摘要：本文分析针对油田高压往往复式柱塞泵普通存在函体盘根刺水导致柱塞泵曲轴箱内机油被乳化的现象，进行了往复式柱塞泵函体刺水探头的理论结构分析，并根据往复式柱塞泵探窗构件设计出往复式柱塞泵函体刺水探头的实用结构。本文还对往复式柱塞泵函体刺水探头的前端信号处理电路的设计和封装提出具体的措施，并对多台往复式柱塞泵安装的GMS函体刺水探头的无线集群管理提出了构建思路。
关键词：往复式柱塞泵函体刺水探头研制；GMS报警器；无线集群管理
目前各油田对地层注水所使用的泵管压力大多在20MPa以上，油田普遍采用高压往复式柱塞泵对地层进行高压注水，往复式柱塞泵由于其工作压力高，泵函体刺水造成高压往复式柱塞泵曲轴箱内的机油乳化现象普遍存在，每年全国各油田所用的往复式柱塞泵造成的曲轴箱内的机油进水乳化，导致的机油浪费现象非常严重。往复式柱塞泵虽然有温度、机油液位等探头，但是目前国内生产高压往复式柱塞泵行业尚无人研制泵函体刺水探头。
一、往复式柱塞泵函体刺水探头的研制
1、往复式柱塞泵函体存在的问题
往复式柱塞泵函体结构比较简单，它由一个可往复运动的柱塞、函体、函体内纺纶盘根等组成，往复式柱塞泵在正常运行时盘根与柱塞之间有水出来是必然现象，盘根与柱塞之间的刺出水束会产生的 “水力切割”现象，导致盘根函体内的7－8组纺纶盘根在短时间内全部报切破而报废，并且盘根与函体之间形成的高压水束使得曲轴箱内的机油乳化，造成生产成本的增加和缩短了设备的使用寿命。
2、往复式柱塞泵函体刺水探头模型原理
a、往复式柱塞泵函体刺水时泵体周边环境的分析
柱塞泵盘根刺水时，柱塞泵探窗和柱塞泵体外部就会形成大量的动态的雾状水滴，这些大量的动态的雾状水滴会四处飘落，这些水束以及动态的雾状水滴的存在可作为往复式柱塞泵函体刺水探头的研制的入口。
b、往复式柱塞泵函体刺水探头设计原理
动态的雾状水滴或水束由于其本身的重量会在短时间内落下，此时，可以在柱塞泵探窗上安装一个能收集动态的雾状水滴或水束“容器”，“容器”内的水位每分钟长涨的高度或是容器内水每分钟向外溢出的水滴滴数即可作为判断柱塞泵盘根刺水程度的依据。如果容器采用金属材料制作，在容器底下安装一个金属棒见图1a，此时金属材料的容器与安装在容器底下的一个金属棒就可以形成一对电极，其效果等同于图1b。当有水滴将二个电极连通时，二电极之间的电阻值就会发生变化，并且这个变化的电阻值的频率会和从“容器”壁上下落的水滴的频率保持同步。
d、往复式柱塞泵函体刺水探头模型设计
往复式柱塞泵函体刺水探头模型设计要求为：方便安装、收集往复式柱塞泵函体发生刺水信息准确、电极之间有可靠的绝缘性能。在模型设计时，为了能方便收集到往复式柱塞泵探窗内的动态雾状水滴，在此根据往复式柱塞泵探窗构件的外型，将“容器”设计成一块底部带有向上折弯的垂直金属板，形成一个“折弯容器”。垂直金属板的二侧有平行支撑板，平行支撑板上安装有强磁铁和强磁铁罩子，强磁铁可以方便将整个刺水探头支架吸在往复式柱塞泵探窗之上。在垂直金属板上顶部开孔安装一根金属棒作为另一电极，金属棒与垂直金属板之间通过聚四氟材料的绝缘垫片进行绝缘。其具体结构见图2，图中1为金属电极、2为聚四氟垫片、3为折弯容器、4为强磁铁罩子。
3、往复式柱塞泵函体刺水探头报警器电路构成
GMS报警器电路总体结构是由一个比较电路、脉冲整型电路、C52单片机和GMS信号发射电路构成，具体框图见图3。这里需要注意的是由于往复式柱塞泵刺水探头是在变频模块高达20KW的大功率环境下工作，空间电磁环境干扰严重。为了确保比较电路和脉冲整型电路能可靠工作，这里我们将比较电路和脉冲整型电路整体设计安装在垂直金属板上端，并且应用一个金属罩来进行电磁波屏蔽，即探头信号进行就地屏蔽处理，从而减少高压电路所产生的电磁波对小信号处理电路的干扰。
二、往复式柱塞泵函体刺水探头的集群管理
对于注水井井间距较远油田，一般注水系统采用单井单注的撬式往复式柱塞泵装置。由于单井与单井之间的距离远，为了达到多井信息集成管理目的，我们采用一台GMS终端设备来接收多个撬式往复式柱塞泵装置内的函体刺水发射信号。从而实现一个站点采用一个终端设备来监控野外多台撬式往复式柱塞泵装置内的往复式柱塞泵函体是否发生刺水现象。
三、结束语
1、往复式柱塞泵函体刺水探头的研制指出了柱塞式往复式柱塞泵函体刺水探头的研究方向。它的应用减少操作者的劳动强度，可及时提醒操作人员对刺水的柱塞泵函体进行处理，减少柱塞泵曲轴箱内机油被函体刺出水乳化的几率，具有明显的经济效益和社会效益的潜力。
2、往复式柱塞泵函体刺水探头的研制与无线集群管理的通讯能力尚没有完全开发，散布在野外柱塞泵上的控制参数如泵压、排量、机油液面、用电量等需要记录的工作参数可以搭载在GMS通讯信号上，从而全面实现往复式柱塞泵各项参数的远程传输和记录。
参教文献：
[1]《Solidworks 高级教程管道与布线》机械工业出版社 作者：（美）SolidWorks公司
作者简介：
艾晓慧 2004年毕业于长江大学美术学专业 现从事石油开采
论文作者:艾晓慧,洪河,谢江,李梦娅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/25
标签：柱塞泵论文; 往复式论文; 电路论文; 水滴论文; 容器论文; 机油论文; 电极论文; 《基层建设》2018年第4期论文;