摘要：伴随着石油资源的不断减少，石油资源的勘探开发不断地向深井与复杂地层发展。由于井深的不断增加，地层也越来越复杂，对钻井设备提出了更高的要求。为了提高井底钻头的注入压力，提高岩屑的返出能力，还可以大大减少井下钻井事故的发生，从而使钻井过程中需要更高的排量和泵压。在一定条件之下钻井泥浆泵有一些特定的要求。
关键词：钻井泥浆泵；发展；活塞优化；研究
一、钻井泥浆泵发展概述
钻井泥浆泵已经使用了大概100年。早期的泥浆泵设计用于循环泥浆、冷却井底与携带岩屑。随着深井与超深井的不断开发，对钻井泥浆泵的压力与功率提出了更高的要求。泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，流量和压力波动大，传动效率低，重量重，体积大，不能满足苛刻的钻井条件，尤其是海上钻井的需要。为此，在20世纪60年代，采用了更加先进的三缸单作用泥浆泵，三缸泵具有体积小、效率高、重量轻、压力波动小等等优点。所以随着石油开采技术的不断创新与钻井要求的不断提高，出现了一些新的泥浆泵。
二、背景介绍
大家都知道在钻井系统中，钻井泥浆泵有着无可替代的作用，相当于人的心脏，心脏出现问题一定要迅速查找及时解决，在众多“疾病”中活塞的问题尤为突出，排量达不到就会引起“身体”各个部位的不适，所以要时刻关注活塞是否刺漏，“心脏病”的耗材一般有活塞、凡儿体、凡儿座，活塞在钻井钻进过程中更换的频率居高不下，我们发现活塞有四个个部分组成，一般更换的活塞都是胶皮部分刺漏损坏，我们便考虑何不只更换胶皮部分呢？
三、主要内容
我们发明的废旧活塞更新器有两个部分组成：
1.主体部分是由废旧的套管切割焊接而成，形成一个可以使废旧活塞胶皮挤压的容器，主要作用是承受千斤顶的挤压。
2.千斤顶，相信每个井队都有不同规格千斤顶吧，使用千斤顶在主体仓内把活塞的胶皮挤压变形，从而拆除卡胶皮的卡子，然后泄压拆除旧活塞胶皮，在活塞钢体部分涂抹黄油（方便下次更换），再次通过千斤顶挤压胶皮的方法，卡上活塞卡簧，至此活塞更新完成。方便简单一般5到10分钟便可更新一个活塞。
四、影响活塞寿命的主要因素
本研究主要是探讨泵压。生产工艺、设计结构、材质、运行条件等等因素综合影响了泥浆泵活塞寿命的长短。活塞间隙、冲击摩擦热、泥浆与缸套缺陷对活塞使用寿命的影响。
（一）泵压、冲次的影响
同时，由于活塞磨损不均和结构的非中立性，偏心磨损的可能性大大增加。因此，根据实际情况选择合适的泵压和冲程，可以提高活塞的使用寿命。
（二）摩擦热的影响
活塞是橡胶密封，摩擦热是影响运动密封使用寿命的重要因素。
（三）活塞间隙的影响
活塞间隙越大，活塞皮碗材料进入间隙的可能性越大，挤压的可能性越大。活塞间隙越小，活塞芯的正面效果越好，但同时它带来的危险也越大。会造成人身伤害，活塞根部被咬伤的可能性越大，合理的间隙值可以用来改善缸套。钢芯和活塞的寿命非常重要。
（四）泥浆液的影响
泥浆泵活塞的工作条件很差。泥浆泵在钻井过程中输送的钻井液粘度高、含沙量大、腐蚀性强，有时还会产生油和高温。因此，为了改善活塞的使用寿命和工作环境，也是一个重要方面。
五、泥浆泵活塞的优化设计研究
在泥浆泵的使用中，泥浆泵的损坏会给井组带来大量的人员和物质损失，从而有效地避免泥浆泵的损坏，提高井组的工作效率，提高井队的经济效益。据统计，活塞失效是泥浆泵损坏的主要原因之一。因此，开展泥浆泵活塞的优化设计研究，提高活塞的寿命，可以大大降低泥浆泵的损坏概率，减少事故的发生。
