鉆井平臺鉆井絞車本質(zhì)安全聯(lián)鎖防護(hù)的應(yīng)用

張 君

（中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149）

0 引言

電控系統(tǒng)增加少量的電氣元件，采集模擬量和開關(guān)量電氣信號，通過優(yōu)化PLC 程序，實(shí)現(xiàn)鉆井絞車與防噴器、盤剎、天車放噴系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，可以有效提高鉆井絞車的操作本質(zhì)安全，杜絕因人員可能的誤操作帶來的設(shè)備故障或者安全事故，對于保障作業(yè)安全順利進(jìn)行、降低設(shè)備故障率，降低維護(hù)成本有著良好的作用，具備較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 鉆井絞車

1.1 概述

鉆井絞車由2 臺或者多臺電機(jī)驅(qū)動，操作者通過操作手柄的電信號輸入，通過PLC 程序進(jìn)行鉆井絞車起放和調(diào)速控制。鉆井絞車帶動游車、頂驅(qū)等游動系統(tǒng)上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)鉆具的上提和下放功能。按照鉆井工藝，鉆井絞車的運(yùn)行和防噴器、剎車裝置等多個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)。

1.2 現(xiàn)狀

目前較為先進(jìn)的集成控制系統(tǒng)基本具備較完善的聯(lián)鎖防護(hù)功能，但2010 年前的鉆井絞車，聯(lián)鎖功能較少。在部分平臺上，特別是司鉆溝通不暢或者操作失誤的情況下，會出現(xiàn)在關(guān)閉防噴器的情況下起升或者下放游動系統(tǒng)，造成防噴器芯子損壞。同樣，在部分平臺上，鉆井絞車盤剎沒有和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，在情況判斷不清楚的情況下，也會造成剎車閉合操作鉆井絞車的情況。

如果缺少本質(zhì)安全性聯(lián)鎖保護(hù)，對于新入職的操作人員或者在操作人員判斷失誤的情況下，極易造成高價(jià)值設(shè)備損壞，也會造成人員傷害。

2 鉆井絞車與剎車系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)

2.1 概述

某平臺程序中盤剎狀態(tài)只有盤剎急停開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，在盤剎泵站未上電、駐剎狀態(tài)或者電機(jī)跳閘情況下，調(diào)速手柄依然可以動作，如果操作人員未注意到或者誤操作，會導(dǎo)致鉆井絞車在剎車狀態(tài)下運(yùn)行，剎車鉗磨損或絞車電機(jī)過載報(bào)故障。原天車防碰程序只設(shè)置當(dāng)觸發(fā)天車防碰時(shí)只有盤剎動作，調(diào)速手柄依然可以動作，這種情況下會對鉆井絞車造成很大的沖擊，而且剎車鉗磨損嚴(yán)重甚至絞車電機(jī)報(bào)過載故障停車。

2.2 改造技術(shù)分析及實(shí)施

分析盤剎液壓回路，安全鉗正常工作壓力值為7.5 MPa，后備儲能瓶壓力值5.8～6 MPa，液壓回路壓力值如果低于5.8 MPa，可以默認(rèn)安全鉗沒有打開，因此如何采集安全鉗液壓回路壓力信號尤為關(guān)鍵。

通過加裝可調(diào)壓力開關(guān)（圖1），用變徑管線與液壓回路連接，壓力開關(guān)調(diào)節(jié)到800 psi（5.5 MPa）動作，取壓力開關(guān)常開點(diǎn)信號到PLC 數(shù)字量輸入端口I17.2，修改絞車操作手柄強(qiáng)制回零程序，增加安全鉗壓力開關(guān)狀態(tài)I17.2。如果壓力開關(guān)檢測到安全鉗液壓回路低于800 psi（5.5 MPa），壓力開關(guān)不動作，絞車操作手柄強(qiáng)制回零，鎖死不能動作；如果壓力開關(guān)檢測到安全鉗液壓回路壓力大于800 psi（5.5 MPa），壓力開關(guān)動作，絞車手柄才可以操作。

圖1 可調(diào)壓力開關(guān)

另外，天車防碰回路取的是氣源壓力開關(guān)信號，當(dāng)觸發(fā)天車防碰，手拉閥動作，壓力開關(guān)檢測到氣壓開關(guān)動作，盤剎抱死，但是壓力開關(guān)狀態(tài)未添加到絞車操作手柄強(qiáng)制回零回路，絞車任然可以操作。修改PLC 程序，把天車防碰回路氣源壓力開關(guān)狀態(tài)添加到程序手柄強(qiáng)制回零回路。從盤剎電機(jī)啟動狀態(tài)信號和盤剎狀態(tài)旁路開關(guān)分別采集信號到PLC 數(shù)字量端口I19.2 和I19.5（圖2）。

圖2 輸入地址

外部硬件連接好之后核對各取樣點(diǎn)信號，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，檢測程序運(yùn)行正常（圖3）。啟動鉆井絞車，對上述各種工況進(jìn)行試驗(yàn)，壓力開關(guān)動作準(zhǔn)確到位，程序監(jiān)測也正常，鉆井絞車操作手柄與剎車、天車防碰聯(lián)鎖功能實(shí)現(xiàn)。

