ZJ40DBT拖挂钻机气控系统设计*

岳显明， 庞家帅， 张亚鹏

(兰石石油装备工程股份有限公司 设计技术部，甘肃 兰州　730300)

0　引　言

石油钻井工艺的提高带动着钻井速度的提升，相应的钻井周期也很大程度上缩短，从而使钻机的搬家安装越来越频繁。钻机的搬安时间在整个钻井周期中所占的比例越来越大，钻井成本中搬安费用的比例也在迅速提高。为了适应当今世界油气开发的需求，兰石石油装备工程股份有限公司研制了ZJ40DBT沙漠快速移运拖挂钻机。该钻机应用了模块化集成设计，采用拖挂式移运，可实现长距离井位间的快速移运及安装。气控系统的重要性不言而喻，它不仅仅影响着钻机各执行部件的控制灵活性和可靠性，还是衡量钻机性能的一个重要指标，通过对各机组的协调和控制，进而满足作业需求。

1　钻机气控系统的总体设计要求

(1) 操作便捷、方便维修、自动化和集成性能高。

(2) 制动速度快。

(3) 操作简单，协调性强。

2　钻机气控系统的组成部分

主要由司钻房气控系统、后台气路和供气装置组成。

2.1　供气装置

供气装置集成在1个带拖撬的活动房内(气源房)，具备运输方便和现场管路连接快捷高效等优点。该装置由2台螺杆压缩机，1台冷启动空压机，1套气源净化装置，1个1.5 m3及2个2 m3储气罐组成。压缩机、气源净化装置、2个2 m3储气罐安装在气源房里，1.5 m3储气罐安装在钻机右基座。系统供气压力1 MPa。

2.2　后台气路

后台气路主要为柴油机启动气马达，水龙头风马达，气动绞车，套管扶正台，BOP控制及转盘离合器等提供动力。采用集气管的方式为各工作机供气，如此告别了以往后台气路分散、杂乱的现象。

2.3　司钻房气控系统

众所周知，司钻房气控系统的作用不容忽视，它是整台钻机的控制中枢，它的正常运转与否切实关系到作业的安全和效率问题。ZJ40DBT拖挂钻机司钻房气控系统具备以下优势：

(1) 安全性能高，操作时的动作互锁，从根本上避免因误操作引起的事故以及损害。

(2) 采用重锤防碰及防碰过圈阀双重保护的天车防碰系统，提高了工作的安全性。

(3) 转盘惯性刹车控制可靠，回路简单明了。

该系统主要由自动送钻回路、两用水龙头控制回路、天车防碰控制回路、转盘惯性刹车控制回路等组成。具体见系统原理图，如图1所示。

2.3.1自动送钻回路

自动送钻回路采用气控气的方式来实现。调压继动阀TJQ-L15安装在自动送钻上，当司钻房通过二位三通常开气控阀23QK-L15给调压继动阀TJQ-L15一个气信号，离合器气胎充气，离合器挂合，自动送钻回路开始工作。

2.3.2两用水龙头控制回路

水龙头控制回路通过电→气→气模式实现远程控制。当继电器Y1工作时，通过二位三通常开气控阀23QK-L15给水龙头通断阀供气，水龙头转动；当继电器Y2工作时，通过二位三通常开气控阀23QK-L15给水龙头换向阀供气，水龙头反转。以此来实现水龙头的工作及正反转作业。

2.3.3天车防碰控制回路

天车防碰控制回路采用双保险装置进行控制，重锤防碰和防碰过圈阀控制回路。

(1) 重锤防碰控制回路

当游动系统上升到达限定位置时，触碰拉动安装在天车下面的钢丝绳，钢丝绳通过保险销将重锤开关打开。此时，来自司钻控制房的压缩空气一路经梭阀至机械式压力开关，从而产生机械防碰电信号，在电信号的作用下压缩空气进入转盘惯刹气胎，惯刹工作。与此同时同时，另一路压缩空气经梭阀切断盘刹工作气二位三通常开气控阀，盘刹启动应急刹车模式，使游车停止上升以确保钻机安全。

(2) 防碰过圈阀控制回路

防碰过圈阀安装在绞车滚筒上方，当滚筒缠绳量超过设定极限位置时，将防碰过圈阀阀杆碰开，一路压缩空气进入转盘惯刹气胎，惯刹工作。另一路压缩空气启动盘刹应急刹车模式。

2.3.4转盘惯刹控制回路

转盘惯刹气控回路的控制元件有：转盘惯刹控制阀、电磁阀、梭阀、调压继动阀、惯刹离合器以及压力开关等。气控原理图如图1所示。

图1　系统原理图

在正常钻进作业时，转盘惯刹控制阀为关闭状态，惯刹离合器气胎不充气，惯刹不刹车；当转盘电机出现故障时，通过电控系统中断电信号，电磁阀打开，惯刹离合器气胎充气，从而使转盘刹车；当手动打开转盘惯刹控制阀时，惯刹离合器充气使转盘刹车，同时气信号通过压电开关转换为电信号，然后传输给司钻房内的电机控制系统，切断转盘电机电源，转盘最终停止工作。

3　实践效果

(1) ZJ40DBT拖挂钻机的气控系统设计思路标准化、模块化。选用气管线这个材料具备轻便可靠的

特点，不会因为环境的变化而变化，且系统装置中的空气可直接排放到大气中，无需回收，防止环境污染。在寒冷的条件下，经过干燥处理的空气介质仍能保证工作的可靠性。

(2) 空气流动性强，能迅速充斥整个系统和各执行机构，该系统采用了快速放气阀这个装置，加快了放气速度，使执行机构的响应更迅速。气体优良的压缩性，保证了钻机在工作压力范围内能安全、可靠、无冲击的工作。

(3) 该系统具备集成化程度和自动化程度高、性能稳定、操作简单、维护方便等优点，从而最大限度减少作业时生产事故的发生。

(4) 该系统的成功研制和广泛应用，有效的解决了现有拖挂钻机中存在的安全性能低、维修困难、零部件分散等困难和问题；该钻机也得到市场的认可和用户的好评。