红外线报警器在石油钻井防碰天车中的应用

杨子平

（中石油大庆苏丹分公司，黑龙江 大庆 163000）

1 天车防碰的定义

天车防碰装置是指为避免在钻井施工中，由于人员操作不当或其他原因引起的游车过度上提，使游车和天车发生碰撞而设置的，可使游车在提高到某个限定高度时报警或强制停止的装置。在石油钻井中，天车防碰设施是保障安全生产以及作业人员人身安全的一道很重要的屏障。

2 当前主要防碰措施

在石油钻井中，较常见的天车防碰设施包含防碰天车绳、过圈阀、电子记圈等。

2.1 电子防碰装置

随着现代钻机中电子设备应用范围的不断扩大，电子防碰技术日见成熟。电子防碰的原理为在钻机的绞车主轴端设置探头，通过记录绞车主轴和滚筒的旋转圈数来反映游车上提高度的装置。

电子防碰装置存在的问题主要是由于钻井施工所面临的自然条件相对都比较恶劣，长期的震动、雨雪、风沙、严寒和酷热等会影响相对精密的电子记圈型防碰的传感器、通讯电缆以及主机等导致记圈不准等故障。

2.2 过圈阀防碰装置

过卷阀防碰装置是通过设置在滚筒上方的触杆动作来强制停车的装置，由于滚筒内的大绳的排绳量可反映游车提升的高度，滚筒内过多的排绳量可触碰触杆，达到限制游车高度的目的。

过圈阀防碰装置存在的主要问题是在每次划大绳作业后需要从新调整位置，在特殊作业时需要拆卸限位杆才能继续提升游车，有时由于操作不当使大绳不能排齐或大绳跳起，会提前触碰限位杆。

2.3 防碰绳装置

防碰绳的防碰原理比较直接有效，其原理为在井架的限制高度拉起一根直通井架底座的游丝绳，游丝绳的顶端，穿过悬挂游车的两排大绳之间，当游车提升到相应高度时会触碰游丝绳，游丝绳的动作又会触发位于井架底端的气阀或电磁阀，再通过阀的相应动作到达到断开滚筒离合器或停止滚筒驱动电机，并闭合刹车的目的，准确可靠的限定了游车的高度。

防碰绳装置存在的主要问题：（1）在有些车载钻机使用的U型伸缩井架中，由于井架和载车整体布局的需要，悬挂游车的两排大绳是左右分布，这就使传统的防碰天车绳需要分别穿过两排大绳的绳间孔隙，经常发生防碰绳被大绳挂碰或卷入游车绳槽的情况。（2）在斜直井井架中，由于游丝绳受到重力的影响会下垂，无法很好的工作。（3）无论是过卷阀和防碰绳都无法提供接近限制高度的报警。

2 红外线防碰的原理

红外线防碰是基于原始的防碰绳而设置的新型防碰装置，即用红外光线光代替原始的游丝绳，形成一根摸不到的防碰绳。当游车通过红外线报警器的发送和接收装置之间时，会阻挡红外线的传输，进而触发报警或停车、刹车装置（图1、图2）。

3 红外线防碰的优势

红外线报警器如今已经广泛的应用在了防盗、自动门等领域，技术成熟，工作可靠，而在钻机天车防碰中的应用还具有以下优势。

（1）由于红外线报警器不用实质性的游丝绳，可全面避免与游车和大绳之间的挂碰。（2）可采用运用两个或多个报警器传感装置来直接设定报警和刹车高度，不受划大绳的影响，在划大绳后不需调节。（3）电缆可直接固定在井架上，受风力影响小。（4）部件体积小，便于隐藏于井架框架内，不容易挂碰。

4 红外线防碰装置存在的问题以及解决方法

（1）红外线传感器的探头可能被天车和大绳上掉落的润滑脂污堵，致使探头失灵造成虚假报警或意外停车。（2）无法准确测试，由于防碰装置的重要作用，所以在正常钻、修井作业时，要求每天对防碰装置进行测试，而红外防碰装置由于其结构特点等，无法在井架下方进行相应的测试。（3）有些极特殊情况下大绳会剧烈的摆动，导致红外光被短时阻断。

基于以上问题，红外报警器需要设计相应的测试、保护装置，而且需要满足以下要求。

（1）可以对红外探头进行保护，清理。（2）可以对红外探头进行模拟测试。（3）可以在钻台进行测试操作。（4）总体结构必须简单、可靠、小巧，防止在井架上触碰其他绳索。（5）可以缓冲井架震动对于红外线探头的冲击。

5 红外线报警器测试、保护装置设计

红外线保护装置由壳体、测试板和缓冲座三部分组成（图3、图4、图5）。

（1）壳体主要负责传感器的保护支撑，壳体上的滑轮主要负责测试绳的固定、导向。（2）测试板为一端粘有海绵的钢板制成，测试绳与之相连。当在井架下端下拉测试绳时，测试板会被上提，达到测试防碰装置和清理探头的目的。（3）支撑座为装有缓冲胶皮的螺栓固定的钢板，可将壳体固定于井架，并起到缓冲井架震动的目的。

图1

图2

图3

图4

图5