摘 要：石油泥漿泵壓力保護(hù)裝置是根據(jù)泥漿泵在現(xiàn)場(chǎng)使用中暴露出來的問題而設(shè)計(jì)、改進(jìn)的一套裝置。該裝置在泥漿泵出現(xiàn)憋泵或是泵壓異常升高時(shí)能自動(dòng)地切斷泥漿泵電機(jī)的使能，從而降低泥漿泵的輸出壓力。該裝置對(duì)泥漿泵和現(xiàn)場(chǎng)操作人員都起到很大的安全防護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，安全性能高。

關(guān)鍵詞：泥漿泵 保護(hù) 安全 泵壓

中圖分類號(hào)：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（a）-0080-01

目前，機(jī)械鉆機(jī)和電動(dòng)鉆機(jī)所使用的鉆井泥漿泵均采用安全閥作為安全保護(hù)。安全閥是一種安全保護(hù)用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)泥漿泵內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過規(guī)定值時(shí)它的啟閉件受外力作用下剪斷插銷，使得安全閥開啟，同時(shí)通過向系統(tǒng)外排放泥漿來防止泥漿泵內(nèi)泵壓超過規(guī)定數(shù)值。

泥漿泵安全閥為杠桿式安全閥。由于泥漿泵工作環(huán)境惡劣、振動(dòng)大以及氣候條件差等原因，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致泥漿泵安全閥啟閉件卡死。這時(shí)只要發(fā)生憋泵現(xiàn)象就很容易導(dǎo)致人生事故和設(shè)備事故的發(fā)生。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，工作人員還必須每班檢查并保養(yǎng)一次安全閥，如果保養(yǎng)不及時(shí)也可能導(dǎo)致安全閥啟閉件銹死。

泥漿泵工作過程中，如果出現(xiàn)泵壓異常升高而使安全閥開啟時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)工作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并停泵，也可能導(dǎo)致泄壓管因壓力過高而脫落，這也會(huì)給旁邊的工作人員帶來生命危險(xiǎn)。

根據(jù)這些缺陷，我們對(duì)現(xiàn)有的泥漿泵系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的泥漿泵系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在泵壓達(dá)到設(shè)定的保護(hù)值時(shí)泥漿泵自動(dòng)地停止工作。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

石油泥漿泵壓力保護(hù)裝置由壓力傳感器、泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定手輪、PLC模塊以及數(shù)據(jù)信號(hào)線等組成。壓力傳感器安裝在鉆臺(tái)面立管閘門組的傳感器接口上，主要復(fù)雜采集泵壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流信號(hào)。泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定手輪安裝在司鉆房?jī)?nèi)的操作臺(tái)上，主要用于設(shè)定泥漿泵系統(tǒng)的保護(hù)值，當(dāng)泥漿泵系統(tǒng)的壓力超過手輪的設(shè)定保護(hù)值時(shí)PLC發(fā)出停泵信號(hào)。PLC模塊安裝在司鉆房的電控箱內(nèi)，主要負(fù)責(zé)接受泵壓信號(hào)和泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定的手輪的電壓信號(hào)，并將這兩種信號(hào)按規(guī)定的程序轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地比較這兩個(gè)數(shù)據(jù)的大小，并根據(jù)比較結(jié)果來控制泥漿泵電控系統(tǒng)。

1.2 工作原理

泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定手輪所使用的是10 V的直流電源。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪選擇泥漿泵工作壓力從0～35 MPa變化時(shí)，泥漿泵系統(tǒng)工作壓力選定手輪輸出0～10 V的直流電壓信號(hào)給PLC模塊，這個(gè)電壓信號(hào)通過PLC的計(jì)算會(huì)換算成0～27648之間的一個(gè)值M1。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪選擇泥漿泵工作壓力為17.5 MPa（即中間位置）時(shí)，泥漿泵系統(tǒng)工作壓力選定手輪輸出5 V的直流電壓信號(hào)給PLC模塊，通過PLC的計(jì)算會(huì)換算成數(shù)值18824。