圖3 模擬工況的檢測程序

另外增加的功能保護(hù)回路也增加了旁路開關(guān)，如果壓力開關(guān)失效或者出現(xiàn)其他誤動作情況也可以打到旁路開關(guān)，不會影響到鉆井絞車的正常使用。

2.3 效果

通過聯(lián)鎖防護(hù)改造的實(shí)施，經(jīng)過一段時(shí)間使用，保護(hù)功能效果明顯，大大減小了操作人員誤操作導(dǎo)致設(shè)備異動的可能，改造使用至今未出現(xiàn)因?yàn)閯x車未打開導(dǎo)致鉆井絞車剎車受到?jīng)_擊的現(xiàn)象。

3 鉆井絞車與防噴器操作系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)

3.1 概述

某平臺BOP（Blow Out Preventer，防井噴裝置）閘板開關(guān)狀態(tài)未與鉆井絞車電控程序進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，當(dāng)BOP 閘板處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，調(diào)速手柄仍然可以操作，導(dǎo)致BOP 閘板密封損壞、嚴(yán)重井下事故等多種危害。

3.2 改造技術(shù)分析與實(shí)施

為了避免意外操作的發(fā)生，在儲能器電控箱內(nèi)增加4 只繼電器（圖4），采集四組閘板三位四通閥的開關(guān)狀態(tài)信號，并把開關(guān)信號采集至PLC 程序中，當(dāng)BOP 閘板三位四通閥處于關(guān)位時(shí)，鉆井絞車強(qiáng)制零速給定，調(diào)速手柄鎖死不能操作；當(dāng)BOP 閘板三位四通閥處于開位時(shí)，程序解鎖允許調(diào)速手柄進(jìn)行操作。改造后進(jìn)行功能性試驗(yàn)，所有保護(hù)功能及動作均正常。

圖4 增加繼電器

另外，聯(lián)鎖保護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于怎樣取得所有BOP 閘板開關(guān)狀態(tài)，查看儲能器電氣圖紙，核實(shí)現(xiàn)場儲能器遠(yuǎn)程操作盤控制情況，防噴器的開關(guān)液壓回路的控制受到液控閥的控制，液控閥又受到電磁閥的控制，所以采集相應(yīng)液控閥的電磁閥得電、失電狀態(tài)就可以判斷防噴器閘板處于什么位置，確定了信號取樣點(diǎn)，通過繼電器線圈可以取得電磁閥電源，取繼電器常開點(diǎn)，4 個(gè)閘板狀態(tài)4 組繼電器常開點(diǎn)狀態(tài)并聯(lián)信號反饋到PLC 數(shù)字量輸入口I20.1。司鉆房操作面板增加BOP 與鉆井絞車聯(lián)鎖旁路旋鈕，采集旁路信號到PLC 數(shù)字量輸入口I18.7，修改鉆井絞車強(qiáng)制操作手柄零位程序，添加BOP 閘板開關(guān)狀態(tài)以及聯(lián)鎖旁路。

3.3 效果

程序修改完后對BOP 進(jìn)行模擬開關(guān)試驗(yàn)，當(dāng)4 個(gè)閘板只要有1 個(gè)處于關(guān)閉狀態(tài)，鉆井絞車操作手柄就無法動作，當(dāng)4 個(gè)閘板都處于打開狀態(tài)，鉆井絞車手柄可以正常操作，預(yù)期鉆井絞車操作手柄與BOP 雙閘動作聯(lián)鎖功能實(shí)現(xiàn)，檢測程序運(yùn)行正常。

4 應(yīng)用價(jià)值

（1）減少設(shè)備人員損害，提高安全性。通過實(shí)施鉆井絞車本質(zhì)安全聯(lián)鎖防護(hù)改造，可以有效保證鉆井絞車處于更優(yōu)的保護(hù)狀態(tài)下工作，減少設(shè)備誤操作帶來的設(shè)備損壞、作業(yè)事故和人員傷害。

（2）降低維護(hù)成本。減少易損件損耗，大大減少了維護(hù)時(shí)間以及維護(hù)成本，避免了誤操作引起的設(shè)備配件更換和修理，降低維護(hù)成本。

（3）提高產(chǎn)值。鉆井平臺往往是日費(fèi)結(jié)算形式，減少停工時(shí)間就是增加作業(yè)時(shí)間、提高產(chǎn)值。

（4）普適性。2010 年甚至更早建造的鉆機(jī)，均通過PLC 控制驅(qū)動，本文介紹的技術(shù)改造方式均可應(yīng)用，該方案的推廣有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)語

通過簡單的技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)鉆井平臺核心設(shè)備鉆井絞車的本質(zhì)操作安全，經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證，能顯著降低甚至消除誤操作或者指令錯(cuò)誤導(dǎo)致的關(guān)鍵設(shè)備損壞和人員傷害，有效降低設(shè)備故障率和維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率。