康小勇

（漳州市古雷水務(wù)發(fā)展有限公司，漳州 363215）

目前，綠色發(fā)展已經(jīng)成為時代發(fā)展的標(biāo)桿。綠色勘探理念的提出，能夠降低對生態(tài)產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)資源和生態(tài)保護的共贏?，F(xiàn)場鉆探施工開展過程中，對設(shè)備和技術(shù)要求相對較高，特別是在石油鉆井中，目前已經(jīng)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與系統(tǒng)化[1]。由于領(lǐng)域和施工環(huán)境不同，需要合理使用勘探設(shè)備，防止出現(xiàn)工作參數(shù)與結(jié)構(gòu)不匹配的現(xiàn)象，最終才能滿足設(shè)備小型化要求。本文研究過程中，主要針對機械化智能化要求，結(jié)合施工技術(shù)條件與施工環(huán)境完成了設(shè)計與研發(fā)，同時對部件選配進行了優(yōu)化設(shè)計，最后考察了現(xiàn)場應(yīng)用的可靠性。

1 裝置組成結(jié)構(gòu)與工作原理

自動化泥漿循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動化泥漿裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在設(shè)備中，將3個儲存?zhèn)}作為儲存泥漿設(shè)備，保證泥漿在設(shè)備管線中的運行穩(wěn)定性。設(shè)備采用的泥漿循環(huán)凈化方法為：首先，泥漿會在短時間內(nèi)通過管道，并且與清水之間進行混合配置，之后一起匯入配漿倉；其次，在新泥漿被抽出設(shè)備之后，鉆井設(shè)備會持續(xù)向上返出泥漿，上返的泥漿需要對大顆粒沉淀進行清理，最終完成篩選凈化[2-3]；最后，在篩選完成后泥漿會進入凈化倉2，凈化倉2和配漿倉3之間互相連接，持續(xù)參與循環(huán)，最終保證鉆進效率。配漿倉與凈化倉分別設(shè)置在儲存設(shè)備附近，需要使用裝載攪拌設(shè)備完成泥漿凈化，并及時篩選泥漿，以確保最終均勻控制，并確保泥漿時刻擁有穩(wěn)定狀態(tài)和性能。在凈化倉底部需要安裝加熱裝置，防止在寒冷環(huán)境下使用時出現(xiàn)冷凍情況，以滿足系統(tǒng)運行標(biāo)準(zhǔn)，同時符合水文地質(zhì)要求。從電氣系統(tǒng)控制角度來看，需要合理使用泥漿泵和振動篩選方式，最終完成開關(guān)控制，以確保線路集成效果，同時需要使用接線箱完成面板控制，以實現(xiàn)遠(yuǎn)端操控[4]。

2 裝置設(shè)計特點

在了解現(xiàn)場施工特點和需求的情況下，需要保證自動化泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量。在設(shè)計過程中，需要確?？趶酱笥?25 mm，并且使用振動篩選以及地埋的方式完成泥漿分離，以確保泥漿處理效果，同時為裝置平衡運轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好條件。使用裝置的過程中，需要合理平衡施工現(xiàn)場，以降低設(shè)備運行維護成本，最終滿足設(shè)備運行效果，達到設(shè)備的理想設(shè)計效果。在電氣系統(tǒng)設(shè)計中，需要重視斷路器、繼電器以及編程控制系統(tǒng)的使用情況，從而滿足設(shè)備集成效果。在系統(tǒng)設(shè)計中，還需要重視設(shè)備連接情況，以確保振動和加熱效果，同時使用攪拌器完成聯(lián)動控制[5]。為了保證設(shè)備符合現(xiàn)場作業(yè)要求，控制系統(tǒng)需要具備防水、防塵以及防爆效果。在考察現(xiàn)場環(huán)境之后，需要設(shè)定防爆等級，防護等級要在IP54之上。選擇控制系統(tǒng)時，需要重視可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的特點，將溫度控制在合理范圍內(nèi)，以保證設(shè)備在合理溫度和防爆范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。

另外，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，遠(yuǎn)端設(shè)計系統(tǒng)主要分為自動和手動兩種類型。在手動模式的影響下，需要得到控制面板的支持，按鈕開關(guān)和控制繼電器之間有著直接聯(lián)系，保證了開關(guān)的控制效果。在自動模式影響下，需要設(shè)置凈化倉、清水倉以及配漿倉等開關(guān)，在液位達到上限或者下限時輸入PLC系統(tǒng)中，通過了解程序邏輯，完成繼電裝置合理控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)面板如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)面板

為達到自動化設(shè)計要求，需要考慮設(shè)備的可移動性，以確保運輸便捷，實現(xiàn)可拆卸的設(shè)計目標(biāo)。在使用運輸裝置進行吊裝的過程中，需要節(jié)省吊裝材料，降低人力負(fù)擔(dān)，節(jié)省占地資源和占地成本。在使用運輸裝置過程中，需要考察設(shè)備適應(yīng)能力和越野能力，根據(jù)現(xiàn)實情況完成卡車內(nèi)部調(diào)整，在設(shè)備內(nèi)部添加循環(huán)凈化系統(tǒng)。工作開展中需要實現(xiàn)凈化系統(tǒng)和運載系統(tǒng)的分離。

