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(yè)中，噴淋泵是泥漿泵的關(guān)鍵附屬設(shè)備，它發(fā)揮了冷卻缸套、活塞的重要作用。日常使用過程中，容易發(fā)生噴淋泵不上水的情況，這種情況崗位人員無法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，往往是巡回檢查時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，往往會造成缸套、活塞不同程度受損。尤其是進(jìn)行定向鉆進(jìn)過程中，泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間相對較長，有時(shí)長達(dá)2～3小時(shí)，甚至更長時(shí)間，如果噴淋泵發(fā)生故障，不能正常上水，又不能被崗位人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(yán)重?fù)p壞，甚至報(bào)廢，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。從現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)，為了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控噴淋泵上水情況，急需有一種能夠即時(shí)有效的報(bào)警裝置來提醒崗位人員（副司鉆）。

1 研制背景

目前，鉆井作業(yè)現(xiàn)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(jī)直接給噴淋泵提供動力。作業(yè)現(xiàn)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(yùn)轉(zhuǎn)情況，尤其是進(jìn)行定向鉆進(jìn)過程中，泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間相對較長，有時(shí)達(dá)到2～3小時(shí)，甚至?xí)r間更長，副司鉆無法保證按時(shí)去觀察噴淋泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。這時(shí)，如果噴淋泵發(fā)生故障，不能正常上水，又不能被崗位人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(yán)重?fù)p壞，甚至報(bào)廢，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了切實(shí)減輕一線鉆井隊(duì)崗位人員的負(fù)擔(dān)，提升崗位人員對噴淋冷卻系統(tǒng)有效管理，做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，第一時(shí)間采取有效措施，避免損失擴(kuò)大化，川慶鉆探長慶鉆井總公司職工培訓(xùn)中心專門成立了“噴淋泵不上水即時(shí)報(bào)警裝置研究”課題小組，研究攻關(guān)這一難題，力求提高噴淋泵管理信息化水平，助力鉆井生產(chǎn)。

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(gè)備選方案。（1）在拉桿箱與噴淋泵儲水箱間適當(dāng)位置安裝微型監(jiān)控探頭，連接到井場視頻監(jiān)控系統(tǒng)上，實(shí)時(shí)監(jiān)控噴淋泵上水情況。（2）在拉桿箱內(nèi)部安裝溫控報(bào)警器，利用監(jiān)測拉桿箱溫度變化，來實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警。（3）利用噴淋泵帶壓水流，結(jié)合水力發(fā)電原理，把噴淋泵不上水的矛盾，轉(zhuǎn)化為水力發(fā)電機(jī)發(fā)不發(fā)電的矛盾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燈光報(bào)警和聲音報(bào)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(jiān)控探頭。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于噴淋泵上不上水，可被遠(yuǎn)程直觀看見，一目了然；不利因素是此處濕度大，環(huán)境相對惡劣，監(jiān)控探頭容易變模糊，不便維護(hù)，還需要外接電源，而且需要“長途”布線。視頻監(jiān)控還需要專人實(shí)時(shí)盯著觀察，不這樣做，就不能實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)的目的。

方案2：利用監(jiān)測拉桿箱溫度變化，實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警。此方案的問題在于報(bào)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(yùn)轉(zhuǎn)干磨，缸套、活塞的溫度就會迅速升高，而安裝在拉桿箱內(nèi)的溫控報(bào)警器溫度升高報(bào)警有個(gè)過程，存在明顯“滯后性”，這時(shí)活塞缸套可能已經(jīng)受損，所以這種報(bào)警方式不理想。

方案3：利用噴淋泵帶壓水流，結(jié)合水力發(fā)電原理，把噴淋泵不上水的矛盾，轉(zhuǎn)化為水力發(fā)電不發(fā)電的矛盾，進(jìn)而利用水力發(fā)出的電，實(shí)現(xiàn)燈光報(bào)警和聲音報(bào)警。此方案優(yōu)點(diǎn)是所需電能“自產(chǎn)自消、自給自足”，裝置制作成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、拆安方便、操作便捷、報(bào)警靈敏可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，實(shí)現(xiàn)聲、光雙重報(bào)警；外界影響因素少。

