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摘 要:钻井泥浆泵泵冲流量测量系统是石油钻(修)井行业中一种重要的泥浆泵冲和入口流量的测量仪表。文章介绍了泵冲流量测量系统的原理,阐述了该仪表系统的设计原理及关键技术。该系统能为钻(修)井泥浆注入量提供准确显示。便于司钻和钻(修)井监督们第一时间了解泥浆泵的工作情况和掌握井筒内泥浆的压力状态。实验证明,该系统测量精度、可靠性均很理想,值得推广应用。
关键词:泵冲流量测量系统近控泵冲表远控泵冲表接近开关钻(修)井
中图分类号:TE21 文献标识码:A 文章编号: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
钻(修)井过程中,泥浆泵的使用必不可少。泥浆注入量的准确测量,对安全、高效钻(修)井有着至关重要的作用。一般测量泥浆流量的方法就是通过测量活塞或柱塞的冲数,来计算实时流量和累计流量。因此,实时监测泵冲并记录累计泵冲可以有效地帮助司钻了解泥浆泵的工作情况和当前泥浆注入量和累计注入量,并间接地掌握井内的压力和流量情况,杜绝安全事故的发生。目前,大多数钻井泥浆泵只能测量泵冲和累计泵冲,不能显示流量。而且测量范围低,不能满足现场安装位置的要求。
本文介绍的泥浆泵泵冲流量测量系统,能够测量并实时显示当前泵冲、累计泵冲、当前流量和累计流量；测量范围广,精度高；能满足任意位置安装。通过防爆按钮在泵冲和流量之间进行切换,为钻(修)井监督们准确快速地调整钻井参数、改变钻(修)井方式、科学安全钻(修)井提供实时依据,从而达到科学无风险钻(修)井的目的[1]。
1测量原理
泵冲的测量采用无接触的方式测量,通过测量单位时间内泥浆泵的工作过程中单个活塞的运动频率从而获得脉冲数(单位:冲/分钟)。电感接近式开关安装在泥浆泵的联动机构上,金属物体在接近开关传感器的感应面附近划过时,产生脉冲信号,通过电缆传送至泵冲表的数据采集器,由后者处理、计算出当前的泵冲并在表上显示出来。泵冲数乘以缸的个数,即可得出整台泥浆泵的泵冲值；根据泵的效率、缸的容积和整个泵的泵冲值就可计算出当前流量和累计流量。从而判断出泥浆泵的工作状态[2]。
2系统的组成
泥浆泵泵冲流量测量系统主要由三部分组成:本安型电感式接近开关传感器、近控数显泵冲表、远控数显泵冲表。近控泵冲表通过数据通讯将实时泵冲信号、累计泵冲信号、实时流量和累计流量数据传输到钻台的远控数显泵冲表上。系统连接如图1所示。
2.1 本安型电感式接近开关传感器安装方式
(1)安装在泥浆泵十字头盖板上—— 通过十字头往复运动带动属感应片对传感器做切割磁力线的运动,从而产生开关信号,并通过传动比来计算泵冲速。(2)安装在动力系统输出传动轴的一侧—— 通过测量传动轴的转速,乘以泥浆泵的传动比,可计算出泵冲速。(3)安装在泥浆泵泵头—— 通过测量泵头的转速,乘以泥浆泵的传动比,可計算出泵冲速。
2.2 近控数显泵冲表
(1)组成。近控泵冲表由电源、数据采集板、防爆表外壳和两个防爆按钮组成。安装在泥浆泵附近。防爆按钮1功能是在泵冲和流量之间进行切换。防爆按钮2功能是在累计泵冲和累计流量之间进行切换。
(2)数据采集板硬件电路结构。数据采集板是由单片机、液晶驱动器、液晶显示板、放大电路、滤波电路和拨码电路等组成。硬件电路结构框图如图2所示。
(3)单片机软件部分。单片机的软件设计的功能主要包括:开关信号的计数、数据处理计算、显示输出到液晶显示板。具体软件采集框图如图3所示。
2.3 远控数显泵冲表
远控泵冲表由数据处理板和液晶显示板组成。该表的数据处理板通过数据线接收来自近控泵冲表的数字信号,并经过处理输出到液晶板上。远控泵冲表安装在钻台的司钻台上。硬件电路结构框图如图4所示。
3关键技术
3.1 抗高低温的措施
由于仪器工作在野外或海上平台,冬天温度达到零下25℃,夏天温度达60℃。昼夜温差较大,因此抗高低温措施必不可少。控制措施主要在于电子元器件的选型。在设计电路时,全部采用宽温型低功耗电子元器件。特别是选择宽温液晶显示器至关重要,它能保证在低温状态下能够正常显示。电源模块的选用也很重要,它工作的稳定性决定着其它电子元器件能否正常运行。
3.2 抗振动的措施
为了提高系统的抗振动性能,应当首先从电路板的安装入手。采用了抗振动结构,并对液晶显示器进行了有效地加固。这样即使有较大的机械振动,该系统也能正常、稳定地工作[1]。
3.3 防护性能的保证
本系统采用了隔爆型设计。满足防爆等级:ExdⅡBT4、防护等级:IP65。
4结语
由于采用了高性能单片机作为系统核心,并采用了贴片元器件,使其系统结构变得紧凑,进一步提高了可靠性和抗干扰能力。该系统经过海上一年多时间的安装使用,用户反映效果良好。
该系统不仅能显示实时泵冲和累计泵冲,通过按钮切换还能直接显示实时入口流量和累计流量,是一套非常实用的泥浆泵泵冲显示系统。实验证明,该系统测量精度高、可靠性好,值得推广应用。
参考文献
[1] 王银生,杨锦舟,等.《井下工程参数随钻测量仪的研制》石油仪器,2009,23(1):33-35.
