平膜壓力傳感器在鉆井循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：平膜壓力傳感器在鉆井循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是提出了一種能夠及時響應(yīng)的智能化響應(yīng)系統(tǒng)，并在檢測到事故信號后發(fā)生動作，減少了泥漿泵誤動作的發(fā)生頻次，在系統(tǒng)的組合設(shè)置上具有一定的新穎性。

關(guān)鍵詞：平膜壓力傳感器;信號隔離變送器;觸摸屏;PLC300

1.概況

在鉆井施工過程中由于地質(zhì)構(gòu)造、泥漿性能、泥漿泵設(shè)備、井筒內(nèi)環(huán)空存砂堵和動力鉆具在井底施加鉆壓后水眼憋堵，造成壓力不穩(wěn)。整個循環(huán)系統(tǒng)壓力持續(xù)升高，首先可能導(dǎo)致泥漿泵剪切安全閥動作、泥漿泵液力端刺漏、地面循環(huán)管匯薄弱處刺漏和井下鉆具刺漏等復(fù)雜情況發(fā)生，任何事故的發(fā)生，操作者不能在第一時間停止泥漿泵，都將可能造成無法估量的損失，造成設(shè)備損壞，造成井下復(fù)雜，也有可能造成環(huán)境污染。

操作者在接立柱前時會習(xí)慣性的關(guān)閉頂驅(qū)IBOP，接完后啟動泥漿泵時忘記打開IBOP開關(guān)，泥漿泵啟動使得循環(huán)系統(tǒng)壓力上升，觸動剪銷安全閥，通過泄壓管線進(jìn)行壓力卸載。

2.平模壓力傳感器在鉆井循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

2.1主要發(fā)現(xiàn)問題和原因分析

1通過觸摸屏設(shè)置數(shù)據(jù)，傳感器檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成的智能化響應(yīng)機(jī)制。

2防止在鉆進(jìn)過程中循環(huán)壓力過高使得剪銷安全閥頻繁動作。

3防止人員誤操作。

4在剪銷安全閥動作前，做到有效停止泥漿泵，將循環(huán)系統(tǒng)壓力控制在設(shè)定范圍內(nèi)，有效的控制循環(huán)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)刺漏、崩裂造成對環(huán)境的污染。

2.2應(yīng)對措施，解決問題

泥漿泵在循環(huán)系統(tǒng)中主要用來建立循環(huán)壓力，鉆進(jìn)過程中會發(fā)生壓力忽高而導(dǎo)致管線薄弱環(huán)節(jié)刺漏或崩裂，整個循環(huán)系統(tǒng)將存在潛在危險。在循環(huán)系統(tǒng)中使用平模壓力傳感器，及時檢測壓力值，顯示在觸摸屏上并且發(fā)出停止變頻器指令，切斷液力端動力來源，使得循環(huán)壓力降低，從而保護(hù)設(shè)備。

在鉆臺立管閘門組處安裝壓力傳感器，通過信號線連接到信號輸入模塊上，PLC-300CPU分析數(shù)據(jù)，數(shù)值顯示在觸摸屏上，數(shù)值達(dá)到設(shè)定值，PLC輸出信號，聲光報警響并告警，達(dá)到停泵數(shù)值，信號傳輸?shù)絍FD房內(nèi)對變頻器進(jìn)行停止操作。

2.3設(shè)計原理

1、平膜壓力壓力傳感器，型號：ZL-PMYL-40C，量程0-40Mpa，輸出信號4-20mA，供電12-36VDC，精度：±0.2%FS，生產(chǎn)廠家眾聯(lián)石油，檢測介質(zhì)為水基泥漿、油基泥漿。

平膜壓力傳感器在石油行業(yè)中廣泛應(yīng)用，在鉆井隊經(jīng)常能看到地質(zhì)錄井隊、定向服務(wù)公司和國際技術(shù)服務(wù)公司斯倫貝謝等都在頻繁使用。

2、直流信號隔離變送器

使用的PLC模擬量輸入模塊采集電壓信號，所以要將傳感器電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，模塊RL-D02 直流信號隔離變送器完成電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的功能。

3、PLC模擬量輸入模塊

PLC模擬量輸入模塊選用設(shè)備已有的型號為6ES7 531-7KF00-0AB0模塊。通過PLC模塊對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行信號，傳遞到相應(yīng)的設(shè)備中。

4、觸摸屏

精智面板TP1200觸摸屏在鉆井操作中集成了設(shè)備操控的很多操作功能和設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示，例如泥漿泵的啟停操作、絞車的啟停等。使用設(shè)備已有的面板進(jìn)行顯示和操作設(shè)置，避免給操作者增加操作難度。

