某海上平臺修井機主絞車防提斷控制功能改造

張勇 (中海石油 (中國) 有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

1 原有系統概述及存在問題

海上平臺修井機作業時，存在井噴井涌的風險，當發生緊急情況，需要快速啟動應急裝置，從而降低作業風險，保護人身安全。在原有的修井機控制保護系統中，在需要緊急制動的情況下，設計的是司鉆人員操作BOP控制裝置以及司鉆臺上的緊急停止按鈕，方可使BOP控制裝置關閉和主絞車滾筒緊急制動停止[1]。地面防噴器裝置的遠程控制臺放置在鉆臺司鉆房外，由司鉆人員直接控制，成為第一操控地點。第二操控地點放置在平臺的甲板上，成了輔助作用。如圖1所示為控制系統的電氣控制原理簡圖，其中SB3、SB5、SB15為第一控制點的備用關按鈕、半封閘板關按鈕、環形關按鈕。其中SB3A、SB5A、SB15A為第二控制點的備用關按鈕、半封閘板關按鈕、環形關按鈕。

圖1 控制系統的電氣控制原理簡圖

修井機主絞車滾筒的制動器是一個伊頓輔助剎車裝置來控制的，而伊頓輔助剎車又是由氣動模式控制，通過梳理控制程序和現場設備，氣動控制是由PLC程序輸出和繼電器進行控制，即當電磁閥不得電沒有氣源壓力時，此時沒有制動；當氣源壓力大于500 kPa，制動器觸發，主絞車抱住不動。那么問題來了，主絞車和地面防噴器是兩套相對獨立系統，當地面防噴器動作時，主絞車怎樣才能同步動作產生制動？

2 分析與研究改造

為了滿足主絞車滾筒的同步動作，我們需要在防噴裝置控制點按下半封閘板關或者環形關或者備用關的時候，同時輸出一個信號給主絞車伊頓輔助剎車，讓它產生同步制動。經過研究控制原理圖，我們發現原有控制系統的PLC控制程序可以保持不變，可以通過改變控制系統的控制電路和現場設施來實現目的，即通過改變控制電路，增加一路控制氣源和一個電磁閥給伊頓剎車制動器，兩路控制二選一，控制主絞車滾筒制動停止。改造之后的控制邏輯為：當修井機司鉆按下BOP控制裝置環形關或半封閘板關或備用關時，在BOP控制裝置執行關閉動作的同時，也會自動鎖住正在運行的主絞車滾筒，使其無法移動；當司鉆人員恢復BOP控制裝置環形關或備用關或半封閘板關時，已經被鎖住的主絞車滾筒解鎖，可以正常操作天車上下移動，改造后的原理圖如圖2所示。

圖2 設計改造后的原理圖

控制電路功能如下：

(1)當按下備用關按鈕時，繼電器KM1得電，繼電器KM1的線圈KA1得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(2)當按下半封閘板關按鈕時，繼電器KM2得電，繼電器KM2的線圈KA2得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(3)當按下環形關按鈕時，繼電器KM3得電，繼電器KM3的線圈KA3得電，此時繼電器KM4得電，繼電器KM4的線圈KA4閉合，形成自鎖，電磁閥SDY得電形成自鎖。

(4)當需要恢復正常時，按下復位按鈕SB12，繼電器KM4掉電，繼電器KM4的線圈KA4掉電，SDY掉電，恢復原始正常狀態。

新加電磁閥原理如圖3所示，在不影響原來系統控制的基礎之上，并聯一個兩位三通電磁閥，該電磁閥只受增加的備用關按鈕、環形關按鈕、半封閘板關信號緊急控制，如圖3所示。

圖3 改造后的控制結構圖

3 現場實施

(1)在現場控制箱面板安裝復位開關SB12，該按鈕為點動按鈕，非自鎖開關，根據控制需要，我們選常閉點，既按下狀態為0，彈起狀態為1，如圖4所示。

圖4 改造后的控制箱面板

(2)在控制接線箱新添加接線排，安裝4個繼24 V直流繼電器，4個繼電器都選擇接常開點，三個繼電器KM1、KM2、KM3為新增加的備用關、半封閉閘板關、環形關控制鈕，第四個繼電器KM4用作自保持作用，當觸發后，需要重新按下復位按鈕之后才能解鎖恢復正常，如圖5所示。

圖5 改造后的控制箱內部

(3)現場新增加一路電磁閥，與原有電磁防碰系統電磁閥并聯，這樣不影響原有系統控制功能，并改造現場的儀表管線、電纜和電磁閥等儀表設備，如圖6所示。

圖6 改造后的現場實物圖

4 現場調試

在完成現場基本的改造和安裝，檢查氣源壓力、電線線路都正常之后，進行調試工作。

(1)現場啟動主絞車滾筒，按下司鉆臺的緊急停止按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止，并記錄此時的狀態；復位該緊急停止按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(2)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的半封閘板關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控裝置的半封閘板關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(3)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的環形關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控制裝置的環形關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(4)啟動主絞車滾筒，按下BOP控制裝置的備用關的“關”按鈕，查看確認主絞車滾筒是否立即停止；再按下BOP控制裝置的環形關的“開”按鈕，確認是否可以再次啟動主絞車滾筒，經過測試滿足需求功能。

(5)現場模擬電磁閥故障或線路開路故障，按下BOP控制裝置的半封閘板關按鈕或備用關按鈕或者環形關按鈕，主絞車滾筒都不會停止，經過測試滿足需求功能[2]。

5 結語

通過改造，新添加的主絞車防提斷功能和緊急制動的功能相互獨立，二者都能起到緊急制動作用。新增啟動BOP控制裝置的半封閘關、環形關或備用關緊急制動主絞車滾筒功能，簡化了操作步驟，縮短了應急時間，消除了在關閉防噴器之后因誤操作而造成提斷鉆桿、拉倒井架等重大隱患，有效保證修井作業的安全。