喷淋泵不上水即时声光报警装置研制

王晓伟 徐小亮 王松林（川庆钻探长庆钻井总公司，陕西咸阳713200）

0 引言

在石油钻井作业中，喷淋泵是泥浆泵的关键附属设备，它发挥了冷却缸套、活塞的重要作用。日常使用过程中，容易发生喷淋泵不上水的情况，这种情况岗位人员无法第一时间发现，往往是巡回检查时才能发现，往往会造成缸套、活塞不同程度受损。尤其是进行定向钻进过程中，泥浆泵运转时间相对较长，有时长达2～3小时，甚至更长时间，如果喷淋泵发生故障，不能正常上水，又不能被岗位人员及时发现，使得缸套、活塞在无任何冷却的情况下工作，就会造成活塞、缸套的严重损坏，甚至报废，造成较大的经济损失。从现场实际出发，为了能够实时监控喷淋泵上水情况，急需有一种能够即时有效的报警装置来提醒岗位人员（副司钻）。

1 研制背景

目前，钻井作业现场泥浆泵缸套、活塞的冷却润滑方式大多采用喷淋泵来冷却。喷淋泵的动力来源有两种方式，一种动力来源是通过皮带连接泥浆泵主轴和喷淋泵，获得动力；另一种动力来源是由电机直接给喷淋泵提供动力。作业现场，在钻井泵正常使用过程中，副司钻每间隔15分钟就要观察一次喷淋泵运转情况，尤其是进行定向钻进过程中，泥浆泵运转时间相对较长，有时达到2～3小时，甚至时间更长，副司钻无法保证按时去观察喷淋泵的运转情况。这时，如果喷淋泵发生故障，不能正常上水，又不能被岗位人员及时发现，使得缸套、活塞在无任何冷却的情况下工作，就会造成活塞、缸套的严重损坏，甚至报废，造成较大的经济损失。为了切实减轻一线钻井队岗位人员的负担，提升岗位人员对喷淋冷却系统有效管理，做到第一时间发现问题，第一时间采取有效措施，避免损失扩大化，川庆钻探长庆钻井总公司职工培训中心专门成立了“喷淋泵不上水即时报警装置研究”课题小组，研究攻关这一难题，力求提高喷淋泵管理信息化水平，助力钻井生产。

2 思路与方案

针对这一矛盾，研制小组成员集思广益，提出了三个备选方案。（1）在拉杆箱与喷淋泵储水箱间适当位置安装微型监控探头，连接到井场视频监控系统上，实时监控喷淋泵上水情况。（2）在拉杆箱内部安装温控报警器，利用监测拉杆箱温度变化，来实现高温报警。（3）利用喷淋泵带压水流，结合水力发电原理，把喷淋泵不上水的矛盾，转化为水力发电机发不发电的矛盾，进而实现灯光报警和声音报警。

3 选出最佳方案

方案1：在拉杆箱与喷淋泵储水箱间安装微型监控探头。此方案的优点在于喷淋泵上不上水，可被远程直观看见，一目了然；不利因素是此处湿度大，环境相对恶劣，监控探头容易变模糊，不便维护，还需要外接电源，而且需要“长途”布线。视频监控还需要专人实时盯着观察，不这样做，就不能实现第一时间发现的目的。

方案2：利用监测拉杆箱温度变化，实现高温报警。此方案的问题在于报警存在明显“滞后性”，如果喷淋泵不上水，活塞、缸套在无任何冷却的情况运转干磨，缸套、活塞的温度就会迅速升高，而安装在拉杆箱内的温控报警器温度升高报警有个过程，存在明显“滞后性”，这时活塞缸套可能已经受损，所以这种报警方式不理想。

方案3：利用喷淋泵带压水流，结合水力发电原理，把喷淋泵不上水的矛盾，转化为水力发电不发电的矛盾，进而利用水力发出的电，实现灯光报警和声音报警。此方案优点是所需电能“自产自消、自给自足”，装置制作成本低廉、结构简单、拆安方便、操作便捷、报警灵敏可靠，适应性强，能第一时间发现问题，实现声、光双重报警；外界影响因素少。

