CN112177912A - 一种高压泥浆泵的智能防喷系统及防喷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压泥浆泵的智能防喷系统，包括泥浆泵高压输出口并联安装的泥浆压力传压包变送器，传压包变送器连接压力传感器，压力传感器连接钻机PLC控制器输入端，钻机PLC控制器输出端连接变频/直流动力调速单元，变频/直流动力调速单元连接主驱动电机，主驱动电机连接泥浆泵；本发明还基于一种高压泥浆泵的智能防喷系统公开了防喷方法；本发明通过上述控制功能的自动实现，实现泥浆泵工作压力的智能化控制，无需人员操作；该系统作为泥浆放喷装置的前端保护系统，解决了由于放喷导致剪切阀更换的复杂工作，并稳定泥浆泵系统的工作。

Description

一种高压泥浆泵的智能防喷系统及防喷方法
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种高压泥浆泵的智能防喷系统。
本发明还涉及一种高压泥浆泵的智能防喷方法。
背景技术
目前，石油钻机或地质勘探作业基本均配备了高压泥浆泵系统，通过该高压泵系统向井下注入循环泥浆用于井底岩屑携持地面以及高压辅助破岩等功能。当前该类泥浆泵多为高压设备，输出压力在数十兆帕以上。为了作业安全，在其高压泥浆排出口均并联安装有机械式泥浆放喷装置，用于井下遇阻等情况导致憋压致使泵体输出管路压力过高时的旁路泄压保护。目前这类泥浆放喷装置为机械剪切式结构，即通过配置不同粗细规格的机械剪切销及安装位置差异，实现在不同限定压力下的该剪切销销轴剪切从而实现高压泥浆的旁路导通泄压。该方式虽可以实现高压放喷功能，但由于该剪切销的材质以及规格存在的一定差异性会导致放喷压力的不准确，有时存在低于设定压力提前剪断放喷影响作业时效，有时存在高于设定压力超压运行未及时放喷导致憋压现象造成重大安全隐患，另外由于剪切后需要人工拆卸该防喷装置相关机构并进行更换造成工序繁琐和设备停机的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压泥浆泵的智能防喷系统，解决了由于放喷导致剪切阀更换的复杂工作，进一步稳定了泥浆泵系统。
本发明的另一个目的是提供一种高压泥浆泵的智能防喷方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，一种高压泥浆泵的智能防喷系统，包括泥浆泵高压输出口并联安装的泥浆压力传压包变送器，传压包变送器连接压力传感器，压力传感器连接钻机PLC控制器输入端，PLC控制器输出端连接变频/直流动力调速单元，变频/直流动力调速单元连接主驱动电机，主驱动电机连接泥浆泵。
本发明的第一个技术方案的特点还在于：
其中主驱动电机为交流电机时，变频/直流动力调速单元为变频器VFD调速装置，当主驱动电机为直流电机时，变频/直流动力调速单元直流调速器SCR装置；
其中钻机PLC控制器还连接有司钻操作显示屏。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种高压泥浆泵的智能防喷方法，采用一种高压泥浆泵的智能防喷系统，具体按以下步骤实施：
步骤1，首先钻机PLC控制器在内部程序中分别预先设定降速压力值P降速和泥浆泵停机压力值P停机；
步骤2，司钻发出泥浆泵启动操作命令以及给定转速后，钻机PLC控制器通过传压包变送器将管路内的高压泥浆压力转换为传压包内的液压油压力信号，液压油压力信号又通过压力传感器转换为电信号后给钻机PLC控制器，钻机PLC控制器将立即实时开始检测泥浆泵实时输出压力值P实际，然后将泥浆泵实时输出压力值P实际与步骤1中设定的降速压力值P降速和泥浆泵停机压力值P停机进行比较，最后通过变频/直流动力调速单元控制主驱动电机的转速。
本发明的第二个技术方案的特点还在于：
其中步骤2中的比较过程具体为：
当P降速＞P实际时，钻机PLC控制器发送司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元，主驱动电机按照司钻实际给定转速运行；
