钻井泵泵压防护系统技术方案

一种钻井泵泵压防护系统，包括信号采集单元以及控制单元，由高压阀、低压回流阀和三通管构成泵压防护闸门组，三通管进水口的一端与钻井泵出水口相连，另外两端一端连接高压阀，一端连接低压回流阀，所述高压阀采用电动阀或气动阀，低压回流阀采用气动阀，所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接控制单元；信号采集单元采用压力传感器安装在高压阀或钻井泵的出水管线上，压力传感器输出信号连接控制单元；所述控制单元实时监测高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，采用泵压防护电磁阀或泵压防护继电器对钻井泵进行介入式泵压防护控制。进行介入式泵压防护控制。进行介入式泵压防护控制。

【技术实现步骤摘要】
钻井泵泵压防护系统


[0001]本专利技术涉及石油钻井工程安全控制技术，尤其是涉及钻井泵的泵压防护。

技术介绍

[0002]随着石油开采技术的不断革新和钻修井新工艺、新技术的发展，对作为钻机“心脏”的钻井泵的功能性、经济性、安全性的要求也越来越高。而钻井泵闸门组作为钻井液循环系统中的关键设备，其技术性能与安全性的高低，直接关系到钻井泵作用的发挥。
[0003]目前国内外每台钻井泵闸门组的配备包括一个高压阀和一个低压阀，高低压阀的开关，仍然要靠人工操作，费时费力效率低下，且有一定的风险性。在开关高低压阀门时，往往由于人与人之间信息传递的错误产生误操作。这种误操作轻者引起设备损坏，重者导致设备报废甚至人员伤亡的重大事故。再者，钻井泵作为高压设备，其泵压防护方式仍然停留在使用老式的剪切式安全阀。这种安全阀仅有5
‑
6个防护档位，有
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10%以上的误差，而且安全销钉剪切后，若要重新恢复钻进，需要较长时间。这些弊端严重阻碍了钻井工艺及安全性的提高。比如在复杂地层的井段开展定向施工、水平施工或开窗侧钻时，易蹩泵憋开安全阀导致停泵，如果不能快速重新启动钻井泵，会使井下无法建立起钻井液循环，容易形成井壁缩径或坍塌，造成卡钻事故的发生。当钻井泵泵压瞬间升高超过防护级别时，若安全销钉剪切不及时极易引发设备损坏，甚至造成人员伤亡。
[0004]申请人之前提出的专利技术专利201811049380.2提出了一种石油钻井工程中防止钻井泵误操作的方法，在钻井泵和立管上各安装一个压力传感器，通过对比立管压力与钻井泵压力的差值，判断是否有钻井泵误操作发生。但这种方法在实际应用中有一定的局限性，一是当立压或泵压传感器损坏时系统会误判，二是未能解决高压阀门的自动启停问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术不足，提出一种泵压防护系统，通过泵压防护闸门组和控制单元实现高压阀和低压回流阀的打开或关闭，同时，通过控制单元实时监测电动阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并通过执行单元控对钻井泵进行介入式泵压防护控制。
[0006]本专利技术实现了钻井泵高低压闸门启停的自动化控制以及泥浆压力超限情况下的双重防护控制，可以有效防止泵压超高超限以及由于误判误操作造成的憋泵事故。
[0007]本专利技术采用的技术方案：一种钻井泵泵压防护系统，包括高压阀、低压回流阀、信号采集单元以及控制单元，所述高压阀出口管道连接钻井高压管路，低压回流阀出口管道连接泥浆罐回流；由所述高压阀、低压回流阀和三通管构成泵压防护闸门组，所述三通管进水口的一端与钻井泵出水口相连，三通管另外两端一端连接高压阀，一端连接低压回流阀，所述高压阀采用电动阀或气动阀，所述低压阀采用气动阀，所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；所述电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接所述控制单元；所述信号采集单元采用压力传感器安装在高压阀或钻井泵的出水管线上，压力传感器输出
信号连接控制单元；所述控制单元实时监测高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并按照如下控制逻辑控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，通过执行单元采用泵压防护电磁阀或泵压防护继电器对钻井泵进行介入式泵压防护控制：当高压阀打开时低压回流阀关闭；当高压阀关闭时低压回流阀打开；2）当高压阀打开且低压回流阀关闭时，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，N>0，则闭合串接在机械泵控制气路上的泵压防护电磁阀使钻井泵停止运行，或者断开串接在电动泵控制电路上的泵压防护继电器使钻井泵停止运行，或者打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。
[0008]步骤2）中，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，闭合串接在机械泵控制气路上的电磁阀或者断开串接在电动泵控制电路上的继电器，停泵；如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值M，M>N，则打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。
[0009]所述控制单元采用工控机以及PLC，所述PLC通过串口与工控机连接；压力传感器输出信号通过AD模块连接控制单元的PLC；所述执行单元，对于机械钻井泵，所述泵压防护电磁阀串接在机械钻井泵控制气路上；对于电动钻井泵，所述泵压防护继电器串接在电动钻井泵控制电路上，所述泵压防护电磁阀或泵压防护继电器受控连接于控制单元的PLC。
[0010]所述的钻井泵泵压防护系统，对于含有两个以上钻井泵的钻井系统，和每一个钻井泵对应设置一个泵压防护闸门组，所述泵压防护闸门组的三通管进水口分别与对应的钻井泵的出水口相连，高压阀的出口管道连接钻井高压管路，低压回流阀的出口管道与泥浆罐相连；所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；所述电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接所述控制单元；所述控制单元实时监测电动阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并按照如下控制逻辑控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，通过执行单元采用与钻井泵对应数量的泵压防护电磁阀或泵压防护继电器分别对相应的钻井泵进行介入式泵压防护控制：（1）在同一个泵压防护闸门组中，当高压阀打开时低压回流阀关闭；当高压阀关闭时低压回流阀打开；（2）在任一泵压防护闸门组中，当高压阀打开且低压回流阀关闭时，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，N>0，则闭合串接在机械泵控制气路上的泵压防护电磁阀使钻井泵停止运行或断开串接在电动泵控制电路上的泵压防护继电器使钻井泵停止运行；或者，打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。
