石油鉆機剎車安全保護系統的設計與應用

劉德智，李前佑，蔣洪波

（中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

石油是重要的不可再生的自然資源。雖然我國進口的石油遠遠大于自行開采的石油產量，但整體開采規模卻并不小。在石油開采設備中，石油鉆機是關鍵設備之一。針對此設備的安全防護，目前已經有了多種類型方法。根據現場的實際情況，結合防護方法，有效利用各種防護條件達到防護目的。

1 硬件設計

整體的安全設計應從2 個方面進行，分別是硬件和軟件部分。硬件是系統運行的基礎，對整體的安全防護實施起著重要作用。

1.1 設計系統化的控制中樞進行安全操控

鉆機操作人員是負責相關運作的基本人員，也是直接人員。作為操控者，需要從整體運行情況和運行詳情對鉆機進行操控、監視各類異常情況。當出現異常情況時，操作人員通過監控的方式，在第一時間進行了解，并采取相應的解決方案進行調整，避免意外事故的發生，保障器械和人員的安全。因此，需要在操作人員控制中心內進行相關的操控中心建設，以達到對設備遠程操作的目的。而老舊設備由于自身限制，無法進行遠距離操作，只能在設備現場對設備進行操作。

操控中心的構建，需要考慮設備的整體功能，結合當前網絡信息技術的先進性，通過控制設備的運作，實現對當前狀態的了解，并實現信息傳輸的目的。現在主要采用互聯網的方式對設備進行遠程操控。當前的互聯網架構分為星形、環形、星形與環形的而結合等方式。充分利用網絡構建技術的特點，結合設備實際功能，保障設備整體穩定運行。

第一種架構建設方式主要針對整體數量分布比較密集的情況下。這種方式能實現數據的快速交換，并通過各種設備原件的控制，實現整體控制。

第二種是針對分散性布設設備的情況下。這種方式能最大限度地實現信息的收集和傳輸。

第三種是由于特殊情況采用特殊的系統架構方式。主要因為在實際設備布置中，部分設備比較集中，部分設備的整體分布比較分散。因此，需要結合兩種不同方式對設備進行有效監管。

在整體架構中，通過不同的網絡節點進行傳輸、指令的信息。只有在各個階段都做好相應的工作準備，才能確保工作人員很好地操作系統進行生產安全保障[1]。

1.2 剎車系統是石油鉆機最后一道保全防護

在實際的設備使用中面臨不同的問題，設備會引發措施進行安全防護。在整體的開采業務中，剎車系統是最后一道也是最重要的一道安全防護。剎車機制主要是通過對運行中的鉆機進行相應部位的摩擦，使整體速度下降，并能進行有效控制的過程。這個過程如何剎車非常關鍵。對于這種安全防護措施的整體規劃，需要根據不同機械設備的特性，結合現場情況進行設計，以確保實際方案的有效實施。主要從3 個方面進行思考：一是對各個設備部件的剎車防護，每個部件自身都要帶有相應的功能。在實際操作過程中，通過多種設備進行搭配、協同工作，確保整體運行的可靠性。部分設備部件出現意外情況時，要針對這個部件進行相應的剎車操作，從而確保設備使用的安全性。同時，由于異常現象只是局部的，只需對相應部件進行操作，而整體運轉不受影響。只有這樣，在部分設備發生意外時，才能做到針對性處理而不影響整體的運行穩定性。二是必須對所有設備進行剎車控制。在系統實際操作過程中，有可能出現緊急情況，要求能夠做到對所有設備進行緊急剎車控制。這種情況下，要求系統對所有設備有一鍵操控的功能，能在指令下達后，對所有設備進行剎車操作，確保系統在必要的時候短時間內全部緊急停止運轉。三是對能源動力要有相應的緊急控制方式。所有鉆機設備都通過相應的能源進行動力供應，對能源的操作能在一定層面上迫使設備運轉暫停。一旦啟動開關開啟，能源供應可以直接切斷，迫使設備停止運轉。這種操作是在非常緊急的情況下使用，雖然使用的概率不大，但必須保證有相應的功能，因為任何意外都不能完全避免，需要相應的機制進行保障[2]。

