中石化中原石油工程有限公司西南钻井分公司 黄松
摘 要: 由于司钻操作台在司钻房内并置于钻台面, 使得控制绞车滚筒高低速离合器的气路管线较长, 当司钻操作绞车滚筒高低速离合器的操作手柄时, 造成绞车滚筒高、低速离合器的进气和放气存在严重滞后, 离合器不能及时地抱合和分离。如果司钻操作刹把不当, 一方面可能因为刹车不及时, 发生溜钻或顿钻, 人为造成井下事故;另一方面可能因为刹住绞车而同时合上离合器, 发生严重的机械事故。针对这一问题, 结合现场实际情况, 对绞车滚筒高低速控制系统进行改造, 消除了安全隐患。
关键词: 中深井；勘探和开；绞车气控系统；改进应用
研究钻机用于油田中深井的勘探和开发,可适用于?127 mm( 5 英寸)钻杆、钻井深度2 800 ～4 500 m或?114 mm( 英寸)钻杆、钻井深度3 500 ～5 000 m 的钻井作业。该钻机的传动采用链条传动与电传动联合驱动方式, 即动力通过传动链条箱分别把动力输出到绞车和钻井泵, 转盘采用电机独立驱动的传动方式。绞车低位安装, 布置在下底座后侧, 钻台底座为旋升式结构, 钻台高度为 9m ;司钻控制房固定在钻台面上, 随底座整体起升, 司钻操作台、参数仪显示屏、VFD 转盘控制面板、液压猫头操纵手柄及电、气、液的各路控制都集中布置于司钻控制房内, 结构紧凑。
针对钻机绞车气控系统控制气路长, 造成离合器进、排气严重滞后, 延迟离合器抱合和分离的问题。结合实际使用情况, 将绞车滚筒高、低速气控系统改进为电控, 并在司钻操作手柄处安装了绞车滚筒高、低速指示灯, 彻底解决了离合器进、排气严重滞后的难题, 消除了安全隐患。测试结果表明 :该系统工作状态良好, 操作方便, 维修保养简单, 安全性能好。
1 传统气控系统
按照绞车滚筒高、低速气控系统示意图连接好气路, 如图 1 所示, 接通气源, 便可将滚筒高低速气控阀设置在低速或高速位置上进行工作。
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当滚筒高低速气控阀设置高(或低)速位置时,高(或低)速气控阀打开, 控制气沿高(或低) 速控制管线至高(或低)速继气器, 高(或低)速继气器打开,主气经高(或低)速继气器到高(或低)速离合器, 高(或低)速离合器迅速充气而抱合;当滚筒高低速气控阀打到空位时, 高(或低)速气控阀关闭控制气, 高(或低)速继气器因失去控制气而闭合, 主气被截止,高(或低)速离合器经快速放气阀迅速 放气而分离。从 钻机工作原理可以发现其存在一定的缺陷, 主要表现在4 个方面:（1）该复合驱动钻机的绞车布置在下底座后侧, 而司钻控制房固定在钻台上。由于钻台高度为9m, 绞车滚筒高 、低速采用气控, 所以控制气路较长。当司钻操纵绞车滚筒高 、低速离合器的控制手柄时, 高低速继气器不能迅速开启或关闭, 从而导致离合器的进 、排气严重滞后, 使得滚筒离合器同摩擦毂抱合和分离时间延长, 加剧摩擦片、摩擦毂的磨损, 缩短了其使用寿命。（2）由于气控元件工作介质为压缩空气, 受压缩空气处理装置的限制, 压缩空气中含有微量的水,在冬季施工中容易结冰, 造成控制气路不畅, 甚至堵塞气路, 存在安全隐患 。（3）受钻台结构的影响, 由于高度为9m, 不利于对控制气路进行冬季防冻保温。（4）由于绞车主刹车为液压盘式刹车, 刹车力矩大, 操作省力, 但若操作者缺乏手感, 一旦操作失误, 一方面可能因为刹车不及时, 发生溜钻或顿钻,人为造成井下事故;另一方面可能因为刹住绞车而同时合上离合器, 将会发生严重的机械事故。
2 电控系统
针对传统绞车滚筒高、低速气控系统的不足, 结合现场实际应用, 设计了绞车滚筒高 、低电控系统,如图 2 所示 。此电控系统较好地解决了离合器进、排气严重滞后的难题, 消除了安全隐患。
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根据电控的原理!5]，当滚筒高低速控制开关在高(低)速位置时，高(低)速电控阀迅速导通，电控阀打开，主气经电控阀到绞车高(低)速继气器，高(低)速继气器打开，高(低)速离合器迅速充气而抱合，同时高(低)速离合器指示灯亮;当滚筒高低速控制开关在空位时，高(低)速电控阀因断电而迅速关闭控制气，高(低)速继气器因失去控制气而闭合，主气被截止，高(低)速离合器经快速放气阀迅速放气而分离，同时高(低)速离合器指示灯熄灭!}I。绞车滚筒高、低速电控系统安装示意图如图3所示。
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技术参数:滚筒高低速控制开关型号ZL401；额定电压：DC(24士1)V；滚筒高速电控阀；滚筒低速电控阀型号GBRE022AMXEOSV；气源压力：0.8士0.1M Pa该电控系统具有6个优点:（1）彻底改变了传统绞车滚筒的气控结构，以电控气，灵敏可靠，维修保养方便。（2）结构简单，制造成本低。（3）安装方便，操作简单。（4）采用DC24 V电压，防爆、安全性能好。（5）由于安装了指示灯，司钻操作起来比较直观，从而有效避免盲目操作，消除了不安全隐患。（6）由于将绞车滚筒高、低速离合器抱合、分离的时间缩短了4一6s,减少了摩擦片、摩擦毅的机械磨损，提高使用寿命0.25倍。
3结论
（1）绞车滚筒高、低速离合器电控系统彻底解决了以前滚筒高、低速离合器进、排气滞后的问题，缩短了离合器抱合和分离的时间。（2）改进后的绞车控制系统可以节约大量的钻机维护和使用费用，消除了安全隐患，有效地避免了由此引起的井下事故和机械事故。（3）该电控系统结构简单，操作省力，维修方便，防爆、安全性能好。
参考文献
[1]杨逢瑜，管帅，徐建江，等.石油钻机绞车刹车盘叶型设[J].甘肃科学学报，2018.20(6): l28-130.