鉆井泥漿泵泵沖流量測量系統(tǒng)的研制

摘 要:鉆井泥漿泵泵沖流量測量系統(tǒng)是石油鉆(修)井行業(yè)中一種重要的泥漿泵沖和入口流量的測量儀表。文章介紹了泵沖流量測量系統(tǒng)的原理，闡述了該儀表系統(tǒng)的設(shè)計原理及關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)能為鉆(修)井泥漿注入量提供準確顯示。便于司鉆和鉆(修)井監(jiān)督們第一時間了解泥漿泵的工作情況和掌握井筒內(nèi)泥漿的壓力狀態(tài)。實驗證明，該系統(tǒng)測量精度、可靠性均很理想，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:泵沖流量測量系統(tǒng)近控泵沖表遠控泵沖表接近開關(guān)鉆(修)井

中圖分類號:TE21文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0044-02

Design of drilling Mud pump SPM and Flow measuring system

Deng Zhongbin， Wang Tao

(Field Construction Bohai Equipment Service， CNOOC)

Abstract: Drilling Mud pump SPM and Flow measuring system is an important parameter for measuring SPM and inflow in oil drilling and work-over. This paper introduces the impulse principle of SPM and inflow measuring system and describes the design principle and key technologies of the instrument system. The system for drilling (work-over) provides an accurate amount of mud inflow. It is convenient for drillers and drilling (work-over) monitors to understand the work of mud pump and master the pressure state within the wellbore. Experiments show that the system accuracy， reliability are very good， should be widely applied.

Key Words:SPM and Flow measuring system handy control distant controlProximity switchdrilling and work-over

鉆(修)井過程中，泥漿泵的使用必不可少。泥漿注入量的準確測量，對安全、高效鉆(修)井有著至關(guān)重要的作用。一般測量泥漿流量的方法就是通過測量活塞或柱塞的沖數(shù)，來計算實時流量和累計流量。因此，實時監(jiān)測泵沖并記錄累計泵沖可以有效地幫助司鉆了解泥漿泵的工作情況和當前泥漿注入量和累計注入量，并間接地掌握井內(nèi)的壓力和流量情況，杜絕安全事故的發(fā)生。目前，大多數(shù)鉆井泥漿泵只能測量泵沖和累計泵沖，不能顯示流量。而且測量范圍低，不能滿足現(xiàn)場安裝位置的要求。

本文介紹的泥漿泵泵沖流量測量系統(tǒng)，能夠測量并實時顯示當前泵沖、累計泵沖、當前流量和累計流量；測量范圍廣，精度高；能滿足任意位置安裝。通過防爆按鈕在泵沖和流量之間進行切換，為鉆(修)井監(jiān)督們準確快速地調(diào)整鉆井參數(shù)、改變鉆(修)井方式、科學安全鉆(修)井提供實時依據(jù)，從而達到科學無風險鉆(修)井的目的[1]。

1測量原理

泵沖的測量采用無接觸的方式測量，通過測量單位時間內(nèi)泥漿泵的工作過程中單個活塞的運動頻率從而獲得脈沖數(shù)(單位:沖/分鐘)。電感接近式開關(guān)安裝在泥漿泵的聯(lián)動機構(gòu)上，金屬物體在接近開關(guān)傳感器的感應(yīng)面附近劃過時，產(chǎn)生脈沖信號，通過電纜傳送至泵沖表的數(shù)據(jù)采集器，由后者處理、計算出當前的泵沖并在表上顯示出來。泵沖數(shù)乘以缸的個數(shù)，即可得出整臺泥漿泵的泵沖值；根據(jù)泵的效率、缸的容積和整個泵的泵沖值就可計算出當前流量和累計流量。從而判斷出泥漿泵的工作狀態(tài)[2]。

2系統(tǒng)的組成

泥漿泵泵沖流量測量系統(tǒng)主要由三部分組成:本安型電感式接近開關(guān)傳感器、近控數(shù)顯泵沖表、遠控數(shù)顯泵沖表。近控泵沖表通過數(shù)據(jù)通訊將實時泵沖信號、累計泵沖信號、實時流量和累計流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)姐@臺的遠控數(shù)顯泵沖表上。系統(tǒng)連接如圖1所示。

