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[摘 要]自动混浆固井作业是新型固井水泥车的主要功能，根据自动混浆装置的工作原理，需要各系统的密切配合才能实现。针对固井自动混浆系统中混浆装置的驱动问题，对比分析了三种液压驱动方式。单泵减压回路驱动系统的成本最低，单泵优先分流驱动统的性价比最高。为了解决低温带来的问题，提出了下灰阀和高能混合器水阀的电控驱动方案。该系统应用于固井设备，提高了控制精度，操作简便，成本低，可使固井质量提高。
[关键词]固井设备；混浆系统；液压驱动；分析
中图分类号：TE925.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0288-01
固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。水泥浆的密度是固井施工作业中极其重要的参数，因其密度没有得到很好的控制而导致了许多固井作业的失败。在固井自动混浆系统中，除离心泵的驱动之外，还有一部分是混浆装置的驱动，即，混浆罐搅拌器、高能混合器水阀、下灰阀的驱动，目前主要采用液压驱动和电驱动两种方式。本文对三种液压驱动方案进行对比分析，提出了下灰阀和高能混合器水阀的电控驱动方案，并与液压驱动方案进行了对比分析。
一、液压驱动方式对比
液压驱动是混合设备驱动的主流，但不同的液压驱动系统制造商是不同的。以下描述了三种不同类型的液压驱动系统组件的实现，控制元件基本上是相同的原理，不同的是动力元件和控制元件。
（一）分泵独立驱动系统
分泵独立驱动系统是目前较多采用的驱动方式。混浆罐搅拌器用一套液压系统驱动，高能混合器水阀和下灰阀用另一套液压系统控制。
该驱动系统有两个独立的系統，互不干扰，但系统组件、管道复杂，成本高。在灰阀缸和高能量混合器阀门缸内分别采用电磁换向阀和手动换向阀进行并联控制，采用PLC电磁换向阀控制，实现手动阀的自动控制。较低的灰色阀缸和高能混合器气缸运动需要较少的流量，溢流阀溢流会导致浪费。
（二）单泵减压回路驱动系统
单泵减压回路驱动系统是烟台杰瑞石油装备技术有限公司采用的一种系统，整个混浆装置由一个液压泵驱动，主回路驱动混浆罐搅拌器，减压回路驱动高能混合器水阀和下灰阀。
这种驱动系统由1台液压泵驱动，系统元件少，管路简洁，成本低。减压回路的减压阀设定到7.5MPa，减压回路的压力受主回路的压力的影响，要求主回路的压力要高于减压回路的压力，所以在操作顺序上要先开主回路的调速阀启动搅拌器才能进行高能混合器水阀和下灰阀的操作。这种顺序操作有效地保证了操作的安全性，可以有效地防止因误操作造成的“砸罐”现象。
（三）单泵优先分流回路驱动系统
单泵优先分流回路驱动系统也是烟台杰瑞石油装备技术有限公司采用的一种系统，整个混浆装置由1台带有优先分流阀的液压泵驱动，优先回路驱动高能混合器水阀和下灰阀，另一回路驱动混浆罐搅拌器。
优先回路的特点是系统的流量优先供给优先回路，剩余的流量供给另一回路，选型时将优先回路选为定压力回路，保持优先回路的压力不变，在流量变化的时候优先保证优先回路的流量供给，保证高能混合器水阀和下灰阀的驱动操作，剩余的流量供给混浆罐搅拌器的驱动。
（四）对比分析
1、从上述三种液压系统的对比和分析来看，分泵独立驱动系统元件最多，管路最复杂，成本最高；单泵优先分流回路驱动系统元件最少，管路最简洁，成本适中；单泵减压回路驱动系统成本最低。
2、由于三种系统的执行元件及执行元件的控制元件相同，存在共同的缺点。高能混合器的水阀和下灰阀的驱动都是油缸做往复运动，由于高能混合器的水阀和下灰阀驱动所需的驱动力不大，动作的行程也不大，动作的速度也控制在较低，所以这两个油缸的缸径和实际动作行程比较小，往复运动到油缸的液压油量非常小，都是管路中的液压油。这种回路在冬季低温的情况下有一定的缺陷，即使油缸动作的油都是管路中的低温油，该油不能循环到油箱中和其他系统的液压油混合升温，导致黏度增加，加上节流调速阀的作用，使得油缸的动作比较缓慢，节流阀调节时也比较困难，速度不易控制，要根据季节温度的变化来调节节流阀的开度。
