石油鉆機絞車3 種剎車系統優缺點研究

馬志會

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

石油能源是推動社會發展的重要助力，是國家發展的重要資源。發展石油鉆井技術就可以有效提升國家的經濟水平，推動國家的經濟發展。絞車是石油鉆井機驅動與傳動的重要組成部分，絞車性能的優劣決定了石油鉆井的工藝與取油質量。當前石油絞車機使用的制動方式主要分為帶式剎車、液壓剎車、電機耗能剎車等方式，這些方式用于主動剎車與輔助剎車2 個位置。

1 石油鉆機主動剎車類型以及優缺點分析

1.1 單杠桿半包圍式剎車

單杠桿半包圍式剎車裝置主要由控制部分、傳動部分、制動部分以及輔助制動等部分組成。剎車時，司機操縱剎車把通過調節剎車把的松緊程度轉動杠桿夾緊剎車帶，使剎車帶緊緊抱死剎車環，抑制剎車環的旋轉進而實現剎車過程。整個剎車過程還利用平衡梁調節左右兩側剎車的松緊程度，保證左右兩邊所受應力相等，保證整個設備所受的應力均勻，不會出現由于應力過大導致設備損壞的情況。調節螺釘松緊程度的作用是調節剎車環與剎車帶之間的間隙，保證剎車帶的靈敏度，解決剎車換靈敏度過高或過低的問題。及時調節間距還可以保證剎車的安全性，環與剎車帶之間的距離貼合得越緊密，貼合力就越大，就可以提升整體安全性，降低溜鉆發生的風險。該剎車方式具有結構簡單、容易加工、維護成本少、沒有高精度的元器件的特點，操作人員可以通過鉆具的剎車把的受力情況了解到鉆井下的工作情況。這種鉆井設備本身具有很大的優勢，但在實際應用過程中也同樣存在缺點。由于結構設計的原因，鉆進設備及鉆井操作人員要長時間暴露在外面，給操作人員帶來很大消耗，同時惡劣天氣也對鉆進設備的剎車帶與剎車環中的物質造成很大損耗，容易導致貼合出現問題，長時間使用難以保證溜鉆情況不發生。因而此類設備在使用時，應選擇合適的輔助剎車裝置，保證在主剎車出現問題時，輔助剎車可以第一時間解決剎車問題。

1.2 液壓式剎車

液壓剎車是利用液體壓力進行的剎車方式，這種剎車方式提升了剎車裝置的自動化水平，改善了操作人員的工作環境，并且提升了絞車的安全性與穩定性。液壓盤剎車系統主要是由5 個部分組成，即液壓站、剎車盤、剎車摩擦裝置、控制剎車的電子元器件等，剎車過程通過液壓站合理分配各剎車閥及安全鉗釋放對工作盤的壓力，實現絞車滾筒轉動和剎車盤的使用，實現剎車、停車、啟動等多個操作。司機操作時只需控制剎車液壓手柄調節液壓盤與剎車摩擦裝置之間的距離便可以實現剎車操作。系統優勢：此類剎車方式與其他方式相比自動化程度高，可實現遠程操作。可以建立一個專業配電室，實現整片油田鉆井設備的綜合式管理。液壓式鉆進設備使用過程中可以提升整體的安全性能，解決剎車式鉆井設備器件老化問題。同時這種剎車方式由于自身的力學特性，還可以實現定點剎車等高難度剎車。此類剎車方式的缺點：由于剎車需要使用專用液壓油，導致設備維護成本過高，同時使用完畢的液壓油如果沒有進行正確處理也會對環境造成影響，同時由于設備可以進行遠程的操作，導致操作人員對鉆頭實際工作情況缺少度量，也缺少對于井下實際情況的預估能力。使用過程中還應該考慮當地的溫度，由于液壓油到達一定低溫時會發生凝結，一旦液壓油凝結或其他狀況會導致剎車性能下降或喪失，影響鉆井作業的安全性。