[2] 邓忠彬,王涛,王幼平.《海洋钻井多参数仪系统的研究》石油矿场机械,2010,39(7):54-59.
关键词:泵冲流量测量系统近控泵冲表远控泵冲表接近开关钻(修)井
中图分类号:TE21 文献标识码:A 文章编号: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
钻(修)井过程中,泥浆泵的使用必不可少。泥浆注入量的准确测量,对安全、高效钻(修)井有着至关重要的作用。一般测量泥浆流量的方法就是通过测量活塞或柱塞的冲数,来计算实时流量和累计流量。因此,实时监测泵冲并记录累计泵冲可以有效地帮助司钻了解泥浆泵的工作情况和当前泥浆注入量和累计注入量,并间接地掌握井内的压力和流量情况,杜绝安全事故的发生。目前,大多数钻井泥浆泵只能测量泵冲和累计泵冲,不能显示流量。而且测量范围低,不能满足现场安装位置的要求。
本文介绍的泥浆泵泵冲流量测量系统,能够测量并实时显示当前泵冲、累计泵冲、当前流量和累计流量；测量范围广,精度高；能满足任意位置安装。通过防爆按钮在泵冲和流量之间进行切换,为钻(修)井监督们准确快速地调整钻井参数、改变钻(修)井方式、科学安全钻(修)井提供实时依据,从而达到科学无风险钻(修)井的目的[1]。
1测量原理
泵冲的测量采用无接触的方式测量,通过测量单位时间内泥浆泵的工作过程中单个活塞的运动频率从而获得脉冲数(单位:冲/分钟)。电感接近式开关安装在泥浆泵的联动机构上,金属物体在接近开关传感器的感应面附近划过时,产生脉冲信号,通过电缆传送至泵冲表的数据采集器,由后者处理、计算出当前的泵冲并在表上显示出来。泵冲数乘以缸的个数,即可得出整台泥浆泵的泵冲值；根据泵的效率、缸的容积和整个泵的泵冲值就可计算出当前流量和累计流量。从而判断出泥浆泵的工作状态[2]。
2系统的组成
泥浆泵泵冲流量测量系统主要由三部分组成:本安型电感式接近开关传感器、近控数显泵冲表、远控数显泵冲表。近控泵冲表通过数据通讯将实时泵冲信号、累计泵冲信号、实时流量和累计流量数据传输到钻台的远控数显泵冲表上。系统连接如图1所示。
2.1 本安型电感式接近开关传感器安装方式
(1)安装在泥浆泵十字头盖板上—— 通过十字头往复运动带动属感应片对传感器做切割磁力线的运动,从而产生开关信号,并通过传动比来计算泵冲速。(2)安装在动力系统输出传动轴的一侧—— 通过测量传动轴的转速,乘以泥浆泵的传动比,可计算出泵冲速。(3)安装在泥浆泵泵头—— 通过测量泵头的转速,乘以泥浆泵的传动比,可計算出泵冲速。
2.2 近控数显泵冲表
(1)组成。近控泵冲表由电源、数据采集板、防爆表外壳和两个防爆按钮组成。安装在泥浆泵附近。防爆按钮1功能是在泵冲和流量之间进行切换。防爆按钮2功能是在累计泵冲和累计流量之间进行切换。
(2)数据采集板硬件电路结构。数据采集板是由单片机、液晶驱动器、液晶显示板、放大电路、滤波电路和拨码电路等组成。硬件电路结构框图如图2所示。
(3)单片机软件部分。单片机的软件设计的功能主要包括:开关信号的计数、数据处理计算、显示输出到液晶显示板。具体软件采集框图如图3所示。
2.3 远控数显泵冲表
远控泵冲表由数据处理板和液晶显示板组成。该表的数据处理板通过数据线接收来自近控泵冲表的数字信号,并经过处理输出到液晶板上。远控泵冲表安装在钻台的司钻台上。硬件电路结构框图如图4所示。
3关键技术
3.1 抗高低温的措施
由于仪器工作在野外或海上平台,冬天温度达到零下25℃,夏天温度达60℃。昼夜温差较大,因此抗高低温措施必不可少。控制措施主要在于电子元器件的选型。在设计电路时,全部采用宽温型低功耗电子元器件。特别是选择宽温液晶显示器至关重要,它能保证在低温状态下能够正常显示。电源模块的选用也很重要,它工作的稳定性决定着其它电子元器件能否正常运行。
3.2 抗振动的措施
为了提高系统的抗振动性能,应当首先从电路板的安装入手。采用了抗振动结构,并对液晶显示器进行了有效地加固。这样即使有较大的机械振动,该系统也能正常、稳定地工作[1]。
3.3 防护性能的保证
本系统采用了隔爆型设计。满足防爆等级:ExdⅡBT4、防护等级:IP65。
4结语
由于采用了高性能单片机作为系统核心,并采用了贴片元器件,使其系统结构变得紧凑,进一步提高了可靠性和抗干扰能力。该系统经过海上一年多时间的安装使用,用户反映效果良好。
该系统不仅能显示实时泵冲和累计泵冲,通过按钮切换还能直接显示实时入口流量和累计流量,是一套非常实用的泥浆泵泵冲显示系统。实验证明,该系统测量精度高、可靠性好,值得推广应用。
参考文献
[1] 王银生,杨锦舟,等.《井下工程参数随钻测量仪的研制》石油仪器,2009,23(1):33-35.
[2] 邓忠彬,王涛,王幼平.《海洋钻井多参数仪系统的研究》石油矿场机械,2010,39(7):54-59.