HHF-1600泥浆泵常见故障与分析

韩银龙，李会通，王超本

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452）

（2.中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司， 上海 21000）

泥浆泵是石油钻井作业最重要的工艺设备之一，在钻井、修井、完井等过程中向井底输送钻井液、完井液，达到冷却钻头、冲刷井底、破碎岩石、平衡地层压力、携带岩屑等目的。HHF-1600泥浆泵分链条传动和皮带传动，单泵为2台顶置YJ23F10交流变频电机驱动的卧式三缸单作用活塞泵。该泵由动力端和液力端两大部分组成。其工作原理为电机提供动力，通过链条、齿轮传动装置带动曲轴回转，通过曲轴、连杆机构实现十字头在上下导板间的往复运动。十字头通过中间拉杆、活塞拉杆带动活塞在泵缸中做往复运动，配合吸入阀、排出阀的启闭，实现液缸容积的周期性变化，达到输送泥浆的目的。

泥浆泵作为关键设备，不仅为钻井、修井、完井作业提供泥浆循环，还为地层注水作业输送海水，桩腿拔桩作业提供冲桩海水。由于海洋环境恶劣，泥浆泵输送的泥浆含砂量多、黏度大、压力高，海水腐蚀性大等因素，泥浆泵长期高负荷运转易出现动力端、液力端零部件故障。若技术人员未及时发现并排除，泵组继续运行会形成事故隐患，将直接影响现场安全生产的进度和效益。因此，分析泥浆泵常见故障，早期发现并排除泥浆泵故障有着重要意义。

1 动力端常见故障

HHF-1600泥浆泵动力端主要包括机架总成、链条链轮、小齿轮轴总成、曲轴连杆机构、十字头导板总成、润滑系统等，是泥浆泵实现活塞往复运动的动力机构。泥浆泵动力端的故障常发生在链条、十字头、导板、润滑系统，常表现为链条箱异响、导板温度偏高或重度磨损、润滑油压偏低等现象。

1.1 链条机械故障

泥浆泵链条是将电机动力传递到小齿轮轴的装置。泥浆泵长期高负荷运转，链条与链轮相互振动、冲击和摩擦，链条易出现销轴套筒磨损、破裂（见图1）、脱落（见图2），边缘锁销（见图3）脱落等情况，此时链条箱会发出异响。若未及时发现并排除该故障，将造成链条振动加剧，加速链条消耗，缩短使用寿命。针对该情况，技术人员应定期检查链条箱润滑油状况，保证油量充足，质量合格；定期开盖检查链条本体状况，对故障部分进行更换，保证链条完好。

图1 链条销轴套筒破裂

图2 链条销轴套筒脱落

图3 链条边缘锁销

1.2 润滑系统故障

HHF-1600泥浆泵同时拥有油浴飞溅润滑和强制润滑系统，对整个动力端十字头、导板、齿轮、轴承等部位进行润滑。飞溅润滑：由大齿轮圈把润滑油从油池内带上来，当大小齿轮啮合时，油被挤出飞溅到各油槽和机架油腔中，实现各部位润滑。强制润滑：HHF-1600泥浆泵油池内置润滑油泵1台（见图4），转动齿轮与大齿圈啮合获取动力，润滑油通过吸入滤器、润滑油泵、接头座、管路分配到各润滑部位，实现各部位润滑。润滑系统运转状况常通过压力表数值进行观察判断。

图4 润滑油泵与滤器

吸入滤器堵塞。动力端零件磨损，铁屑增多，堵塞吸入滤器。泵送润滑油量降低，导致各部位润滑效果不佳，加速齿轮、轴承、十字头、导板磨损。表现为润滑油压低，部件温度增高，润滑油杂质增多等。应定期清理或更换吸入滤器，防止滤器堵塞。

润滑油变质，油量不足。定期清理油槽并检查润滑油质量、油位，定期补加，质量不合格时更换新油。

1.3 十字头、导板故障

十字头通过曲轴连杆机构实现在上下导板间的往复运动，十字头与导板的材质、形状公差、表面粗糙度必须满足API spec 7K规范[1]和相关标准要求。导板加工精度、安装要求非常高，若存在误差，将导致连杆大小端轴承、十字头偏磨，造成无法挽回的后果，也会导致液力端活塞偏磨，影响泥浆泵容积效率。若发现十字头或导板出现异常磨损，应立即调整或更换。润滑不良是造成导板异常磨损的重要原因，应及时检查相关润滑油道是否通畅，润滑油油质是否满足要求。

对于三缸泵，要求其导板外壳处的温升不超过35～45℃，油温不超过80℃[2]。当泥浆泵启动时，大齿圈转速低，飞溅润滑与强制润滑均无法达到工作状态，十字头与导板磨损最为严重，甚至出现十字头、导板拉伤或高温烧伤现象（见图5、图6）。根据此情况，可对泥浆泵进行技术改造，增加电机带动的外置润滑油泵（见图7）替代原有内置齿轮泵润滑油泵，与泥浆泵启动关联，提前启动润滑油系统，保证低泵冲时十字头、导板的润滑效果。

图5 泥浆泵导板拉伤、烧伤

图6 泥浆泵十字头烧伤

图7 外置润滑油泵

2 液力端常见故障

液力端主要包括液缸、缸套、活塞、阀总成、吸入管路、排出管路、密封件等部件，是泥浆泵的泵头。海上泥浆泵输送的泥浆用海水配制，泥浆中含有较多固相，泥浆泵长时间高负荷运转，活塞与缸套、阀体与阀座会发生疲劳磨损与腐蚀。液缸其他零部件容易因高压泥浆造成密封件损坏、刺漏等故障。

