CN204283407U - 基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统 - Google Patents

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钟功祥
张洋
吕志忠
彭彩珍
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Abstract

本实用新型涉及一种基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，它主要包括压力传感器、位移传感器、动态数据采集仪和微型计算机。通过在三缸往复式钻井泵的三个泵端盖上分别安装一个压力传感器；在钻井泵液力端三个泵缸的活塞杆与拉杆连接的卡箍上分别安装一个位移传感器；钻井泵工作时，动态数据采集仪将压力传感器和位移传感器测得的信号传递至微型计算机，由微型计算机内的分析处理软件得出钻井泵的示功图，从而能够计算出排量和泵效。将钻井泵液力端的实测示功图和故障库中的钻井泵液力端故障示功图进行对比分析，诊断出钻井泵故障。本实用新型具有便于携带、操作简单、成本低、诊断结果精确可靠的特点。

Description

基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统
技术领域
本实用新型涉及一种基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，用于三缸往复式钻井泵性能实时监测和故障诊断，属于石油天然气装备领域。
背景技术
三缸往复式钻井泵作为钻井作业的重要装备，是钻井液循环系统中的关键设备。在工作时主要承担向井底输送循环高压钻井液，用于冲洗井底、破碎岩石、冷却润滑钻头，并将岩屑携带返回地面。因其工况恶劣，结构复杂，生产中常因异常故障导致施工停滞，造成较大的经济损失。在钻井作业中，钻井泵的性能、状态和使用寿命直接影响着钻机的正常钻进。三缸往复式钻井泵主要由动力端和液力端两部分构成。液力端主要由柱塞、缸套、泵缸、泵阀、阀箱以及空气包组成，由于结构复杂和工况恶劣等原因常常发生故障。相对动力端而言，液力端出现故障的频率更高、种类更多。因此，对三缸往复式钻井泵液力端进行实时监测和故障诊断显得尤为重要。
目前，一般采用振动测试技术对钻井泵进行监测和故障诊断，但钻井泵液力端振动源很多。除泵阀轮流关闭产生的振动外，还有活塞冲击流体产生的振动、流体流过泵阀阀隙产生的振动以及动力端产生的振动等。这无疑使得钻井泵液力端故障识别难度加大，诊断精确度不高，而且诊断系统的建模也相对复杂。另有一种钻井泵功图测试方法，通过测试钻井泵活塞杆的受力和位移而判断钻井泵工作性能。由于活塞杆运动要受摩擦力，此方法测试结果与实际钻井泵功图有一定偏差，诊断精确度不高。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，基于泵缸压力和活塞杆位移测试得出钻井泵示功图，计算出实际泵效和排量，实时监测钻井泵工作性能和状态，与故障库中的钻井泵液力端示功图进行对比分析，诊断出钻井泵液力端的故障。
本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，主要包括压力传感器、位移传感器、动态数据采集仪和微型计算机。通过在三缸往复式钻井泵的三个泵端盖上分别安装一个压力传感器；在钻井泵液力端三个泵缸的活塞杆与拉杆连接的卡箍上分别安装一个位移传感器；钻井泵工作时，动态数据采集仪将压力传感器和位移传感器测得的信号传递至微型计算机，由微型计算机内的分析处理软件得出钻井泵的示功图，从而能够计算出排量和泵效。将钻井泵液力端的实测示功图和故障库中的钻井泵液力端故障示功图进行对比分析，诊断出钻井泵故障，达到对钻井泵液力端性能实时监测和故障诊断的目的。
所述压力传感器和位移传感器均具有高灵敏度、高精度的特点，通过微型计算机和分析处理软件对钻井泵实测数据进行高速采集、处理、显示和故障诊断，实现对钻井泵液力端性能的实时监测和故障诊断，有效避免因异常故障导致施工停滞事故的发生。通过这种方法可以得出钻井泵的泵效和排量，并且可以实时诊断出钻井泵液力端的缸套漏失、活塞损坏、排出阀与吸入阀的磨损与漏失、阀体和弹簧损伤程度等故障。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型通过对钻井泵泵缸压力和活塞杆位移的测试得出钻井泵液力端示功图，从而进行钻井泵液力端的性能监测和故障诊断，有效避免了钻井泵工作过程中振动和摩擦对诊断结果的干扰；2、通过动态数据采集仪和微型计算机的结合，可快速准确得出三缸往复式钻井泵液力端的性能好坏以及故障位置和损坏程度，实时显示泵效和排量；3、具有便于携带、操作简单、成本低、诊断结果精确可靠的特点。
附图说明
图1为本实用新型基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统示意图。
图2为本实用新型的原理框图。
图1中，1.泵端盖，2.压力传感器，3.泵缸，4.活塞杆，5.位移传感器，6.卡箍，7.压力传感器，8.泵端盖，9.位移传感器，10.卡箍，11.活塞杆，12.泵缸，13.位移传感器，14.卡箍,15.活塞杆，16.泵缸，17.泵端盖，18.压力传感器,19.微型计算机，20.动态数据采集仪。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作具体描述：
如图1、图2所示，本实用新型基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，主要包括压力传感器(2、7、18)、位移传感器(5、9、13)、动态数据采集仪20和微型计算机19，通过在三缸往复式钻井泵的三个泵端盖(1、8、17)上分别安装一个压力传感器(2、7、18)；在钻井泵液力端三个泵缸(3、12、16)的活塞杆(4、11、15)与拉杆连接的卡箍(6、10、14)上分别安装一个位移传感器(5、9、13)；钻井泵工作时，动态数据采集仪20将压力传感器(2、7、18)和位移传感器(5、9、13)测得的信号传递至微型计算机19，由微型计算机19内的分析处理软件得出钻井泵的示功图，从而能够计算出排量和泵效。将钻井泵液力端的实测示功图和故障库中的钻井泵液力端故障示功图进行对比分析，诊断出钻井泵故障，达到对钻井泵液力端性能实时监测和故障诊断的目的。通过这种方法可以实时显示泵效和排量，并且可以准确诊断出钻井泵液力端的缸套漏失、活塞损坏、排出阀与吸入阀的磨损与漏失、阀体和弹簧损伤程度等故障。

Claims (1)

1.基于泵压测试的钻井泵性能监测和故障诊断系统，主要包括压力传感器(2、7、18)、位移传感器(5、9、13)、动态数据采集仪(20)和微型计算机(19)，其特征在于：通过在三缸往复式钻井泵的三个泵端盖(1、8、17)上分别安装一个压力传感器(2、7、18)；在钻井泵液力端三个泵缸(3、12、16)的活塞杆(4、11、15)与拉杆连接的卡箍(6、10、14)上分别安装一个位移传感器(5、9、13)；钻井泵工作时，动态数据采集仪(20)将压力传感器(2、7、18)和位移传感器(5、9、13)测得的信号传递至微型计算机(19)，由微型计算机(19)内的分析处理软件得出钻井泵的示功图，从而能够计算出排量和泵效。
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