噴淋泵不上水即時聲光報警裝置研制

王曉偉 徐小亮 王松林（川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西咸陽713200）

0 引言

在石油鉆井作業中，噴淋泵是泥漿泵的關鍵附屬設備，它發揮了冷卻缸套、活塞的重要作用。日常使用過程中，容易發生噴淋泵不上水的情況，這種情況崗位人員無法第一時間發現，往往是巡回檢查時才能發現，往往會造成缸套、活塞不同程度受損。尤其是進行定向鉆進過程中，泥漿泵運轉時間相對較長，有時長達2～3小時，甚至更長時間，如果噴淋泵發生故障，不能正常上水，又不能被崗位人員及時發現，使得缸套、活塞在無任何冷卻的情況下工作，就會造成活塞、缸套的嚴重損壞，甚至報廢，造成較大的經濟損失。從現場實際出發，為了能夠實時監控噴淋泵上水情況，急需有一種能夠即時有效的報警裝置來提醒崗位人員（副司鉆）。

1 研制背景

目前，鉆井作業現場泥漿泵缸套、活塞的冷卻潤滑方式大多采用噴淋泵來冷卻。噴淋泵的動力來源有兩種方式，一種動力來源是通過皮帶連接泥漿泵主軸和噴淋泵，獲得動力；另一種動力來源是由電機直接給噴淋泵提供動力。作業現場，在鉆井泵正常使用過程中，副司鉆每間隔15分鐘就要觀察一次噴淋泵運轉情況，尤其是進行定向鉆進過程中，泥漿泵運轉時間相對較長，有時達到2～3小時，甚至時間更長，副司鉆無法保證按時去觀察噴淋泵的運轉情況。這時，如果噴淋泵發生故障，不能正常上水，又不能被崗位人員及時發現，使得缸套、活塞在無任何冷卻的情況下工作，就會造成活塞、缸套的嚴重損壞，甚至報廢，造成較大的經濟損失。為了切實減輕一線鉆井隊崗位人員的負擔，提升崗位人員對噴淋冷卻系統有效管理，做到第一時間發現問題，第一時間采取有效措施，避免損失擴大化，川慶鉆探長慶鉆井總公司職工培訓中心專門成立了“噴淋泵不上水即時報警裝置研究”課題小組，研究攻關這一難題，力求提高噴淋泵管理信息化水平，助力鉆井生產。

2 思路與方案

針對這一矛盾，研制小組成員集思廣益，提出了三個備選方案。（1）在拉桿箱與噴淋泵儲水箱間適當位置安裝微型監控探頭，連接到井場視頻監控系統上，實時監控噴淋泵上水情況。（2）在拉桿箱內部安裝溫控報警器，利用監測拉桿箱溫度變化，來實現高溫報警。（3）利用噴淋泵帶壓水流，結合水力發電原理，把噴淋泵不上水的矛盾，轉化為水力發電機發不發電的矛盾，進而實現燈光報警和聲音報警。

3 選出最佳方案

方案1：在拉桿箱與噴淋泵儲水箱間安裝微型監控探頭。此方案的優點在于噴淋泵上不上水，可被遠程直觀看見，一目了然；不利因素是此處濕度大，環境相對惡劣，監控探頭容易變模糊，不便維護，還需要外接電源，而且需要“長途”布線。視頻監控還需要專人實時盯著觀察，不這樣做，就不能實現第一時間發現的目的。

方案2：利用監測拉桿箱溫度變化，實現高溫報警。此方案的問題在于報警存在明顯“滯后性”，如果噴淋泵不上水，活塞、缸套在無任何冷卻的情況運轉干磨，缸套、活塞的溫度就會迅速升高，而安裝在拉桿箱內的溫控報警器溫度升高報警有個過程，存在明顯“滯后性”，這時活塞缸套可能已經受損，所以這種報警方式不理想。

方案3：利用噴淋泵帶壓水流，結合水力發電原理，把噴淋泵不上水的矛盾，轉化為水力發電不發電的矛盾，進而利用水力發出的電，實現燈光報警和聲音報警。此方案優點是所需電能“自產自消、自給自足”，裝置制作成本低廉、結構簡單、拆安方便、操作便捷、報警靈敏可靠，適應性強，能第一時間發現問題，實現聲、光雙重報警；外界影響因素少。

