海洋钻修机防提断装置改造技术的研究与应用

赵暕 丁辉 边守臣

摘 要：针对海洋钻修机未安装防喷器/钻机刹车联动防提安全装置，无法满足相关标准规范要求，且存在本质安全风险等问题，开展了海洋钻修机防提断装置改造技术的研究与实践。本次改造技术主要采用从地面防喷器控制装置的控制气缸上取一路气源信号，通过海洋钻修机绞车保护系统，以控制海洋钻修机绞车刹车装置，从而实现控制防喷器组与钻修机绞车刹车装置的联动互锁。现场应用结果表明，改造后的防提断装置安全可靠，工作稳定，操作便捷。

关键词：海洋钻修机 绞车刹车装置 地面防喷器控制装置 防提断装置 改造技术

中图分类号：TE952 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0119-03

Abstract： In view of the anti-lift off device is not installed on the drawworks brake device of the offshore drilling and workover rig， Unable to meet requirements of the relevant standards and the existence of intrinsic safety risk， launched the transformation technology research and practice of the anti-lift off device of the offshore drilling and workover rig.The transformation of technology mainly gets a air source signal from the control the cylinder of the BOP control device.through the protection system of the drawworks， to control he drawworks brake devic， So as to realize the linkage interlock between the BOP and the drawworks brake device.The application results show that the equipment is safe and reliable， stable operation and convenient operation.

Key Words： Offshore drilling and workover rig； Drawworks brake device； BOP control device； Anti-lift off device； Transformation technology

中海油渤海湾地区的海洋钻修机均未安装防喷器/钻机刹车联动防提安全装置（简称“防提断装置”），该装置主要用于在钻（修）井作业过程中，当防喷器组处于抱紧状态下，海洋钻修机绞车刹车装置与地面防喷器控制装置联动互锁，防止司钻误操作钻井绞车，造成重大事故。根据安装防喷器/钻机刹车联动防提安全装置的标准规范要求[1]，2015年12月，中海油能源发展装备技术有限公司对渤海湾某平台的海洋钻修机绞车刹车装置与地面防喷器控制装置进行了防提断装置技术改造，满足了海洋钻修机本质安全和操作可靠性的要求。

1 海洋钻修机系统分析

1.1 主要设备

海洋钻修机：HXJ135；

海洋钻修机绞车：HJC20DB；

海洋钻修机绞车刹车装置：PSZ65液压盘式刹车；

海洋钻修机制造商：南阳二机石油装备集团股份有限公司；

防喷器组：环形、双闸板防喷器（FH35-35+2FZ35-35）；防喷器组制造商：上海神开钻探设备有限公司；

地面防喷器控制装置：FQK640-6H（电控气-气控液）；

地面防喷器控制装置制造商：上海神开钻探设备有限公司。

1.2 结构组成及功能

HXJ135海洋钻修机绞车系统由绞车总成、刹车装置、液压泵站、辅助刹车系统、防碰系统及控制系统组成。主要用于在钻（修）井作业过程中，提升和下放井下钻具。

海洋钻修机井控系统由环形防喷器、双闸板防喷器、钻井四通、升高短节及地面防喷器控制装置组成。主要用于在井内出现溢流、井涌时，通过地面防喷器控制装置控制防喷器组，及时关闭井口，防止井喷事故的发生。

由于海洋钻修机绞车系统和井控系统由不同制造商设计、制造，因此两者之间各自成系统，互不关联。在设计制造过程中，制造商均未考虑防喷器/钻机刹车联动防提安全装置的预留接口。

1.3 作业中存在主要问题

（1）海洋钻修机无防提断功能，不满足标准规范的要求，存在本质安全和操作可靠性风险隐患。

（2）一旦出现误操作，易造成拉断钻具、损坏防喷器的风险或造成钻具无法下放，反弹伤人等重大事故。

鉴于以上原因，提出海洋钻修机防提断装置的改造建议。

2 改造思路分析

HXJ135海洋钻修机的绞车刹车装置是通过液压常开刹车钳和液压常闭刹车钳实现对绞车的制动，当正常操作过程中，常开刹车钳为主刹车，当司钻离开操作台、停机或遇到紧急场合时，使用常闭刹车钳迅速刹死绞车[2]。

