石油電動鉆機氣控系統的邏輯控制與保護剖析

李士峰（中國石化中原石油工程有限公司鉆井一公司， 河南 濮陽 457331）

石油電動鉆機氣控系統的邏輯控制與保護剖析

李士峰（中國石化中原石油工程有限公司鉆井一公司， 河南 濮陽 457331）

隨著我國石油事業的不斷發展，越來越多的電動鉆機走出國門，參與了國際市場的競爭，相比落后的機械鉆機，其以優越的性能，正在朝自動化、智能化、高適應性、高經濟效益、高可靠性、大型化方面發展。氣控系統作為電動鉆機的核心系統起著舉足輕重的作用，由于受到空間位置的影響，連接氣動元件的氣管線長而密，順線查找氣動元件之間控制關系相當困難，要想搞懂氣控系統的原理和邏輯控制，大多數人往往有心無力，于是對石油電動鉆機氣控系統的理解與分析就更加的重要，本文從石油電動鉆機一些邏輯控制和保護原理這幾個方面進行剖析，為大家今后分析與維修電動鉆機的氣控系統提供參考。

電動鉆機；氣控系統；邏輯控制；保護分析

1 電動鉆機氣控系統的邏輯控制

空氣系統通常是貫穿在整個鉆機中，經常與油、氣、電安裝在一個共同環境之中，這個環境如果管理操作不當是有一定危險的。正確的管理操作和維護保養對于整個鉆機氣控系統的可靠工作是很重要的。氣動控制系統作為石油鉆機最主要的控制方式之一，它能控制鉆機各機組協調，可靠地工作，從而滿足鉆井工藝的要求。它是鉆機供氣、空氣處理、配氣及控制的完整系統，主要用于控制滾筒高低速、緊急制動、慣剎、檔位選擇、輔助剎車、機械急停、斷電保護以及剎車保護等，并為風動旋扣器、風動絞車、鉆井儀器儀表提供氣源。電動鉆機常見的各個氣控開關實現的邏輯控制功能為以下幾條。

1.1 滾筒高低速控制

在起下鉆操作中，司鉆操作滾筒高低速控制開關，實現滾筒的高速或低速離合器掛合，將電機的動力傳動到絞車滾筒，以滿足起下鉆的作業要求。

1.2 轉盤慣剎控制

在轉盤驅動電機停機時，為了使轉盤迅速停轉，司鉆操作打開轉盤慣剎控制開關，轉盤慣剎離合器充氣，轉盤制動剎車。啟動轉盤電機前，一定要關閉該慣剎開關，使轉盤慣剎釋放。

1.3 換檔控制

在鉆井的過程中為滿足不同的提升速度需要，司鉆可以將盤剎剎車使游動系統懸停。將絞車的電機速度調節為0，打開輸入軸慣剎開關，讓絞車的傳動系統停下來，再打開鎖檔開關，使鎖檔氣缸釋放檔位，然后操作檔位選擇開關換檔，搬到檔位后，關閉鎖檔開關，讓檔位鎖死，需要觀察鎖檔壓力的顯示是否與氣源壓力相等。若相等則鎖檔成功，否則，需要重新操作。

1.4 過圈防碰釋放控制

在游動系統上行的過程中，若游動系統超過滾筒上方防碰過圈閥設定的高度，過圈防碰閥起作用，盤剎剎車，滾筒離合器脫開。想要防碰解鎖，按過圈防碰釋放閥即可以使游動系統緩慢下降到安全高度。

1.5 風動旋扣器控制

在起下鉆作業中，若需要接單根時，司鉆可以打開風動旋扣控制開關手柄至上扣位置，實現上扣功能。注：一般不允許操作風動卸扣功能。若有特殊的情況是，可使用風動卸扣功能，但司鉆一定要按照油田鉆井作業的要求操作，以防井下鉆具被卸掉在井里的可能。

