石油钻井泥浆泵的维修方法分析
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【摘要】泥浆泵主要应用于石油钻井领域中，其主要作用是在钻探过程中将水或者泥浆等冲洗物往钻孔里输送，是石油钻探设备中的关键组成部分之一。本文主要从泥浆泵工作原理角度出发，分析其常见的故障，并就其维修注意事项进行探讨。
【关键词】泥浆泵 工作原理 维修 分析
1 前言
泥浆循环系统是钻井作业进行必然会遇到的一个环节，且泥浆泵是其最为关键的设备之一，在钻井作业中发挥着重要的作用。泥浆的主要任务是向钻孔中输送泥浆等冲洗液，且泥浆通常情况下粘性很高、砂含量多、压力大，并具有不同程度的腐蚀性，因此容易使泥浆泵的缸套出现磨损现象，不仅对泥浆泵寿命产生一定的影响，同时影响钻井作业进度的推进。所以详细对泥浆泵工作原理进行分析、找出能够对故障进行有效处理的维修方法尤为关键。
2 泥浆泵的工作原理分析
泥浆泵从宏观角度上来讲主要由两大部分组成，即动力端以及液力端，且动力端组成部分主要包括偏心轮、曲柄、十字头等，而液力端则主要包括吸入阀、活塞、吸入管、排出阀等。
泥浆泵工作进行时，主动轴和曲柄便可利用链轮（或皮带轮）等部件传输而来的发动机动力得以转动。曲柄于水平面上180度逆时旋转直至使活塞向最右端方向移动完毕的过程称之为泥浆泵的吸入过程。吸入过程完成后接下来便是排出过程的进行，也就是活塞向最右端移动完毕后开始向左方向移动，排出阀由于缸内液体受到活塞推压而引起压力增大在吸入法关闭后而被推开，随后液体随着活塞向最右端移动而全部被挤出。泥浆泵的吸入和排除过程是随着曲柄的持续旋转而不断进行的。
泥浆泵在石油钻探过程中不仅负责把泥浆等冲洗液通过钻头的钻入向井下注入，并且起着给钻头降温、冲洗钻具、推动钻头钻进、对井壁进行固着的作用，同时还具有着将钻后产生的岩屑在钻孔内清除并运上地面的作用。钻头降温作用的主要原理为，钻探进行中，借助一定的压力将冲洗液如泥浆、清水或者聚合物等装入高压软管内，并经过水龙头和钻杆柱中心孔输送到钻头的最前端，钻探进行时钻头会与岩层、泥土发生摩擦而产生热量，而此刻清洗液便可以达到给钻头降温、使钻头冷却的目的，从而避免钻头过热产生使磨损度加大。泥浆泵类型通常选择柱塞式或者活塞式的，曲轴通过动力机的带动而旋转，柱塞或者活塞在曲轴的带动下进行往复运动，此情况下曲轴的带动作用主要通过十字头来实现。清洗液在吸入与排出阀的作用下达到被压送并对钻孔进行清洗的目的。
3 泥浆泵常见故障及其维护措施分析
（1）叶轮与口环。泥浆泵叶轮受到损害主要原因是金属杂质及吸入的固体物的摩擦和气蚀的作用。口环也称密封环，其损害的造成主要与安装过程中穿量不恰当有关，有些也与叶轮背帽稳定性发生改变有关。口环维修方法的选择主要取决于磨损的程度，程度较轻则采取修复的方法，若损害程度较重则应购置新的叶轮，用以替换破损严重叶轮。
（2）平衡装置。平衡环以及平衡盘通常情况下磨损程度比较深，当磨损范围为2毫米及以上时，可以选择先补焊或者加用聚四氟乙烯垫片的维修方法，即取聚四氟乙烯垫片1片，厚度约为3毫米，在泵壳上凹槽被研磨后放置于泵壳与平衡环结合的面上。如此一来，垫片材料不仅软硬恰当，还可对补焊后手工研磨使平面板上出现的凹凸不平的现象进行消除。如果磨损程度很深时，应及时对平衡盘以及平衡环进行更换。
