CN110886693B - 石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法及其泵压防护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井工程安全控制技术。一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法及其泵压防护系统，设正常工况下高压阀上、下游管线内泥浆压力差的平均值为n，设定参数N满足：1≤N‑n≤3；钻井泵启动时，根据立管内的压力P0、钻井泵Ⅰ的压力P1和钻井泵Ⅱ的压力P2实时进行比较：（1）P0‑P1≤N或P2‑P1≤N和P0‑P1≤N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅰ可以启动；（2）P0‑P2≤N,或P1‑P2≤N和P0‑P2≤N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅱ可以启动；（3）如果P0‑P1＞N,或P2‑P1＞N和P0‑P1＞N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于关闭状态，钻井泵Ⅰ不能启动；（4）如果P0‑P2＞N,或P1‑P2＞N和P0‑P2＞N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于关闭状态，钻井泵Ⅱ不能启动。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程安全控制技术，尤其是涉及一种防止钻井泵误操作的监测及预防处理方法及泵压防护系统。
背景技术
在石油勘探开发与钻井过程中，防止钻井泵憋泵是安全生产的本质要求。
目前，国内钻井作业过程中一部钻机会配备两台钻井泵，在每台钻井泵出水口的设计中，一般都配备一个高压阀和一个低压回水阀。若两台钻井泵的某一个钻井泵出现故障需维修时，必须关闭有故障的钻井泵的高压阀，以防止另一台钻井泵运行时产生的高压泥浆流窜到正在维修的钻井泵中而伤害到维修人员。维修完毕必须在高压管线无压力的条件下,先打开维修时关闭的高压阀，然后才允许重新启动钻井泵。
但在现实钻井过程中，由于人为的因素影响，屡屡会有失误发生，以致出现未停止运行中的钻井泵就重新启动检修后的钻井泵的错误操作，这种错误操作会使钻井泵泵压在瞬间迅速升高导致极端憋泵（俗称憋死泵），其结果往往造成人员伤害甚至机毁人亡。
申请人之前提出的发明专利《泥浆泵电控安全系统》（专利号：201110158925.5）和实用新型《泥浆泵电控安全系统》（专利号：201120199304.7）是在钻井泵的高压管线上或钻井泵出水管线上安装一个压力传感器，通过与PLC和AD模块、工控机以及泄压阀等设备的配合使用，采取当泵压超过正常值时停泵泄压的方法，有效的解决了钻井作业中泵压超高时憋泵产生的安全隐患。但这种方法由于不能判断高压阀是否关闭，所以也就不能解决憋死泵的问题。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出了一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，利用立管压力与泵压传感器对比，实现钻井泵误操作的有效防止，可以避免因误操作造成钻井泵泵压超高产生的安全隐患；
本发明在前述基础上，提出了一种可以防止钻井泵误操作的泵压防护系统，既实现了泵压安全防护，又可以有效防止钻井泵检修时误操作事故的发生。
本发明所采用的技术方案：
一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，在立管上安装压力传感器，检测立管内的泥浆压力P0；在钻井泵Ⅰ出水口的管线上安装压力传感器Ⅰ，检测钻井泵Ⅰ的压力P1；在钻井泵Ⅱ出水口的管线上安装压力传感器Ⅱ，检测钻井泵Ⅱ的压力P2；
设正常工况下高压阀上、下游管线内泥浆压力差的平均值为n，结合采用的钻井设备参数，设定参数N,所述参数N满足：1≤N-n≤3；
钻井泵启动时，控制器根据获得的立管内的压力P0、钻井泵Ⅰ的压力P1和钻井泵Ⅱ的压力P2，并实时进行比较：
（1）P0-P1≤N,或P2-P1≤N和P0-P1≤N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅰ可以启动；
（2）P0-P2≤N,或P1-P2≤N和P0-P2≤N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅱ可以启动；
（3）如果P0-P1＞N,或P2-P1＞N和P0-P1＞N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅰ的控制气路或电路使其不能启动；
（4）如果P0-P2＞N,或P1-P2＞N和P0-P2＞N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅱ的控制气路或电路使其不能启动。
