泥漿泵活塞偏磨分析

馮曉飛

摘要：泥漿泵是石油鉆井的重要設(shè)備之一。活塞是泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的易損件，是比較容易失效的部件，活塞偏磨是引起其失效的主要原因?；钊ズ笕菀自斐筛滋桌瓊?，一旦拉傷嚴(yán)重，就需要成套更換，無(wú)形中增加了鉆井成本。本文通過(guò)對(duì)泥漿泵活塞偏磨的原因進(jìn)行了分析，可以采取預(yù)防性措施，提高活塞的使用壽命，從而提高鉆井效率，降低鉆井成本。

關(guān)鍵詞：泥漿泵;活塞;缸套;偏磨

中圖分類(lèi)號(hào)：TH31? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0143-02

0? 引言

泥漿泵是石油鉆井必不可少的設(shè)備，活塞式泥漿泵在目前鉆井中較為常用，活塞的主要結(jié)構(gòu)有金屬活塞芯和活塞膠皮。泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸通過(guò)連桿和十字頭帶動(dòng)活塞在缸套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將泥漿由泥漿罐輸送到井內(nèi)。在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，活塞膠皮需要起到密封的作用，防止泥漿泄漏，活塞芯支撐活塞膠皮，起到保護(hù)的作用。鉆井過(guò)程中活塞直接與泥漿接觸，同時(shí)受到壓力和摩擦力，且長(zhǎng)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是鉆井過(guò)程中比較容易損壞的零部件。由于泥漿泵使用工況非常復(fù)雜，所以引起活塞損壞的原因有很多，活塞偏磨造成的損壞是其中一個(gè)原因?；钊ナ侵富钊诟滋變?nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)由于活塞芯部分圓周與缸套內(nèi)壁接觸，如圖1，造成活塞芯和缸套接觸部分拉傷。

實(shí)踐表明，有大量的泥漿泵在使用中出現(xiàn)活塞偏磨導(dǎo)致缸套拉傷的情況，即金屬活塞芯在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦缸套內(nèi)孔，在缸套內(nèi)表面拉出許多條不規(guī)則的縱向溝槽。在泥漿泵工作過(guò)程中，輕微拉傷時(shí)，活塞膠皮依靠其柔韌性，會(huì)繼續(xù)起到密封作用，不會(huì)對(duì)鉆井造成影響，但發(fā)生嚴(yán)重拉傷時(shí)，活塞會(huì)在缸套內(nèi)造成很深的溝槽，這些偏磨溝槽反過(guò)來(lái)會(huì)磨損并破壞活塞膠皮，從而導(dǎo)致活塞提前失效，泥漿進(jìn)入機(jī)架和冷卻水箱的問(wèn)題，同時(shí)造成鉆井壓力不穩(wěn)，此時(shí)只能更換損壞的活塞和缸套。因而，有效解決活塞偏磨問(wèn)題也是提升缸套活塞使用壽命的可行方法。本文主要針對(duì)造成活塞偏磨的原因進(jìn)行分析。

根據(jù)泥漿泵的結(jié)構(gòu)分析，引起活塞偏磨的主要原因是活塞與缸套不同心。而引起活塞與缸套不同心的主要原因有泥漿泵裝配調(diào)整不達(dá)標(biāo)造成十字頭與缸套不同心，活塞和鎖緊螺母不合格造成活塞與缸套不同心，鉆井現(xiàn)場(chǎng)活塞桿裝配不到位造成活塞與缸套不同心。

1? 泥漿泵裝配調(diào)整不達(dá)標(biāo)引起活塞偏磨

十字頭是泥漿泵動(dòng)力端的重要部件，是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵?；钊ㄟ^(guò)介桿和活塞桿與十字頭連接為一體運(yùn)動(dòng)，泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，十字頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活塞在缸套內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如圖2。活塞與十字頭處于同一中心，缸套裝在液缸內(nèi)固定在機(jī)架上，缸套與機(jī)架處于同一中心。泥漿泵裝配要求十字頭與機(jī)架前墻板孔的同軸度在0.25mm以內(nèi)時(shí)，才能保證液力端裝配后十字頭與缸套的同心度。此時(shí)活塞在缸套內(nèi)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，活塞芯不會(huì)與缸套內(nèi)壁發(fā)生接觸。當(dāng)十字頭中心與機(jī)架前墻板孔中心偏差超過(guò)0.25mm時(shí)，活塞會(huì)與十字頭偏移方向一致，如果偏差引起活塞芯與缸套接觸，將會(huì)引起活塞偏磨或拉傷。所以泥漿泵在調(diào)整十字頭與機(jī)架同軸度時(shí)要確保其一定在合格的范圍內(nèi)。

