過卷防碰器在大慶II型鉆機(jī)上的推廣應(yīng)用

楊前政

（長城鉆探工程有限公司鉆井二公司裝備公司，遼寧盤錦 124114）

0 引言

石油鉆機(jī)多是利用絞車卷揚(yáng)鋼絲繩，通過鋼絲繩帶動(dòng)游動(dòng)系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)接單跟、起下鉆、下套管等作業(yè)。近年來，鉆井設(shè)備雖然加強(qiáng)了防碰裝置的使用，在大慶Ⅱ-130型鉆機(jī)上加裝了重錘式/插銷式和電子高度儀式防碰裝置，但該型號(hào)設(shè)備陳舊、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安全性差，且受限于環(huán)境、天氣、人員疲勞誤操作等因素的影響，上頂下砸事故仍有發(fā)生，造成人員、設(shè)備、財(cái)產(chǎn)的重大損失。

針對(duì)這些不安全因素，裝備公司鉆修技術(shù)骨干與車間老職工（具有多年井隊(duì)操作經(jīng)驗(yàn)的鉆臺(tái)大班）進(jìn)行細(xì)致溝通、交流，在長城鉆二所有大慶Ⅱ型鉆機(jī)裝有重錘式/插銷式和電子高度儀式防碰裝置的前提下，加裝一套過卷閥防碰裝置，以進(jìn)一步減小甚至杜絕頂天車事故的發(fā)生。

1 防碰裝置工作原理

防碰天車裝置是控制游車頂天車的一套應(yīng)急剎車自動(dòng)觸發(fā)裝置。防碰天車裝置有三種形式：重錘式/插銷式、過卷閥式、電子高度儀式。

1.1 重錘式/插銷式防碰天車裝置工作原理

在天車以下的適當(dāng)位置通過井架安裝一根直徑6.4 mm 鋼絲繩作為限位繩，其下端用一只三通氣開關(guān)與重錘/插銷相連，重錘與提環(huán)相連，提環(huán)與3 mm 開口銷相連，開口銷與限位繩相連。當(dāng)游車上行碰到限位繩時(shí)，重錘與提環(huán)上的開口銷脫落使三通氣開關(guān)工作，常開繼氣器切斷高，低速離合器和總車離合器，同時(shí)高壓氣直接進(jìn)入剎車氣缸緊急剎車，使游車不能繼續(xù)上行。

1.2 電子高度儀式防碰天車裝置工作原理

由安裝在絞車滾筒軸低速一側(cè)的位置傳感器檢測(cè)出絞車的旋轉(zhuǎn)方向、累積旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，送中央處理器進(jìn)行運(yùn)算、判斷，與事先通過鍵盤設(shè)定好的高度進(jìn)行比較，當(dāng)接近設(shè)置位置時(shí)開始發(fā)出報(bào)警提醒操作人員注意，到達(dá)設(shè)置位置時(shí)迅速通過電磁閥切斷離合器氣路，同時(shí)控制剎車氣缸進(jìn)氣實(shí)現(xiàn)剎車。

1.3 過卷閥式防碰天車裝置工作原理

過卷閥固定在絞車前部滾筒上部的絞車橫梁上，橫梁上有滑動(dòng)槽，過卷閥可在滑動(dòng)槽內(nèi)左右移動(dòng)。當(dāng)滾筒在纏繩過程中纏至游車限定的高度時(shí)，纏在滾筒上的鋼絲繩就會(huì)碰上過卷閥的套筒，套筒帶動(dòng)球桿偏擺，使過卷閥的氣路接通，一路氣進(jìn)入司鉆控制臺(tái)內(nèi)的常開兩用繼氣器，使常開兩用繼氣器關(guān)閉，這樣就切斷了滾筒高、低速和總車離合器的氣源，離合器通過快速放氣閥放氣，使?jié)L筒失去動(dòng)力。另一路氣經(jīng)換向閥和氣開關(guān)，進(jìn)入剎車氣缸，帶動(dòng)剎把下落、剎住滾筒，使游車停止上升，避免碰撞天車。

日常鉆井生產(chǎn)過程中，電子高度防碰應(yīng)作為一級(jí)防碰率先觸發(fā)，過卷防碰是二級(jí)防碰，重錘/插銷作為三級(jí)防碰最后觸發(fā)。

2 過卷閥防碰裝置的設(shè)計(jì)與制作

針對(duì)鉆井二公司大慶Ⅱ型鉆機(jī)上原來沒有加裝過卷閥防碰裝置，裝備公司技術(shù)人員根據(jù)大慶II型絞車支架及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作了一套過卷閥防碰裝置（圖1～圖5），包括過卷閥防碰裝置及支架（過卷閥行走支架、行走支架固定板、行走支架側(cè)板、氣管線支架）、氣開關(guān)及支架、梭閥、管線。

圖1 過卷閥行走支架

過卷閥防碰裝置優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在：①過卷閥行走支架與固定板為分離式可拆卸結(jié)構(gòu)，拆裝方便，方便現(xiàn)場(chǎng)維修保養(yǎng)絞車剎帶；②過卷閥進(jìn)出氣管線沿絞車內(nèi)部構(gòu)架走線，隱蔽于絞車內(nèi)部，簡(jiǎn)潔美觀；③設(shè)有剎車復(fù)位氣路，放氣時(shí)可通過二通氣開關(guān)進(jìn)行放氣，使剎車氣缸有效復(fù)位；④不更改原有重錘式和電子高度儀式防碰裝置氣路的前提下并聯(lián)該防碰裝置，互不影響防碰機(jī)制觸發(fā)，且便于區(qū)分。