1.3 多種因素結合控制的必要性

剎車系統的控制主要通過對鉆機慣性操作方式的改變而迫使設備運轉停止的操作方式。實際的能源供應方式不同，各種鉆機的實際操作也不同。有盤剎方式，也有能源消耗控制方式，還有電磁渦流等其他相應的方法。

在緊急情況下的操作中，必須確保指令的下達，系統能夠在第一時間內進行反應。因此，剎車系統的反應快慢是重要的關鍵。反應的快慢也代表著系統的靈敏度高低。但并不是說反應越快，靈敏越高，系統越好。過快的反應可能會造成整體架構的晃動，從而造成意外的發生。而反應過慢會造成部件觸碰受損。因此多種因素結合的控制方式是必要的。

（1）剎車和游車監測系統關聯，設計時充分考慮兩者之間的關系。通過對游車系統幾個重要部門進行強制管控，更好地確保剎車系統的高效性。主要從3 個部位著手，一是上部的報警裝置，二是下部的報警裝置，三是停靠位置的報警裝置。這3 個位置要實現設備的自我調控，能自行調整，避免因人工判斷不準確造成時機的延誤，影響整體安全性。

（2）充分考慮其他方面的不安全因素。鉆機使用中，不但要考慮它的安全使用，還要考慮各個環節正常運作能否保障鉆機的安全使用。因此，對于這些環節都要進行相應的功能設計，確保這些環節發生意外，不能確保鉆機安全性時，系統根據情況自動制動，停止整體運轉。

（3）通過系統的自我調節，能更好地輔助設備的安全使用。正常情況下，剎車設備都需要人工操作，根據實際情況進行計算、判斷，實施一定的操作方案，確保設備安全使用。但人工操作是依據以往的工作積累，這種方式的判斷在一些情況下有可能出現失誤。一旦失誤，會對整個系統的安全運行造成非常大的威脅。因此，要通過系統的自我調節，使系統對數據進行自我監控、分析時，設計相應的閾值，一旦發現不正常數據，系統自動調整執行剎車指令，減少人員判斷的不確定性和誤差，更好地保障設備的安全運行。隨著技術的發展，這種方式已開始逐步推廣。主要是根據鉆機運行情況、游車整體位置以及能源供應裝置的運行情況進行判斷，通過判斷，再結合當前的整體速度情況等進行分析，一旦發現異常，執行系統內部設計指令，迫使設備進行相應的自我調整[3]。

1.4 智能化設備的使用

當前，智能化設備逐步運用于各行各業，并得到了高度認可。石油開采行業智能化設備的使用，同樣能起到非常大的作用。在設備運行過程中，智能化系統分析判斷整體運行情況，得出目前運行情況是否正常。出現不正常的情況，會在必要的時候進行系統控制，保障設備的安全和操作人員的生命安全[4]。

1.5 重要配件的備份措施

系統的運行主要依靠核心配件的功能。當核心配件功能出現問題時，會對整體運行造成很大影響。因此，可以針對核心配件進行多重備份，在某些配件出現問題時，及時進行更換，確保系統的穩定運行。另外，某些系統還可以根據實際需求設計成雙配件的AB 角，在一個配件運轉出現問題時，另一個配件通過系統判斷進行工作承接。這樣，配件正常工作有一套緊急處置方案，意外發生時能進行自我調整，保障關鍵配件的運轉不會出現問題[5]。

2 軟件設計

軟件的功能設計能對剎車系統起到非常好的調節作用。

一是針對硬件的急停操作，軟件可以設置軟急停功能，在需要的時候可以下達相應的剎車指令，使鉆機剎車。另外通過軟件的控制，在某些時候，可以將其他的指令全部清除，迫使鉆機停止在相應的位置，確保系統的運行安全。二是能對能源供應進行有效控制。在剎車指令下達后，由于慣性的原因，有可能造成過快或過慢的剎車情況出現，都會對設備造成很大的影響。通過軟件，可以監測設備的實時運行情況，根據相應的數據，實時、靈活地對能源進行控制，從而控制整體的速度，確保剎車過程安全，不會出現剎車力度過大或過小的問題[6]。

3 結束語

隨著石油開采的不斷發展，各種鉆機的使用愈加頻繁。在鉆機的使用過程中，安全問題是重中之重。因此，相應的剎車安全防護，要結合設備的特征以及現場環境，從硬件和軟件兩方面考慮，設計出適合現場使用的方案。