鉆井絞車液壓剎車控制系統(tǒng)改造

李大金

摘 要：目前鉆井平臺使用的某公司UDBE型鉆井絞車液壓剎車為氣-液共同控制，由于氣源的不穩(wěn)定性，導致控制系統(tǒng)故障，直接影響剎車的的可靠性。改造鉆井絞車剎車控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)自給的壓力油源替代氣源，提高了剎車的可靠性。

關鍵詞：鉆井絞車；液壓控制系統(tǒng)；改造

中圖分類號：TH137 文獻標志碼：A 章編號：2095-2945（2018）01-0054-02

Abstract： At present， the hydraulic brake of UDBE type drilling winch used in the drilling platform is controlled jointly by gas-liquid. Because of the instability of gas source， the failure of the control system will directly affect the reliability of the brake. The brake control system of drilling winch was reformed to replace the gas source by the self-contained pressure oil source of the system， and the reliability of the brake was improved.

Keywords： drilling winch； hydraulic control system； renovation

1 改造原因

目前我公司部分鉆井平臺使用的是某公司生產(chǎn)的UDBE型鉆井絞車，選配EPL-872型液壓盤式剎車。該型號絞車同時配備有應急牙嵌離合器，便于在絞車高、低速離合器失效的情況下使用應急使用。在固井或其他特殊作業(yè)時，或者在寒冷的冬季，主氣源由于凝水結冰、氣壓波動、過低和失壓的情況下，將直接導致剎車應急鉗保護性動作，致使鉆井絞車功能受限，應急牙嵌離合器不能正常投入工作，產(chǎn)生停產(chǎn)或其他意外次生事故。

2 原理分析

UDBE型鉆井絞車液壓盤式剎車系統(tǒng)原理如圖1。

系統(tǒng)中共有兩路控制需要使用壓力氣源：

一路（圖中標注為⑩，下同）是氣源通過司鉆控制盤的兩位三通控制閥（圖中標注為3#，下同）來控制二位四通換向閥5#/6#，實現(xiàn)應急鉗的壓力通斷。

另一路（控制閥4#）是氣源通過機械式防碰天車控制作用于兩位三通控制閥4#，從而控制二位四通換向閥5#/6#，實現(xiàn)應急鉗的壓力通斷。

正常情況下，無論鉆井絞車在鉆井作業(yè)或懸停狀態(tài)下，都可以根據(jù)實際需要，操作控制盤上的兩位三通手動換向操作閥3#，使得氣源遙控二位四通換向閥5#/6#的位置，間接控制應急鉗的啟/閉工作狀態(tài)。

系統(tǒng)缺點分析：

通過上述分析，我們得知，在鉆井絞車氣源失效或氣壓不足的情況下：

第一條管路（圖中標注為⑩，下同）中，換向閥5#和6#將因氣壓不能或不足以克服彈簧阻力而處以圖中位置，間接導致應急剎車鉗處于閉合保護位置，甚至鉆井絞車的應急牙嵌離合器也不能使用。

另一路（控制閥4#）管路中，因機械式防碰天車屬于打開保護型，正常情況下處于關閉狀態(tài)，氣壓的變化或失效僅在防碰天車觸碰動作的情況下失去保護作用。

由上分析可知，該系統(tǒng)存在剎車應急鉗保護性動作，致使鉆井絞車功能受限，應急牙嵌離合器不能正常投入工作和機械防碰天車失效的缺點。因此我們通過改造第一條管路控制模式，將直接避免了剎車應急鉗因氣壓原因導致的“非正?！眲幼鳎ＷC剎車的正常使用。對于機械防碰天車的控制，因發(fā)生概率極小，且有電子防碰天車為首要保護屏障和通過臨時變更等手段來控制，發(fā)生概率幾乎為零，故不做改造。

3 改造方案

3.1 液壓剎車系統(tǒng)改造

液壓剎車系統(tǒng)改造原理如圖2。

將鉆井絞車液壓系統(tǒng)的壓力油減壓后接入原氣控系統(tǒng)，具體為：系統(tǒng)油壓P連接減壓閥1#入口，減壓閥1#出口連接減壓閥2#入口，減壓閥2#出口連接司鉆控制盤的兩位三通控制（懸持）閥3#工作口1；司鉆控制盤的兩位三通控制（懸持）閥3#回油口3與兩位三通控制（防碰天車）閥4#回油口3連接并直接連接到油箱。其中：1#、2#減壓閥出口壓力依次調節(jié)為10Bar、14Bar，1#為工作減壓閥，2#為備用減壓閥；若1#減壓閥損壞，2#減壓閥投入，以保護閥件不會超壓損壞。