3 加裝過卷閥防碰裝置方案

日常工作情況，過卷閥裝置的二通氣開關(guān)應(yīng)為常開狀態(tài)，保證該裝置正常工作，當(dāng)觸發(fā)防碰后復(fù)位時(shí)，應(yīng)先將二通氣開關(guān)復(fù)位（關(guān)位）使剎車氣缸放氣，再把過卷閥擺桿調(diào)整至初始待命狀態(tài)（直）。

加裝過卷閥防碰裝置方案如圖6 所示，其中重錘防碰氣開關(guān)某些井隊(duì)為二通氣開關(guān)，緊急剎車氣開關(guān)有單獨(dú)進(jìn)氣管線，但觸發(fā)機(jī)制相同。

圖2 行走支架固定板

圖3 行走支架側(cè)板

圖4 氣開關(guān)支架

圖5 氣管線支架

圖6 加裝過卷閥防碰裝置方案（工作原理示意）

4 過卷防碰裝置的應(yīng)用效果

4.1 過卷防碰裝置的安裝調(diào)試方法

用游車提起一根立柱，使其第四根鉆桿的母接頭高于轉(zhuǎn)盤面1.5 m（稍高于電子高度儀設(shè)置的高度，即電子防碰觸發(fā)后，在滾筒盤繩不超過1 圈時(shí)，過卷閥必須觸發(fā)），在絞車滾筒上邊的防碰過卷閥的軌道上，畫上大繩位置記號(hào)。下放立柱吊卡座在轉(zhuǎn)盤上，剎住絞車，摘掉絞車總離合器，停止絞車傳動(dòng)，把過卷閥總成沿著軌道滑動(dòng)到所畫的大繩記號(hào)位置，鎖緊固定螺絲。調(diào)整防碰過卷閥可調(diào)觸頭，使觸頭能夠接觸到滾筒最外一層大繩，然后擰緊觸頭上的埋頭鎖緊螺絲。該觸頭距離滾筒面位置77～81 mm。

4.2 過卷閥防碰裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝案例（圖7、圖8）

圖7 水平井50729 隊(duì)絞車過卷防碰器裝配圖

圖8 探井32983 隊(duì)絞車過卷防碰器裝配圖

5 效益分析

加裝過卷閥防碰裝置，提高了天車防碰機(jī)構(gòu)的安全性，保證了操作人員及設(shè)備的安全，而安全生產(chǎn)所產(chǎn)生的效果和利益主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

日常鉆井作業(yè)中，一旦發(fā)生上頂下砸（頂天車、砸井口）事故，將導(dǎo)致相關(guān)鉆井設(shè)備（天車、游車、大鉤、轉(zhuǎn)盤及補(bǔ)心、鉆具立柱及方鉆桿等）嚴(yán)重?fù)p壞，修理成本大幅增加，單次事故設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失及維修費(fèi)用約200 000 元，如出現(xiàn)人員傷亡，該數(shù)字將成倍增長。所以過卷防碰裝置的加裝進(jìn)一步降低了事故率，有效減少了巨額附帶經(jīng)濟(jì)損失。表1 為單套過卷閥防碰裝置主要耗材明細(xì)，由于地區(qū)價(jià)格存在差異性，表1 未計(jì)算車費(fèi)、人工費(fèi)，最終價(jià)格以實(shí)際公里數(shù)、人工數(shù)及區(qū)域單價(jià)為準(zhǔn)。單套材料成本控制在4688.73 元，單套利潤為1500 元。

表1 主要耗材明細(xì)（單套）

截至目前（2016 年3 月至今），長城鉆探鉆井二公司各項(xiàng)目部大慶Ⅱ-130型鉆機(jī)已完成加裝過卷防碰裝置項(xiàng)目的井隊(duì)共計(jì)20 余支，包括海塔項(xiàng)目部、冀東項(xiàng)目部、水平井項(xiàng)目部、探井項(xiàng)目部等。共創(chuàng)造利潤75 000 余元，市場(chǎng)反響良好，口碑佳。

5.2 社會(huì)效益

（1）降低人身及設(shè)備事故（頂天車砸井口事故）發(fā)生率，降低損失嚴(yán)重度，從而減少事故本身的直接損失和賠償損失。

（2）降低作業(yè)人員傷亡人數(shù)或頻率，從而減少工作日停產(chǎn)損失。

（3）通過創(chuàng)造良好的安全條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而增加產(chǎn)值與利潤。

6 結(jié)束語

大慶Ⅱ-130型鉆機(jī)自投入使用以來已有30 余年，設(shè)備型號(hào)比較陳舊，相比較現(xiàn)在ZJ40、ZJ50、ZJ70 及以上鉆機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全性較差，尤其是在天車防碰方面，盡管有重錘式防碰裝置和電子高度儀式防碰裝置，但上頂下砸事故仍有發(fā)生，因此過卷防碰裝置的加裝十分必要。此裝置拆裝便捷、安全性高、實(shí)用性更強(qiáng)。