马志会

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

石油能源是推动社会发展的重要助力，是国家发展的重要资源。发展石油钻井技术就可以有效提升国家的经济水平，推动国家的经济发展。绞车是石油钻井机驱动与传动的重要组成部分，绞车性能的优劣决定了石油钻井的工艺与取油质量。当前石油绞车机使用的制动方式主要分为带式刹车、液压刹车、电机耗能刹车等方式，这些方式用于主动刹车与辅助刹车2 个位置。

1 石油钻机主动刹车类型以及优缺点分析

1.1 单杠杆半包围式刹车

单杠杆半包围式刹车装置主要由控制部分、传动部分、制动部分以及辅助制动等部分组成。刹车时，司机操纵刹车把通过调节刹车把的松紧程度转动杠杆夹紧刹车带，使刹车带紧紧抱死刹车环，抑制刹车环的旋转进而实现刹车过程。整个刹车过程还利用平衡梁调节左右两侧刹车的松紧程度，保证左右两边所受应力相等，保证整个设备所受的应力均匀，不会出现由于应力过大导致设备损坏的情况。调节螺钉松紧程度的作用是调节刹车环与刹车带之间的间隙，保证刹车带的灵敏度，解决刹车换灵敏度过高或过低的问题。及时调节间距还可以保证刹车的安全性，环与刹车带之间的距离贴合得越紧密，贴合力就越大，就可以提升整体安全性，降低溜钻发生的风险。该刹车方式具有结构简单、容易加工、维护成本少、没有高精度的元器件的特点，操作人员可以通过钻具的刹车把的受力情况了解到钻井下的工作情况。这种钻井设备本身具有很大的优势，但在实际应用过程中也同样存在缺点。由于结构设计的原因，钻进设备及钻井操作人员要长时间暴露在外面，给操作人员带来很大消耗，同时恶劣天气也对钻进设备的刹车带与刹车环中的物质造成很大损耗，容易导致贴合出现问题，长时间使用难以保证溜钻情况不发生。因而此类设备在使用时，应选择合适的辅助刹车装置，保证在主刹车出现问题时，辅助刹车可以第一时间解决刹车问题。

1.2 液压式刹车

液压刹车是利用液体压力进行的刹车方式，这种刹车方式提升了刹车装置的自动化水平，改善了操作人员的工作环境，并且提升了绞车的安全性与稳定性。液压盘刹车系统主要是由5 个部分组成，即液压站、刹车盘、刹车摩擦装置、控制刹车的电子元器件等，刹车过程通过液压站合理分配各刹车阀及安全钳释放对工作盘的压力，实现绞车滚筒转动和刹车盘的使用，实现刹车、停车、启动等多个操作。司机操作时只需控制刹车液压手柄调节液压盘与刹车摩擦装置之间的距离便可以实现刹车操作。系统优势：此类刹车方式与其他方式相比自动化程度高，可实现远程操作。可以建立一个专业配电室，实现整片油田钻井设备的综合式管理。液压式钻进设备使用过程中可以提升整体的安全性能，解决刹车式钻井设备器件老化问题。同时这种刹车方式由于自身的力学特性，还可以实现定点刹车等高难度刹车。此类刹车方式的缺点：由于刹车需要使用专用液压油，导致设备维护成本过高，同时使用完毕的液压油如果没有进行正确处理也会对环境造成影响，同时由于设备可以进行远程的操作，导致操作人员对钻头实际工作情况缺少度量，也缺少对于井下实际情况的预估能力。使用过程中还应该考虑当地的温度，由于液压油到达一定低温时会发生凝结，一旦液压油凝结或其他状况会导致刹车性能下降或丧失，影响钻井作业的安全性。

1.3 气压控制式刹车

气压控制式刹车结合了带式、液压式两种刹车方式，该刹车方式需要设置一个安全标准值，作为安全绳的标准位置，通过安全绳的掉落带动类似带式刹车与液压刹车两种方式的新型刹车方式实现刹车，新型刹车方式利用控制气缸中空气的压缩，增大刹车的力矩进而实现刹车。这种刹车方式的优势：当操作人员发生误判或是设备不受控时，设备可以自行进行刹车操作，防止事故的发生；缺点：为保证设备气压需要专业的气体输送管道，管道在冬季容易出现温度过低而炸裂的情况，因而在冬季需要给输送管道升温，同时由于安全绳长度不确定，无法实现定点刹车。

2 石油钻机辅助刹车的类型以及优缺点分析

2.1 水刹车

石油开采过程中使用最广泛的是水刹车方式，使用水作为刹车的辅助工具，由旋转主轴的转子和定子组成，通过改变力矩的长短和大小来改变绞车的运行速度。但这种辅助刹车方式只能应用于较浅的油层开采，不能应用于深油层的开采，由于现今的石油开采大多都是在深层进行，因而该项技术已经全面被淘汰。

2.2 电磁涡轮式刹车

电磁涡轮式刹车是利用电磁感应原理进行的制动行动，操作人员通过调节控制器的角度来调节定子与转子之间电流的大小，改变二者之间的转矩，进而调节结构的上升与下放速度。电磁刹车系统是一个整体，运输和安装较为简单，具有易安装、易转移、高效率的特点。但由于该刹车方式是利用电磁感应原理进行的，因而刹车过程会产生大量的热，需要对刹车装置进行降温处理。目前常用的两种降温方式是水冷式与气冷式，由于水的传热能力和吸热能力强，具有很强的保障性，但使用水冷式装备现场需要设计安置巨大的储水罐与运输装置，冬季温度较低时，很容易出现水凝结的情况，因而水冷方式具有局限性；风冷方式避开了这个问题，风冷装置可适应于极端的气候环境，并且具有构造简单等特点，已成为石油钻机辅助刹车的首选。

2.3 伊顿式刹车

伊顿刹车方式指通过空气压缩实现刹车的方式。控制人员只需要操作空气阀门，使压缩空气进入气缸推动活塞运动，使压紧盘带动制动板运动，实现制动操作。系统主要由动摩擦盘组件、连接组件、压紧盘组件、散热组件以及传动轮等组成。伊顿式刹车是综合气动水冷式刹车和空气冷却式刹车为一体的新型刹车方式，形成一种结构灵巧、致密新型刹车制动结构。伊顿刹车与其他刹车方式相比，具有刹车制动力强、刹车制动力矩大、体积小、整体重量轻的特点，还可以根据实际需求设计出不同规格的产品，以适应各型号钻进设备。缺点：首先需要一个封闭的工作环境，需要有一个密闭保护罩，造成后期的维护与保养过程中很难进行日常查看，其次是整个系统需要配备辅助降温装置，即需要配备储存水和循环水冷装置。同时侧面气缸还需要定时拆卸与清理，精度要求比较高，且操作难度较高。最重要的是伊顿刹车采用气刹方式进行工作，里面的原件都十分的静谧，现场的压缩空气的类型以及空气中的油污等都可能导致元件受损，降低元件寿命，严重时可能导致刹车盘受力不均，使整个刹车装置受损。由于该装置只能工作于理想状态下，且整体工程造价过高，目前已被淘汰。

3 结束语

综上可知，只有合理选择石油钻井机的主刹车与辅助刹车，才能提升钻井设备的安全性。石油钻井刹车装置的主刹车与辅助刹车都各自运用了不同的刹车原理，刹车的过程中也有着不同的效果，因而在选择过程中，应根据实际情况选择安全性高、经济效益高的组合，提升经济效益。