鉆井用泥漿泵的工作原理及日常維護探討

呂增烈

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

在石油鉆井施工過程中，主要依靠泥漿泵實現泥漿循環過程。泥漿泵在石油鉆井施工中需要輸送的泥漿量比較大，泥漿本身的粘度較大，并含有大量的沙，輸送壓力也比較高，泥漿本身還具有一定的腐蝕性，在泥漿循環過程中很容易導致泥漿泵的缸套出現嚴重磨損，導致泥漿泵出現失效問題。因此，在石油鉆井施工過程中，要針對泥漿泵不斷強化維護管理，才能有效延長泥漿泵的使用壽命，進一步提升石油鉆井的泥漿循環效率。

1 鉆井用泥漿泵工作原理分析

泥漿泵本質上屬于一種配備了縱向鉆孔的泥漿輸送活塞式往復泵，與常規的往復泵工作原理相似程度比較高。泥漿泵主要由液力端和動力端兩部分構成，泵缸、活塞、吸入閥、吸入管、排出閥是液力端的主要組成部分，偏心軸、曲柄、連桿是主要的動力端組成部分[1]。

石油行業在具體鉆井作業施工過程中，鉆頭鉆進作業的過程中讓泥漿隨著鉆頭進入井下作業空間，是泥漿泵在整個作業過程中的主要作用。為了能夠保證鉆井施工作業的順利、高效進行，必須保證泥漿泵能夠在實際作業過程中實現冷卻鉆頭、清洗鉆具、驅動鉆進等幾項功能，還要將鉆井作業過程中產生的巖石碎屑帶到地面。在實際鉆井作業施工過程中，通常采取正循環鉆探作業方式，在保持一定作業壓力的情況下，充分利用水龍頭、高壓軟管和鉆桿中心孔等設備，泥漿泵能夠將水、泥漿和沖洗液等直接輸送到井下鉆頭的鉆井前沿，能夠充分發揮出泥漿泵的冷卻鉆頭、驅動鉆進、破碎巖石等作用，并能夠將鉆井作業過程中產生的鉆屑攜帶到地面[2]。柱塞式和活塞式是油田鉆井作業施工過程中應用比較廣泛的兩種泥漿泵，泥漿泵在作業過程中由發動機提供動力，帶動泵的曲軸旋轉，曲軸將扭矩傳遞給柱塞或活塞，做往復運動；吸入閥和排出閥在作業過程中通過交替實現關閉和打開，就能夠實現泥漿的輸送和循環沖洗。

2 常見故障和日常維護分析

2.1 葉輪與口環

泥漿泵的葉輪和葉片在實際作業過程中，經常因為氣蝕或者吸入固體雜質、金屬雜質等導致出現損壞現象?？诃h如果在安裝過程中存在不當操作或者安裝不合理的地方，會導致其在運行過程中出現損壞現象，葉輪的背帽會因為設備振動而出現松動現象，從而使口環出現嚴重磨損。已產生嚴重磨損現象的口環要及時更換，磨損較輕的口環可以通過修復來進行維護。

2.2 平衡裝置

針對平衡片或者平衡環在設備作業過程中出現的嚴重磨損或表面凹凸不平的現象，可以通過補焊或研磨后進行維護，維護后要在平衡環和泵殼的接觸面上安裝聚四氟乙烯墊片，以有效避免因補焊后人工打磨造成的不平整現象。而且聚四氟乙烯本身材質軟硬度適中，能夠起到很好的密封效果[3]。如果平衡片或平衡盤在作業過程中出現了嚴重的磨損現象，要及時進行更換。

2.3 機械密封

泥漿泵中的機械密封有一對與旋轉軸線處于垂直狀態的端面，端面的一端通過液體壓力和機械密封本身的補償彈力共同作用，實現了與另一個端面的緊密貼合，兩個端面之間存在相對滑動的趨勢，在此基礎上保證內部流體不會出現滲漏的情況。在泥漿泵的維護保養過程中，超過50%以上的滲流都是由機械密封滲漏引起，機械密封的質量和運行狀態在很大程度上直接決定了泥漿泵整體的運行效果。機械密封一旦產生嚴重的滲漏情況，會使轉子在軸向上出現較大的竄動量，由此會導致機械密封與軸之間的過盈量進一步增加，對動環的移動產生巨大影響，還會使泵在翻轉或者動靜環產生嚴重磨損狀況時不能得到補償位移。機械密封在裝配的過程中，要保證軸在軸向上的竄動量不能超過0.1 mm，還要保障輔助密封軸之間保持合理的過盈量，徑向密封在得到充分保障的前提下，要保證動環在完成安裝后能夠實現在軸上的靈活移動。

