鉆井用泥漿泵的工作原理及日常維護(hù)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(guò)程中，主要依靠泥漿泵實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)過(guò)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(huán)過(guò)程中很容易導(dǎo)致泥漿泵的缸套出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致泥漿泵出現(xiàn)失效問(wèn)題。因此，在石油鉆井施工過(guò)程中，要針對(duì)泥漿泵不斷強(qiáng)化維護(hù)管理，才能有效延長(zhǎng)泥漿泵的使用壽命，進(jìn)一步提升石油鉆井的泥漿循環(huán)效率。

1 鉆井用泥漿泵工作原理分析

泥漿泵本質(zhì)上屬于一種配備了縱向鉆孔的泥漿輸送活塞式往復(fù)泵，與常規(guī)的往復(fù)泵工作原理相似程度比較高。泥漿泵主要由液力端和動(dòng)力端兩部分構(gòu)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(dòng)力端組成部分[1]。

石油行業(yè)在具體鉆井作業(yè)施工過(guò)程中，鉆頭鉆進(jìn)作業(yè)的過(guò)程中讓泥漿隨著鉆頭進(jìn)入井下作業(yè)空間，是泥漿泵在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中的主要作用。為了能夠保證鉆井施工作業(yè)的順利、高效進(jìn)行，必須保證泥漿泵能夠在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)冷卻鉆頭、清洗鉆具、驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)等幾項(xiàng)功能，還要將鉆井作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的巖石碎屑帶到地面。在實(shí)際鉆井作業(yè)施工過(guò)程中，通常采取正循環(huán)鉆探作業(yè)方式，在保持一定作業(yè)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(shè)備，泥漿泵能夠?qū)⑺?、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(fā)揮出泥漿泵的冷卻鉆頭、驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)、破碎巖石等作用，并能夠?qū)@井作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑攜帶到地面[2]。柱塞式和活塞式是油田鉆井作業(yè)施工過(guò)程中應(yīng)用比較廣泛的兩種泥漿泵，泥漿泵在作業(yè)過(guò)程中由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)泵的曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸將扭矩傳遞給柱塞或活塞，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；吸入閥和排出閥在作業(yè)過(guò)程中通過(guò)交替實(shí)現(xiàn)關(guān)閉和打開(kāi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)泥漿的輸送和循環(huán)沖洗。

2 常見(jiàn)故障和日常維護(hù)分析

2.1 葉輪與口環(huán)

泥漿泵的葉輪和葉片在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常因?yàn)闅馕g或者吸入固體雜質(zhì)、金屬雜質(zhì)等導(dǎo)致出現(xiàn)損壞現(xiàn)象?？诃h(huán)如果在安裝過(guò)程中存在不當(dāng)操作或者安裝不合理的地方，會(huì)導(dǎo)致其在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，葉輪的背帽會(huì)因?yàn)樵O(shè)備振動(dòng)而出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，從而使口環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。已產(chǎn)生嚴(yán)重磨損現(xiàn)象的口環(huán)要及時(shí)更換，磨損較輕的口環(huán)可以通過(guò)修復(fù)來(lái)進(jìn)行維護(hù)。

2.2 平衡裝置

針對(duì)平衡片或者平衡環(huán)在設(shè)備作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的嚴(yán)重磨損或表面凹凸不平的現(xiàn)象，可以通過(guò)補(bǔ)焊或研磨后進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)后要在平衡環(huán)和泵殼的接觸面上安裝聚四氟乙烯墊片，以有效避免因補(bǔ)焊后人工打磨造成的不平整現(xiàn)象。而且聚四氟乙烯本身材質(zhì)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(pán)在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行更換。

2.3 機(jī)械密封

泥漿泵中的機(jī)械密封有一對(duì)與旋轉(zhuǎn)軸線處于垂直狀態(tài)的端面，端面的一端通過(guò)液體壓力和機(jī)械密封本身的補(bǔ)償彈力共同作用，實(shí)現(xiàn)了與另一個(gè)端面的緊密貼合，兩個(gè)端面之間存在相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上保證內(nèi)部流體不會(huì)出現(xiàn)滲漏的情況。在泥漿泵的維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中，超過(guò)50%以上的滲流都是由機(jī)械密封滲漏引起，機(jī)械密封的質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上直接決定了泥漿泵整體的運(yùn)行效果。機(jī)械密封一旦產(chǎn)生嚴(yán)重的滲漏情況，會(huì)使轉(zhuǎn)子在軸向上出現(xiàn)較大的竄動(dòng)量，由此會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封與軸之間的過(guò)盈量進(jìn)一步增加，對(duì)動(dòng)環(huán)的移動(dòng)產(chǎn)生巨大影響，還會(huì)使泵在翻轉(zhuǎn)或者動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損狀況時(shí)不能得到補(bǔ)償位移。機(jī)械密封在裝配的過(guò)程中，要保證軸在軸向上的竄動(dòng)量不能超過(guò)0.1 mm，還要保障輔助密封軸之間保持合理的過(guò)盈量，徑向密封在得到充分保障的前提下，要保證動(dòng)環(huán)在完成安裝后能夠?qū)崿F(xiàn)在軸上的靈活移動(dòng)。