2? 活塞和鎖緊螺母原因引起活塞偏磨

活塞本身尺寸和形位公差超差，裝配后將直接影響活塞的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。如圖3所示，當(dāng)活塞芯內(nèi)孔與外圓的同軸度，以及與兩個(gè)端面的垂直度超差較大時(shí)，活塞裝配在活塞桿上，活塞中心會(huì)偏離活塞桿中心。在此情況下，即使十字頭和機(jī)架的同心度調(diào)整到合格的范圍內(nèi)，活塞與缸套也不會(huì)同心。在此情況下泥漿泵進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)造成活塞偏磨，偏磨嚴(yán)重時(shí)拉傷缸套，造成泥漿泵無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，必須更換活塞和缸套。所以在活塞芯加工時(shí)首先需要以活塞芯內(nèi)孔中心為基準(zhǔn)，加工外圓，保證其同軸度在0.12mm以內(nèi)，其次加工活塞芯兩個(gè)端面需要以內(nèi)孔軸線為基準(zhǔn)加工，保證其垂直度在0.03mm內(nèi)。按照此工藝加工活塞芯，提高了活塞的制造精度，避免因活塞質(zhì)量問(wèn)題造成偏磨。

除了活塞的加工質(zhì)量不合格會(huì)引起活塞偏磨以外，活塞鎖緊螺母的加工質(zhì)量也直接影響了活塞的裝配質(zhì)量，當(dāng)活塞鎖緊螺母端面與螺紋孔垂直度超差較大時(shí)，裝配活塞鎖緊螺母后會(huì)導(dǎo)致活塞芯徑向跳動(dòng)超標(biāo)，出現(xiàn)活塞與活塞桿不同心的問(wèn)題，從而導(dǎo)致活塞偏磨。

為了查找活塞鎖緊螺母加工質(zhì)量對(duì)活塞偏磨的影響程度，我們進(jìn)行了一項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)，使用形位公差超差的鎖緊螺母，將檢驗(yàn)合格的活塞芯裝配到同樣檢驗(yàn)合格的活塞桿上，在磨床上以頂尖頂緊活塞桿兩端中心孔，用百分表檢測(cè)了活塞芯的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)（圖4）。發(fā)現(xiàn)在活塞螺母不壓緊時(shí)活塞芯的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)均為合格，當(dāng)活塞螺母按照力矩要求壓緊后，再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)活塞芯的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)均發(fā)生嚴(yán)重超標(biāo)，且經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出，活塞鎖緊螺母垂直度超差的數(shù)值，基本與裝配后活塞芯徑向跳動(dòng)偏差超標(biāo)的數(shù)值趨于一致。

而使用形位公差合格的鎖緊螺母進(jìn)行上述試驗(yàn)時(shí)，活塞芯的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)均未發(fā)生變化。

因此，活塞鎖緊螺母端面與螺紋孔垂直度超差較大時(shí)，裝配活塞鎖緊螺母后會(huì)導(dǎo)致活塞芯徑跳超標(biāo)，出現(xiàn)活塞與活塞桿不同心的問(wèn)題。在此情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)泥漿泵也可能會(huì)引起活塞偏磨。所以活塞鎖緊螺母加工時(shí)需要控制與活塞接觸的一側(cè)端面同螺紋孔中心的垂直度在0.05mm以內(nèi)，如圖5所示。

3? 活塞桿裝配不到位引起活塞偏磨

當(dāng)泥漿泵在鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)根據(jù)井況實(shí)際要求頻繁更換缸套和活塞，在頻繁的更換后容易造成活塞桿和介桿定位臺(tái)階損傷，損傷后的活塞桿和介桿裝配后端面不能完全接觸，卡箍卡緊后，將端面間隙偏差通過(guò)剛性連接直接傳遞到缸套活塞之間，可能會(huì)使活塞桿偏離缸套中心，導(dǎo)致活塞芯與缸套的間隙不均勻或直接接觸上。泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，活塞在缸套內(nèi)偏離原直線運(yùn)動(dòng)，從而可能導(dǎo)致活塞芯在缸套上磨出溝槽，發(fā)生活塞偏磨現(xiàn)象。所以在現(xiàn)場(chǎng)更換活塞時(shí)一定要檢查活塞桿和介桿定位是否有損傷或夾有雜質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理后再進(jìn)行裝配，消除引起活塞偏磨的隱患。

4? 結(jié)論

總之，由于泥漿泵活塞在現(xiàn)場(chǎng)更換比較頻繁，造成其偏磨的原因很多，這需要我們?cè)趯?shí)際使用中不斷的進(jìn)行總結(jié)，并做好前期檢查和維護(hù)，只有這樣才能減少活塞偏磨，提高鉆井效率。本文只對(duì)引起活塞偏磨的部分原因進(jìn)行了歸納和總結(jié)，僅供參考。

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