2.4 泵軸

轉子在運行過程中，泵軸是非常關鍵的部件，泵軸的上部設置了葉輪和軸套，泥漿泵在運行過程中泵軸處于高速旋轉狀態下。如果泵軸在運行過程中出現彎曲、軸承座同軸度出現較大偏差等問題，都會使葉輪、泵殼、軸套等出現嚴重的磨損問題[4]，引起泵體出現較大幅度的振動；同時軸向推力也會進一步增加，進而使平衡片和平衡盤之間出現較大摩擦力。泵軸的故障只要保證其在結構上維持完整，沒有出現嚴重的彎曲、裂紋等問題，都能夠通過維修進行解決。泵軸產生微小彎曲問題可以采取措施進行校正，通常情況下，泵軸的彎曲值一旦超過了0.06 mm 就必須及時進行校正，校正處理過程中螺旋壓力機的應用比較廣泛。

2.5 聯軸器間隙

泥漿泵在實際作業過程中，平衡盤的不斷磨損會使轉子逐漸向著吸入口的方向偏移。在實際對泥漿泵進行檢修的過程中，必須要針對聯軸器的間隙進行嚴格檢查，并采取措施進行合理調整。泥漿泵的泵軸在受熱的情況下會出現膨脹現象，根據相關標準規定的要求，泥漿泵在運行過程中要保證其間隙處在2～3 mm。

3 泥漿泵日常維護注意事項

3.1 開泵前

要盡量避免出現頻繁倒泵的現象，開泵前或倒泵前要避免泵出現汽化。如果實際輸送的介質屬于高溫液體，高溫液體與多級泵接觸的時候，會導致冷態泵體快速產生較大的溫度變化，進而使泵體出現受熱不均的問題，熱變形問題也會加劇，由此引發泵體和轉子部件產生一定的變形。泥漿泵的耐磨部件之前設置的間隙非常小，產生變形后會導致接觸不良，啟泵時會出現流量不足的現象，而且變形會使泥漿泵的密封面之間不能形成有效的液膜，進而引起動環、靜環、機械密封等出現損傷問題。鑒于此，如果實際輸送介質為高溫液體，必須要提前進行暖泵再啟泵。

3.2 運行中

泥漿泵在運行過程中主要依靠平衡盤、平衡鼓和內部設置的平衡機構來實現軸向力的平衡[5]，平衡裝置內部會經常流出平衡液體，并通過平衡管將平衡液體輸送到進口端位置。為使泥漿泵在運行過程中保持穩定，必須對以下問題給予高度重視：①保證泥漿泵在運行過程中不出現泥漿泵堵塞現象；②及時清理平衡管內部的結垢和雜質，保證平衡管通暢；③必須在平衡管的高壓側安裝壓力表，及時監測平衡管出口位置的壓力；④泥漿泵運行過程中必須對泵體的溫升、振動、聲音等進行嚴格檢查。避免泵體在運行過程中產生損壞現象，要實現軸向力、溫升、振動等指標的聯鎖，當泵在運行過程中一旦出現超出指標的現象，要及時停泵。

3.3 停泵后

泥漿泵在停泵的時候，泵軸葉輪和轉子受到徑向力，很容易導致泵軸出現彎曲。因此，停泵后根據實際狀況及時進行盤泵，將泵軸沿同一方向定期轉動120°。

如果不能將備用泵的出口閥及時關閉，會導致管道內部高溫流體倒流進入泵體內，使泵軸出現嚴重的受熱不均問題，甚至會導致泵軸出現彎曲現象。因此，針對備用泥漿泵也要進行定期盤泵。

4 結束語

針對鉆井用泥漿泵進行良好的日常維護管理，能夠充分保障泥漿泵保持良好的運行狀態，也能有效延長泥漿泵的實際使用壽命，有效提升鉆井作業效率。