钻机泥浆泵工作原理及日常维护

马振国，张新桥，唐晓庆

（渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

石油钻机在钻探进行生产过程中，钻机泥浆泵故障频繁发生，真正了解钻机泥浆泵的性能参数、结构、工作原理，才能使泥浆泵发挥出更加高效的作用，并不断加强泥浆泵日常维护管理工作，提高石油钻机泥浆泵的工作效率。在实际工作过程中要努力提高技术人员的专业化水平，将理论知识与实践操作进行有效结合，石油钻机泥浆泵应当定期进行检查，分析泥浆泵存在的问题并提出相应的改进措施，确保石油钻机泥浆泵能够高效运行，保证为钻机钻井过程提供稳定的压力，达到稳固孔壁的作用。熟悉设备运行原理并做到要加强日常维护，是保障泥浆泵设备能够稳定高效运行和降低安全隐患发生概率的基础。故此，需要建立健全管理制度和加强泥浆泵设备维护保养。

1 泥浆泵关键参数和工作原理

1.1 泥浆泵工作原理

泥浆泵是钻机配套设备输出泥浆的关键设备，主要将泥浆罐内配置好的泥浆进行循环，保证钻杆在钻进过程中岩壁的压力稳定，防止出现钻孔塌孔等钻井事故。钻机设备配套常用泥浆泵与一般的往复泵的工作原理基本相同，传导动力机构总成和液体输送端总成是构成泥浆泵结构的两大部分（图1）。传导动力机构总成主要由曲轴机构、十字头、曲柄等部件构成；液体输送端总成主要由空气缓冲包、连杆活塞、泵缸及安全放喷管线等部件构成。泥浆泵主要有电动泥浆泵和机械式泥浆泵，机械式泥浆泵设备主要由后台柴油机输出动力经过减速箱通过万向轴将动力传送到链条箱，并分配到泥浆泵输入轴端。动力传输主要通过皮带、十字头万向轴、齿轮等传动部件带动主轴及固定其上的曲柄旋转。通过动力端总成做往复运动可以吸入泥浆池中的液体在液面压力作用下，顶开吸入阀进入液缸，直到活塞移动到右止点完成泥浆的吸入过程。曲柄完成了上述的吸入过程后继续沿逆时针方向旋转，这时活塞开始向液力端总成端运动，液缸内液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，安全阀达到设定值被顶开，液体进入排出管，直至活塞运动到左止点。其作用主要是在一定的压力冲击下，将高压软管中的水及泥浆输送到钻孔低端，随着泥浆泵曲柄连续不断地运转，往复泵不断重复吸入和排出过程，将泥浆池中的泥浆源源不断地按照需求灌入钻孔中进行护壁。

图1 泥浆泵结构

1.2 泥浆泵性能参数

机械的额定功率是指泥浆泵所能达到的最大输出功率。泥浆泵的额定功率是指设备单位时间内工作与额定冲次。

理论排量和工作压力是衡量泥浆泵性能的重要参数。钻机打钻注入泥浆速度与泥浆泵缸体直径成正比例关系，泥浆泵直径越大，泵的排出介质能力也就越大，对应灌注泥浆效果就越好。泵的排出口处在单位面积上的液体作用力即泥浆泵的工作压力。通道的冲洗液所受阻力以及钻孔的深浅等可决定泵的压力大小，为了便于掌握泥浆泵输出压力，比较安全可靠的措施是在结构设计上安装压力表，直观、准确地掌握设备工作过程的压力变化，如果压力表读数波动过大可以提醒值班人员设备出现问题。设备维护人员进行设备检修，查找问题症结所在，避免设备带病作业，对提高设备使用寿命和维护钻井安全起到作用。压力表要定期进行安全检定，无安全检定的产品不能应用到设备当中，时刻提高维护安全意识。

