石油电动钻机气控系统的逻辑控制与保护剖析

李士峰（中国石化中原石油工程有限公司钻井一公司， 河南 濮阳 457331）

石油电动钻机气控系统的逻辑控制与保护剖析

李士峰（中国石化中原石油工程有限公司钻井一公司， 河南 濮阳 457331）

随着我国石油事业的不断发展，越来越多的电动钻机走出国门，参与了国际市场的竞争，相比落后的机械钻机，其以优越的性能，正在朝自动化、智能化、高适应性、高经济效益、高可靠性、大型化方面发展。气控系统作为电动钻机的核心系统起着举足轻重的作用，由于受到空间位置的影响，连接气动元件的气管线长而密，顺线查找气动元件之间控制关系相当困难，要想搞懂气控系统的原理和逻辑控制，大多数人往往有心无力，于是对石油电动钻机气控系统的理解与分析就更加的重要，本文从石油电动钻机一些逻辑控制和保护原理这几个方面进行剖析，为大家今后分析与维修电动钻机的气控系统提供参考。

电动钻机；气控系统；逻辑控制；保护分析

1 电动钻机气控系统的逻辑控制

空气系统通常是贯穿在整个钻机中，经常与油、气、电安装在一个共同环境之中，这个环境如果管理操作不当是有一定危险的。正确的管理操作和维护保养对于整个钻机气控系统的可靠工作是很重要的。气动控制系统作为石油钻机最主要的控制方式之一，它能控制钻机各机组协调，可靠地工作，从而满足钻井工艺的要求。它是钻机供气、空气处理、配气及控制的完整系统，主要用于控制滚筒高低速、紧急制动、惯刹、档位选择、辅助刹车、机械急停、断电保护以及刹车保护等，并为风动旋扣器、风动绞车、钻井仪器仪表提供气源。电动钻机常见的各个气控开关实现的逻辑控制功能为以下几条。

1.1 滚筒高低速控制

在起下钻操作中，司钻操作滚筒高低速控制开关，实现滚筒的高速或低速离合器挂合，将电机的动力传动到绞车滚筒，以满足起下钻的作业要求。

1.2 转盘惯刹控制

在转盘驱动电机停机时，为了使转盘迅速停转，司钻操作打开转盘惯刹控制开关，转盘惯刹离合器充气，转盘制动刹车。启动转盘电机前，一定要关闭该惯刹开关，使转盘惯刹释放。

1.3 换档控制

在钻井的过程中为满足不同的提升速度需要，司钻可以将盘刹刹车使游动系统悬停。将绞车的电机速度调节为0，打开输入轴惯刹开关，让绞车的传动系统停下来，再打开锁档开关，使锁档气缸释放档位，然后操作档位选择开关换档，搬到档位后，关闭锁档开关，让档位锁死，需要观察锁档压力的显示是否与气源压力相等。若相等则锁档成功，否则，需要重新操作。

1.4 过圈防碰释放控制

在游动系统上行的过程中，若游动系统超过滚筒上方防碰过圈阀设定的高度，过圈防碰阀起作用，盘刹刹车，滚筒离合器脱开。想要防碰解锁，按过圈防碰释放阀即可以使游动系统缓慢下降到安全高度。

1.5 风动旋扣器控制

在起下钻作业中，若需要接单根时，司钻可以打开风动旋扣控制开关手柄至上扣位置，实现上扣功能。注：一般不允许操作风动卸扣功能。若有特殊的情况是，可使用风动卸扣功能，但司钻一定要按照油田钻井作业的要求操作，以防井下钻具被卸掉在井里的可能。

