过卷防碰器在大庆II型钻机上的推广应用

杨前政

（长城钻探工程有限公司钻井二公司装备公司，辽宁盘锦 124114）

0 引言

石油钻机多是利用绞车卷扬钢丝绳，通过钢丝绳带动游动系统上下运动，从而实现接单跟、起下钻、下套管等作业。近年来，钻井设备虽然加强了防碰装置的使用，在大庆Ⅱ-130型钻机上加装了重锤式/插销式和电子高度仪式防碰装置，但该型号设备陈旧、构造简单、安全性差，且受限于环境、天气、人员疲劳误操作等因素的影响，上顶下砸事故仍有发生，造成人员、设备、财产的重大损失。

针对这些不安全因素，装备公司钻修技术骨干与车间老职工（具有多年井队操作经验的钻台大班）进行细致沟通、交流，在长城钻二所有大庆Ⅱ型钻机装有重锤式/插销式和电子高度仪式防碰装置的前提下，加装一套过卷阀防碰装置，以进一步减小甚至杜绝顶天车事故的发生。

1 防碰装置工作原理

防碰天车装置是控制游车顶天车的一套应急刹车自动触发装置。防碰天车装置有三种形式：重锤式/插销式、过卷阀式、电子高度仪式。

1.1 重锤式/插销式防碰天车装置工作原理

在天车以下的适当位置通过井架安装一根直径6.4 mm 钢丝绳作为限位绳，其下端用一只三通气开关与重锤/插销相连，重锤与提环相连，提环与3 mm 开口销相连，开口销与限位绳相连。当游车上行碰到限位绳时，重锤与提环上的开口销脱落使三通气开关工作，常开继气器切断高，低速离合器和总车离合器，同时高压气直接进入刹车气缸紧急刹车，使游车不能继续上行。

1.2 电子高度仪式防碰天车装置工作原理

由安装在绞车滚筒轴低速一侧的位置传感器检测出绞车的旋转方向、累积旋转圈数，送中央处理器进行运算、判断，与事先通过键盘设定好的高度进行比较，当接近设置位置时开始发出报警提醒操作人员注意，到达设置位置时迅速通过电磁阀切断离合器气路，同时控制刹车气缸进气实现刹车。

1.3 过卷阀式防碰天车装置工作原理

过卷阀固定在绞车前部滚筒上部的绞车横梁上，横梁上有滑动槽，过卷阀可在滑动槽内左右移动。当滚筒在缠绳过程中缠至游车限定的高度时，缠在滚筒上的钢丝绳就会碰上过卷阀的套筒，套筒带动球杆偏摆，使过卷阀的气路接通，一路气进入司钻控制台内的常开两用继气器，使常开两用继气器关闭，这样就切断了滚筒高、低速和总车离合器的气源，离合器通过快速放气阀放气，使滚筒失去动力。另一路气经换向阀和气开关，进入刹车气缸，带动刹把下落、刹住滚筒，使游车停止上升，避免碰撞天车。

日常钻井生产过程中，电子高度防碰应作为一级防碰率先触发，过卷防碰是二级防碰，重锤/插销作为三级防碰最后触发。

2 过卷阀防碰装置的设计与制作

针对钻井二公司大庆Ⅱ型钻机上原来没有加装过卷阀防碰装置，装备公司技术人员根据大庆II型绞车支架及内部结构特点，设计制作了一套过卷阀防碰装置（图1～图5），包括过卷阀防碰装置及支架（过卷阀行走支架、行走支架固定板、行走支架侧板、气管线支架）、气开关及支架、梭阀、管线。

图1 过卷阀行走支架

过卷阀防碰装置优势明显，主要体现在：①过卷阀行走支架与固定板为分离式可拆卸结构，拆装方便，方便现场维修保养绞车刹带；②过卷阀进出气管线沿绞车内部构架走线，隐蔽于绞车内部，简洁美观；③设有刹车复位气路，放气时可通过二通气开关进行放气，使刹车气缸有效复位；④不更改原有重锤式和电子高度仪式防碰装置气路的前提下并联该防碰装置，互不影响防碰机制触发，且便于区分。