（3）机械密封。机械密封的主要作用为预防清洗液的外漏，其主要原理为，利用补偿机械外弹力与清洗液流体压力在垂直于旋转轴线端面上的作用，促进端面与辅助密封进行配合，使其保持与另一端贴合，且可相对进行适当滑动，从而起到预防清洗液外漏的目的。如果密封渗漏在全部维修泵渗漏中占有的比例超过50%时，则会对泥浆泵正常工作的进行产生严重的影响。机械密封渗漏发生时，泥浆泵转子轴向的窜动量则会因此而增大，同时也会导致辅助密封而后轴的过盈量的升高，使动环无法再轴上进行灵敏的移动。在对机械密封进行安装配置时，应确保轴向窜动量不超过0.1毫米，且恰当保持辅助密封与轴的过盈量。并应在径向完全密封的基础上，确保动环在安装完成后能够在轴上灵敏的进行移动，也就是把动环向弹簧方向推压时，动环可自由弹回。
（4）泵轴。一般叶轮与轴套安装在泵轴上，且转子最为关键的零件便是泵轴，泵轴能在泵体里做高速旋转运动。泵轴出现磨损时泵体则会出现振动加大的现象，使得轴向推力也相应地加大，导致平衡盘和平衡座间产生较大的摩擦，泵轴磨损作用主要是由于其弯曲、轴承座和泵轴的同轴度存在偏差导致泵壳、叶轮、轴套、导叶轮等磨损而引起的。泵轴维修方式的选择同样是根据磨损程度而决定的，如果泵轴未出现弯曲、裂纹以及未出现程度较深的表面磨损均可采用修复的方法。小于0.06毫米以内的轴的弯曲量被视为正常范围内的弯曲量，如果超过了这个范围，则应利用螺旋压力机及时对其进行校直，且校直进行时采用不加热的方法。
4 日常维修注意事项
（1）开泵前。倒泵次数应适中，不宜过于频繁，且进行开泵以及到泵时，应注意防止泵汽化情况的发生。如果泵被利用于对高温液体进行输送时，应在发动前先对其进行升温保暖，这是因为如果动态泵体遇到被运送的高温液体时，会使其平衡冷态温度环境骤然被打破，泵体因为受热不匀所产生的不同程度的变形会使得转子部件泵体形状发生改变，加之转子部件缝隙本身比较狭小，所以导致部件间接触不正常，且基于此种情况，如果泵发动时流量不够，就会导致平衡座与平衡盘之间、机械密封的动环与静环之间液膜形成困难，使其产生磨损。可见泵体对高温液体进行输送前进行暖泵尤为重要。且多级泵的紧急启动禁止在冷却状态下进行。
（2）运行中。对于某些泥浆泵，其泵体内有平衡轴向力以及平衡机构的装置，且装置内装有平衡液，平衡液于平衡装置内流出且随着平衡管流至泵的进口端。为确保泥浆泵能够正常的工作，应注意：保持平衡管畅通，不允许堵塞；如平衡管内有凝固污垢体生成，应及时对其进行清除；为对平衡管出口的压力进行监测，应将压力表在平衡管高压侧安装。对于多级泵，在其运行过程中，应注意检查泵的声音以及升温振动等情况。
（3）停泵后。如果泥浆泵停止运行的时间较长时，转子和叶轮静止时间也相应比较长，就会导致泵抽长期且于一个方向上承受叶轮和转子的重量压力，从而使轴发生扭曲现象。因此，应经常性的对泵进行检查，且每次检查时都应将轴向一个方向转动120度。
5 结束语
泥浆泵是钻井作业设备中的关键组成部分，对钻探施工进度的推进产生着重要的影响，所以，在对泥浆泵进行使用前，我们应先对其工作原理进行了解，并在工作过程中注意观察其发生的变化，及时发现故障，并对其进行修理。这样一来不仅有利于钻井工作的顺利进行，还有利于泥浆泵使用寿命的延长。
参考文献
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作者简介
袁维运（1982-）男，汉，山东菏泽人，助理工程师，主要从事钻井设备维修技术工作。