時(shí)間按0.2-0.25s，制動(dòng)時(shí)間按1.5s計(jì)算，通井機(jī)掛3檔時(shí)大繩速度約為2m/s，這樣，即便成功制動(dòng)，大繩又已經(jīng)上升3.4-3.5m，負(fù)荷仍持續(xù)增加，人工制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，安全性差。多年來，大繩超負(fù)荷作業(yè)造成了許多危害事故的發(fā)生，輕則井下管柱斷裂落井，管柱墩彎變形，導(dǎo)致油管報(bào)廢，同時(shí)需要多次打撈，增加施工成本及處理難度;重則大繩過載引起斷裂或大直徑工具撞擊、損壞井口，造成人員傷亡，設(shè)備損壞，給人身和設(shè)備帶來了很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，我們主要針對(duì)超負(fù)荷自動(dòng)保護(hù)制動(dòng)裝置的研制與應(yīng)用進(jìn)行了探索。

一、做好現(xiàn)狀調(diào)研與原因分析工作

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，我們主要發(fā)現(xiàn)了以下問題。

1.套管問題。套管破裂、彎曲變形時(shí)，檢修井下大直徑工具容易遇卡，導(dǎo)致大繩負(fù)荷徒增。2.拉力表問題。修井起下作業(yè)過程中產(chǎn)生拉應(yīng)力和沖擊應(yīng)力，使得拉力表頻繁地承受加載和卸載，導(dǎo)致拉力表指針來回移動(dòng)，時(shí)間長(zhǎng)了容易遲鈍難以復(fù)位。拉力表發(fā)生故障指示不明確，誤導(dǎo)司鉆操作，導(dǎo)致大繩負(fù)荷過高。3.接頭問題。如果管柱帶有特殊大直徑接頭，上提到井口前需要倒自封，如果交接班時(shí)沒有交代明白，或是大直徑工具標(biāo)注不全 ，容易上提管柱造成大直徑接頭刮碰井口，大繩負(fù)荷猛增。

綜上所述，司鉆在操作通井機(jī)時(shí)由于人為因素、井況因素、環(huán)境因素等種種不可預(yù)測(cè)條件的影響下，不可避免的會(huì)使大繩負(fù)荷指標(biāo)超出，再加上井下工具受損破壞、疲憊老化、受力不均、砂卡、落物卡等種種因素，極其容易發(fā)生工具斷裂、脫落事故，增加額外的工作量。

二、做好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工作

眾所周知，一項(xiàng)成功的工具革新與改進(jìn)需要無數(shù)次的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。為了把工具革新工作落到實(shí)處，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，針對(duì)選擇什么樣式、安裝位置、連接方式、控制方式的超負(fù)荷自動(dòng)保護(hù)制動(dòng)裝置進(jìn)行了討論研究，并將超負(fù)荷自動(dòng)保護(hù)制動(dòng)裝置分成傳感器部分和控制器部分，做好了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工作。

1、提出合理的設(shè)計(jì)方案

首先，從適用性方面考慮，我們分析得知，如果超負(fù)荷自動(dòng)保護(hù)制動(dòng)裝置在大繩上卡不死，即便是造成輕微的移動(dòng)，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的影響，因此一定要設(shè)計(jì)固定牢靠。

其次，從性能方面考慮，電子裝備加工精密度要求高，各部件設(shè)計(jì)加工要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用，因此，各部件質(zhì)量及性能一定要達(dá)標(biāo)。

最后，從可操作性方面考慮，裝置各組件不宜過大，電纜線路不宜過長(zhǎng)，且方便拆裝及調(diào)試，研制要求小巧、靈活、好用，體積重量以滿足現(xiàn)場(chǎng)需要為準(zhǔn)。

2、找到合適的材質(zhì)與參數(shù)

一是做好傳感器的材質(zhì)選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)工作。在材質(zhì)選擇上，我們主要利用了顯示器的外形尺寸。在參數(shù)選擇上，對(duì)于額定載荷，我們按井架工作載荷500KN計(jì)算，每根大繩所承受力為83KN，設(shè)計(jì)傳感器量程為6～8t。對(duì)于額定電壓，我們?cè)O(shè)計(jì)傳感器電源電壓為24V直流電壓。對(duì)于工作溫度，由于作業(yè)環(huán)境有時(shí)比較惡劣，結(jié)合地區(qū)氣候特點(diǎn)，傳感器工作溫度滿足-20～50℃即可。

二是做好控制器的外形選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)工作。在外形尺寸上，我們把控制器安裝在通井機(jī)駕駛室內(nèi)，大小以不影響司鉆操作為準(zhǔn)，同是便于觀察和調(diào)試。在安裝位置上，將控制器設(shè)計(jì)固定在通井機(jī)駕駛室儀表盤外側(cè)。在校零功能設(shè)置上，以減小由于傳感器、導(dǎo)線等引起的零點(diǎn)誤差，提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度。在正常值校準(zhǔn)上，主要通過拉力表拉力值校正，正常情況下顯示大繩死繩端載荷值，顯示器綠燈亮。在斷氣保護(hù)值設(shè)置上，設(shè)置斷氣保護(hù)載荷，當(dāng)大繩載荷達(dá)到該值時(shí)，警示紅燈亮。在 ? 信號(hào)輸入輸出端上，主要是連接導(dǎo)線，輸入輸出電信號(hào)。

三是做好電磁閥的參數(shù)設(shè)計(jì)工作。電磁閥設(shè)計(jì)主要有二位三通、二位四通和二位五通三種。二位的含義為：對(duì)于電磁閥來說是帶電或失電，對(duì)于所控制的閥來說就是打開或關(guān)閉。與三通相比，四通多一個(gè)排氣口，五通多兩個(gè)排氣口，且成本增加。結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，二位三通能滿足要求，所有，我們主要采用二位三通電磁閥。而在進(jìn)氣口端和出氣口端上，主要做到了連接管線設(shè)計(jì)要與通井機(jī)氣管線一致，以達(dá)到方便快速連接目的。

3、做好有效的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工作。按照預(yù)期設(shè)計(jì)，我們主要對(duì)傳感器、控制器和電磁閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，發(fā)現(xiàn)尺寸大小合適，拆裝方便，且功能較為齊全，滿足設(shè)計(jì)需求。為此，我們先后選取不同機(jī)型的15口抽油機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

三、主要效果

目前，通過現(xiàn)場(chǎng)使用，并經(jīng)多次統(tǒng)計(jì)，單井作業(yè)大繩負(fù)荷超載次數(shù)下降到0.1次，提高了人身和設(shè)備安全系數(shù)。