3 關(guān)鍵組成部分以及設(shè)計

3.1 儲存漿液部件選型設(shè)計

在設(shè)計過程中需要明確口徑參數(shù)，才能精準(zhǔn)計算出泥漿儲存量，從而滿足泥漿儲存容積需求。確定每米實際泥漿用量Q時，可根據(jù)鉆孔體積V和孔徑d得出計算公式：

在最大孔徑達到750 mm時，可以得出每米的泥漿用量為0.5 m3。通過計算每臺設(shè)備最小泥漿儲備量，并充分考慮地層遺失問題，從而得出最小儲備數(shù)值。

3.2 泥漿泵選型設(shè)計

在施工現(xiàn)場鉆進需求量逐漸增加的情況下，一定要滿足單一泥漿工作需求，通過了解現(xiàn)場供電情況，選用符合標(biāo)準(zhǔn)的電機和泥漿泵，最終選擇電機的功率需要在7.5 kW之上，從而滿足水文地質(zhì)工作需求，提升原有設(shè)備的功率，最終得出參數(shù)如表1所示。

表1 自動泥漿循環(huán)裝置技術(shù)參數(shù)

3.3 振動篩選類型設(shè)計

本文在設(shè)計過程中需要合理應(yīng)用振動篩，該設(shè)備的外形如圖3所示。在振動篩設(shè)計過程中，需要確保泥漿泵和處理量之間保持一致，且外形方面需要和口面匹配，過濾面積需要達到1.8 m3。

圖3 振動篩外形

4 現(xiàn)場實驗

在自動化泥漿循環(huán)凈化裝置組裝完成后，通過室內(nèi)清水泥漿完成循環(huán)測試，并對設(shè)備穩(wěn)定性進行全方位驗證?，F(xiàn)場實驗工作開展的目的為，將施工目標(biāo)確定為50 m深的水文地質(zhì)井，泥漿現(xiàn)場實驗開展中包含多個設(shè)備功能驗證，此時需根據(jù)不同環(huán)境特點找出泥漿性能差異，并通過固定前后泥漿含量完成對比分析，從而評價裝置實現(xiàn)凈化的效果。

在進行現(xiàn)場鉆探試驗的過程中，需要針對所有施工設(shè)備與對應(yīng)的配套技術(shù)進行全面校驗，并保證各項施工工藝選擇的正確性，使所有鉆探施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均能夠符合相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上，還需要保證所有的配套工程都能夠穩(wěn)定運行，以發(fā)揮出設(shè)備自身應(yīng)有的作用。然后根據(jù)機械設(shè)備的智能化水平與實際作業(yè)效率，以專用的輕便化、模塊化、集成化、小型化等水準(zhǔn)更高的技術(shù)完成泥漿凈化工作，從而保證裝置的各個組合結(jié)構(gòu)都能夠與其他配件處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，以及不同構(gòu)件之間的匹配性和試驗各方面的可靠性。最后根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，分析工程施工的具體需求，確定最大井深、最大口徑以及最大成井口徑，并繼續(xù)進行作業(yè)。該裝置中電氣控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為斷路器、容納電源、繼電器、PLC等，設(shè)備控制柜和裝載控制面板中的60A接線端子采用一進八出集線箱的形式。借助各個不同工作裝置之間的線路連接作用，能夠進一步實現(xiàn)對渣漿泵、振動篩、砂泵、加熱裝置和2個攪拌器等相關(guān)部件的近端直接開關(guān)操作和遠(yuǎn)端聯(lián)調(diào)操作。另外，為保證設(shè)備能夠滿足現(xiàn)場惡劣條件下的使用要求，系統(tǒng)控制柜還需要采用防爆、防水、防塵類型的控制柜，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇與之相對應(yīng)的防爆、防水、防塵等級，確保防護等級大于等于IP54。經(jīng)現(xiàn)場實驗，該設(shè)備的使用狀況良好，能夠滿足勘探鉆探的需求。

5 結(jié)論

本文主要針對自動化泥漿循環(huán)凈化裝置的機械設(shè)計進行深入研究，通過對該裝置的研究得出以下結(jié)論。

第一，自動化泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)需要通過模塊化方式，逐漸減輕自身設(shè)備質(zhì)量，同時在集成高度方面需要遵循一體化設(shè)計思路，以降低設(shè)備占地資源，縮短作業(yè)時間，提升施工效率。

第二，運用PLC系統(tǒng)完成裝置自動控制，能夠保證設(shè)備平穩(wěn)作業(yè)，同時在節(jié)省大量人力資源的背景下降低施工風(fēng)險。