若有需要，亦可考慮連接一個額定壓力為15Bar的安全閥提供壓力保護（本文無）。

3.2 系統(tǒng)測試

（1）系統(tǒng)壓力測試。液壓系統(tǒng)工作壓力為14Mpa，經(jīng)減壓后和原壓縮空氣壓力相當投入系統(tǒng)工作。在非正常情況下（如減壓閥卡阻、損壞或失效，頻繁使用兩位四通閥壓力瞬間波動等），可能出現(xiàn)超壓情況，需要對系統(tǒng)進行壓力測試。

閥元件的測試。系統(tǒng)中涉及到改造的閥元件共有一個兩位三通閥、一個兩位兩通閥和兩個兩位四通閥，經(jīng)查詢銘牌標示工作壓力為35Mpa，滿足超壓情況下的安全使用要求，僅進行密封性壓力試驗即可投入使用，試驗壓力35Mpa，靜壓30分鐘無滲漏無壓降。

管線的測試。原氣管線工作壓力為1.5Mpa，系統(tǒng)改造后雖然可以滿足使用，但考慮在上述超壓情況，將原管路更換為和液壓系統(tǒng)等材質的鋼管，并進行壓力測試，試驗壓力35Mpa，靜壓30分鐘無滲漏無壓降。

（2）系統(tǒng)流量對整個剎車系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)改造后，液壓油替代壓縮氣，需要消耗一定的流量。但是根據(jù)上述原理圖得知，該路液壓油為遙控控制管路，且用戶端為盲端，其油流量消耗僅為圖示兩位三通控制閥3#的泄壓消耗，其流量極小，對系統(tǒng)流量幾乎不造成影響，完全可以忽略不計。該部分所需要的改造僅為增加一條泄壓管線至液壓油箱，避免液壓油對環(huán)境造成污染。

3.3 系統(tǒng)工作過程

鉆井絞車在懸持狀態(tài)時，油壓P（圖中藍色管路）經(jīng)過兩個串聯(lián)的減壓閥1#、2#，到達司鉆控制盤的兩位三通控制閥3#，此時閥3#處于下位（圖示位置為上位），兩位四通控制閥5#、6#因無控制壓力處于圖中位置，應急剎車鉗處于泄壓狀態(tài)，剎車在彈簧的作用下閉合剎住絞車。

鉆井絞車在使用狀態(tài)時，油壓P經(jīng)過兩個串聯(lián)的減壓閥1#、2#，到達司鉆控制盤的兩位三通控制閥3#，此時閥3#處于上位（圖中位置），兩位四通控制閥5#、6#得到控制壓力處于上位（圖示位置為上位），應急剎車鉗得壓處于打開位置，剎車打開。

因機械式防碰天車屬于打開保護型，正常情況下處于關閉位置，不影響上述狀態(tài)工作。這樣系統(tǒng)氣源欠壓或失壓，應急剎車鉗均能進行有效控制，符合系統(tǒng)工作要求。

4 結束語

該系統(tǒng)改造后，按照上述描述對液壓元件和管路進行了壓力試驗，符合系統(tǒng)工作基本條件，投入使用后工作正常，說明控制介質由壓縮氣改造為液壓油后能夠滿足工作要求。

以上的改造方案，僅改造了應急剎鉗的工作介質，升級了控制管路，機械防碰天車依然使用壓縮氣源、系統(tǒng)所有的電控及操作裝置等對于鉆井絞車任何的操作方式均未作改變，這樣的改造，在保證系統(tǒng)工作原理和功能不改變的情況下，有效解決了氣源對系統(tǒng)的影響，簡化了系統(tǒng)工作介質，提高了剎車系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和安全性，根本上解決了冬季氣源故障對剎車的影響，有效減少了停產(chǎn)時間和其他次生事故的發(fā)生。

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