4 裝置與使用

（1）裝置構成：裝置選用上述方案3原理（參見圖1）。①在噴淋泵排水管線末端連接一個閘門，閘門后串接一個穩壓12V微型水力發電機，發電機出水口的水可直接排入拉桿箱或通過管線連接噴頭，繼續發揮對缸套、活塞的冷卻作用。②從發電機引出的導線（導線在拉桿箱內部采取彈性軟管保護，出拉桿箱后進入鐵管線）在拉桿箱外部并聯接入一個10W左右的LED燈（采取防爆燈罩）和一個小型斷電報警器（導線做好絕緣防爆措施）。

（2）操作方法：①裝置使用前，先檢查好電器線路連接的絕緣、防爆情況是否達到標準，符合要求后，把斷電報警器置于“關”位，即“OFF”位。②啟動噴淋泵[作業現場噴淋泵的驅動有兩種方式，一種是借助泥漿泵驅動，這種方式只需掛合泥漿泵即可；還有一種驅動方式是采用電機驅動，這就要通過電機啟動按鈕來啟動噴淋泵]，噴淋泵排水管線依次給三個噴嘴供水，開始冷卻缸套、活塞。當冷卻水到達排水管線末端時，冷卻水推動小型水力發電機的葉輪轉動，產生電流，接入線路的LED燈亮起。當發現燈亮時，再把斷電報警器的開關置于“開”位，即“ON”位。如果不停泥漿泵或不停電機，則噴淋泵正常上水，LED燈始終是亮的，斷路報警器就不會報警。如果噴淋泵因為各種原因（噴淋泵皮帶斷、噴淋泵進空氣、上水管線堵塞、電機故障等）突然不上水了，一旦沒有水流，接入噴淋泵排水管末端的發電機停止發電，這時LED 燈熄滅，斷電報警器會發出刺耳的報警聲。

圖1 裝置的結構示意圖

5 實施效果

5.1 現場驗證

安裝到青州-1300泥漿泵-噴淋泵上水管線上，噴淋泵采用傳統皮帶驅動。按照操作要領動作，啟動泥漿泵。在水流的驅動下，微型水力發電機發電，紅色報警燈亮起。開啟斷電報警器，5分鐘后停泥漿泵，這時噴淋泵失去動力，水流中斷，發電機停止發電。瞬間斷電報警器發出報警聲，紅色報警燈熄滅。經過現場試驗，即時聲光報警裝置動作靈敏可靠，結果令人滿意，達到了設計目的。

5.2 創造經濟效益

（1）保守計算，鉆井隊現用普通缸套每個單價1200元，活塞每個單價130 元，均為泥漿泵易損件，每支鉆井隊使用此裝置后，最少每年能節省3套活塞缸套。川慶鉆探長慶鉆井總公司鉆井隊按140計算。

（2）鉆井總公司每年可節省缸套和活塞使用費用約55.86萬元。計算式：（1200+130）x3x140=558600（元）

6 結語

（1）裝置在使用過程中，需要有專人定期對線路防磨、防爆情況進行檢查、維護和保養，確保聲光報警裝置靈敏、可靠。

（2）報警裝置不使用時，關閉發電機旁邊的閥門并把斷電報警器打到關位[OFF]。

（3）在現有基礎上，裝置加工制作應更加規范合理安全，讓裝置達到產品級。

（4）保持冷卻水清潔，及時更換冷卻水。使用裝置前，要在噴淋泵上水管線處加裝濾網，減少雜物堵塞管道和影響發電機正常工作。

（5）在鉆井泵上安裝時，選擇合適位置，線路合理布局，既不阻擋崗位人員觀察泵壓表，又不影響檢修泥漿泵。

（6）為了確保缸套活塞得到最佳冷卻效果，可把目前使用一個噴管直接噴水冷卻水的方式稍加改變，采取圓弧式（圓弧外徑略小于缸套內徑）噴管，在圓弧上開若干小孔，實現對缸套、活塞的多角度冷卻。