二、下灰阀和高能混合器水阀电控驱动方式
在混浆固井作业前要检查以下项目：①检查液压油箱液面，应符合技术要求（液面为油箱容积？以上）。②检查液压系统管路，无渗漏、松动、破裂等缺陷；各液压管线有无扭曲、破损、起泡和受压现象。若管路、软管等出现擦伤现象，应予以更换、重新布线或采取其他措施进行保护以防再次损坏。③检查液压油泵吸油口球阀是否打开，应全程打开，以防油泵空转，发生干摩擦，出现烧泵现象。④检查车台仪表板液压系统各参数显示仪表是否完好。⑤检查各操作手柄是否都在合适位置，是否灵活可靠。⑥对于寒冷天气作业，启动前要检测液压油温，如果油温低于10℃液压油，液压油需要预热。以上项目检查无误以后，再启动底盘发动机和闭合底盘取力器开关。
与液压系统相比，电力驱动系统有四个优点。首先，耐-40℃驱动电动机的选择，可以在低温下正常工作，容易控制，避免液压控制阀和灰阀在冬季出现低温时降低速度，但也不需要因季节性的温度变化调整节流阀打开麻烦。二是提高控制精度，特别是低速控制精度。第三，零标定方便，使用电机特性，仅需三秒完成零刻度阀位，解决不同设备之间的机械误差带来调试问题，节省调试时间。第四，提供了方便的能源，直接从设备配置的电池中获取能量，避免了液压系统从电力系统中获取电力，转换了液压能源和机械能，提高了效率，节约了成本。
固井施工结束后，必须采用清水将自动混浆系统清洗干净，否则极易堵塞其密度自动控制系统，造成密度无读数。
三、结束语
在固井自动混合系统中，由动力驱动，由分泵独立驱动系统，逐步提高对单泵真空电路驱动系统的优化，单泵优先分流驱动系统。研究了煤灰阀的电动驱动方案和高能混合器阀，控制精度和操作简单性进一步提高，使液压传动受低温的影响而得到解决。在灰分阀和高能混合器的控制下，电控驱动程序已经过严格的测试，用于固井设备。水泥砂浆混合罐系统采用液压混频器驱动，以及下灰色阀和高能混合阀电动驱动程序，充分结合电气控制和液压控制的优点，适用于不同的操作环境，在实际操作中可广泛使用。
参考文献
[1] 张树立，木合塔尔·克力木，王锋，刘士堂，张伟.固井用混浆装置的液压驱动方式对比分析[J].石油矿场机械，2013，42（10）：78-80.
[2]王来智，李国明，姚伟锋等.测井车新型发电机液压传动系统原理和性能[J].石油矿场机械，2010，39（11）：72--74.
[关键词]固井设备；混浆系统；液压驱动；分析
中图分类号：TE925.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0288-01
固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。水泥浆的密度是固井施工作业中极其重要的参数，因其密度没有得到很好的控制而导致了许多固井作业的失败。在固井自动混浆系统中，除离心泵的驱动之外，还有一部分是混浆装置的驱动，即，混浆罐搅拌器、高能混合器水阀、下灰阀的驱动，目前主要采用液压驱动和电驱动两种方式。本文对三种液压驱动方案进行对比分析，提出了下灰阀和高能混合器水阀的电控驱动方案，并与液压驱动方案进行了对比分析。
一、液压驱动方式对比
液压驱动是混合设备驱动的主流，但不同的液压驱动系统制造商是不同的。以下描述了三种不同类型的液压驱动系统组件的实现，控制元件基本上是相同的原理，不同的是动力元件和控制元件。
（一）分泵独立驱动系统
分泵独立驱动系统是目前较多采用的驱动方式。混浆罐搅拌器用一套液压系统驱动，高能混合器水阀和下灰阀用另一套液压系统控制。
该驱动系统有两个独立的系統，互不干扰，但系统组件、管道复杂，成本高。在灰阀缸和高能量混合器阀门缸内分别采用电磁换向阀和手动换向阀进行并联控制，采用PLC电磁换向阀控制，实现手动阀的自动控制。较低的灰色阀缸和高能混合器气缸运动需要较少的流量，溢流阀溢流会导致浪费。
（二）单泵减压回路驱动系统
单泵减压回路驱动系统是烟台杰瑞石油装备技术有限公司采用的一种系统，整个混浆装置由一个液压泵驱动，主回路驱动混浆罐搅拌器，减压回路驱动高能混合器水阀和下灰阀。