1.3 泥浆泵空气包

在流体系统中阀门的开启和其他各种原因导致阀门的突然关闭，都会引起巨大的冲击压强形成水锤现象，造成管子和管座的破裂以及下游设备的损坏，安装吸入式空气包可以吸收振荡。当水泵头部达到一定高度时，流体进入泵阀冲击产生的逆振荡会引起泵突然关闭，空气包可以吸收部分振荡。为了降低液体压力变化对固井的影响，通常在排出管线上安装空气缓冲包，空气包在排出过程前半段，排出储存的一部分液缸内多余的液体；后半段空气包排出原来储存的液体，补充来自缸体的不足，保证排出的液体压力和排量均匀，不至于出现压力过高或者过低的变化。

1.4 泥浆泵放喷管线

为了保证泥浆泵能够安全可靠的运行，防止压力过高造成缸体破损等安全事故，泥浆泵出口安装放喷管线及安全阀，设定安全阀门启跳压力。当设备运行液体压力高于安全阀门设定压力，安全阀自动启动排出多余液体，起到降压作用，放喷管线可以有效减少由于液体超压带来的损失并确保安全，使泥浆泵达到最佳的吸入效果，避免超压造成部件损耗。

2 泥浆泵的日常维护

2.1 建立完善的安全管理机构

石油钻机泥浆泵设备维护与管理工作需要使用企业提出相应措施，使油田企业的钻机泥浆泵设备与管理工作能够有序进行，提高设备使用率和完整性。目前很多油田企业注重生产经济效益而忽略设备的保养工作，让设备超负荷工作，甚至一些管理人员认为机械设备的正常运行与管理没有直接关系，只需要加强设备维修，就可以确保机械设备的正常运行，不需要进行单独管理，导致泥浆泵设备管理与实际操作之间的联系不够紧密，影响机械设备的维护与管理工作。由于相关制度不完善，导致机械设备维护与管理工作得不到落实，当钻机设备发生故障时，并不能及时维修，严重影响油田生产单位的生产效率。因此，要建立完善的管理机构，能够更加充分有效地发挥泥浆泵性能。

2.2 科学合理地使用钻机泥浆泵

提高钻井工作效率不仅要科学合理地使用钻机设备，还要懂得如何去维护保养。但是在采油工作过程中，很多石油企业为了能够完成采油目标，对钻机设备无限制地使用，造成机械设备严重磨损。若没有专业操作人员对泥浆泵设备进行操控，没有专业的技能和理论知识，就很难对钻机泥浆泵设备实现正确操作，甚至会过度使用设备，机械设备出现问题后得不到尽快解决，造成设备磨损严重，使其泥浆泵设备性能越来越差。

泥浆泵起动前要充分检查各个部件的润滑油压力表是否正常，检查泥浆泵润滑油泵工作是否正常，上水管线的阀门及滤器是否畅通，同时，先启动灌注泵为泥浆泵进行灌注。正式开泵时要做好充足的检查，加强维护管理才能保证设备安全稳定地运行。

2.3 加强日常维护保养

钻机泥浆泵的日常维护和保养最好是由专门人员负责，易损坏的零部件要配备齐全，以备不时之需，定期进行检查和维护泥浆泵的各个零部件，遇到问题时能够及时解决，尽量避免泥浆泵在运行过程中出现问题造成损失。由专业维修人员负责泥浆泵油底清理并补充部分新油，能够保证润滑油的油量和油质清洁，可以提高设备性能和使用寿命，如每6 个月换油1 次。泥浆泵应定期进行检查维修保养，主要检测轴承的间隙和设备的磨损情况，并及时更换易损件。对设备的机油、机滤、冷却水泵、润滑油泵要重点进行维护修理或者直接更换，定期检查安全阀门是否可靠、吸入空气包的工作是否正常以及油泵工作时压力是否正常，检查动力端和缸套等重要构件的磨损情况并做好检查维护记录。

3 结论

钻机泥浆泵的使用人员应做到会使用、知原理、懂维护，确保石油钻机设备处于正常的运行模式。结合石油钻机设备所出现的故障问题，选择合适的解决措施，有效提高石油钻机设备的运行效率。在进行保养和维护过程中要建立完善的监督体制和安全管理制度，确保石油钻机泥浆泵所出现的问题都能够及时进行解决。这不仅需要专业的管理人员，还需要企业所有员工共同参与，从设备原理和日常维护工作上加大力度，才能够提高钻井工作的开采效率和质量，确保油田行业更好地发展。