[实用新型]钻井安全监控与防护装置及其智能防护系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻井安全监控及防护技术，尤其是涉及一种钻井安全监控与防护装置及智能防护系统，应用于石油钻井，对于降低石油钻井风险、保障人民群众的生命财产安全具有一定的现实意义。

背景技术

石油钻井行业是石油行业的高危子行业之一。历史上石油钻井发生过一些大的安全事故，不仅造成经济上的重大损失，而且产生了巨大的负面社会影响。特别是近年来，随着国内石油行业的快速发展，石油钻井队伍的迅速扩张，起钻灌浆不及时，溢流与井漏监测不准确，游车顶天车、顿钻、溜钻、井漏不能在第一时间发现等引发事故，导致人员伤亡、设备损坏的情况数不胜数，所造成的经济损失也非常巨大。

目前，人身、井下、设备安全愈来愈成为企业发展的重中之重，随着石油勘探工程工作量的不断增长，安全生产的压力也越来越大。因此，如何运用现代化的高科技手段，改善现有安全防护设施状况、提高安全设备性能与水平，已是减少事故隐患、提高钻井作业的安全系数、提升安全工作的整体水平的当务之急。

目前钻机配备的钻井作业安全防护设施有以下几类：

1、钻井泵安全阀。目前国内常用的防护装置是机械销钉剪切式安全阀，其工作原理是：钻井泵里的高压钻井液作用于承载活塞而产生压力，通过凡尔体传到保险臂上，当泵内钻井液压力超过规定的安全值时，安全销便被剪断，钻井液通过排除联接管排出阀外，从而起到泄压、保护人身设备的安全作用。

在钻井现场实际使用中，此种方法存在以下不足之处：

1)无自动停泵功能：当安全阀工作泄压后钻井泵仍处于运转状态，需要靠操作人员发现后才能停泵，造成大量泥浆溢出，可能对现场工作人员造成伤害并导致环境污染；

2)定位销容易变形造成剪切力误差增大，致使安全阀提前泄压或者滞后泄压而造成事故；

3)定位销的标定值只有5-6个，满足不了标准及现场实际工作要求；

4)安全阀保养不及时容易导致生锈卡死，泵压失控时不能正常工作；

5)泄压后重新开启钻井泵间隔时间长。安全阀泄压后要重新开泵需要倒闸门、倒泵，并打开安全阀检查活塞是否刺坏，如果刺坏需要更换活塞，安装好后才能重新开泵，全部工序所需时间一般都在10分钟以上。

2、游车防碰装置。目前，石油钻机上使用的防碰天车装置主要有重锤式、过卷阀和电子防碰三种。在现场实际使用中存在以下的问题和不足：

1)重锤式防碰天车装置使用中存在的问题和不足：

重锤式防碰天车安装位置固定，不能调节高度，而在实际操作中工况不同对防碰装置的要求也不同，比如起下钻和钻进时的要求就不同；在使用顶驱和组合钻铤时由于高度限制只有把防碰装置停用才能进行下步操作，这时防碰装置不能发挥作用。此时防碰装置引绳如果没有拉紧很容易缠绕进游车滑轮内或者和大绳缠绕；游车碰撞限位绳之后依靠引绳传递动作，防碰装置引绳长，动作不及时反应速度较慢。当游车碰到防碰绳子的时候再把引绳拉紧，然后再把重锤上的开口销拉开然后重锤下落断气刹车，这时如果游车运行速度快可能已经碰撞了天车；防碰引绳过长，当风力较大时容易把下面的开口销拉开，造成误刹车，引绳还会挂到井架上；防碰装置作用后，要解除刹车，必须抬起刹把进行释放，此时游车迅速下行，不利于安全操作。

2)过卷阀式防碰天车装置使用中存在的问题和不足：

挡杆为丝扣连接，由于绞车振动较大很容易造成挡杆脱落而失去作用；档杆松动退出会造成断气刹车，在操作人员不知情的情况下，刹把迅速下落容易对操作人员造成伤害；大绳缠乱时容易导致防碰装置动作而刹车，或者是防碰天车不起作用(大绳缠绕到一头)，原来的绞车安装在钻台上，操作者能够及时发现大绳缠乱而采取必要的措施。现在的绞车都是低位安装，司钻不能直接看到滚筒，一旦措施不当，人身伤害事故就不可避免；防碰装置执行动作不准确，在游车高速上行时，大绳容易排乱，不能准确碰到过卷阀，防碰装置无法执行防碰动作，容易造成顶天车事故。

3)电子防碰天车装置使用中存在的问题和不足：

不能自动识别工况，在钻进和起下钻时防护高度不同，起钻时候设置是125圈刹车，而在钻进时候是120圈刹车，当工况转换的时候需要重新设置参数，而每次调整参数时候需要打开装置后盖才能进行调整，调整比较麻烦；只有防碰功能没有防顿、防溜功能，一旦在下放游车过程中造成顿钻和溜钻很容易造成人员伤害和设备损坏并导致井下事故，造成钻具落井、井下复杂；保护时防碰装置一旦刹车，就需要断电解锁，才能进行下一步操作，此时游车处于失控状态。