石油鉆井絞車防碰系統分析

牟春書　王洪臣　張吉平

摘 要：本文簡要敘述了目前石油鉆井絞車所使用的各種防碰形式，分析了重錘氣控防碰 、滾筒過卷閥、智能電子防碰三種鉆井絞車防碰控制形式的優缺點，指出了現在各種鉆機絞車防碰形式存在的必要性和今后石油鉆井絞車防碰形式的發展方向，對今后鉆機防碰系統的發展提供了參考和幫助。

關鍵詞：絞車；防碰；現狀分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.061

0 引言

石油鉆井絞車的防碰系統是石油鉆機的重要部件，它擔負著控制大鉤載荷的起升、下放、停止的重任。游車的運行是由動力機通過絞車滾筒旋轉，通過游車大繩產生位移，由操作者司鉆通過開啟或關閉氣開關使離合器產生離合，通過抬起或下壓剎把將游車控制。關閉離合器開關，下壓剎把使游車停止上下運動。如果操作者精力不集中或疲勞工作就會發生游車上頂天車或下砸機械事故。如果遇到雨雪霧霾等環境惡劣天氣，極易失去對有車的準確控制。防碰系統性能的反映速度、準確性決定著石油鉆機絞車的安全問題。因此，研究分析鉆井絞車的防碰系統，保證石油鉆機能夠正常、安全地施工作業，是非常必要的。

1 重錘氣控式防碰系統

此種防碰形式是在石油鉆機的發展初期普遍采用的非常典型的一種防碰形式，目前一些鉆機絞車仍然采用，其結構原理是：在距天車滑輪下6米左右（冬季調整為4米），通過井架橫向穿越一根直徑6.35毫米的鋼絲繩作為限位繩，一端固定在井架的一側，鋼絲繩由井架另一側引出至固定在井架一側的三通氣開關上手柄上，三通氣開關手柄頂端設置一個重錘，重錘上端設置一個掛環，下端的限位鋼絲繩與掛環用開口銷連接。當操作者司鉆操作失誤沒有及時摘開離合器開關，游車繼續上行觸碰到限位繩，這時，重錘與掛環出的開口銷脫落，控制絞車剎車的氣缸控制氣通過常開繼氣器切斷高、低速離合器氣源，同時高壓氣直接進入剎車氣缸緊急剎車，使游車停止運行。

這種防碰形式的優點是結構簡單、大部分氣控元件搬遷安裝時不用拆卸、安裝、拆卸方便、耐用、易維護，沒有精密元件，系統的投資費用和使用費用較低。

這種防碰形式的缺點是限位繩由于是鋼絲繩具有一定的彈性，防碰裝置的檢測、判斷、控制輸出（防碰回氣）不敏捷，絞車剎車及時性和剎車慣性距離延后，時間節點準確性不高，只能設置上行限位，原鉆機自身的絞車制動和緊急剎車太慢或完全失靈（也就是說，摘斷絞車的動力和對絞車的剎車不靈活、不迅速、不可靠——例如：氣路、油路、閥件、氣缸、油缸的老化、變形、受阻、受卡、受凍、被堵等因素導致的動作太慢甚至是完全失靈不動作）。冬季施工時，需要對氣控系統管線和閥件進行保溫處理。

此種防碰系統主要用于自動化程度不高的老式機械鉆機，比如大慶ll型塔式井架鉆機絞車。

2 過卷閥式防碰系統

這種防碰形式是在絞車滾筒上部安裝，過卷閥固定在絞車前滾筒上部的絞車橫梁上。根據游車上升到限位高度鋼絲繩在滾筒上纏繩的位置，沿滾筒體軸向調整防碰過卷閥的固定位置及撥桿長度，使防碰過卷閥的撥桿位于鋼絲繩的纏繞方向的前方位置，此時撥桿應緊貼鋼絲繩。當游車繼續上升超過限位高度時，滾筒上的鋼絲繩纏繞層數也同時增加。鋼絲繩層數增加鋼絲繩就觸碰撥桿，防碰過卷閥換向，過卷閥的氣路接通。一路氣進入司鉆控制臺內的常開兩用繼氣器，使常開兩用繼氣器關閉，這樣就切斷了滾筒高、低速離合器的氣源，離合器通過快速放氣閥放氣，使滾筒停止工作。通過氣控系統剎車，實現緊急剎車，使絞車停止運行，從而防止游車碰天車事故的發生。

這種防碰形式的優點是結構簡單、與重錘式防碰天車的氣控原理相同，大部分氣控元件搬遷安裝時不用拆卸、安裝、拆卸方便、耐用、易維護，沒有精密元件，系統的投資費用和使用費用較低。

這種防碰形式的缺點是在滾筒排纏大繩過程中，如果大繩排亂會引起誤動作，絞車剎車及時性和剎車慣性距離延后，時間節點準確性不高，只能設置上行限位。冬季施工時，需要對氣控系統管線和閥件進行保溫處理。

此種防碰系統與過卷閥式防碰系統大量應用于各種鉆機絞車上，應用范圍較廣。

3 智能電子防碰系統

智能電子天車防碰系統是由智能防碰儀、絞車傳感器、電磁閥、剎車氣缸或油缸、主滾筒剎車執行機構等組成。它是一個高性能的單片機系統。通過接收來自絞車傳感器的游車大鉤信號進行智能判斷，當大鉤高度大于限定的高度位置時，智能防碰儀立即產生報警并同時打開電磁閥，來控制氣缸或油缸，驅動主滾筒剎車執行機構。最后將絞車自動剎車。

這種防碰形式的優點是智能電子游車防碰系統是一套與普通天車防碰系統重錘式、過卷閥式并行運行的一種先進的防止鉆機絞車發生游車上碰下砸事故的安全保護系統。在鉆機運轉過程中，智能游車防碰系統會自動檢測游車的高度位置，當游車運行至鉆機頂部限定高度位置或運行至鉆臺面限定高度位置時，系統會發出聲光預警信號。同時系統會輸出控制信號，強制進行剎車，確保游車運行安全。其最大優點是能夠設置游車下放最低位置高度，防止游車下砸轉盤。

這種防碰形式的缺點是由于施工作業工況不同，下砸的剎車停止運行位置需要根據作業工況進行變換設置，比如起下鉆作業與鉆進作業大鉤吊環的最低點位置有所不同，鉆進作業時設置的下砸最低點位置是方鉆桿最上端與接頭結合處，而起下鉆時設置的下砸最低點是大鉤吊環掛吊卡處，兩者距離相差近2米。如果對起下鉆最低位置不重新設置，而在鉆進時如果溜鉆或剎車失靈就起不到下砸保護。

不管是新投產的鉆機還是進行技術改造的鉆機，智能電子防碰系統與重錘式氣控防碰系統、過卷閥式防碰系統，以三種組合的形式廣泛應用于ZJ30型、ZJ40型、ZJ50型、ZJ70型鉆機絞車上。

4 結論

根據以上分析，石油鉆井絞車防碰系統的發展方向主要是以智能電子防碰系統為主，重錘式氣控防碰系統、過卷閥式防碰系統為輔的形式發展，從現場使用來看，更多的應用是以三種組合的形式出現。

參考文獻：

[1]鄧忠彬等.天車智能防碰裝置在渤海油田的推廣應用[J].科技資訊，2011（08）.

[2]趙留運.石油鉆井司鉆[M].山東東營：中國石油大學出版社，2007.

作者簡介：牟春書（1963-），山東博興人，主要從事設備管理工作。