这种驱动系统由1台液压泵驱动，系统元件少，管路简洁，成本低。减压回路的减压阀设定到7.5MPa，减压回路的压力受主回路的压力的影响，要求主回路的压力要高于减压回路的压力，所以在操作顺序上要先开主回路的调速阀启动搅拌器才能进行高能混合器水阀和下灰阀的操作。这种顺序操作有效地保证了操作的安全性，可以有效地防止因误操作造成的“砸罐”现象。
（三）单泵优先分流回路驱动系统
单泵优先分流回路驱动系统也是烟台杰瑞石油装备技术有限公司采用的一种系统，整个混浆装置由1台带有优先分流阀的液压泵驱动，优先回路驱动高能混合器水阀和下灰阀，另一回路驱动混浆罐搅拌器。
优先回路的特点是系统的流量优先供给优先回路，剩余的流量供给另一回路，选型时将优先回路选为定压力回路，保持优先回路的压力不变，在流量变化的时候优先保证优先回路的流量供给，保证高能混合器水阀和下灰阀的驱动操作，剩余的流量供给混浆罐搅拌器的驱动。
（四）对比分析
1、从上述三种液压系统的对比和分析来看，分泵独立驱动系统元件最多，管路最复杂，成本最高；单泵优先分流回路驱动系统元件最少，管路最简洁，成本适中；单泵减压回路驱动系统成本最低。
2、由于三种系统的执行元件及执行元件的控制元件相同，存在共同的缺点。高能混合器的水阀和下灰阀的驱动都是油缸做往复运动，由于高能混合器的水阀和下灰阀驱动所需的驱动力不大，动作的行程也不大，动作的速度也控制在较低，所以这两个油缸的缸径和实际动作行程比较小，往复运动到油缸的液压油量非常小，都是管路中的液压油。这种回路在冬季低温的情况下有一定的缺陷，即使油缸动作的油都是管路中的低温油，该油不能循环到油箱中和其他系统的液压油混合升温，导致黏度增加，加上节流调速阀的作用，使得油缸的动作比较缓慢，节流阀调节时也比较困难，速度不易控制，要根据季节温度的变化来调节节流阀的开度。
二、下灰阀和高能混合器水阀电控驱动方式
在混浆固井作业前要检查以下项目：①检查液压油箱液面，应符合技术要求（液面为油箱容积？以上）。②检查液压系统管路，无渗漏、松动、破裂等缺陷；各液压管线有无扭曲、破损、起泡和受压现象。若管路、软管等出现擦伤现象，应予以更换、重新布线或采取其他措施进行保护以防再次损坏。③检查液压油泵吸油口球阀是否打开，应全程打开，以防油泵空转，发生干摩擦，出现烧泵现象。④检查车台仪表板液压系统各参数显示仪表是否完好。⑤检查各操作手柄是否都在合适位置，是否灵活可靠。⑥对于寒冷天气作业，启动前要检测液压油温，如果油温低于10℃液压油，液压油需要预热。以上项目检查无误以后，再启动底盘发动机和闭合底盘取力器开关。
与液压系统相比，电力驱动系统有四个优点。首先，耐-40℃驱动电动机的选择，可以在低温下正常工作，容易控制，避免液压控制阀和灰阀在冬季出现低温时降低速度，但也不需要因季节性的温度变化调整节流阀打开麻烦。二是提高控制精度，特别是低速控制精度。第三，零标定方便，使用电机特性，仅需三秒完成零刻度阀位，解决不同设备之间的机械误差带来调试问题，节省调试时间。第四，提供了方便的能源，直接从设备配置的电池中获取能量，避免了液压系统从电力系统中获取电力，转换了液压能源和机械能，提高了效率，节约了成本。
固井施工结束后，必须采用清水将自动混浆系统清洗干净，否则极易堵塞其密度自动控制系统，造成密度无读数。
三、结束语
在固井自动混合系统中，由动力驱动，由分泵独立驱动系统，逐步提高对单泵真空电路驱动系统的优化，单泵优先分流驱动系统。研究了煤灰阀的电动驱动方案和高能混合器阀，控制精度和操作简单性进一步提高，使液压传动受低温的影响而得到解决。在灰分阀和高能混合器的控制下，电控驱动程序已经过严格的测试，用于固井设备。水泥砂浆混合罐系统采用液压混频器驱动，以及下灰色阀和高能混合阀电动驱动程序，充分结合电气控制和液压控制的优点，适用于不同的操作环境，在实际操作中可广泛使用。
参考文献
[1] 张树立，木合塔尔·克力木，王锋，刘士堂，张伟.固井用混浆装置的液压驱动方式对比分析[J].石油矿场机械，2013，42（10）：78-80.
[2]王来智，李国明，姚伟锋等.测井车新型发电机液压传动系统原理和性能[J].石油矿场机械，2010，39（11）：72--74.