当P停机＞P实际≥P降速时，钻机PLC控制器在当前司钻给定速度信号的基础上按相应比例进行缩减后传递给变频/直流动力调速单元，主驱动电机按照降速后给定转速进行运行，至P降速＞P实际时，钻机PLC控制器发送司钻给定的速度信号至变频/直流动力调速单元，主驱动电机恢复到司钻实际给定转速运行；
当P实际≥P停机时，钻机PLC控制器发送停机命令给变频/直流动力调速单元，主驱动电机按照变频/直流动力调速单元内置的停机给定周期降速停机，至P降速＞P实际时，钻机PLC控制器发送启动以及司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元，使得主驱动电机启动并恢复到司钻实际给定转速运行；
其中步骤2中钻机PLC控制器内置报警系统，当泥浆泵实时输出压力值P实际达到设定的降速或停机压力值时，报警系统均会发生报警提示。
本发明的有益效果是
本发明通过对泥浆泵转速的智能化自动调整，保证高压泵压长期在系统设定放喷压力之下稳定运行，达到保护钻井泵的目的，本系统与机械式放喷装置共同对钻井泵形成双重保护，且在机械式泥浆放喷装置先行自我调整，解决了放喷压力不准确问题以及更换机械剪切销的繁琐更换工作。
附图说明
图1是本发明的一种高压泥浆泵的智能防喷系统原理图；
图2是本发明的一种高压泥浆泵的智能防喷方法的流程原理图。
图中，1.传压包变送器，2.压力传感器，3.钻机PLC控制器，4.变频/直流动力调速单元，5.主驱动电机，6.司钻操作显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种高压泥浆泵的智能防喷系统，如图1所示，包括泥浆压力传压包变送器1、压力传感器2、钻机PLC控制器3、变频/直流动力调速单元4、主驱动电机5和司钻操作显示屏6；
根据钻井作业工艺需求，司钻人员操作泥浆泵以一定的泵冲在运转，输出泵压在作业过程中由于地层等因素也不断发生变化；在泥浆泵高压输出口并联安装有泥浆压力传压包变送器1，由于泥浆属于颗粒具有腐蚀性介质，泥浆压力传压包变送器1将泥浆泵输出管路高压泥浆压力信号变送为液压油压力信号给压力传感器2，压力传感器2将液压压力信号转换为电信号给钻机PLC控制器3，从而实现作业过程中对高压泥浆泵的输出压力“P实际”实时检测；同时在钻机PLC控制器3程序中预先设定泥浆泵降速压力值“P降速”和泥浆泵停机压力值“P停机”，钻机PLC控制器3将实时检测的输出压力“P实际”分别依次与降速压力值“P降速”和停机压力值“P停机”进行运算比较，从而通过软件逻辑运算输出相应的降速信号或者停机信号等给变频/直流动力调速单元4，当为交流电机驱动泥浆泵时，变频/直流动力调速单元4为变频器VFD调速装置；当为直流电机驱动泥浆泵时，变频/直流动力调速单元4为直流调速器SCR装置，通过变频/直流动力调速单元4输出电流的调整从而实现了泥浆泵主驱动电机5转速的调整，进而实现泥浆泵输出压力的自我条调整，确保该泥浆泵输出压力始终处于安全工作压力之下；
当工作压力恢复到正常范围内后，钻机PLC控制器3输出转速恢复信号给变频/直流动力调速单元4，使泥浆泵主驱动电机5在原设定转速下继续运行；
通过上述功能，实现了泥浆泵在工作过程中压力的自我智能调整，避免了机械式泥浆放喷装置动作。根据工艺需要，钻机PLC控制器3内部预先设定的泥浆泵降速压力值“P降速”和泥浆泵停机压力值“P停机”通过与其连接的司钻操作显示屏6进行更改设定值；同时泥浆泵工作过程中的输出压力值“P实际”可在司钻操作显示屏6中实时进行显示，并实现相应报警提示功能。
本发明还提供了一种高压泥浆泵的智能防喷方法，如图2所示，具体按以下步骤实施：
步骤1，钻机PLC控制器3在内部程序中分别预先设定降速压力值“P降速”和泥浆泵停机压力值“P停机”，分别用于泥浆泵的实际输出压力值“P实际”与之比对判断，进而通过程序采取相应的自动保护动作，“P降速”为降速压力点，“P停机”为强制停机压力点；
步骤2，司钻发出泥浆泵启动操作命令以及给定转速后，钻机PLC控制器3将立即实时开始检测泥浆泵实时输出压力值“P实际”，当P降速＞P实际时，钻机PLC控制器3发送司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元4，主驱动电机5按照司钻实际给定转速运行；
