石油電動鉆機盤剎系統的討論與研究

蓋杰

摘 要：隨著石油鉆井海外市場的進一步拓寬，鉆井工藝的多樣化發展，甲方在施工過程中對鉆井設備提出了更多更高的要求，然而在實際生產過程中，經常出現因為剎車失靈或者故障，造成設備損失、生產延誤、甚至人身傷害等問題。因此，對石油電動鉆機盤剎系統展開討論和研究，為操作人員提供一定的幫助和支持勢在必行。

關鍵詞：盤剎系統；結構；原理；操作流程；故障問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.020

盤剎系統有自動剎車和手動剎車兩種，自動剎車是指在系統在出現問題或者故障的時候，一種系統預先設定好的保護功能或者手段，目的在于當司鉆（鉆機操作人員）沒有及時發現問題或者失誤操作情況下，及時對起放過程中的懸吊系統進行剎車制動，避免更大的問題或傷亡事故的發生。手動剎車是指司鉆正常作業過程中，人為的對懸吊系統進行控制，進行減速或者剎車制動。

1 盤剎系統的結構組成

剎車系統主要有司鉆房內的控制部分、盤剎液壓站的動力操作部分、在滾筒軸上的剎車執行機構三個部分。

司鉆房內的控制部分有電子剎車手柄、駐車制動旋鈕、滾筒編碼器、電子防碰裝置、電子防碰電磁閥等；盤剎液壓站部分由箱體、油箱組件、控制塊總成、泵電機組、電控箱等組成，它有雙回路液壓站和單回路液壓站機構形式；剎車系統執行部分是由剎車鉗、鉗架、剎車盤三部分組成，其中剎車鉗又分常開工作鉗和常閉安全鉗兩種。

2 盤剎系統的主要電控原理

（1）手動控制剎車。司鉆通過拉動電子剎把手柄，改變電子剎把內線圈電阻值，通過改變電子比例放大電路板內輸出電流信號，改變盤剎液壓站內電磁比例閥的內芯開度大小，調整出油量大小，進而調整繼動閥，使油通過液控換向閥泵入工作鉗，實現對剎車盤的剎車力度的控制，此類控制可根據工作鉗壓力表進行觀察，在實際生產中還得觀察滾筒處是否能剎住停穩。

駐車制動旋鈕是通過扭動兩位開關，實現繼電器控制駐車制動閥，進而控制安全鉗的打開和閉合。根據工作鉗和安全鉗的工作結構和原理的不同，工作鉗是常開式工作型制動鉗，分左右獨立動作，油路一路失效不會影響另一路工作。安全鉗是常閉式安全型制動鉗，當安全鉗油缸沒有油壓時，碟簧力通過兩個杠桿傳遞給剎車塊而作用于剎車盤上產生正壓力實現剎車；當安全鉗油缸有油壓時，該油壓力克服碟簧力而使碟形彈壓縮從而通過杠桿帶動剎車塊松剎。

緊急制動按鈕是在司鉆發現緊急情況下或者需要快速反應時做出的緊急剎車操作，可以實現工作鉗和安全鉗的雙剎車。

（2）自動控制剎車。直流鉆機的自動剎車主要是由防碰裝置啟動、絞車自動送鉆切換或者故障報警停機等組成。

防碰裝置的作用是當游車系統上到限定位置時，通過限位裝置作用，緊急剎車，使游動系統停止上升，防止碰天車，確保安全。ZJ70D鉆機的防碰裝置采用三保險防碰系統。一種是安裝在井架上段上限制游車上升裝置的鋼絲繩防碰裝置；其次是絞車防碰過圈閥裝置；另一種是電子式防碰。在滾筒上安裝了滾筒編碼器，司鉆控制房內安裝了電子高度儀或者集成了電子防碰系統的自動送鉆控制系統，可對游車高度進行監控和防碰控制，當這三者任何一個動作時，控制氣壓力表都會顯示，從而在閥島箱位置切斷盤剎常供氣，進而使得自動制動。

絞車自動送鉆切換或者故障報警停機：從程序段看，當出現下列情況時，即：機械防碰動作時、游車或者頂驅達到高度限制點時、自動送鉆掛合時自動送鉆系統給出故障信號時、自動送鉆未掛合時絞車給出信號剎車時、控制系統急停時、CP急停時，能流會經過防碰釋放常開點，實現盤剎剎車，同理控制系統急停和CP急停都是常閉點，當急停按鈕或者在觸摸屏上的急停位置被緊急按動，這個常閉點因為失電變回常閉，進而使得能流實現剎車。

3 崗位交接操作流程

單純的只靠自動剎車或者緊急剎車是不安全的，對于正在工作的操作人員和設備也是極為不利的，所以只有嚴格按照規定步驟操作才能更有效的實現安全平穩生產，針對在司鉆交接班期間或者起身離開操作崗位時多次發生的頂驅下滑事件，根據70D直流鉆機配置和多年的現場操作經驗，需要嚴格按照交接班操作步驟實施。

4 針對典型故障問題的檢查和維修辦法

整個剎車系統要完整實現其功能，離不開PLC程序控制、電路控制、機械動力部分、液壓油路部分和執行機構部分，在此，僅針對關鍵的易損部件進行剖析和梳理。

（1）司鉆房內控制問題。電子剎把、急停按鈕，駐車制動旋鈕以及輔助剎車手柄是司鉆操作的關鍵，現場檢修人員必須了解接線方式，以及電磁比例閥、急剎閥和駐車制動閥的測量方法。

（2）閥島的問題。部分直流鉆機在PLC程序中未設置電子防碰，過圈防碰和天車防碰還有防碰釋放的反饋點，直接是在氣路控制里設置了氣路閥導，直接控制盤剎常供氣，進而起到啟動盤剎的作用。直流鉆機的閥島有電閥島和氣控閥島之分，電閥導相對簡單，氣控閥島相對復雜，需要正常維護的同時，保障氣源的干燥和清潔，否則部分氣控閥組會出現卡住或者生銹從而引起功能缺失。

（3）常見的機械故障。系統無壓力或壓力顯示過低的可能原因有油箱液位太低、油箱泵入口濾網堵塞、泵壓補償器控制設置沒有設置正確或失靈等；油溫過高的可能原因有系統安全閥壓力設置低于泵恒壓壓力，或油箱液位太低；泵噪音過大或振動的可能原因有泵吸油濾網堵塞等；主剎車鉗剎力不足的可能原因有油壓偏低、閘盤上有油、新剎車塊沒磨合好；主剎車鉗剎車滯后的可能原因有剎車塊與剎車盤之間的間隙太大、蓄能器充氣壓力太低、吸油濾網堵塞；緊急剎車鉗打不開的可能原因有系統無壓力或壓力太低、防碰閥沒復位；緊急剎車剎車力不足的可能原因有剎車塊與剎車盤之間的間隙過大、剎車鉗缸蝶簧損壞或密封損壞；剎車塊偏磨的可能原因是機械卡阻。

5 未來剎車系統的展望

近年來，隨著變頻電動鉆機的發展，變頻電動機閉環可控調速的精度優勢是直流電機無法做到的，變頻電動機功率因數高，對整個電網的沖擊較小，諧波也相對較小，而且變頻電動鉆機有能耗制動，可減除輔助剎車的配置，實現懸停、自動送鉆等功能，進一步減小絞車的配置。隨著進一步科技的發展，液壓盤剎系統也會隨著變頻電動鉆機的升級而逐步更新換代，相信一定會變得越來越方便，越來越安全、經濟、可靠。

參考文獻：

[1]電控液壓盤剎裝置使用維護手冊[S].