为避免海洋钻修机在操作使用过程中发生“顶天立地”事故，根据“安全系统应包括两套独立的保护系统”的要求[3]，海洋钻修机绞车配有天车重锤防碰和绞车曲拐防碰保護系统，此两套保护系统均是由气控换向阀控制常闭刹车钳主油路的油压，从而实现常闭刹车钳迅速刹死绞车，保证作业安全。HXJ135海洋钻修机绞车刹车装置液气路控制原理如图1所示。

地面防喷器控制装置的电气控司钻控制系统主要是采用SIEMENS S7-200CN系列PLC控制器、EM227 Profibus-DP扩展模块和Profibus-DP总线网络通讯协议，使得信号通过PLC控制位于地面防喷器控制装置上的三位四通电磁阀（气控阀）进行换向，让压缩空气进入对应控制回路的控制气缸，从而以达到控制三位四通转阀换向的目的，实现对防喷器关启操作[4]，电气控司钻控制系统的工作原理如图2所示。

鉴于以上对海洋钻修机绞车刹车装置与地面防喷器控制装置的研究分析，为实现海洋钻修机的防提断功能，仅需从地面防喷器控制装置引一路信号，用于当防喷器组在关闭状态时，控制海洋钻修机绞车处于刹死状态。

3 改造方案

3.1 改造方案的优选

为了使海洋钻修机绞车刹车装置获取一路控制信号，以控制防喷器组与钻修机绞车的联动互锁：第一种改造方案是通过改造地面防喷器控制装置的电气控司钻控制系统，在系统上增加信号控制阀件和升级控制软件；第二种改造方案是直接从地面防喷器控制装置的控制气缸上直接取一路气压信号。

结合现场实际和遵循降本改造的原则，本次海洋钻修机防提断装置的改造将采取第二种改造方案。

3.2 改造设计原理

将地面防喷器控制装置的控制气缸上的一路气压信号引入至海洋钻修机绞车刹车装置，当操作关闭防喷器组关闭按钮时，气压信号通过两位三通阀、梭阀控制绞车刹车装置的常闭刹车钳迅速刹死绞车，实现海洋钻修机防提断装置。海洋钻修机防提断装置气控原理如图3所示。

3.3 海洋钻修机防提断装置的改造特点

（1）海洋钻修机防提断装置是通过改造海洋钻修机绞车刹车装置和地面防喷器控制装置的气路控制系统实现的，具有设计简单、改造方便等优点。

（2）海洋钻修机防提断装置是通过常闭刹车钳迅速刹死绞车，符合海洋钻修机绞车安全操作的要求。

（3）海洋钻修机防提断装置改造不涉及海洋钻修机绞车刹车装置本体改造和地面防喷器控制装置三地控制系统改造，投入资源少，符合降本的原则。

（4）海洋钻修机防提断装置增加了一个两位三通阀，可以满足在特殊情况下，实现海洋钻修机防提断装置的解锁功能。

4 结语

改造后的海洋钻修机防提断装置，在现场应用中安全可靠，工作稳定，操作便捷，切实解决了海洋钻修机本质安全和操作可靠性的问题，是油田通过科学的方法实现降本增效的又一项举措。但随着地面防喷器控制装置控制系统的不断升级，出现了电磁转阀取代了控制气缸，因此只能通过改变逻辑控制程序和增加电磁阀件等方式来实现海洋钻修机的防提断功能，需要广大专家同行和地面防喷器控制装置制造商进行更深入、更全面的研究和实践。

参考文献

[1] SY/T5964-2006，钻井井控装置组合配套安装调试与维护[S].2007.

[2] YPS30/75-1450A，液压盘式刹车装置使用维护手册[Z].西安宝大海油新技术有限公司，2008.

[3] 钻井装置发证指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 丁辉，司念亭.地面防噴器控制装置的司钻控制系统改造[J].石油机械，2012，40（1）：57-60.