钻井平台钻台面防坠物机械网架装置设计

施 鹏中威联合国际能源服务有限公司



钻井平台钻台面防坠物机械网架装置设计

施 鹏
中威联合国际能源服务有限公司

【摘 要】作者结合自身工作实践，针对当前钻井平台高处坠物风险控制的不足尝试设计一种防坠物机械网架装置，该机械网架装置可在一定程度上加强钻井平台防坠物安全性，从而更好保障钻井作业人员的人身安全。此项设计经济简单实用，具有较好的通用性，一旦推广可对钻井平台高处坠物风险进行更加有效的控制。

【关键词】钻井平台；井架；高处坠物；防坠物机械网架装置

1 国内外钻井平台高处坠物事故案例简介

以下两个事故案例均源自IADC官方网站[1]。

二层台挡风墙管件坠落事故（IADC ALERT 02 07）。2002年2月某钻井平台上一个钻工正在钻台面指挥吊车吊臂通过V门，此时吊车吊臂突然误撞挡风墙，导致二层台挡风墙上一块2inch×4inch大小、40lb重的管件坠落，造成该钻工手部受伤。

天车台铜止推垫圈坠落事件（IADC ALERT 14 19）。2014年7月某钻井平台上一钻工发现钻台面上有一个直径约25.4cm、重约0.68kg的铜止推垫圈，经调查发现该垫圈是从天车台上顶部滑轮内侧坠落，该垫圈的坠落位置距最近站立的钻工仅2m远。

从以上两个事故事件案例可得出两个共同点。首先，都属于钻井平台面上物体高处坠落，其中一起造成人员受伤，另一起虽未造成受伤但只属侥幸。第二点是坠落的物体都属于钻机固有设施，都属于在外力作用下发生的坠落。

钻井平台上发生高处坠物的情况远不止这两种可能，造成的危害甚至可能导致人员死亡。

2 钻井平台高处坠物的危害

钻井平台井架高度随钻机类型不同有所差异，以宝鸡石油机械厂ZJ70/4500D钻机为例，井架有效高度45.5m，二层台高度26.5m。 根据动能定理：在忽略空气阻力的情况下，如果从45.5m高的天车台上坠落，坠物落到钻台面时的速度可达29.86m/s，相当于时速107.5km；如果从26.5m高的二层台上坠物，坠物落到钻台面时的速度可达22.79m/s，相当于时速82km。以如此高的速度坠落，如果该物体较重、较尖锐，将会对钻台面的作业人员产生巨大危害。

3 国内外钻井平台防坠物现状简介

国内外钻井平台虽有多种类型但各类型钻机的井架结构大同小异，当前世界范围内较为普遍的是前开口式K型多段井架。

钻台面高处坠物主要来自井架上坠物，钻机井架呈人字形立于钻台面上方，主体结构是几段钢结构通过连接销轴组对而成。钻机井架有：固定天车台、二层台、立管台、套管扶正台、滑轮、夜间防爆照明灯具等；为游车大钩、顶驱垂直上下运动提供受力支撑及运行轨道；为人员上下天车台、二层台等提供爬梯通道的作用。

井架上可能发生坠落的物体分两类，一类是井架上的自有固定设施，如销轴、锁销别针、滑轮、照明灯具等；另一类是因作业需要由作业人员携带上去的物品，如维修工具、零配件、对讲机、手电等。

目前为防范钻台面高处坠物一般采取如下措施进行控制：

（1）井架固定设施防坠控制。

锁紧：比如用锁紧别针锁紧连接销轴；加装安全链：比如在连接销轴、滑轮、照明灯具等设施上加装安全链，一旦设施发生松脱可由安全链拴住避免坠落；

（2）外带设施防坠控制。

上下井架登记制度：作业人员上下井架需登记随身携带物品以防遗漏在井架上；工具包：作业人员在上下井架及作业过程中都应将工具、物料放置在工具包内以防坠落；安全绳：为避免工具在使用过程中失手意外坠落，可在工具上系上安全绳的一端，安全绳的另一端则固定在工具包或其它结实锚点上。

4 防坠物机械网架装置设计思路

作者曾亲身经历过一次钻机井架高处坠物的险情，当时作者和钻井监督经过钻台面，突然一阵哐铛响，一根约半米长数公斤重的花篮螺栓从井架上坠落掉在距两人身侧2m远处。所幸只是险兆事件，如直接被落物击中后果将不堪设想。事情已过去很久，但作者一直在思考如何才能更加有效地防范井架高处坠物，直到某次在建筑工地时被脚手架上的安全网所触动，为什么不可以在钻台面上也搭设一道类似的安全网，一旦有坠物落下即可将坠物接住以避免对钻台面人员造成伤害。但是建筑行业的情况和钻井行业还是有很大区别，直接将安全网搬到钻台面上是行不通的，必须结合钻井平台实际情况设计