一种石油钻井工程防止钻井泵误操作的泵压防护系统，包括立管压力传感器、控制器以及执行机构，对应作为常用钻井泵和备用钻井泵的钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ，分别设置泵压检测传感器，所述立管压力传感器、泵压检测传感器输出信号通过AD模数转换器分别接入控制器，与控制器连接设有两路控制机构输出，分别控制连接钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ的启停控制电路，所述控制器根据前述石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，识别钻井泵误操作的情况发生，并通过相应的控制机构控制钻井泵Ⅰ或钻井泵Ⅱ的启停，以防止误操作钻井泵而导致憋泵的发生。
本发明的有益效果：
1、本发明石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，利用泥浆液体在管线内传递压力的特点，通过采用压力传感器计算对比泥浆液体上下游压力的差值，来判断高压阀是否关闭，既可以防止钻井泵误操作事故的发生，又可以充分利用压力传感器防止钻进时钻井泵泵压超高产生的安全隐患。
2、本发明防止钻井泵误操作的泵压防护系统，既实现了泵压安全防护，又可以有效防止钻井泵误操作事故的发生。设计合理，结构简单，无需增加系统结构成本（仅需增设高压阀下游泥浆压力传感器P0），容易实现，方便推广，具有较好的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明防止钻井泵憋泵的泵压防护系统结构示意图（气动钻井泵）；
图2是本发明防止钻井泵憋泵的泵压防护系统结构示意图（电动钻井泵）。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本发明石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，实现过程如下：
1）在立管上安装压力传感器，检测立管内的泥浆压力P0；
在钻井泵Ⅰ出水口的管线上安装压力传感器Ⅰ，检测钻井泵Ⅰ的压力P1；
在钻井泵Ⅱ出水口的管线上安装压力传感器Ⅱ，检测钻井泵Ⅱ的压力P2；
2）设正常工况下高压阀上、下游管线内泥浆压力差的平均值为n，结合采用的钻井设备参数，设定参数N,所述参数N满足：1≤N-n≤3；
钻井泵启动时，控制器根据获得的立管内的压力P0、钻井泵Ⅰ的压力P1和钻井泵Ⅱ的压力P2，并实时进行比较：
（1）P0-P1≤N,或P2-P1≤N和P0-P1≤N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅰ可以启动；
（2）P0-P2≤N,或P1-P2≤N和P0-P2≤N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅱ可以启动；
（3）如果P0-P1＞N,或P2-P1＞N和P0-P1＞N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅰ的控制气路或电路使其不能启动；
（4）如果P0-P2＞N,或P1-P2＞N和P0-P2＞N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅱ的控制气路或电路使其不能启动。
所述的石油钻井工程防止钻井泵误操作的监测判断方法，在检测到高压阀处于关闭状态，钻井泵有憋泵的情况发生时，及时发出预警。
实施例2
本发明石油钻井工程防止钻井泵误操作的泵压防护系统，包括立管压力传感器、控制器以及执行机构，对应作为常用钻井泵和备用钻井泵的钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ，分别设置泵压检测传感器，所述立管压力传感器、泵压检测传感器输出信号通过AD模数转换器分别接入控制器，与控制器连接设有两路控制机构输出，分别控制连接钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ的启停控制电路，所述控制器根据实施例1所述的防止钻井泵误操作的方法，识别钻井泵误操作的情况发生，并通过相应的控制机构控制钻井泵Ⅰ或钻井泵Ⅱ的启停，以防止误操作钻井泵而导致憋泵的发生。
实施例3
参见图1，本实施例的石油钻井工程防止钻井泵误操作的泵压防护系统，与实施例2不同的是，进一步的，对于气动式钻井泵，执行机构采用气动控制系统，控制器输出两路控制信号分别连接钻井泵Ⅰ的控制电磁阀以及钻井泵Ⅱ的控制电磁阀，通过所述电磁阀连接钻井泵的离合控制器。
实施例4
参见图2，本实施例的石油钻井工程防止钻井泵误操作的泵压防护系统，与实施例2不同的是，进一步的，对于电动式钻井泵，执行机构采用电动控制系统，控制器输出两路控制信号分别连接钻井泵Ⅰ的启停控制电路以及钻井泵Ⅱ的启停控制电路。
所述的石油钻井工程防止钻井泵误操作的泵压防护系统，控制器可采用工控机，或采用工控机与可编程控制器结合，立管压力传感器输出信号通过AD模数转换器接入工控机主板或可编程控制器，由工控机开关量输出板或可编程控制器输出控制开关信号。与工控机开关量输出板或可编程控制器输出控制端连接有音响报警电路，可实现危险情况下的预警。