2.4 泵軸

轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中，泵軸是非常關(guān)鍵的部件，泵軸的上部設(shè)置了葉輪和軸套，泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中泵軸處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下。如果泵軸在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)彎曲、軸承座同軸度出現(xiàn)較大偏差等問(wèn)題，都會(huì)使葉輪、泵殼、軸套等出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問(wèn)題[4]，引起泵體出現(xiàn)較大幅度的振動(dòng)；同時(shí)軸向推力也會(huì)進(jìn)一步增加，進(jìn)而使平衡片和平衡盤(pán)之間出現(xiàn)較大摩擦力。泵軸的故障只要保證其在結(jié)構(gòu)上維持完整，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲、裂紋等問(wèn)題，都能夠通過(guò)維修進(jìn)行解決。泵軸產(chǎn)生微小彎曲問(wèn)題可以采取措施進(jìn)行校正，通常情況下，泵軸的彎曲值一旦超過(guò)了0.06 mm 就必須及時(shí)進(jìn)行校正，校正處理過(guò)程中螺旋壓力機(jī)的應(yīng)用比較廣泛。

2.5 聯(lián)軸器間隙

泥漿泵在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，平衡盤(pán)的不斷磨損會(huì)使轉(zhuǎn)子逐漸向著吸入口的方向偏移。在實(shí)際對(duì)泥漿泵進(jìn)行檢修的過(guò)程中，必須要針對(duì)聯(lián)軸器的間隙進(jìn)行嚴(yán)格檢查，并采取措施進(jìn)行合理調(diào)整。泥漿泵的泵軸在受熱的情況下會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中要保證其間隙處在2～3 mm。

3 泥漿泵日常維護(hù)注意事項(xiàng)

3.1 開(kāi)泵前

要盡量避免出現(xiàn)頻繁倒泵的現(xiàn)象，開(kāi)泵前或倒泵前要避免泵出現(xiàn)汽化。如果實(shí)際輸送的介質(zhì)屬于高溫液體，高溫液體與多級(jí)泵接觸的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致冷態(tài)泵體快速產(chǎn)生較大的溫度變化，進(jìn)而使泵體出現(xiàn)受熱不均的問(wèn)題，熱變形問(wèn)題也會(huì)加劇，由此引發(fā)泵體和轉(zhuǎn)子部件產(chǎn)生一定的變形。泥漿泵的耐磨部件之前設(shè)置的間隙非常小，產(chǎn)生變形后會(huì)導(dǎo)致接觸不良，啟泵時(shí)會(huì)出現(xiàn)流量不足的現(xiàn)象，而且變形會(huì)使泥漿泵的密封面之間不能形成有效的液膜，進(jìn)而引起動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、機(jī)械密封等出現(xiàn)損傷問(wèn)題。鑒于此，如果實(shí)際輸送介質(zhì)為高溫液體，必須要提前進(jìn)行暖泵再啟泵。

3.2 運(yùn)行中

泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中主要依靠平衡盤(pán)、平衡鼓和內(nèi)部設(shè)置的平衡機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向力的平衡[5]，平衡裝置內(nèi)部會(huì)經(jīng)常流出平衡液體，并通過(guò)平衡管將平衡液體輸送到進(jìn)口端位置。為使泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定，必須對(duì)以下問(wèn)題給予高度重視：①保證泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)泥漿泵堵塞現(xiàn)象；②及時(shí)清理平衡管內(nèi)部的結(jié)垢和雜質(zhì)，保證平衡管通暢；③必須在平衡管的高壓側(cè)安裝壓力表，及時(shí)監(jiān)測(cè)平衡管出口位置的壓力；④泥漿泵運(yùn)行過(guò)程中必須對(duì)泵體的溫升、振動(dòng)、聲音等進(jìn)行嚴(yán)格檢查。避免泵體在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生損壞現(xiàn)象，要實(shí)現(xiàn)軸向力、溫升、振動(dòng)等指標(biāo)的聯(lián)鎖，當(dāng)泵在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)超出指標(biāo)的現(xiàn)象，要及時(shí)停泵。

3.3 停泵后

泥漿泵在停泵的時(shí)候，泵軸葉輪和轉(zhuǎn)子受到徑向力，很容易導(dǎo)致泵軸出現(xiàn)彎曲。因此，停泵后根據(jù)實(shí)際狀況及時(shí)進(jìn)行盤(pán)泵，將泵軸沿同一方向定期轉(zhuǎn)動(dòng)120°。

如果不能將備用泵的出口閥及時(shí)關(guān)閉，會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)部高溫流體倒流進(jìn)入泵體內(nèi)，使泵軸出現(xiàn)嚴(yán)重的受熱不均問(wèn)題，甚至?xí)?dǎo)致泵軸出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。因此，針對(duì)備用泥漿泵也要進(jìn)行定期盤(pán)泵。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鉆井用泥漿泵進(jìn)行良好的日常維護(hù)管理，能夠充分保障泥漿泵保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，也能有效延長(zhǎng)泥漿泵的實(shí)際使用壽命，有效提升鉆井作業(yè)效率。