平膜壓力傳感器在鉆井循環系統中的應用

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

關鍵詞：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構造、泥漿性能、泥漿泵設備、井筒內環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。整個循環系統壓力持續升高，首先可能導致泥漿泵剪切安全閥動作、泥漿泵液力端刺漏、地面循環管匯薄弱處刺漏和井下鉆具刺漏等復雜情況發生，任何事故的發生，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，造成設備損壞，造成井下復雜，也有可能造成環境污染。

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

2.平模壓力傳感器在鉆井循環系統中的應用研究

2.1主要發現問題和原因分析

1通過觸摸屏設置數據，傳感器檢測和執行機構構成的智能化響應機制。

2防止在鉆進過程中循環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，將循環系統壓力控制在設定范圍內，有效的控制循環系統薄弱環節刺漏、崩裂造成對環境的污染。

2.2應對措施，解決問題

泥漿泵在循環系統中主要用來建立循環壓力，鉆進過程中會發生壓力忽高而導致管線薄弱環節刺漏或崩裂，整個循環系統將存在潛在危險。在循環系統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出停止變頻器指令，切斷液力端動力來源，使得循環壓力降低，從而保護設備。

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分析數據，數值顯示在觸摸屏上，數值達到設定值，PLC輸出信號，聲光報警響并告警，達到停泵數值，信號傳輸到VFD房內對變頻器進行停止操作。

2.3設計原理

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，生產廠家眾聯石油，檢測介質為水基泥漿、油基泥漿。

平膜壓力傳感器在石油行業中廣泛應用，在鉆井隊經常能看到地質錄井隊、定向服務公司和國際技術服務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備已有的型號為6ES7 531-7KF00-0AB0模塊。通過PLC模塊對采集數據進行分析和轉換為可執行信號，傳遞到相應的設備中。

4、觸摸屏

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

5、操作流程

人員操作時，通過“立管管匯壓力設定畫面”讀取立管壓力數據，數據通過平膜壓力傳感器傳遞到PLC，通過PLC300 CPU內部程序的函數計算，在觸摸屏實時顯示數字式壓力值。

“高關斷值”設定，傳感器檢測到立管壓力值達到設定值后會第一時間停止循環液力端的電機動力，FL1600HL高壓泥漿泵，任何一臺運轉的泥漿泵在檢測到立管壓力值達到設定值時都會在第一時間內停止當前使用的泥漿泵，防止循環系統內的壓力持續升高，造成系統壓力異常增高而發生剪切安全閥動作、管匯薄弱點刺漏或是空氣包崩飛等現象的發生，參與循環的薄弱環節都將在系統壓力異常升高后發生不可預知的后果。壓力傳感器采集信號，通過PLC分析和顯示的效果遠遠高于司鉆主觀發現系統壓力異常，能夠及早扼制壓力異常。

循環系統壓力異常增高，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IBOP（或是旋塞），繼續開啟泥漿泵，開泵后壓力持續増高，使得壓力達到泥漿泵剪切安全閥設定值，切斷銷釘釋放壓力，剪切銷子是一種鋼材質制作的圓柱形銷釘，在剪切過程中可能會發生形變等復雜情況，維修更換異常繁瑣。

“高報警值”設定，在進行鉆進參數調整，達到工程設計要求，在正常施工過程中如果泵壓是22Mpa時，我們可以設定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到報警值，會觸發觸報警裝置，通過信號輸出給操作臺面板的聲光報警燈，發生“滴、滴、滴”的紅色聲光報警，提示操作者系統壓力升高，謹慎操作，保持鉆壓等，進一步核實壓力變化的原因，防止循環壓力持續升高觸發“高值關斷”。

“低報警值”設定，在鉆井過程中壓力異常波動，操作者在打鉆過程中關注各種鉆井參數包含泵壓、懸重、鉆壓、扭矩、摩阻和轉速，存在鉆井參數隨時變化莫測，正常鉆進過程中壓力持續變低，達到設定值時發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，確認是否是泥漿泵上水不好，是否存在管路刺漏等異?，F象。在第一時間發現和處理問題，避免小事故得不到及時處理而釀成大的環境污染事故，在有效時間內迅速發現井下復雜情況，判斷鉆具是否有刺漏，是否鉆穿巖石洞穴等。

6、總結和建議

通過提出一種帶有壓力傳感器、轉化模塊、輸入模塊以及帶有觸摸屏的操作設備，不但實現了靈活傳輸信號以及對系統進行相應參數的設定，進而實現了智能化響應的功能，響應及時，能夠解決一定的技術問題，產生積極的技術效果，且電路的信號傳輸關系具有一定的新穎性。

通過井場現有是設備和設施，高效采集數據達到顯示控制等環節的連鎖反應，保證了設備的本質安全性，創造出了安全可靠的保護裝置，希望能為公司安全工程創造合理的價值。

參考文獻：

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

[2]張濤.隨鉆壓力測量系統的研制與現場試驗[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年畢業于西南石油大學，現于長城鉆探工程有限公司鉆井二公司從事鉆井工作。