一套实用好用的防坠物机械网架装置。

5 防坠物机械网架装置设计原理

防坠物机械网架装置如下图结构简单方便实用，钻机安装完毕后由熟练架子工在钻台面上搭设一层脚手架，立杆高度为3m，立杆可调座调节范围为0~0.6m，根据钻台面司钻偏房、液压站等高度情况调节立杆至适宜高度3~3.6m之间，根据脚手架搭设规范搭设相应的横杆、斜杆、连墙体。搭设时可尽量利用钻台面固定设施加强机械网架装置的稳定性，如与护栏、集装箱房体等连接，再在脚手架顶部水平搭设一道由阻燃安全平网及阻燃密目安全网组合而成的双层安全防护网。其中底层密目安全网本应竖直使用，但在此处水平铺设，用于拦接小直径坠落物体，如螺栓、螺母、别针、螺丝刀等，顶层安全平网网眼直径较大，但对于大体积大重量的坠落物体有较好的拦接性能，两层防护网取长补短可有效防护大小不一的坠落物体。

图 防坠物机械网架装置结构图

下表为搭设机械网架装置可能用到的零部件，可根据钻台面实际情况选用不同长度钢管，安全网为块状可拼接式结构，通过系绳拼接而成。

表 搭设机械网架装置使用零部件

机械网架装置属于可拆装结构，钻井平台搬家时可随钻机一块搬运，此设计可作为钻机固定设施涵盖在新钻机设计中，也可以作为附加设施增加到现有老钻机中。本机械网架装置在自然状态下不承重，只有在高处发生坠物时才承受一定的落物冲击力，本机械网架装置的设计目的是削减高处坠物对地面人员的伤害风险，并非用于人员高处坠落时的承接保护，虽然可能对此方面有一定的帮助。根据规范一般当防护高度差大于10m时应每10m高度差内增设一道安全网，但考虑到钻机结构的特殊性以及本网架装置并非用于承接高处坠人，所以只在距钻台面3~3.6m处设置一道双层安全网。

根据F×t=m×v

可得落物冲击力F=m×v/t

现举例说明，假设某1kg重的工具（如扳手）从二层台坠落，二层台距钻台面高度为26.5m，安全防护网距钻台面高度为3m，安全网拦接坠物的缓冲时间为0.5s。

代入数据可得落物冲击力

根据GB 5725-2009《安全网》标准，安全平网的网绳断裂强力≥3000牛顿，此时的落物冲击力<安全平网网绳断裂强力，安全平网可有效接住坠落工具。

如该工具从天车台坠落，代入数据可得：，此时的落物冲击力<安全平网网绳断裂强力，安全平网仍可有效接住坠落工具。

根据公式反推可得当重物质量大于70kg时，从二层台坠下将可撞断安全平网（取安全平网的网绳断裂强力＝3000N），当重物质量大于52kg时，从天车台坠下将可撞断安全平网。

如要能拦接人员坠落，以体重为100kg的人员从二层台坠落计算，安全平网的网绳断裂强力应大于4292N，而且前提条件是机械网架装置钢结构件同样能承受这样的冲击力。

6 防坠物机械网架装置优缺点

（1） 优点。

结构简单，零部件容易获取，较易推广实现，两个熟练架子工在半小时内即可拆装完成；

可大幅削减高处坠物伤人风险，为钻井平台工作人员多增加一层保障；密目防护网本身还具备一定的遮阳、挡冰雹功能；防护网具备较好的阻燃性。

（2） 缺点。

未实现全覆盖，井口附近区域因顶驱、游车上下运动无法搭设防护网；可能与钻台面设备产生干涉，需调整好。

7 结论

此种防坠物机械网架装置结构简单功能实用，将比较成熟的脚手架、安全防护网与钻井平台相结合，可较好削减高处坠物伤人风险。此类设计在当前钻井领域尚未推广应用，具有较好的市场推广前景。

参考文献

[1] IADC官方网站.http://www.iadc.org/

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 5725-2009 安全网[S].北京:中国标准出版社,2009

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 24911-2010 碗扣式钢管脚手架构件[S].北京:中国标准出版社,2010