4 裝置與使用

（1）裝置構(gòu)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(gè)閘門，閘門后串接一個(gè)穩(wěn)壓12V微型水力發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)出水口的水可直接排入拉桿箱或通過管線連接噴頭，繼續(xù)發(fā)揮對缸套、活塞的冷卻作用。②從發(fā)電機(jī)引出的導(dǎo)線（導(dǎo)線在拉桿箱內(nèi)部采取彈性軟管保護(hù)，出拉桿箱后進(jìn)入鐵管線）在拉桿箱外部并聯(lián)接入一個(gè)10W左右的LED燈（采取防爆燈罩）和一個(gè)小型斷電報(bào)警器（導(dǎo)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，符合要求后，把斷電報(bào)警器置于“關(guān)”位，即“OFF”位。②啟動噴淋泵[作業(yè)現(xiàn)場噴淋泵的驅(qū)動有兩種方式，一種是借助泥漿泵驅(qū)動，這種方式只需掛合泥漿泵即可；還有一種驅(qū)動方式是采用電機(jī)驅(qū)動，這就要通過電機(jī)啟動按鈕來啟動噴淋泵]，噴淋泵排水管線依次給三個(gè)噴嘴供水，開始冷卻缸套、活塞。當(dāng)冷卻水到達(dá)排水管線末端時(shí)，冷卻水推動小型水力發(fā)電機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電流，接入線路的LED燈亮起。當(dāng)發(fā)現(xiàn)燈亮?xí)r，再把斷電報(bào)警器的開關(guān)置于“開”位，即“ON”位。如果不停泥漿泵或不停電機(jī)，則噴淋泵正常上水，LED燈始終是亮的，斷路報(bào)警器就不會報(bào)警。如果噴淋泵因?yàn)楦鞣N原因（噴淋泵皮帶斷、噴淋泵進(jìn)空氣、上水管線堵塞、電機(jī)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(fā)電機(jī)停止發(fā)電，這時(shí)LED 燈熄滅，斷電報(bào)警器會發(fā)出刺耳的報(bào)警聲。

圖1 裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

5 實(shí)施效果

5.1 現(xiàn)場驗(yàn)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(tǒng)皮帶驅(qū)動。按照操作要領(lǐng)動作，啟動泥漿泵。在水流的驅(qū)動下，微型水力發(fā)電機(jī)發(fā)電，紅色報(bào)警燈亮起。開啟斷電報(bào)警器，5分鐘后停泥漿泵，這時(shí)噴淋泵失去動力，水流中斷，發(fā)電機(jī)停止發(fā)電。瞬間斷電報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，紅色報(bào)警燈熄滅。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，即時(shí)聲光報(bào)警裝置動作靈敏可靠，結(jié)果令人滿意，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

5.2 創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益

（1）保守計(jì)算，鉆井隊(duì)現(xiàn)用普通缸套每個(gè)單價(jià)1200元，活塞每個(gè)單價(jià)130 元，均為泥漿泵易損件，每支鉆井隊(duì)使用此裝置后，最少每年能節(jié)省3套活塞缸套。川慶鉆探長慶鉆井總公司鉆井隊(duì)按140計(jì)算。

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

6 結(jié)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(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)，確保聲光報(bào)警裝置靈敏、可靠。

（2）報(bào)警裝置不使用時(shí)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)旁邊的閥門并把斷電報(bào)警器打到關(guān)位[OFF]。

（3）在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，裝置加工制作應(yīng)更加規(guī)范合理安全，讓裝置達(dá)到產(chǎn)品級。

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

（5）在鉆井泵上安裝時(shí)，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(gè)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(nèi)徑）噴管，在圓弧上開若干小孔，實(shí)現(xiàn)對缸套、活塞的多角度冷卻。