立管壓力傳感器使用的是24 V直流電源。當(dāng)立管壓力信號(hào)在0～35 MPa之間變化時(shí)，立管壓力傳感器輸出4～20 mA的電流信號(hào)，這個(gè)電流信號(hào)通過PLC的計(jì)算會(huì)換算成0～27648之間的一個(gè)值M2。例如：當(dāng)立管壓力為17.5 MPa時(shí)，立管壓力傳感器輸出直流電流信號(hào)10 mA給PLC模塊，通過PLC的計(jì)算會(huì)換算成數(shù)值18824。

泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定手輪與立管壓力傳感器送給PLC模塊的信號(hào)分別被PLC換算成數(shù)值M1、M2。然后PLC通過比較M1與M2值的大小。當(dāng)M1大于M2時(shí)，立管壓力小于泥漿泵系統(tǒng)工作壓力選定手輪所設(shè)定的壓力，泵壓壓限制保護(hù)不起作用，發(fā)送泥漿泵的使能信號(hào)，泥漿泵變頻器正常工作；當(dāng)M1小于M2時(shí)，立管壓力大于泥漿泵系統(tǒng)工作壓力選定手輪所設(shè)定的壓力，這時(shí)泵壓限制保護(hù)起作用，切斷泥漿泵的使能信號(hào)[1]，停止泥漿泵的工作，降低泥漿泵的泵壓。

2 安全性能分析

裝置的設(shè)計(jì)理念是斷電保護(hù)、失效保護(hù)。當(dāng)壓力傳感器失靈、信號(hào)線斷開或是控制電源突然斷電時(shí)，泵壓限制保護(hù)就會(huì)起作用，自動(dòng)切斷泥漿泵變頻器的使能。泥漿泵安全閥的使用也不受該裝置的影響。當(dāng)泥漿泵的泵壓達(dá)到安全閥設(shè)定的工作壓力時(shí)，安全閥的啟閉不受該裝置的影響，正常的起保護(hù)作用。在使用中建議將裝置的設(shè)定值略低于安全閥的設(shè)定值，這樣裝置就可以先于安全閥起保護(hù)作用。裝置和安全閥就形成了一個(gè)雙重保護(hù)的系統(tǒng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)安裝及使用

電動(dòng)鉆機(jī)泥漿泵泵壓保護(hù)裝置在鉆井隊(duì)上的安裝非常的方便。壓力傳感器安裝在鉆臺(tái)面立管閘門組的傳感器接口上。泥漿泵系統(tǒng)工作壓力選定手輪安裝在司鉆房?jī)?nèi)的操作臺(tái)上的閑置部分。由于電動(dòng)鉆機(jī)的PLC模塊都有30%的接口和通道是冗余的[2]，所以電動(dòng)鉆機(jī)泥漿泵泵壓保護(hù)裝置可直接使用電動(dòng)鉆機(jī)現(xiàn)有PLC模塊上的冗余通道，并且只需要對(duì)原有PLC系統(tǒng)中的程序做少量地修改。至于裝置所使用的24VDC和10VDC可從司鉆柜內(nèi)獲取。

裝置在現(xiàn)場(chǎng)使用中唯一需要人工操作的就只有泥漿泵系統(tǒng)保護(hù)值設(shè)定手輪。司鉆只需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況轉(zhuǎn)動(dòng)手輪選擇適當(dāng)?shù)哪酀{泵系統(tǒng)保護(hù)設(shè)定值。

4 結(jié)論

（1）泥漿泵泵壓保護(hù)裝置自動(dòng)化、智能化程度高，系統(tǒng)穩(wěn)定，安全性高，維護(hù)和操作方便，可最大限度的減少鉆井生產(chǎn)事故。

（2）電動(dòng)鉆機(jī)泥漿泵泵壓保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、安全性能高。

（3）該裝置與泥漿泵的安全閥對(duì)泥漿泵和現(xiàn)場(chǎng)操作人員形成一個(gè)雙重保護(hù)的防護(hù)系統(tǒng)，提高了安全系數(shù)。

（4）該裝置進(jìn)一步提高了電動(dòng)鉆機(jī)電控系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化。

（5）可方便的在現(xiàn)有鉆機(jī)的基礎(chǔ)上增加該安全裝置。

參考文獻(xiàn)

[1] 張曉軍，王建才，戴克文，等.交流變頻電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的原理和應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（11）：32-34.

[2] 鄭蕓哲，齊明俠，沈蓉，等.基于西門子PLC的司鉆控制系統(tǒng)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（5）：53-55.