1.6 輸入軸慣剎控制

在絞車電機停機后防止絞車由于慣性繼續轉動，司鉆打開輸入軸慣性剎車開關，輸入軸慣剎離合器迅速充氣剎車，傳動系統停轉。

2 電動鉆機氣控系統的保護功能

為防止游動系統上碰下砸，電動鉆機配套有過圈防碰裝置、井架防碰裝置、數顯防碰裝置和斷電保護防碰裝置。

2.1 天車過圈防碰閥控制

防碰過卷閥2 安裝在絞車滾筒上部，當游車系統上升至限定位置（即游車上行的極限高度）時，滾筒上鋼絲繩超過預設圈數將過卷閥觸桿撥倒，過圈防碰閥2 導通，壓縮空氣經防碰釋放按鈕6 進入防碰過圈閥2 ，再經閥5 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統剎車；一路經梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使滾筒高低速離合器排氣，以保證剎車時脫開動力輸入，從而使游動系統停止上升。

防碰起作用后，應檢查各個系統均完好，需要解除，應按下司鉆房內氣控操作臺上的防碰釋放按鈕，使盤剎剎車鉗松開，游動系統緩慢下放，在游動系統到達安全高度區域后，司鉆將盤剎駐車，應再次檢查各個系統，并撥動防碰過圈閥的觸桿檢查防碰過圈閥的通氣和斷氣是否正常，若均正常，將防碰過圈閥的觸桿復位，鉆機可以正常作業使用。

2.2 井架防碰天車裝置

為了提高系統的安全，在絞車氣控系統中設置了防碰天車裝置，其工作原理與天車過圈防碰、數顯防碰相似。防碰天車裝置在井架上部，距天車臺底部6～6.5m 處有一根橫貫井架中央的φ7 鋼絲繩，經過導輪導向沿井架立柱向下延伸至井架后面人字架下部的防碰開關7上。當游動系統上升至極限位置（鋼絲繩設定的安裝高度）再繼續上升，在游動系統的作用力下，鋼絲繩被向上提起，鋼絲繩拉出防碰開關7 的插銷，防碰開關自動復位導通，壓縮空氣經梭閥5 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統剎車；一路經梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使滾筒高低速離合器排氣，以保證剎車時脫開動力輸入，從而使游動系統停止上升。

2.3 數顯防碰裝置控制

數顯防碰裝置通過滾筒編碼器測量絞車滾筒的轉角，實時顯示游車當前提升高度及絞車滾筒當前纏繩層數、纏繩圈數、使用繩系等參數，并根據系統設置，當游車運行到設定的預警高度時，系統發出聲光報警，提醒司鉆人員注意減速及剎車，而當游車還繼續運行，若游車到達系統設定的緊急高度時，系統自動發出聲光報警，如司鉆未剎車，系統將自動給出剎車電信號，控制數顯防碰高度指示儀電磁閥9 ，電磁閥9 導通，壓縮空氣經梭閥10 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統剎車；一路經梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使滾筒高低速離合器排氣，以保證剎車時脫開動力輸入，從而使游動系統停止上升。

2.4 電磁渦流剎車斷電保護

當電磁渦流剎車斷電時，此時電磁閥8 斷電導通，壓縮空氣經梭閥10 ，4 后分出兩路：一路接到盤剎控制閥組，使液壓盤剎系統剎車；一路經梭閥3 將滾筒離合器總繼氣器打開排氣，使滾筒高低速離合器排氣，以保證剎車時脫開動力輸入，從而使游動系統停止上升。所以當盤剎系統緊急剎車后應仔細分析是那些保護起作用，然后逐一排查問題再解除盤剎剎車。

3 結語

本文介紹了電動鉆機氣控系統的邏輯控制與保護，對現場工人的技術提高有一定的幫助，但是要做到熟練的掌握，對設備出現的氣控系統的故障快速做出準確的判斷，仍需要工作中理論與實踐的結合與經驗的積累。

［1］陳悅軍.ZJ50/3150LDB型復合驅動鉆機氣控系統集成化設計［J］.石油礦場機械，2013.

［2］朱永剛.對鉆機液氣控制原理主要部分的淺析［J］.科技創業家，2013.

［3］姜鳴.石油鉆機司鉆控制房的專用氣控系統［J］.石油機械，2004.

［4］孫松堯.鉆井機械［J］.石油工業出版社，2006.

李士峰（1982- ），男，漢族，湖北天門人，機械工程師，研究方向：鉆井機械。