当P停机＞P实际≥P降速时，钻机PLC控制器3在当前司钻给定速度信号的基础上按相应比例进行缩减后再行给变频/直流动力调速单元4，主驱动电机5按照降速后给定转速进行运行，从而P实际将不断下降，期间直至当P降速＞P实际时，钻机PLC控制器3发送司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元4，使得主驱动电机5恢复到司钻实际给定转速运行，在此期间在司钻操作显示屏6进行报警提示；
当P实际≥P停机时，钻机PLC控制器3发送停机命令给变频/直流动力调速单元4，主驱动电机5按照变频/直流动力调速单元4内置的停机给定周期降速停机，从而P实际将不断下降，期间直至当P降速＞P实际时，钻机PLC控制器3发送启动以及司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元4，使得主驱动电机5启动并恢复到司钻实际给定转速运行，在此期间在司钻操作显示屏6进行报警提示。

Claims (6)

1.一种高压泥浆泵的智能防喷系统，其特征在于，包括泥浆泵高压输出口并联安装的泥浆压力传压包变送器(1)，传压包变送器(1)连接压力传感器(2)，压力传感器(2)连接钻机PLC控制器(3)输入端，钻机PLC控制器(3)输出端连接变频/直流动力调速单元(4)，变频/直流动力调速单元(4)连接主驱动电机(5)，主驱动电机(5)连接泥浆泵。
2.根据权利要求1所述的一种高压泥浆泵的智能防喷系统，其特征在于，所述主驱动电机(5)为交流电机时，变频/直流动力调速单元(4)为变频器VFD调速装置，当主驱动电机(5)为直流电机时，变频/直流动力调速单元(4)直流调速器SCR装置。
3.根据权利要求1所述的一种高压泥浆泵的智能防喷系统，其特征在于，所述钻机PLC控制器(3)还连接有司钻操作显示屏(6)。
4.一种高压泥浆泵的智能防喷方法，采用权利要求1～3所述的一种高压泥浆泵的智能防喷系统，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，首先钻机PLC控制器(2)在内部程序中分别预先设定降速压力值P降速和泥浆泵停机压力值P停机；
步骤2，司钻发出泥浆泵启动操作命令以及给定转速后，钻机PLC控制器(2)通过传压包变送器(1)将管路内的高压泥浆压力转换为传压包内的液压油压力信号，液压油压力信号又通过压力传感器(2)转换为电信号后给钻机PLC控制器(3)，钻机PLC控制器(3)将立即实时开始检测泥浆泵实时输出压力值P实际，然后将泥浆泵实时输出压力值P实际与步骤1中设定的降速压力值P降速和泥浆泵停机压力值P停机进行比较，最后通过变频/直流动力调速单元(4)控制主驱动电机(5)的转速。
5.根据权利要求4所述的一种高压泥浆泵的智能防喷方法，其特征在于，所述步骤2中的比较过程具体为：
当P降速＞P实际时，钻机PLC控制器(3)发送司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元(4)，主驱动电机(5)按照司钻实际给定转速运行；
当P停机＞P实际≥P降速时，钻机PLC控制器(3)在当前司钻给定速度信号的基础上按相应比例进行缩减后传递给变频/直流动力调速单元(4)，主驱动电机(5)按照降速后给定转速进行运行，至P降速＞P实际时，钻机PLC控制器(3)发送司钻给定的速度信号至变频/直流动力调速单元(4)，主驱动电机恢复到司钻实际给定转速运行；
当P实际≥P停机时，钻机PLC控制器(3)发送停机命令给变频/直流动力调速单元(4)，主驱动电机(5)按照变频/直流动力调速单元(4)内置的停机给定周期降速停机，至P降速＞P实际时，钻机PLC控制器(3)发送启动以及司钻给定的速度信号给变频/直流动力调速单元(4)，使得主驱动电机(5)启动并恢复到司钻实际给定转速运行。
6.根据权利要求4所述的一种高压泥浆泵的智能防喷方法，其特征在于，所述步骤2中钻机PLC控制器(3)内置报警系统，当泥浆泵实时输出压力值P实际达到设定的降速或停机压力值时，报警系统均会发生报警提示。
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