2.1 本安型電感式接近開關(guān)傳感器安裝方式

(1)安裝在泥漿泵十字頭蓋板上—— 通過十字頭往復(fù)運動帶動屬感應(yīng)片對傳感器做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生開關(guān)信號，并通過傳動比來計算泵沖速。(2)安裝在動力系統(tǒng)輸出傳動軸的一側(cè)—— 通過測量傳動軸的轉(zhuǎn)速，乘以泥漿泵的傳動比，可計算出泵沖速。(3)安裝在泥漿泵泵頭—— 通過測量泵頭的轉(zhuǎn)速，乘以泥漿泵的傳動比，可計算出泵沖速。

2.2 近控數(shù)顯泵沖表

(1)組成。近控泵沖表由電源、數(shù)據(jù)采集板、防爆表外殼和兩個防爆按鈕組成。安裝在泥漿泵附近。防爆按鈕1功能是在泵沖和流量之間進行切換。防爆按鈕2功能是在累計泵沖和累計流量之間進行切換。

(2)數(shù)據(jù)采集板硬件電路結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集板是由單片機、液晶驅(qū)動器、液晶顯示板、放大電路、濾波電路和撥碼電路等組成。硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

(3)單片機軟件部分。單片機的軟件設(shè)計的功能主要包括:開關(guān)信號的計數(shù)、數(shù)據(jù)處理計算、顯示輸出到液晶顯示板。具體軟件采集框圖如圖3所示。

2.3 遠控數(shù)顯泵沖表

遠控泵沖表由數(shù)據(jù)處理板和液晶顯示板組成。該表的數(shù)據(jù)處理板通過數(shù)據(jù)線接收來自近控泵沖表的數(shù)字信號，并經(jīng)過處理輸出到液晶板上。遠控泵沖表安裝在鉆臺的司鉆臺上。硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

3關(guān)鍵技術(shù)

3.1 抗高低溫的措施

由于儀器工作在野外或海上平臺，冬天溫度達到零下25℃，夏天溫度達60℃。晝夜溫差較大，因此抗高低溫措施必不可少。控制措施主要在于電子元器件的選型。在設(shè)計電路時，全部采用寬溫型低功耗電子元器件。特別是選擇寬溫液晶顯示器至關(guān)重要，它能保證在低溫狀態(tài)下能夠正常顯示。電源模塊的選用也很重要，它工作的穩(wěn)定性決定著其它電子元器件能否正常運行。

3.2 抗振動的措施

為了提高系統(tǒng)的抗振動性能，應(yīng)當首先從電路板的安裝入手。采用了抗振動結(jié)構(gòu)，并對液晶顯示器進行了有效地加固。這樣即使有較大的機械振動，該系統(tǒng)也能正常、穩(wěn)定地工作[1]。

3.3 防護性能的保證

本系統(tǒng)采用了隔爆型設(shè)計。滿足防爆等級:ExdⅡBT4、防護等級:IP65。

4結(jié)語

由于采用了高性能單片機作為系統(tǒng)核心，并采用了貼片元器件，使其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得緊湊，進一步提高了可靠性和抗干擾能力。該系統(tǒng)經(jīng)過海上一年多時間的安裝使用，用戶反映效果良好。

該系統(tǒng)不僅能顯示實時泵沖和累計泵沖，通過按鈕切換還能直接顯示實時入口流量和累計流量，是一套非常實用的泥漿泵泵沖顯示系統(tǒng)。實驗證明，該系統(tǒng)測量精度高、可靠性好，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]王銀生，楊錦舟，等.《井下工程參數(shù)隨鉆測量儀的研制》石油儀器，2009，23(1):33-35.

[2]鄧忠彬，王濤，王幼平.《海洋鉆井多參數(shù)儀系統(tǒng)的研究》石油礦場機械，2010，39(7):54-59.