紅外線報(bào)警器在石油鉆井防碰天車中的應(yīng)用

楊子平

（中石油大慶蘇丹分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 天車防碰的定義

天車防碰裝置是指為避免在鉆井施工中，由于人員操作不當(dāng)或其他原因引起的游車過(guò)度上提，使游車和天車發(fā)生碰撞而設(shè)置的，可使游車在提高到某個(gè)限定高度時(shí)報(bào)警或強(qiáng)制停止的裝置。在石油鉆井中，天車防碰設(shè)施是保障安全生產(chǎn)以及作業(yè)人員人身安全的一道很重要的屏障。

2 當(dāng)前主要防碰措施

在石油鉆井中，較常見(jiàn)的天車防碰設(shè)施包含防碰天車?yán)K、過(guò)圈閥、電子記圈等。

2.1 電子防碰裝置

隨著現(xiàn)代鉆機(jī)中電子設(shè)備應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，電子防碰技術(shù)日見(jiàn)成熟。電子防碰的原理為在鉆機(jī)的絞車主軸端設(shè)置探頭，通過(guò)記錄絞車主軸和滾筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)反映游車上提高度的裝置。

電子防碰裝置存在的問(wèn)題主要是由于鉆井施工所面臨的自然條件相對(duì)都比較惡劣，長(zhǎng)期的震動(dòng)、雨雪、風(fēng)沙、嚴(yán)寒和酷熱等會(huì)影響相對(duì)精密的電子記圈型防碰的傳感器、通訊電纜以及主機(jī)等導(dǎo)致記圈不準(zhǔn)等故障。

2.2 過(guò)圈閥防碰裝置

過(guò)卷閥防碰裝置是通過(guò)設(shè)置在滾筒上方的觸桿動(dòng)作來(lái)強(qiáng)制停車的裝置，由于滾筒內(nèi)的大繩的排繩量可反映游車提升的高度，滾筒內(nèi)過(guò)多的排繩量可觸碰觸桿，達(dá)到限制游車高度的目的。

過(guò)圈閥防碰裝置存在的主要問(wèn)題是在每次劃大繩作業(yè)后需要從新調(diào)整位置，在特殊作業(yè)時(shí)需要拆卸限位桿才能繼續(xù)提升游車，有時(shí)由于操作不當(dāng)使大繩不能排齊或大繩跳起，會(huì)提前觸碰限位桿。

2.3 防碰繩裝置

防碰繩的防碰原理比較直接有效，其原理為在井架的限制高度拉起一根直通井架底座的游絲繩，游絲繩的頂端，穿過(guò)懸掛游車的兩排大繩之間，當(dāng)游車提升到相應(yīng)高度時(shí)會(huì)觸碰游絲繩，游絲繩的動(dòng)作又會(huì)觸發(fā)位于井架底端的氣閥或電磁閥，再通過(guò)閥的相應(yīng)動(dòng)作到達(dá)到斷開(kāi)滾筒離合器或停止?jié)L筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并閉合剎車的目的，準(zhǔn)確可靠的限定了游車的高度。

防碰繩裝置存在的主要問(wèn)題：（1）在有些車載鉆機(jī)使用的U型伸縮井架中，由于井架和載車整體布局的需要，懸掛游車的兩排大繩是左右分布，這就使傳統(tǒng)的防碰天車?yán)K需要分別穿過(guò)兩排大繩的繩間孔隙，經(jīng)常發(fā)生防碰繩被大繩掛碰或卷入游車?yán)K槽的情況。（2）在斜直井井架中，由于游絲繩受到重力的影響會(huì)下垂，無(wú)法很好的工作。（3）無(wú)論是過(guò)卷閥和防碰繩都無(wú)法提供接近限制高度的報(bào)警。

2 紅外線防碰的原理

紅外線防碰是基于原始的防碰繩而設(shè)置的新型防碰裝置，即用紅外光線光代替原始的游絲繩，形成一根摸不到的防碰繩。當(dāng)游車通過(guò)紅外線報(bào)警器的發(fā)送和接收裝置之間時(shí)，會(huì)阻擋紅外線的傳輸，進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警或停車、剎車裝置（圖1、圖2）。

3 紅外線防碰的優(yōu)勢(shì)

紅外線報(bào)警器如今已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了防盜、自動(dòng)門(mén)等領(lǐng)域，技術(shù)成熟，工作可靠，而在鉆機(jī)天車防碰中的應(yīng)用還具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）由于紅外線報(bào)警器不用實(shí)質(zhì)性的游絲繩，可全面避免與游車和大繩之間的掛碰。（2）可采用運(yùn)用兩個(gè)或多個(gè)報(bào)警器傳感裝置來(lái)直接設(shè)定報(bào)警和剎車高度，不受劃大繩的影響，在劃大繩后不需調(diào)節(jié)。（3）電纜可直接固定在井架上，受風(fēng)力影響小。（4）部件體積小，便于隱藏于井架框架內(nèi)，不容易掛碰。

4 紅外線防碰裝置存在的問(wèn)題以及解決方法

（1）紅外線傳感器的探頭可能被天車和大繩上掉落的潤(rùn)滑脂污堵，致使探頭失靈造成虛假報(bào)警或意外停車。（2）無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試，由于防碰裝置的重要作用，所以在正常鉆、修井作業(yè)時(shí)，要求每天對(duì)防碰裝置進(jìn)行測(cè)試，而紅外防碰裝置由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，無(wú)法在井架下方進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。（3）有些極特殊情況下大繩會(huì)劇烈的擺動(dòng)，導(dǎo)致紅外光被短時(shí)阻斷。

基于以上問(wèn)題，紅外報(bào)警器需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試、保護(hù)裝置，而且需要滿足以下要求。

（1）可以對(duì)紅外探頭進(jìn)行保護(hù)，清理。（2）可以對(duì)紅外探頭進(jìn)行模擬測(cè)試。（3）可以在鉆臺(tái)進(jìn)行測(cè)試操作。（4）總體結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單、可靠、小巧，防止在井架上觸碰其他繩索。（5）可以緩沖井架震動(dòng)對(duì)于紅外線探頭的沖擊。

5 紅外線報(bào)警器測(cè)試、保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

紅外線保護(hù)裝置由殼體、測(cè)試板和緩沖座三部分組成（圖3、圖4、圖5）。

（1）殼體主要負(fù)責(zé)傳感器的保護(hù)支撐，殼體上的滑輪主要負(fù)責(zé)測(cè)試?yán)K的固定、導(dǎo)向。（2）測(cè)試板為一端粘有海綿的鋼板制成，測(cè)試?yán)K與之相連。當(dāng)在井架下端下拉測(cè)試?yán)K時(shí)，測(cè)試板會(huì)被上提，達(dá)到測(cè)試防碰裝置和清理探頭的目的。（3）支撐座為裝有緩沖膠皮的螺栓固定的鋼板，可將殼體固定于井架，并起到緩沖井架震動(dòng)的目的。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5