4 装置与使用

（1）装置构成：装置选用上述方案3原理（参见图1）。①在喷淋泵排水管线末端连接一个闸门，闸门后串接一个稳压12V微型水力发电机，发电机出水口的水可直接排入拉杆箱或通过管线连接喷头，继续发挥对缸套、活塞的冷却作用。②从发电机引出的导线（导线在拉杆箱内部采取弹性软管保护，出拉杆箱后进入铁管线）在拉杆箱外部并联接入一个10W左右的LED灯（采取防爆灯罩）和一个小型断电报警器（导线做好绝缘防爆措施）。

（2）操作方法：①装置使用前，先检查好电器线路连接的绝缘、防爆情况是否达到标准，符合要求后，把断电报警器置于“关”位，即“OFF”位。②启动喷淋泵[作业现场喷淋泵的驱动有两种方式，一种是借助泥浆泵驱动，这种方式只需挂合泥浆泵即可；还有一种驱动方式是采用电机驱动，这就要通过电机启动按钮来启动喷淋泵]，喷淋泵排水管线依次给三个喷嘴供水，开始冷却缸套、活塞。当冷却水到达排水管线末端时，冷却水推动小型水力发电机的叶轮转动，产生电流，接入线路的LED灯亮起。当发现灯亮时，再把断电报警器的开关置于“开”位，即“ON”位。如果不停泥浆泵或不停电机，则喷淋泵正常上水，LED灯始终是亮的，断路报警器就不会报警。如果喷淋泵因为各种原因（喷淋泵皮带断、喷淋泵进空气、上水管线堵塞、电机故障等）突然不上水了，一旦没有水流，接入喷淋泵排水管末端的发电机停止发电，这时LED 灯熄灭，断电报警器会发出刺耳的报警声。

图1 装置的结构示意图

5 实施效果

5.1 现场验证

安装到青州-1300泥浆泵-喷淋泵上水管线上，喷淋泵采用传统皮带驱动。按照操作要领动作，启动泥浆泵。在水流的驱动下，微型水力发电机发电，红色报警灯亮起。开启断电报警器，5分钟后停泥浆泵，这时喷淋泵失去动力，水流中断，发电机停止发电。瞬间断电报警器发出报警声，红色报警灯熄灭。经过现场试验，即时声光报警装置动作灵敏可靠，结果令人满意，达到了设计目的。

5.2 创造经济效益

（1）保守计算，钻井队现用普通缸套每个单价1200元，活塞每个单价130 元，均为泥浆泵易损件，每支钻井队使用此装置后，最少每年能节省3套活塞缸套。川庆钻探长庆钻井总公司钻井队按140计算。

（2）钻井总公司每年可节省缸套和活塞使用费用约55.86万元。计算式：（1200+130）x3x140=558600（元）

6 结语

（1）装置在使用过程中，需要有专人定期对线路防磨、防爆情况进行检查、维护和保养，确保声光报警装置灵敏、可靠。

（2）报警装置不使用时，关闭发电机旁边的阀门并把断电报警器打到关位[OFF]。

（3）在现有基础上，装置加工制作应更加规范合理安全，让装置达到产品级。

（4）保持冷却水清洁，及时更换冷却水。使用装置前，要在喷淋泵上水管线处加装滤网，减少杂物堵塞管道和影响发电机正常工作。

（5）在钻井泵上安装时，选择合适位置，线路合理布局，既不阻挡岗位人员观察泵压表，又不影响检修泥浆泵。

（6）为了确保缸套活塞得到最佳冷却效果，可把目前使用一个喷管直接喷水冷却水的方式稍加改变，采取圆弧式（圆弧外径略小于缸套内径）喷管，在圆弧上开若干小孔，实现对缸套、活塞的多角度冷却。