1.3 氣壓控制式剎車

氣壓控制式剎車結合了帶式、液壓式兩種剎車方式，該剎車方式需要設置一個安全標準值，作為安全繩的標準位置，通過安全繩的掉落帶動類似帶式剎車與液壓剎車兩種方式的新型剎車方式實現剎車，新型剎車方式利用控制氣缸中空氣的壓縮，增大剎車的力矩進而實現剎車。這種剎車方式的優勢：當操作人員發生誤判或是設備不受控時，設備可以自行進行剎車操作，防止事故的發生；缺點：為保證設備氣壓需要專業的氣體輸送管道，管道在冬季容易出現溫度過低而炸裂的情況，因而在冬季需要給輸送管道升溫，同時由于安全繩長度不確定，無法實現定點剎車。

2 石油鉆機輔助剎車的類型以及優缺點分析

2.1 水剎車

石油開采過程中使用最廣泛的是水剎車方式，使用水作為剎車的輔助工具，由旋轉主軸的轉子和定子組成，通過改變力矩的長短和大小來改變絞車的運行速度。但這種輔助剎車方式只能應用于較淺的油層開采，不能應用于深油層的開采，由于現今的石油開采大多都是在深層進行，因而該項技術已經全面被淘汰。

2.2 電磁渦輪式剎車

電磁渦輪式剎車是利用電磁感應原理進行的制動行動，操作人員通過調節控制器的角度來調節定子與轉子之間電流的大小，改變二者之間的轉矩，進而調節結構的上升與下放速度。電磁剎車系統是一個整體，運輸和安裝較為簡單，具有易安裝、易轉移、高效率的特點。但由于該剎車方式是利用電磁感應原理進行的，因而剎車過程會產生大量的熱，需要對剎車裝置進行降溫處理。目前常用的兩種降溫方式是水冷式與氣冷式，由于水的傳熱能力和吸熱能力強，具有很強的保障性，但使用水冷式裝備現場需要設計安置巨大的儲水罐與運輸裝置，冬季溫度較低時，很容易出現水凝結的情況，因而水冷方式具有局限性；風冷方式避開了這個問題，風冷裝置可適應于極端的氣候環境，并且具有構造簡單等特點，已成為石油鉆機輔助剎車的首選。

2.3 伊頓式剎車

伊頓剎車方式指通過空氣壓縮實現剎車的方式。控制人員只需要操作空氣閥門，使壓縮空氣進入氣缸推動活塞運動，使壓緊盤帶動制動板運動，實現制動操作。系統主要由動摩擦盤組件、連接組件、壓緊盤組件、散熱組件以及傳動輪等組成。伊頓式剎車是綜合氣動水冷式剎車和空氣冷卻式剎車為一體的新型剎車方式，形成一種結構靈巧、致密新型剎車制動結構。伊頓剎車與其他剎車方式相比，具有剎車制動力強、剎車制動力矩大、體積小、整體重量輕的特點，還可以根據實際需求設計出不同規格的產品，以適應各型號鉆進設備。缺點：首先需要一個封閉的工作環境，需要有一個密閉保護罩，造成后期的維護與保養過程中很難進行日常查看，其次是整個系統需要配備輔助降溫裝置，即需要配備儲存水和循環水冷裝置。同時側面氣缸還需要定時拆卸與清理，精度要求比較高，且操作難度較高。最重要的是伊頓剎車采用氣剎方式進行工作，里面的原件都十分的靜謐，現場的壓縮空氣的類型以及空氣中的油污等都可能導致元件受損，降低元件壽命，嚴重時可能導致剎車盤受力不均，使整個剎車裝置受損。由于該裝置只能工作于理想狀態下，且整體工程造價過高，目前已被淘汰。

3 結束語

綜上可知，只有合理選擇石油鉆井機的主剎車與輔助剎車，才能提升鉆井設備的安全性。石油鉆井剎車裝置的主剎車與輔助剎車都各自運用了不同的剎車原理，剎車的過程中也有著不同的效果，因而在選擇過程中，應根據實際情況選擇安全性高、經濟效益高的組合，提升經濟效益。