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泥浆泵活塞的高速运动摩擦会产生大量的热量。活塞的密封系统长期处于高温状态会导致密封失效，因此，有必要加强对活塞冷却润滑的优化。经研究分析表明，活塞的最佳冷却方式是全冷却。在充分冷却的前提下，采用外冷和喷雾制冷来降低活塞温度，优化活塞工作环境。在冷却剂的选择上，采用柴油和机油的混合物可以提高活塞的冷却效率。实验结果表明，在含氯冷却液中，可以降低金属与橡胶之间的摩擦程度，使摩擦表面形成一层氯化物。氯化物能降低摩擦表面的摩擦系数，充分地降低摩擦产生的热量，降低活塞的工作温度。除上述措施之外，还可通过降低泥浆温度来降低泥浆泵的转速。在泵的使用过程中，对泵的冷却润滑系统进行了检查，防止泥浆泵温度长期过高，造成泥浆泵损坏。当泥浆泵清洗液受到污染时，必须及时清洗，以改善泥浆泵工作环境的质量。
至于活塞碗和活塞根部材料的选择，原来的尼龙材料有很高的热量和摩擦，很快就会失效。随着科学技术的发展，新工艺、新材料得到了开发与应用。一些改性材料，如石墨，已应用于泥浆泵。这些改性材料的性能和耐磨性能得到了广泛的应用。
六、延长活塞使用寿命的措施
（一）皮碗根部加强措施
皮碗的根部是活塞最薄弱的环节，加强根部的加固具有重要意义。
（二）避免挤伤、偏磨
代替传统的圆柱形钢芯法兰。活塞采用圆球钢芯法兰，集中功能完全由皮碗完成，即使在同心度相差较大的情况下，也不会直接产生活塞钢芯和缸套。因此，可以选择尽可能小的活塞间隙，以提高活塞的咬合能力，达到延长活塞使用寿命的目的。
（三）改进皮碗唇部和尺寸突变处
皮碗与筒体壁的摩擦接触面从接头处开始有一定的锥度，整个皮碗具有固定锥度，可提高皮碗的自补偿能力，活塞的正常磨损阶段延长。
（四）延长活塞使用寿命的其他措施
通过消除摩擦热，选择优良的皮碗材料，可以延长活塞的使用寿命。
七、应用情况
40569队在官2-平1井施工过程中一共更换了3个活塞，2个为自行翻新组装的活塞，经使用观察效果与正常活塞相差无几。
八、经济评价及推广前景
该成果是我们队在节能增效的大环境下应运而生的，试想一下：活塞报价208RMB，而我们只需买45RMB的胶皮外加5RMB的卡簧，运用我们的更新器便可以重新组装一个全新的活塞，而且胶皮的大小可以随意调换，如果你的缸套磨损严重，那么你只需更换一个稍微大1到3毫米的胶皮便可以了。
九、创新心得
我们队自从有了活塞更新器后，便不在额外多报活塞了。一个活塞便可以节省158RMB，一口2500米左右的井怎么得也需要6到8个活塞吧？这节省的1000多元钱可都是兄弟们辛辛苦苦的血汗钱啊，试想一下一个队一年能节省1万多，那公司40多个队一年就得快50万。我们队的这项成果在节省了材料费的前提下还实现了“傻瓜”式操作，确保每一个职工看一遍就会轻松操作安装，此项技术必定会给公司带来良好的经济效益。
十、结语
总之，石油钻井中泥浆泵起着重要作用。泥浆被认为是用来钻探血液。因此泥浆泵是血液输送的动力源。泥浆泵通过对钻井液的压力作用，实现了井底钻头的润滑、岩屑的向上携回以及井下动力钻具的动力。与常规泵相比，泥浆泵工作环境差、摩擦大、粘度高、密度大。钻井泥浆泵是钻井过程中的一个薄弱环节，由于泥浆泵不能正常工作，经常导致严重的事故。因此，提高泥浆泵的工作效率和使用寿命具有重要意义。本文根据泥浆泵的应用实践，结合理论分析，介绍了泥浆泵近年来的发展现状，并提出了提高泥浆泵使用寿命的优化措施。通过研究，促进了泥浆泵的进一步发展和应用。
参考文献
[1]张玉斌,刘彩玉,王景昌.钻井泵活塞寿命可靠性研究[J].石油机械,1998(06):17-20+57.
[2]刘洪宾,周锡容,彭胜商.钻井泵活塞的功能及使用寿命[J].石油机械,1987(07):58-62.
论文作者:郭文飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/22
标签：活塞论文; 泥浆泵论文; 胶皮论文; 摩擦论文; 使用寿命论文; 间隙论文; 千斤顶论文; 《基层建设》2019年第21期论文;