钻井用泥浆泵的工作原理及日常维护探讨

2020-02-16吕增烈

设备管理与维修 2020年12期

吕增烈

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163411）

0 引言

在石油钻井施工过程中，主要依靠泥浆泵实现泥浆循环过程。泥浆泵在石油钻井施工中需要输送的泥浆量比较大，泥浆本身的粘度较大，并含有大量的沙，输送压力也比较高，泥浆本身还具有一定的腐蚀性，在泥浆循环过程中很容易导致泥浆泵的缸套出现严重磨损，导致泥浆泵出现失效问题。因此，在石油钻井施工过程中，要针对泥浆泵不断强化维护管理，才能有效延长泥浆泵的使用寿命，进一步提升石油钻井的泥浆循环效率。

1 钻井用泥浆泵工作原理分析

泥浆泵本质上属于一种配备了纵向钻孔的泥浆输送活塞式往复泵，与常规的往复泵工作原理相似程度比较高。泥浆泵主要由液力端和动力端两部分构成，泵缸、活塞、吸入阀、吸入管、排出阀是液力端的主要组成部分，偏心轴、曲柄、连杆是主要的动力端组成部分[1]。

石油行业在具体钻井作业施工过程中，钻头钻进作业的过程中让泥浆随着钻头进入井下作业空间，是泥浆泵在整个作业过程中的主要作用。为了能够保证钻井施工作业的顺利、高效进行，必须保证泥浆泵能够在实际作业过程中实现冷却钻头、清洗钻具、驱动钻进等几项功能，还要将钻井作业过程中产生的岩石碎屑带到地面。在实际钻井作业施工过程中，通常采取正循环钻探作业方式，在保持一定作业压力的情况下，充分利用水龙头、高压软管和钻杆中心孔等设备，泥浆泵能够将水、泥浆和冲洗液等直接输送到井下钻头的钻井前沿，能够充分发挥出泥浆泵的冷却钻头、驱动钻进、破碎岩石等作用，并能够将钻井作业过程中产生的钻屑携带到地面[2]。柱塞式和活塞式是油田钻井作业施工过程中应用比较广泛的两种泥浆泵，泥浆泵在作业过程中由发动机提供动力，带动泵的曲轴旋转，曲轴将扭矩传递给柱塞或活塞，做往复运动；吸入阀和排出阀在作业过程中通过交替实现关闭和打开，就能够实现泥浆的输送和循环冲洗。

2 常见故障和日常维护分析

2.1 叶轮与口环

泥浆泵的叶轮和叶片在实际作业过程中，经常因为气蚀或者吸入固体杂质、金属杂质等导致出现损坏现象。口环如果在安装过程中存在不当操作或者安装不合理的地方，会导致其在运行过程中出现损坏现象，叶轮的背帽会因为设备振动而出现松动现象，从而使口环出现严重磨损。已产生严重磨损现象的口环要及时更换，磨损较轻的口环可以通过修复来进行维护。

2.2 平衡装置

针对平衡片或者平衡环在设备作业过程中出现的严重磨损或表面凹凸不平的现象，可以通过补焊或研磨后进行维护，维护后要在平衡环和泵壳的接触面上安装聚四氟乙烯垫片，以有效避免因补焊后人工打磨造成的不平整现象。而且聚四氟乙烯本身材质软硬度适中，能够起到很好的密封效果[3]。如果平衡片或平衡盘在作业过程中出现了严重的磨损现象，要及时进行更换。

2.3 机械密封

泥浆泵中的机械密封有一对与旋转轴线处于垂直状态的端面，端面的一端通过液体压力和机械密封本身的补偿弹力共同作用，实现了与另一个端面的紧密贴合，两个端面之间存在相对滑动的趋势，在此基础上保证内部流体不会出现渗漏的情况。在泥浆泵的维护保养过程中，超过50%以上的渗流都是由机械密封渗漏引起，机械密封的质量和运行状态在很大程度上直接决定了泥浆泵整体的运行效果。机械密封一旦产生严重的渗漏情况，会使转子在轴向上出现较大的窜动量，由此会导致机械密封与轴之间的过盈量进一步增加，对动环的移动产生巨大影响，还会使泵在翻转或者动静环产生严重磨损状况时不能得到补偿位移。机械密封在装配的过程中，要保证轴在轴向上的窜动量不能超过0.1 mm，还要保障辅助密封轴之间保持合理的过盈量，径向密封在得到充分保障的前提下，要保证动环在完成安装后能够实现在轴上的灵活移动。

2.4 泵轴

转子在运行过程中，泵轴是非常关键的部件，泵轴的上部设置了叶轮和轴套，泥浆泵在运行过程中泵轴处于高速旋转状态下。如果泵轴在运行过程中出现弯曲、轴承座同轴度出现较大偏差等问题，都会使叶轮、泵壳、轴套等出现严重的磨损问题[4]，引起泵体出现较大幅度的振动；同时轴向推力也会进一步增加，进而使平衡片和平衡盘之间出现较大摩擦力。泵轴的故障只要保证其在结构上维持完整，没有出现严重的弯曲、裂纹等问题，都能够通过维修进行解决。泵轴产生微小弯曲问题可以采取措施进行校正，通常情况下，泵轴的弯曲值一旦超过了0.06 mm 就必须及时进行校正，校正处理过程中螺旋压力机的应用比较广泛。

2.5 联轴器间隙

泥浆泵在实际作业过程中，平衡盘的不断磨损会使转子逐渐向着吸入口的方向偏移。在实际对泥浆泵进行检修的过程中，必须要针对联轴器的间隙进行严格检查，并采取措施进行合理调整。泥浆泵的泵轴在受热的情况下会出现膨胀现象，根据相关标准规定的要求，泥浆泵在运行过程中要保证其间隙处在2～3 mm。

3 泥浆泵日常维护注意事项

3.1 开泵前

要尽量避免出现频繁倒泵的现象，开泵前或倒泵前要避免泵出现汽化。如果实际输送的介质属于高温液体，高温液体与多级泵接触的时候，会导致冷态泵体快速产生较大的温度变化，进而使泵体出现受热不均的问题，热变形问题也会加剧，由此引发泵体和转子部件产生一定的变形。泥浆泵的耐磨部件之前设置的间隙非常小，产生变形后会导致接触不良，启泵时会出现流量不足的现象，而且变形会使泥浆泵的密封面之间不能形成有效的液膜，进而引起动环、静环、机械密封等出现损伤问题。鉴于此，如果实际输送介质为高温液体，必须要提前进行暖泵再启泵。

3.2 运行中

泥浆泵在运行过程中主要依靠平衡盘、平衡鼓和内部设置的平衡机构来实现轴向力的平衡[5]，平衡装置内部会经常流出平衡液体，并通过平衡管将平衡液体输送到进口端位置。为使泥浆泵在运行过程中保持稳定，必须对以下问题给予高度重视：①保证泥浆泵在运行过程中不出现泥浆泵堵塞现象；②及时清理平衡管内部的结垢和杂质，保证平衡管通畅；③必须在平衡管的高压侧安装压力表，及时监测平衡管出口位置的压力；④泥浆泵运行过程中必须对泵体的温升、振动、声音等进行严格检查。避免泵体在运行过程中产生损坏现象，要实现轴向力、温升、振动等指标的联锁，当泵在运行过程中一旦出现超出指标的现象，要及时停泵。