作業現場超負荷自動保護制動裝置的應用與效果

吝佳琦　王立龍　白瑞義　劉興山

眾所周知，目前作業過程中，司鉆操作通井機上提管柱時，隨時觀察拉力表負荷變化，一但負荷過大，司鉆立即采取措施剎車來降低大繩負荷。從看到大繩超負荷到成功制動這一過程中，司鉆反應時間按0.2-0.25s，制動時間按1.5s計算，通井機掛3檔時大繩速度約為2m/s，這樣，即便成功制動，大繩又已經上升3.4-3.5m，負荷仍持續增加，人工制動反應時間較長，安全性差。多年來，大繩超負荷作業造成了許多危害事故的發生，輕則井下管柱斷裂落井，管柱墩彎變形，導致油管報廢，同時需要多次打撈，增加施工成本及處理難度;重則大繩過載引起斷裂或大直徑工具撞擊、損壞井口，造成人員傷亡，設備損壞，給人身和設備帶來了很大的安全風險。為此，我們主要針對超負荷自動保護制動裝置的研制與應用進行了探索。

一、做好現狀調研與原因分析工作

通過現場調研，我們主要發現了以下問題。

1.套管問題。套管破裂、彎曲變形時，檢修井下大直徑工具容易遇卡，導致大繩負荷徒增。2.拉力表問題。修井起下作業過程中產生拉應力和沖擊應力，使得拉力表頻繁地承受加載和卸載，導致拉力表指針來回移動，時間長了容易遲鈍難以復位。拉力表發生故障指示不明確，誤導司鉆操作，導致大繩負荷過高。3.接頭問題。如果管柱帶有特殊大直徑接頭，上提到井口前需要倒自封，如果交接班時沒有交代明白，或是大直徑工具標注不全 ，容易上提管柱造成大直徑接頭刮碰井口，大繩負荷猛增。

綜上所述，司鉆在操作通井機時由于人為因素、井況因素、環境因素等種種不可預測條件的影響下，不可避免的會使大繩負荷指標超出，再加上井下工具受損破壞、疲憊老化、受力不均、砂卡、落物卡等種種因素，極其容易發生工具斷裂、脫落事故，增加額外的工作量。

二、做好現場設計與現場實驗工作

眾所周知，一項成功的工具革新與改進需要無數次的設計和現場實驗。為了把工具革新工作落到實處，我們根據現場的實際情況，針對選擇什么樣式、安裝位置、連接方式、控制方式的超負荷自動保護制動裝置進行了討論研究，并將超負荷自動保護制動裝置分成傳感器部分和控制器部分，做好了現場設計與現場實驗工作。

1、提出合理的設計方案

首先，從適用性方面考慮，我們分析得知，如果超負荷自動保護制動裝置在大繩上卡不死，即便是造成輕微的移動，也會對測量結果造成一定的影響，因此一定要設計固定牢靠。

其次，從性能方面考慮，電子裝備加工精密度要求高，各部件設計加工要符合相關標準，經檢驗合格后方可使用，因此，各部件質量及性能一定要達標。

最后，從可操作性方面考慮，裝置各組件不宜過大，電纜線路不宜過長，且方便拆裝及調試，研制要求小巧、靈活、好用，體積重量以滿足現場需要為準。

2、找到合適的材質與參數

一是做好傳感器的材質選擇與參數設計工作。在材質選擇上，我們主要利用了顯示器的外形尺寸。在參數選擇上，對于額定載荷，我們按井架工作載荷500KN計算，每根大繩所承受力為83KN，設計傳感器量程為6～8t。對于額定電壓，我們設計傳感器電源電壓為24V直流電壓。對于工作溫度，由于作業環境有時比較惡劣，結合地區氣候特點，傳感器工作溫度滿足-20～50℃即可。

二是做好控制器的外形選擇與參數設計工作。在外形尺寸上，我們把控制器安裝在通井機駕駛室內，大小以不影響司鉆操作為準，同是便于觀察和調試。在安裝位置上，將控制器設計固定在通井機駕駛室儀表盤外側。在校零功能設置上，以減小由于傳感器、導線等引起的零點誤差，提高系統監測精度。在正常值校準上，主要通過拉力表拉力值校正，正常情況下顯示大繩死繩端載荷值，顯示器綠燈亮。在斷氣保護值設置上，設置斷氣保護載荷，當大繩載荷達到該值時，警示紅燈亮。在 ? 信號輸入輸出端上，主要是連接導線，輸入輸出電信號。

三是做好電磁閥的參數設計工作。電磁閥設計主要有二位三通、二位四通和二位五通三種。二位的含義為：對于電磁閥來說是帶電或失電，對于所控制的閥來說就是打開或關閉。與三通相比，四通多一個排氣口，五通多兩個排氣口，且成本增加。結合作業現場實際，二位三通能滿足要求，所有，我們主要采用二位三通電磁閥。而在進氣口端和出氣口端上，主要做到了連接管線設計要與通井機氣管線一致，以達到方便快速連接目的。

3、做好有效的現場實驗工作。按照預期設計，我們主要對傳感器、控制器和電磁閥進行現場安裝，發現尺寸大小合適，拆裝方便，且功能較為齊全，滿足設計需求。為此，我們先后選取不同機型的15口抽油機進行了實驗，達到了預期目標。

三、主要效果

目前，通過現場使用，并經多次統計，單井作業大繩負荷超載次數下降到0.1次，提高了人身和設備安全系數。