提高泥漿泵活塞總成壽命的措施

馮國強(qiáng) 關(guān)洪濤

（1焦作煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限責(zé)任公司 河南焦作）

（2河南中軸控股集團(tuán)股份有限公司 河南焦作）

1.概述

在現(xiàn)代石油鉆井中，泥漿泵是鉆井工作過程中不可缺少的設(shè)備，其作用是為鉆井液的循環(huán)提供能量，以一定的壓力和流量，將鉆井液輸進(jìn)鉆具，對(duì)鉆桿和鉆頭進(jìn)行冷卻和潤滑、沖洗凈化井底、攜帶巖屑。在常用的正循環(huán)鉆探中，它是將地表沖洗介質(zhì)──清水、泥漿或聚合物沖洗液，在一定的壓力下，經(jīng)過高壓軟管、水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達(dá)到冷卻鉆頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。泥漿泵工作環(huán)境非常惡劣，其易損件活塞和缸套經(jīng)常損壞，影響鉆井效率和鉆井質(zhì)量。根據(jù)國內(nèi)外油氣資源勘探開發(fā)發(fā)展趨勢，鉆井作業(yè)面臨更加惡劣的自然環(huán)境，鉆井地質(zhì)條件更加復(fù)雜?，F(xiàn)代鉆井技術(shù)的發(fā)展，對(duì)泥漿泵的工作能力提出了更高的要求，對(duì)泥漿泵工作的可靠性和安全性也有更高的要求。

目前廣泛使用三缸單作用泥漿泵，損壞的主要原因是液力端易損件壽命低，容易破壞失效。液力端的主要易損件是閥、活塞和缸套。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在所有易損件中，活塞發(fā)生失效的次數(shù)是最多的，使用壽命較短，平均壽命一般在150～200h。這直接影響鉆井速度和生產(chǎn)成本，為此，研制長壽命泥漿泵活塞總成很有必要。

2.泥漿泵活塞總成失效分析

泥漿泵活塞總成壽命短是多種因素作用的結(jié)果，其失效形式主要有：

（1）磨損失效。①高沖壓、高沖次造成活塞皮碗與缸套間的摩擦力變大，產(chǎn)生大量摩擦熱，加速橡膠材料的磨耗、氧化、老化。②微小磨粒首先進(jìn)入活塞皮碗與缸套的接觸面，磨粒對(duì)皮碗和缸套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成了活塞皮碗的磨耗和缸套的磨損。

（2）擠傷失效。密封材料皮碗因進(jìn)入活塞芯和缸套之間縫隙而形成擠傷，擠傷發(fā)生在活塞皮碗根部。

3.長壽命泥漿泵活塞總成研制

針對(duì)活塞失效原因，研制一種長壽命泥漿泵活塞總成（圖1），活塞總成尼龍環(huán)、丙綸密封環(huán)和橡膠皮碗連接見圖2，具體措施如下。

圖1 長壽命泥漿泵活塞總成

（1）在活塞的橡膠工作表面距離活塞唇口和活塞根部一定距離沿圓周方向和與之垂直方向，設(shè)寬2mm、深1.5mm的槽，使活塞工作表面分割成一些小方塊?？稍跍喜蹆?nèi)存儲(chǔ)潤滑液，工作時(shí)，活塞與缸套由干摩擦變成濕摩擦，減小活塞與缸套間的摩擦力，減小摩擦熱產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)缸套和活塞端面進(jìn)行冷卻，使活塞工作表面的溫度進(jìn)一步降低，從而減小活塞工作表面因摩擦熱而產(chǎn)生的磨損。

（2）活塞中尼龍環(huán)和橡膠皮碗一次成型，尼龍環(huán)對(duì)橡膠皮碗起支撐作用，避免活塞皮碗與活塞芯直接接觸，從而避免工作時(shí)橡膠皮碗變形進(jìn)入活塞芯和缸套的縫隙，減小擠傷失效的發(fā)生。

（3）在尼龍環(huán)上沿圓周方向槽中鑲有丙綸纖維密封圈，丙綸纖維具有彈性和耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)。丙綸密封圈可以和缸套緊密結(jié)合，避免工作中對(duì)缸套進(jìn)行沖刷時(shí)，泥漿中的沙粒進(jìn)入活塞皮碗與缸套之間的縫隙。同時(shí)，隨活塞運(yùn)動(dòng)對(duì)缸套有清理作用，可以避免沙粒磨損的發(fā)生。

圖2 尼龍環(huán)、丙綸密封環(huán)和橡膠皮碗的連接

（4）在活塞橡膠皮碗前面沒有采用傳統(tǒng)的擋圈和卡簧固定，而是采用一端是圓錐面的尼龍擋板，擋圈螺母固定。尼龍擋板圓錐面的錐度比活塞皮碗的錐度要大，在初安裝時(shí)，尼龍擋板的錐面將皮碗唇口漲開，使皮碗與缸套緊密結(jié)合。當(dāng)活塞在使用過程中皮碗有磨損后，通過調(diào)整螺母，使尼龍擋板的錐面將活塞皮碗的唇口繼續(xù)漲開，皮碗重新和缸套緊密結(jié)合，進(jìn)而延長活塞的使用壽命。同時(shí)在尼龍擋板上也鑲嵌有丙綸彈性密封圈，作用和活塞尼龍擋圈上的丙綸密封圈一樣，起到阻止泥漿中沙粒進(jìn)入活塞皮碗和清掃缸套的作用。

4.創(chuàng)新點(diǎn)與效果

長壽命泥漿泵活塞總成的創(chuàng)新點(diǎn)：在活塞皮碗和活塞芯之間增加了一個(gè)尼龍環(huán)，減小了皮碗的擠傷失效；通過在皮碗工作表面開一些縱橫交錯(cuò)的槽，改善皮碗的工作環(huán)境，減小皮碗因摩擦熱而產(chǎn)生的磨損；在活塞上的尼龍環(huán)和尼龍擋板上分別鑲丙綸彈性密封圈，阻止泥漿中沙粒進(jìn)入活塞皮碗，同時(shí)對(duì)缸套進(jìn)行清掃，可以減小活塞的沙粒磨損和減小缸套的磨損。

通過采取上述措施達(dá)到了減小活塞磨損，提高活塞的使用壽命，進(jìn)而提高了泥漿泵的使用壽命。長壽命泥漿泵活塞總成已在高效泥漿泵產(chǎn)品中使用，工程實(shí)踐應(yīng)用表明，高效泥漿泵使用壽命延長，有效提高了泥漿泵的非故障工作時(shí)間，提高石油鉆井的工作效率。