2.1 活塞、缸套故障

活塞或缸套损坏主要有以下情况：一是活塞中心拉杆安装不正确，出现对中偏差，会加速活塞与缸套的磨损[3]，快速破坏活塞、缸套密封性能（见图8）；二是长时间高负荷运转，活塞胶皮老化，弹性降低，使密封性能降低。此故障表现为泵压下降，拉杆箱内活塞与缸套间有泥浆刺出，冷却水被泥浆污染。另外，活塞、缸套密封不严，空气会进入液缸，当空气量增多时，出口压力表指针波动，最大可至3～4MPa[4]。因空气被吸入，活塞在刚开始前推时会产生锤击现象，发出噪声。当发现活塞、缸套故障时，应立即停泵检查，更换故障部件。

图8 活塞偏磨

2.2 吸入阀、排出阀故障

阀故障主要有以下情况：一是阀弹簧疲劳导致的弹性降低或断裂；二是阀胶皮磨损、划伤导致的密封不严；三是扶正块断裂、扶正压板脱落，导致阀无法起到密封作用。阀故障时泵压下降缓慢，大约0～2MPa，无压力波动，可听到轻微或刺耳的刺水声。发现阀故障时，应立即停泵检查，更换故障部件。

2.3 液力端异物卡阻

当泥浆池中掉落异物、泥浆净化不彻底、配浆搅拌不充分，吸入管路低压滤网易堵塞，造成泵吸入受阻，泵压降低。当异物较小时，低压滤网未能起到过滤作用，异物进入泥浆泵，易造成阀体卡死，影响阀的启闭，影响泵吸效果。针对此问题，相关人员应使泥浆净化彻底、搅拌均匀，防止异物落入并定期清理低压滤网。

2.4 液力端泥浆刺漏

液力端缸盖密封圈、阀盖密封圈、缸套密封圈、活塞密封圈为橡胶材质，长时间使用易老化导致密封不严，泥浆刺漏，影响泵压。应安排人员定期检查，发现异常立即更换易损件。

2.5 排出空气包压力不合适

三缸单作用泥浆泵使用空气包对出口压力进行平均，降低瞬时压力波动对压力表、管路的冲击。空气包压力适中，才能有效中和瞬时压力的波动。当泥浆泵高压出口压力波动在1～2MPa时，应首先检查空气包压力是否合适。一般情况下，空气包预充压力不得超过泵的排出压力的2/3，且最大充气压力为650psi（4.5MPa）[5]。

2.6 排出空气包胶囊破损，充气管线堵塞

若空气包充气后很快泄漏，很可能是空气包内的胶囊破损或直角式截至阀密封不严导致，应更换胶囊或修理、更换直角式截止阀。充气管线堵死易造成空气包充不进气，应检查并清除杂物，疏通充气管路。

2.7 排出滤网堵塞

在未增加泵冲、未提高泵压的情况下，若电机负荷增大，很可能是高压泥浆出口滤网堵塞，操作人员应停泵检查，拆下滤筒，清理杂物。

3 维保注意事项

3.1 定期检查各润滑油状况、空气包压力、泥浆高压出口压力，检查泥浆泵各处密封，检查附属喷淋泵、润滑油泵、灌注泵运行状态并定期保养。

3.2 定期检查十字头、导板润滑和固定情况，十字头运转间隙是否符合规定要求，可在导板下加垫片来调整间隙，也可将十字头旋转180°再进行使用。

3.3 定期进行电气绝缘检查，并对电机进行保养。

3.4 每隔两年或三年对整个泵组进行一次全面检查。检查主轴承、连杆轴承、十字头轴承、输入轴轴承是否磨损或磨坏，若不能继续使用，则须换新的。交流变频电机检查输出轴轴承是否磨损或磨坏以及风机是否工作正常。

3.5 若长期不使用泥浆泵，应认真清除泥浆泵污物，将液力端各部放空，并用清水清洗擦试干净。

3.6 对于没有进行外置润滑油泵改造的泥浆泵，长期停用后再次启用前，应打开动力端盖，对内部轴承、齿轮、十字头、导板进行手动浇注润滑油。

4 结论

海上作业环境恶劣，设备备件协调较长，若泥浆泵出现未预见性的故障，将影响现场生产。现场技术人员必须做到对设备“四懂三会”，懂原理、懂结构、懂性能、懂用途，会操作、会保养、会排除故障，保证泥浆泵健康、安全运转。本文对HHF1600泥浆泵常见故障进行了分析研究，提出了相应的解决方法，有助于正确判断和处理各种故障，对提高设备维修效率，减少停钻时间，降低钻井成本，杜绝安全隐患都能起到重要作用。

◆参考文献

[1] 美国石油协会.钻井和修井设备API spec 7K（第六版）[S].石油工业标准化研究所翻译出版，2015.12.

[2] 邱真理. 三缸单作用活塞式泥浆泵导板发热原因分析[J].石油矿场机械，1999，28(3)：31-33.

[3] 陈小川. 钻井泥浆泵活塞刺漏故障原因及解决措施[J].石油和化工设备，2014，17(7)：50-52.

[4] 吴南，朱宏业. 海上平台泥浆泵常见故障与分析[J].石油和化工设备，2014，17(8)：80-81.

[5] 四川宏华石油设备有限公司. HHF-1600泥浆泵用户手册[Z].2007.8.