钻井泵液力端故障判断与分析论文.doc

钻井泵液力端故障判断与分析 概述长期以来，钻井泵在钻井施工时，循环钻井液、冲洗井底，冷却钻头和隐固井壁，在喷射钻井时还有破碎岩屑的作用，钻井泵的好坏直接影响着钻井生产和进度，如不及时发现钻井泵的故障，有可能给钻井生产带来重大的事故隐患和经济损失，因此早期发现与处理有着重要的意义。钻井二公司从很早开始使用F-1300泥浆泵，在长达十多年的使用过程中，深刻体会了泥浆泵在钻井生产中的重要性，钻井泥浆泵在钻井生产中被称为钻井的心脏，泥浆则是血液，可见泥浆泵在钻井生产中占着一定的主导地位。钻井液在钻井中的作用主要是以下几个方面：1、 清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井底清洁2、 平衡地层压力，稳定井壁，防止井塌、井喷、井漏3、 传递水功率，以帮助钻头破碎岩石。4、 为井下动力钻具传递动力。5、 冷却润滑钻头钻具。6、 利用钻井液进行地质、气测录井。以上这些钻井液的作用，主要是靠泥浆泵来完成的，最近几年来，井控安全工作已经上升到最关键的环节，而作为井控工作占主导地位的泥浆泵，也被钻井生产越来越重视，近两年来，井底动力钻具及井底导向仪的使用也越来越被广泛应用，对泥浆泵的压力波动的研究与探讨也相应带来更多的课题。二、F-1300泥浆泵的结构：在这里我们主要以F-1300泥浆泵的液力端为主要讨论的方面，F-1300泥浆泵液力端结构主要是直通式三缸单作用结构，直通式布置方案的流道直，液缸内余间隙小，有利于液缸吸入，而吸入充满的问题在高速的三缸单作用泵上比较突出，直通式方案的缺点是取出吸入阀座比较困难，这也给故障的判断与处理带来了困难。液力端包括缸体、缸套、活塞、吸入阀、排出阀等部件，结构如图：三、F-1300泥浆泵的工作原理：F-1300钻井泵其工作原理为：活塞下行，钻井液在大气压的作用下，推开吸入阀，进入缸内，直到活塞到最低端完成钻井液的吸入过程。当活塞前行，钻井液在缸内受挤压，吸入阀在弹簧作用下关闭，当压力升高时排出阀被打开,钻井液被活塞推出，经由排出阀和排出管排出，完成排出过程。四、钻井泵的液力端常见的几种影响钻井液压力的故障 钻井泵的压力一般为钻井泵排出的钻井液压力，长期以来，一般钻井泵输送的洗井液为钻井液，由于净化系统的处理能力与钻井液的配方不同，当钻井液中含有比较多的固相或含砂较多时，钻井泵在长时间的往复式运动下，活塞与缸套，凡尔体与凡尔座之间会发生疲劳与磨损，或其它因质量问题造成的其它故障，使正在正常运转的钻井泵产生压力波动，进而影响了正常的钻井生产，特别是现在使用无线随钻仪器以来，压力的波动直接影响了信号的传输，使地面导向数据难以准确，直接危害到钻井的安全生产。 液力端常见的几种故障：1、 缸套、活塞的损坏与磨损。缸套与活塞的损坏包括几种情况：一是正常的磨损，使配合间隙增大。二是活塞胶碗损坏。2、 凡尔体与凡尔座的损坏。凡尔体与凡尔座的损坏有几种情况，一是本体密封面刺坏，二是质量问题造成的扶正块断裂，三是弹簧断裂，四是扶正压板脱落等。3、 凡尔体卡死或异物阻卡凡尔体卡死原因较多，但现场异物卡死现在也时有发生，比如泥浆净化不严格，上水管胶皮脱落等。4、 上水管密封不严。5、 空气包压力不足。五、泵液力端故障对压力的影响一般的F-1300泥浆泵的上诉故障，大多都能对泵压产生不同的影响，但是影响的反映应分为两种，一种是造成的压力的降低，二是造成的压力的波动，应将二者区分开来。(一)造成泵压降低的几种常见故障：1、活塞与缸套刺坏。2、凡尔体与凡尔座刺坏当我们发现泵压降低时，我们首先要排除的是地面设备的故障或其他原因，除了液力端的问题外，我们还就排除的以下地面故障及原因主要在以下的几个方面：1） 柴油机转数是否调整。2） 泵传动皮带因雨季造成的摩阻减少（在无密封护罩的情况下）3） 地面整个高压管汇闸阀是否刺坏。4） 泵保险凡尔是否损坏造成的钻井液短路，5） 钻井液性能是否变化，如比重降低、粘度降低、加入润滑剂等以上原因对压力的影响主要表现在以下的方式、现象及准确判断：1） 缸套、活塞、凡尔体及凡尔座刺坏使正常显示的泵压缓慢下降，但无波动现象发生，一般情况下泵压下降1MPa我们就会发现，判断这类故障也及其简单。2） 柴油机转数的调整，对泵压的影响因为调节的辐度大小影响也不一样，但绝不会引起泵压的波动，泵压平稳降低或增大。3） 雨季因皮带摩 阻减小而影响泵压的变化一般在1MPa左右，但泵压无波动，也不会再有变化。