钻井泵1（1号泥浆泵）的压力传感器1、钻井泵2（2号泥浆泵）的压力传感器2实时采集泥浆泵出口管线内的泥浆压力信号并传输给AD模块；立管压力传感器实时采集立管内的泥浆压力信号并传输给AD模块；控制泥浆泵启停及运行速度的“速度给定手轮”实时采集司钻旋转手轮产生的电压信号并传输给AD模块；AD模块把采集到的模拟信号转换为数字信号传输给可编程控制器PLC,PLC通过程序运行把运算结果传输给工控机，工控机根据设定的参数判断是否出现误操作，如果未出现误操作，工控机发出控制指令给PLC，通过PLC接通泥浆泵的动力传输系统使其正常运行；如果出现了误操作，工控机则发出控制指令给PLC，切断泥浆泵的动力传输系统使泥浆泵停止运行。由此实现紧急情况下的安全防护。
Claims (8)
1.一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，其特征在于：
1）在立管上安装压力传感器，检测立管内的泥浆压力P0；
在钻井泵Ⅰ出水口的管线上安装压力传感器Ⅰ，检测钻井泵Ⅰ的压力P1；
在钻井泵Ⅱ出水口的管线上安装压力传感器Ⅱ，检测钻井泵Ⅱ的压力P2；
2）设正常工况下高压阀上、下游管线内泥浆压力差的平均值为n，结合采用的钻井设备参数，设定参数N,所述参数N满足：1≤N-n≤3；
钻井泵启动时，控制器根据获得的立管内的压力P0、钻井泵Ⅰ的压力P1和钻井泵Ⅱ的压力P2，并实时进行比较：
（1）如果P0-P1≤N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅰ可以启动；
（2）如果P0-P2≤N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅱ可以启动；
（3）如果P0-P1＞N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅰ的控制气路或电路使其不能启动；
（4）如果P0-P2＞N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅱ的控制气路或电路使其不能启动。
2.一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，其特征在于：
1）在立管上安装压力传感器，检测立管内的泥浆压力P0；
在钻井泵Ⅰ出水口的管线上安装压力传感器Ⅰ，检测钻井泵Ⅰ的压力P1；
在钻井泵Ⅱ出水口的管线上安装压力传感器Ⅱ，检测钻井泵Ⅱ的压力P2；
2）设正常工况下高压阀上、下游管线内泥浆压力差的平均值为n，结合采用的钻井设备参数，设定参数N,所述参数N满足：1≤N-n≤3；
钻井泵启动时，控制器根据获得的立管内的压力P0、钻井泵Ⅰ的压力P1和钻井泵Ⅱ的压力P2，并实时进行比较：
（1）P2-P1≤N和P0-P1≤N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅰ可以启动；
（2）P1-P2≤N和P0-P2≤N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于开启状态，钻井泵Ⅱ可以启动；
（3）如果P2-P1＞N和P0-P1＞N，则判断钻井泵Ⅰ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅰ的控制气路或电路使其不能启动；
（4）如果P1-P2＞N和P0-P2＞N，则判断钻井泵Ⅱ的高压阀处于关闭状态，控制器切断钻井泵Ⅱ的控制气路或电路使其不能启动。
3.根据权利要求1或2所述的石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，其特征在于：在检测到高压阀处于关闭状态，钻井泵有憋泵的情况发生时，及时发出预警。
4.一种实现权利要求1或2所述石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法的泵压防护系统，包括立管压力传感器、控制器以及执行机构，其特征在于：对应作为常用钻井泵和备用钻井泵的钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ，分别设置泵压检测传感器，所述立管压力传感器、泵压检测传感器输出信号通过AD模数转换器分别接入控制器，与控制器连接设有两路控制机构输出，分别控制连接钻井泵Ⅰ和钻井泵Ⅱ的启停控制电路，所述控制器识别钻井泵误操作的情况发生，并通过相应的控制机构控制钻井泵Ⅰ或钻井泵Ⅱ的启停，以防止误操作钻井泵而导致憋泵的发生。
5.根据权利要求4所述的泵压防护系统，其特征在于：对于气动式钻井泵，执行机构采用气动控制系统，控制器输出两路控制信号分别连接钻井泵Ⅰ的控制电磁阀以及钻井泵Ⅱ的控制电磁阀，通过所述电磁阀连接钻井泵的离合控制器。
6.根据权利要求5所述的泵压防护系统，其特征在于：对于电动式钻井泵，执行机构采用电动控制系统，控制器输出两路控制信号分别连接钻井泵Ⅰ的启停控制电路以及钻井泵Ⅱ的启停控制电路。
7.根据权利要求5或6所述的泵压防护系统，其特征在于：所述控制器采用工控机，或采用工控机与可编程控制器结合，立管压力传感器输出信号通过AD模数转换器接入工控机主板或可编程控制器，由工控机开关量输出板或可编程控制器输出控制开关信号。
8.根据权利要求7所述的泵压防护系统，其特征在于：与工控机开关量输出板或可编程控制器输出控制端连接有音响报警电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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