5、操作流程

人員操作時，通過“立管管匯壓力設(shè)定畫面”讀取立管壓力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過平膜壓力傳感器傳遞到PLC，通過PLC300 CPU內(nèi)部程序的函數(shù)計算，在觸摸屏實時顯示數(shù)字式壓力值。

“高關(guān)斷值”設(shè)定，傳感器檢測到立管壓力值達(dá)到設(shè)定值后會第一時間停止循環(huán)液力端的電機(jī)動力，F(xiàn)L1600HL高壓泥漿泵，任何一臺運轉(zhuǎn)的泥漿泵在檢測到立管壓力值達(dá)到設(shè)定值時都會在第一時間內(nèi)停止當(dāng)前使用的泥漿泵，防止循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的壓力持續(xù)升高，造成系統(tǒng)壓力異常增高而發(fā)生剪切安全閥動作、管匯薄弱點刺漏或是空氣包崩飛等現(xiàn)象的發(fā)生，參與循環(huán)的薄弱環(huán)節(jié)都將在系統(tǒng)壓力異常升高后發(fā)生不可預(yù)知的后果。壓力傳感器采集信號，通過PLC分析和顯示的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于司鉆主觀發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力異常，能夠及早扼制壓力異常。

循環(huán)系統(tǒng)壓力異常增高，可能是操作者的疏忽大意，在接完立柱（單根）后忘記開打開頂驅(qū)IBOP（或是旋塞），繼續(xù)開啟泥漿泵，開泵后壓力持續(xù)増高，使得壓力達(dá)到泥漿泵剪切安全閥設(shè)定值，切斷銷釘釋放壓力，剪切銷子是一種鋼材質(zhì)制作的圓柱形銷釘，在剪切過程中可能會發(fā)生形變等復(fù)雜情況，維修更換異常繁瑣。

“高報警值”設(shè)定，在進(jìn)行鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整，達(dá)到工程設(shè)計要求，在正常施工過程中如果泵壓是22Mpa時，我們可以設(shè)定23-24MPa之間或是更高一點的壓力值作為報警壓力值，傳感器在檢測到壓力值達(dá)到報警值，會觸發(fā)觸報警裝置，通過信號輸出給操作臺面板的聲光報警燈，發(fā)生“滴、滴、滴”的紅色聲光報警，提示操作者系統(tǒng)壓力升高，謹(jǐn)慎操作，保持鉆壓等，進(jìn)一步核實壓力變化的原因，防止循環(huán)壓力持續(xù)升高觸發(fā)“高值關(guān)斷”。

“低報警值”設(shè)定，在鉆井過程中壓力異常波動，操作者在打鉆過程中關(guān)注各種鉆井參數(shù)包含泵壓、懸重、鉆壓、扭矩、摩阻和轉(zhuǎn)速，存在鉆井參數(shù)隨時變化莫測，正常鉆進(jìn)過程中壓力持續(xù)變低，達(dá)到設(shè)定值時發(fā)出聲光報警提醒操作者目前地層壓力異常，操作者會第一時間和地面人員取得溝通，確認(rèn)是否是泥漿泵上水不好，是否存在管路刺漏等異常現(xiàn)象。在第一時間發(fā)現(xiàn)和處理問題，避免小事故得不到及時處理而釀成大的環(huán)境污染事故，在有效時間內(nèi)迅速發(fā)現(xiàn)井下復(fù)雜情況，判斷鉆具是否有刺漏，是否鉆穿巖石洞穴等。

6、總結(jié)和建議

通過提出一種帶有壓力傳感器、轉(zhuǎn)化模塊、輸入模塊以及帶有觸摸屏的操作設(shè)備，不但實現(xiàn)了靈活傳輸信號以及對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)定，進(jìn)而實現(xiàn)了智能化響應(yīng)的功能，響應(yīng)及時，能夠解決一定的技術(shù)問題，產(chǎn)生積極的技術(shù)效果，且電路的信號傳輸關(guān)系具有一定的新穎性。

通過井場現(xiàn)有是設(shè)備和設(shè)施，高效采集數(shù)據(jù)達(dá)到顯示控制等環(huán)節(jié)的連鎖反應(yīng)，保證了設(shè)備的本質(zhì)安全性，創(chuàng)造出了安全可靠的保護(hù)裝置，希望能為公司安全工程創(chuàng)造合理的價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭俊華.地層壓力隨鉆測量儀器微型液壓系統(tǒng)研制[J].鉆采工藝.2017（06）.

[2]張濤.隨鉆壓力測量系統(tǒng)的研制與現(xiàn)場試驗[J].石油鉆采工藝.2012（02）.

作者簡介：

劉輝祥，男，1987年09月出生青海省海東市， 漢，工程師，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)于長城鉆探工程有限公司鉆井二公司從事鉆井工作。