平膜压力传感器在钻井循环系统中的应用

摘要：平膜压力传感器在钻井循环系统中的应用主要是提出了一种能够及时响应的智能化响应系统，并在检测到事故信号后发生动作，减少了泥浆泵误动作的发生频次，在系统的组合设置上具有一定的新颖性。

关键词：平膜压力传感器;信号隔离变送器;触摸屏;PLC300

1.概况

在钻井施工过程中由于地质构造、泥浆性能、泥浆泵设备、井筒内环空存砂堵和动力钻具在井底施加钻压后水眼憋堵，造成压力不稳。整个循环系统压力持续升高，首先可能导致泥浆泵剪切安全阀动作、泥浆泵液力端刺漏、地面循环管汇薄弱处刺漏和井下钻具刺漏等复杂情况发生，任何事故的发生，操作者不能在第一时间停止泥浆泵，都将可能造成无法估量的损失，造成设备损坏，造成井下复杂，也有可能造成环境污染。

操作者在接立柱前时会习惯性的关闭顶驱IBOP，接完后启动泥浆泵时忘记打开IBOP开关，泥浆泵启动使得循环系统压力上升，触动剪销安全阀，通过泄压管线进行压力卸载。

2.平模压力传感器在钻井循环系统中的应用研究

2.1主要发现问题和原因分析

1通过触摸屏设置数据，传感器检测和执行机构构成的智能化响应机制。

2防止在钻进过程中循环压力过高使得剪销安全阀频繁动作。

3防止人员误操作。

4在剪销安全阀动作前，做到有效停止泥浆泵，将循环系统压力控制在设定范围内，有效的控制循环系统薄弱环节刺漏、崩裂造成对环境的污染。

2.2应对措施，解决问题

泥浆泵在循环系统中主要用来建立循环压力，钻进过程中会发生压力忽高而导致管线薄弱环节刺漏或崩裂，整个循环系统将存在潜在危险。在循环系统中使用平模压力传感器，及时检测压力值，显示在触摸屏上并且发出停止变频器指令，切断液力端动力来源，使得循环压力降低，从而保护设备。

在钻台立管闸门组处安装压力传感器，通过信号线连接到信号输入模块上，PLC-300CPU分析数据，数值显示在触摸屏上，数值达到设定值，PLC输出信号，声光报警响并告警，达到停泵数值，信号传输到VFD房内对变频器进行停止操作。

2.3设计原理

1、平膜压力压力传感器，型号：ZL-PMYL-40C，量程0-40Mpa，输出信号4-20mA，供电12-36VDC，精度：±0.2%FS，生产厂家众联石油，检测介质为水基泥浆、油基泥浆。

平膜压力传感器在石油行业中广泛应用，在钻井队经常能看到地质录井队、定向服务公司和国际技术服务公司斯伦贝谢等都在频繁使用。

2、直流信号隔离变送器

使用的PLC模拟量输入模块采集电压信号，所以要将传感器电流信号转为电压信号，模块RL-D02 直流信号隔离变送器完成电流信号转换为电压信号的功能。

3、PLC模拟量输入模块

PLC模拟量输入模块选用设备已有的型号为6ES7 531-7KF00-0AB0模块。通过PLC模块对采集数据进行分析和转换为可执行信号，传递到相应的设备中。

4、触摸屏

精智面板TP1200触摸屏在钻井操作中集成了设备操控的很多操作功能和设备运转状态显示，例如泥浆泵的启停操作、绞车的启停等。使用设备已有的面板进行显示和操作设置，避免给操作者增加操作难度。

5、操作流程

人员操作时，通过“立管管汇压力设定画面”读取立管压力数据，数据通过平膜压力传感器传递到PLC，通过PLC300 CPU内部程序的函数计算，在触摸屏实时显示数字式压力值。

“高关断值”设定，传感器检测到立管压力值达到设定值后会第一时间停止循环液力端的电机动力，FL1600HL高压泥浆泵，任何一台运转的泥浆泵在检测到立管压力值达到设定值时都会在第一時间内停止当前使用的泥浆泵，防止循环系统内的压力持续升高，造成系统压力异常增高而发生剪切安全阀动作、管汇薄弱点刺漏或是空气包崩飞等现象的发生，参与循环的薄弱环节都将在系统压力异常升高后发生不可预知的后果。压力传感器采集信号，通过PLC分析和显示的效果远远高于司钻主观发现系统压力异常，能够及早扼制压力异常。

循环系统压力异常增高，可能是操作者的疏忽大意，在接完立柱（单根）后忘记开打开顶驱IBOP（或是旋塞），继续开启泥浆泵，开泵后压力持续増高，使得压力达到泥浆泵剪切安全阀设定值，切断销钉释放压力，剪切销子是一种钢材质制作的圆柱形销钉，在剪切过程中可能会发生形变等复杂情况，维修更换异常繁琐。

“高报警值”设定，在进行钻进参数调整，达到工程设计要求，在正常施工过程中如果泵压是22Mpa时，我们可以设定23-24MPa之间或是更高一点的压力值作为报警压力值，传感器在检测到压力值达到报警值，会触发触报警装置，通过信号输出给操作台面板的声光报警灯，发生“滴、滴、滴”的红色声光报警，提示操作者系统压力升高，谨慎操作，保持钻压等，进一步核实压力变化的原因，防止循环压力持续升高触发“高值关断”。

“低报警值”设定，在钻井过程中压力异常波动，操作者在打钻过程中关注各种钻井参数包含泵压、悬重、钻压、扭矩、摩阻和转速，存在钻井参数随时变化莫测，正常钻进过程中压力持续变低，达到设定值时发出声光报警提醒操作者目前地层压力异常，操作者会第一时间和地面人员取得沟通，确认是否是泥浆泵上水不好，是否存在管路刺漏等异常现象。在第一时间发现和处理问题，避免小事故得不到及时处理而酿成大的环境污染事故，在有效时间内迅速发现井下复杂情况，判断钻具是否有刺漏，是否钻穿岩石洞穴等。

6、总结和建议

通过提出一种带有压力传感器、转化模块、输入模块以及带有触摸屏的操作设备，不但实现了灵活传输信号以及对系统进行相应参数的设定，进而实现了智能化响应的功能，响应及时，能够解决一定的技术问题，产生积极的技术效果，且电路的信号传输关系具有一定的新颖性。

通过井场现有是设备和设施，高效采集数据达到显示控制等环节的连锁反应，保证了设备的本质安全性，创造出了安全可靠的保护装置，希望能为公司安全工程创造合理的价值。

参考文献：

[1]郑俊华.地层压力随钻测量仪器微型液压系统研制[J].钻采工艺.2017（06）.

[2]张涛.随钻压力测量系统的研制与现场试验[J].石油钻采工艺.2012（02）.

作者简介：

刘辉祥，男，1987年09月出生青海省海东市， 汉，工程师，2009年毕业于西南石油大学，现于长城钻探工程有限公司钻井二公司从事钻井工作。