[0011]一种钻井泵泵压防护系统，包括高压阀、低压回流阀、信号采集单元以及控制单元，所述高压阀出口管道连接钻井高压管路，低压回流阀出口管道连接泥浆罐回流；由所述高压阀、低压回流阀和三通管构成泵压防护闸门组，所述三通管进水口的一端与钻井泵出水口相连，三通管另外两端一端连接高压阀，一端连接低压回流阀；所述高压阀采用电动阀或气动阀，低压回流阀采用气动阀，所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；所述电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接所述控制单元；所述信号采集单元采集高压阀或钻井泵的出水管线上的压力信号以及电动泵泵速给定信号传输到控制单元；所述控制单元实时监测高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并按照如下的控制逻辑控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，通过执行单元控制电动泵泵速
给定信号对钻井泵进行介入式泵压防护控制：（1）当高压阀打开时低压回流阀关闭；当高压阀关闭时低压回流阀打开；（2）当高压阀打开且低压回流阀关闭时，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，所述N>0，输出控制信号给电动钻井泵的控制装置，使钻井泵降速运行，或停泵，或打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。
[0012]步骤2）中，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，输出控制信号给电动钻井泵的控制装置，使钻井泵降速运行；如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力持续大于设定值N1，所述N1&gt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井泵泵压防护系统，包括高压阀、低压回流阀、信号采集单元以及控制单元，所述高压阀出口管道连接钻井高压管路，低压回流阀出口管道连接泥浆罐回流；其特征在于：由所述高压阀、低压回流阀和三通管构成泵压防护闸门组，所述三通管进水口的一端与钻井泵出水口相连，三通管另外两端一端连接高压阀，一端连接低压回流阀，所述高压阀采用电动阀或气动阀，所述低压阀采用气动阀，所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；所述电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接所述控制单元；所述信号采集单元采用压力传感器安装在高压阀或钻井泵的出水管线上，压力传感器输出信号连接控制单元；所述控制单元实时监测高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并按照如下控制逻辑控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，通过执行单元采用泵压防护电磁阀或泵压防护继电器对钻井泵进行介入式泵压防护控制：（1）当高压阀打开时低压回流阀关闭；当高压阀关闭时低压回流阀打开；（2）当高压阀打开且低压回流阀关闭时，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，N>0，则闭合串接在机械泵控制气路上的泵压防护电磁阀使钻井泵停止运行，或者断开串接在电动泵控制电路上的泵压防护继电器使钻井泵停止运行，或者打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。2.根据权利要求1所述的钻井泵泵压防护系统，其特征在于：步骤2）中，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，闭合串接在机械泵控制气路上的电磁阀或者断开串接在电动泵控制电路上的继电器，停泵；如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值M，M>N，则打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。3.一种钻井泵泵压防护系统，包括高压阀、低压回流阀、信号采集单元以及控制单元，所述高压阀出口管道连接钻井高压管路，低压回流阀出口管道连接泥浆罐回流；其特征在于：由所述高压阀、低压回流阀和三通管构成泵压防护闸门组，所述三通管进水口的一端与钻井泵出水口相连，三通管另外两端一端连接高压阀，一端连接低压回流阀；所述高压阀采用电动阀或气动阀，低压回流阀采用气动阀，所述电动阀的开关控制继电器或气动阀的开关控制电磁阀受控连接于控制单元；所述电动阀或气动阀的限位开关输出信号连接所述控制单元；所述信号采集单元采集高压阀或钻井泵的出水管线上的压力信号以及电动泵泵速给定信号传输到控制单元；所述控制单元实时监测高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力，并按照如下的控制逻辑控制高压阀和低压回流阀打开或关闭，通过执行单元控制电动泵泵速给定信号对钻井泵进行介入式泵压防护控制：（1）当高压阀打开时低压回流阀关闭；当高压阀关闭时低压回流阀打开；（2）当高压阀打开且低压回流阀关闭时，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，所述N>0，输出控制信号给电动钻井泵的控制装置，使钻井泵降速运行，或停泵，或打开连接泥浆罐回流的低压回流阀泄压。4.根据权利要求3所述的钻井泵泵压防护系统，其特征在于：步骤2）中，如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力大于设定值N，输出控制信号给电动钻井泵的控制装置，使钻井泵降速运行；如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆压力持续大于设定值N1，所述N1>N，则输出控制信号给电动钻井泵的控制装置，使钻井泵泵速逐渐降低直至停泵。5.根据权利要求3所述的钻井泵泵压防护系统，其特征在于：如果高压阀或钻井泵的出水管线上的泥浆大于设定值N2,打开连接泥浆罐回流的低压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，张志涛，孙志刚，夏玉龙，张英栋，
申请(专利权)人：濮阳市百福瑞德石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：