4） 高压闸阀刺坏对泵压的影响比较显著，一般在发现泵压下降1MPa时我们就可以及时的发现，如发现较晚，则泵压持续下降，但泵压无波动，这种现象可以根据回水管的回液或温度或声音来判断。5） 泵保险凡尔刺坏或短路，凡尔的活塞刺坏易被操作者忽略，在发现泵压下降后，有好多忽略了检查这里，以致于误判断为井下钻具的故障，给生产带来不必要的损失。保险凡尔刺坏忽略判断主要发生在回液管与上水管相联或与钻井液罐相联的情况下。对压力的影响与其它的现象区别在于压力变化的大小，开始时与闸阀刺坏凡尔体、凡尔座刺坏相同，但后期压力下降辐度较大。6） 泥浆性能的变化对压力的影响，主要发生在刚下钻到底，或者是刚加入处理剂的情况下，根据性能变化的大小辐度也相应变化，但影响不是很大，我们一般能及时发现与判断。(二)造成泵压波动的几个常见故障与判断： 1、上水管密封不严或者上水管损坏。（不考虑罐液量不足）这种现象表现在上水管有抽气现象，或者有钻井液渗漏，判断与解决比较容易，因为有空气进入可引起压力的波动，可表现在压力表指针上下浮动，水龙带晃动，压力波动范围根据上水管损坏程度略有不同，但一般在1-1.5MPa之间晃动。水龙带晃动不剧烈。2、空气包无压力或压力数值较小。空气包无压力或预充压力较小，在其他密封件无过大磨损的情况下，可表现为压力表浮动范围小，水龙带晃动不剧烈并有规则的晃动，一般情况下，我们必须将空气包充到设计泵压的30%，一是减少压力的波动，二是可以使故障判断不致于复杂化。3、凡尔体卡死或者被异物卡死，无法关闭。这种现象在钻井现场中时有发生，而且判断起来比较困难，发生的原因有以下几点：1） 弹簧断裂后，凡尔体卡死，无法关闭进水口。2） 扶正压板翻转后凡尔体无法回到原位关闭进入口（主要发生在设备老化，缸体上部被扶正压板撞击出坑槽）3） 凡尔体扶正块损坏或者脱落，造成凡尔体无法开启或者无法关闭。凡尔体卡死后，F-1300泵一般多发生在吸入阀，凡尔体卡死后造成吸入口无法关闭，使排出过程无法正常进行，泵压不但下降幅度较大一般在3-4MPa之间，而且伴着水龙带剧烈的晃动，缸体内无太大的声响，上水管膨胀幅度也开始剧烈起来，我们可以根据这几种现象来初步判断是阀体卡死，对于三缸来说，我们还要进一步判断是哪一个阀体卡死，我们主要根据拉杆法来判断如下图所示：如上图所示，当凡尔体卡死后无法关闭吸入口，当活塞在前推的过程中，泥浆在压力作用下不再顶开排水凡尔，而经上水凡尔又回到了上水管，我们从图可以看出，当活塞前推时压力就会传递到上水管外壁，使上水管在压力作用下膨胀，相反，当活塞后移时，作用在上水管壁上的压力释放，并在大气压的作用下收缩，活塞一来一往致使上水管在拉杆前推与后移这一范围内产生膨胀与收缩，根据上水管这个现象与拉杆活动相对应，就可判断出是哪一个凡尔体卡死，再根据箱体内的声响就可以准确无误的判断了。4、活塞与缸套的磨损对压力的影响随着使用时间的延长，活塞与缸套之间的间隙将会越来越大，或者是胶碗失去了塑性，在这种情况下，当活塞在完成吸入过程时不但通过吸入口吸入泥浆也将会在活塞与缸体的间隙内进入空气，当活塞完成排出过程时，因为缸套与阀腔内进入了空气，致使压力失去平衡，产生压力波动，因为吸入的空气量不同则产生的压力波动也将不同，空气量少刚波动幅度也小，水龙带晃动幅度也小，当吸入的空气量多时压力波动幅度也大，水龙带的晃动幅度也剧烈起来，泵压下降可达3-4MPa.与凡尔体卡死时的波动幅度相差不多，但是因为有空气的吸入，活塞在前推刚开始时会产生锤击现象，致使动力端可明显听到撞击的声音。一般可根据动力端的撞击声音可判断缸套活塞已经磨损严重，此时应及时更换缸套与活塞。六、故障的早期发现及预防加强设备的管理及巡回检查，及时掌握设备的运转状态。操作人员必须懂得设备的四懂三会，设备不得离人，检查不得超过半个小时，合理使用设备，及时对设备的配合间隙进行维修，空气包预充压力在使用泵压的30-40%.七、总结与认识钻井液在钻井生产中被称为钻井生产的血液，只要血液不停止并平稳的流动，钻井生产才能有效的进行，而做为钻井生产心脏的泥浆泵,正是完成血液循环的主要设备，保障泥浆泵正常运转将是钻井生产的主要工作。所以我们当以钻井泵为中心做好以下几点工作：1、操作人员要正确的使用好设备，严格按操作规程安装、检修及操作，掌握好设备的技术知识，认真按规定的检查点对设备进行巡回检查，开展设备零部件磨损情况分析活动，不断提高技术及操作水平。2、钻井泵在安装时必须按规定标准进行安