1.6 输入轴惯刹控制

在绞车电机停机后防止绞车由于惯性继续转动，司钻打开输入轴惯性刹车开关，输入轴惯刹离合器迅速充气刹车，传动系统停转。

2 电动钻机气控系统的保护功能

为防止游动系统上碰下砸，电动钻机配套有过圈防碰装置、井架防碰装置、数显防碰装置和断电保护防碰装置。

2.1 天车过圈防碰阀控制

防碰过卷阀2 安装在绞车滚筒上部，当游车系统上升至限定位置（即游车上行的极限高度）时，滚筒上钢丝绳超过预设圈数将过卷阀触杆拨倒，过圈防碰阀2 导通，压缩空气经防碰释放按钮6 进入防碰过圈阀2 ，再经阀5 ，4 后分出两路：一路接到盘刹控制阀组，使液压盘刹系统刹车；一路经梭阀3 将滚筒离合器总继气器打开排气，使滚筒高低速离合器排气，以保证刹车时脱开动力输入，从而使游动系统停止上升。

防碰起作用后，应检查各个系统均完好，需要解除，应按下司钻房内气控操作台上的防碰释放按钮，使盘刹刹车钳松开，游动系统缓慢下放，在游动系统到达安全高度区域后，司钻将盘刹驻车，应再次检查各个系统，并拨动防碰过圈阀的触杆检查防碰过圈阀的通气和断气是否正常，若均正常，将防碰过圈阀的触杆复位，钻机可以正常作业使用。

2.2 井架防碰天车装置

为了提高系统的安全，在绞车气控系统中设置了防碰天车装置，其工作原理与天车过圈防碰、数显防碰相似。防碰天车装置在井架上部，距天车台底部6～6.5m 处有一根横贯井架中央的φ7 钢丝绳，经过导轮导向沿井架立柱向下延伸至井架后面人字架下部的防碰开关7上。当游动系统上升至极限位置（钢丝绳设定的安装高度）再继续上升，在游动系统的作用力下，钢丝绳被向上提起，钢丝绳拉出防碰开关7 的插销，防碰开关自动复位导通，压缩空气经梭阀5 ，4 后分出两路：一路接到盘刹控制阀组，使液压盘刹系统刹车；一路经梭阀3 将滚筒离合器总继气器打开排气，使滚筒高低速离合器排气，以保证刹车时脱开动力输入，从而使游动系统停止上升。

2.3 数显防碰装置控制

数显防碰装置通过滚筒编码器测量绞车滚筒的转角，实时显示游车当前提升高度及绞车滚筒当前缠绳层数、缠绳圈数、使用绳系等参数，并根据系统设置，当游车运行到设定的预警高度时，系统发出声光报警，提醒司钻人员注意减速及刹车，而当游车还继续运行，若游车到达系统设定的紧急高度时，系统自动发出声光报警，如司钻未刹车，系统将自动给出刹车电信号，控制数显防碰高度指示仪电磁阀9 ，电磁阀9 导通，压缩空气经梭阀10 ，4 后分出两路：一路接到盘刹控制阀组，使液压盘刹系统刹车；一路经梭阀3 将滚筒离合器总继气器打开排气，使滚筒高低速离合器排气，以保证刹车时脱开动力输入，从而使游动系统停止上升。

2.4 电磁涡流刹车断电保护

当电磁涡流刹车断电时，此时电磁阀8 断电导通，压缩空气经梭阀10 ，4 后分出两路：一路接到盘刹控制阀组，使液压盘刹系统刹车；一路经梭阀3 将滚筒离合器总继气器打开排气，使滚筒高低速离合器排气，以保证刹车时脱开动力输入，从而使游动系统停止上升。所以当盘刹系统紧急刹车后应仔细分析是那些保护起作用，然后逐一排查问题再解除盘刹刹车。

3 结语

本文介绍了电动钻机气控系统的逻辑控制与保护，对现场工人的技术提高有一定的帮助，但是要做到熟练的掌握，对设备出现的气控系统的故障快速做出准确的判断，仍需要工作中理论与实践的结合与经验的积累。

［1］陈悦军.ZJ50/3150LDB型复合驱动钻机气控系统集成化设计［J］.石油矿场机械，2013.

［2］朱永刚.对钻机液气控制原理主要部分的浅析［J］.科技创业家，2013.

［3］姜鸣.石油钻机司钻控制房的专用气控系统［J］.石油机械，2004.

［4］孙松尧.钻井机械［J］.石油工业出版社，2006.

李士峰（1982- ），男，汉族，湖北天门人，机械工程师，研究方向：钻井机械。