某海上平臺修井機主絞車防提斷控制功能改造

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(fēng)險，當(dāng)發(fā)生緊急情況，需要快速啟動應(yīng)急裝置，從而降低作業(yè)風(fēng)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(shè)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(guān)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(guān)按鈕、半封閘板關(guān)按鈕、環(huán)形關(guān)按鈕。其中SB3A、SB5A、SB15A為第二控制點的備用關(guān)按鈕、半封閘板關(guān)按鈕、環(huán)形關(guān)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(xiàn)場設(shè)備，氣動控制是由PLC程序輸出和繼電器進行控制，即當(dāng)電磁閥不得電沒有氣源壓力時，此時沒有制動；當(dāng)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(dāng)?shù)孛娣绹娖鲃幼鲿r，主絞車怎樣才能同步動作產(chǎn)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(guān)或者環(huán)形關(guān)或者備用關(guān)的時候，同時輸出一個信號給主絞車伊頓輔助剎車，讓它產(chǎn)生同步制動。經(jīng)過研究控制原理圖，我們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場設(shè)施來實現(xiàn)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(dāng)修井機司鉆按下BOP控制裝置環(huán)形關(guān)或半封閘板關(guān)或備用關(guān)時，在BOP控制裝置執(zhí)行關(guān)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(dāng)司鉆人員恢復(fù)BOP控制裝置環(huán)形關(guān)或備用關(guān)或半封閘板關(guān)時，已經(jīng)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(shè)計改造后的原理圖

控制電路功能如下：

(1)當(dāng)按下備用關(guān)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(dāng)按下半封閘板關(guān)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(dāng)按下環(huán)形關(guān)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(dāng)需要恢復(fù)正常時，按下復(fù)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(fù)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(chǔ)之上，并聯(lián)一個兩位三通電磁閥，該電磁閥只受增加的備用關(guān)按鈕、環(huán)形關(guān)按鈕、半封閘板關(guān)信號緊急控制，如圖3所示。

圖3 改造后的控制結(jié)構(gòu)圖

3 現(xiàn)場實施

(1)在現(xiàn)場控制箱面板安裝復(fù)位開關(guān)SB12，該按鈕為點動按鈕，非自鎖開關(guān)，根據(jù)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(guān)、半封閉閘板關(guān)、環(huán)形關(guān)控制鈕，第四個繼電器KM4用作自保持作用，當(dāng)觸發(fā)后，需要重新按下復(fù)位按鈕之后才能解鎖恢復(fù)正常，如圖5所示。

圖5 改造后的控制箱內(nèi)部

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

圖6 改造后的現(xiàn)場實物圖

4 現(xiàn)場調(diào)試

在完成現(xiàn)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(diào)試工作。

(1)現(xiàn)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(fù)位該緊急停止按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經(jīng)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(guān)的“關(guān)”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(guān)的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經(jīng)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(guān)的“關(guān)”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(guān)的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經(jīng)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(guān)的“關(guān)”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(guān)的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經(jīng)過測試滿足需求功能。

(5)現(xiàn)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(guān)按鈕或備用關(guān)按鈕或者環(huán)形關(guān)按鈕，主絞車滾筒都不會停止，經(jīng)過測試滿足需求功能[2]。

5 結(jié)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(guān)、環(huán)形關(guān)或備用關(guān)緊急制動主絞車滾筒功能，簡化了操作步驟，縮短了應(yīng)急時間，消除了在關(guān)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。