3 加装过卷阀防碰装置方案

日常工作情况，过卷阀装置的二通气开关应为常开状态，保证该装置正常工作，当触发防碰后复位时，应先将二通气开关复位（关位）使刹车气缸放气，再把过卷阀摆杆调整至初始待命状态（直）。

加装过卷阀防碰装置方案如图6 所示，其中重锤防碰气开关某些井队为二通气开关，紧急刹车气开关有单独进气管线，但触发机制相同。

图2 行走支架固定板

图3 行走支架侧板

图4 气开关支架

图5 气管线支架

图6 加装过卷阀防碰装置方案（工作原理示意）

4 过卷防碰装置的应用效果

4.1 过卷防碰装置的安装调试方法

用游车提起一根立柱，使其第四根钻杆的母接头高于转盘面1.5 m（稍高于电子高度仪设置的高度，即电子防碰触发后，在滚筒盘绳不超过1 圈时，过卷阀必须触发），在绞车滚筒上边的防碰过卷阀的轨道上，画上大绳位置记号。下放立柱吊卡座在转盘上，刹住绞车，摘掉绞车总离合器，停止绞车传动，把过卷阀总成沿着轨道滑动到所画的大绳记号位置，锁紧固定螺丝。调整防碰过卷阀可调触头，使触头能够接触到滚筒最外一层大绳，然后拧紧触头上的埋头锁紧螺丝。该触头距离滚筒面位置77～81 mm。

4.2 过卷阀防碰装置现场安装案例（图7、图8）

图7 水平井50729 队绞车过卷防碰器装配图

图8 探井32983 队绞车过卷防碰器装配图

5 效益分析

加装过卷阀防碰装置，提高了天车防碰机构的安全性，保证了操作人员及设备的安全，而安全生产所产生的效果和利益主要体现在以下两个方面：

5.1 经济效益

日常钻井作业中，一旦发生上顶下砸（顶天车、砸井口）事故，将导致相关钻井设备（天车、游车、大钩、转盘及补心、钻具立柱及方钻杆等）严重损坏，修理成本大幅增加，单次事故设备财产损失及维修费用约200 000 元，如出现人员伤亡，该数字将成倍增长。所以过卷防碰装置的加装进一步降低了事故率，有效减少了巨额附带经济损失。表1 为单套过卷阀防碰装置主要耗材明细，由于地区价格存在差异性，表1 未计算车费、人工费，最终价格以实际公里数、人工数及区域单价为准。单套材料成本控制在4688.73 元，单套利润为1500 元。

表1 主要耗材明细（单套）

截至目前（2016 年3 月至今），长城钻探钻井二公司各项目部大庆Ⅱ-130型钻机已完成加装过卷防碰装置项目的井队共计20 余支，包括海塔项目部、冀东项目部、水平井项目部、探井项目部等。共创造利润75 000 余元，市场反响良好，口碑佳。

5.2 社会效益

（1）降低人身及设备事故（顶天车砸井口事故）发生率，降低损失严重度，从而减少事故本身的直接损失和赔偿损失。

（2）降低作业人员伤亡人数或频率，从而减少工作日停产损失。

（3）通过创造良好的安全条件，提高劳动生产率，从而增加产值与利润。

6 结束语

大庆Ⅱ-130型钻机自投入使用以来已有30 余年，设备型号比较陈旧，相比较现在ZJ40、ZJ50、ZJ70 及以上钻机构造简单，安全性较差，尤其是在天车防碰方面，尽管有重锤式防碰装置和电子高度仪式防碰装置，但上顶下砸事故仍有发生，因此过卷防碰装置的加装十分必要。此装置拆装便捷、安全性高、实用性更强。