钻井泵是钻机的心脏，是喷射钻井提高钻速、降低钻井成本的关键设备。经过40年的发展，三缸单作用钻井泵以其无可比拟的优越性能，已完全取代了双缸双作用钻井泵。随着高压喷射钻井、超深钻井、海洋深水钻井、大位移井和水平井的发展，推动三缸泵正向着高压(52～69MPa)、大功率(2237kW)和提高可靠性及持久性方向发展。三缸单作用钻井泵具有功率大、压力高、工作条件差等特点。钻井泵损坏将导致钻井工作停顿造成巨大损失。

　　目前三缸单作用钻井泵工作状态的好坏是依靠现场人员的经验来判断。通常现场人员对液力端的故障较易判断和维修，而动力端由于结构复杂、封闭严密和装拆难度大，则难以进行故障诊断和维修。因此，及时总结动力端故障诊断工作，对于及时掌握钻井泵工作状态，保证钻井工作的正常进行，提高钻井泵的现代化管理水平，变定期大修为按需维修，节约钻井及维修成本，提高经济效益都具有十分重要的意义。

　　钻井泵动力端

　　主要部件的寿命预测

　　三缸单作用钻井泵故障主要发生在动力端的轴承、齿轮、十字头。

　　轴承寿命预测 钻井泵用轴承尺寸大，滚子数量多，且易损坏。因此轴承的维修和更换成了泥浆泵大修的主要任务。在安装、润滑、维护正常的情况下，绝大多数轴承的破坏是疲劳破坏，因此，一般所说的轴承寿命是指轴承的疲劳寿命。轴承在正常工作生极少的磨损颗粒，一旦发现大的疲劳磨粒产生，轴承也已经进入疲劳状态。但是及时发现故障的就可以采取控制措施并做好相应维修准备。

　　齿轮寿命预测 钻井泵齿轮的常见故障有点蚀、锈蚀和机械划伤等。由于齿轮的体积大、接触面积大，一旦齿轮出现非正常磨损，润滑油中的铁质磨粒将大量增加，铁元素含量也会大幅上升。理论上一般采取尺寸标准定义齿轮的失效，即当齿轮的磨损间隙达到1mm时判定齿轮失效。但是在实际使用过程中，由于齿轮的锈蚀、胶合和断齿等原因使齿轮磨损间隙在小于1mm时就已经无法正常使用，因此齿轮的失效判定大都根据经验，然后结合齿轮磨损间隙变化作出。根据中石油川庆钻探公司国际工程公司多年的钻井泵维修经验，提出了基于润滑油分析的齿轮寿命预测方法，其对应关系如表1所示。

　　十字头寿命预测 十字头也是极易出现故障的部件，其最常见故障便是十字头滑板拉伤和间隙不当。由于十字头部分的主要摩擦方式就是滑动摩擦，因此在监测过程中，应密切注意是否有严重滑动磨粒出现。当有少量严重滑动磨粒出现时，应及时检查机械润滑状况和装配情况。若严重滑动磨粒数量有增加的趋势,就可判定滑板出现故障,必须停机检修。当严重滑动磨粒大量出现时，即判定十字头滑板部分失效。

　　钻井泵动力端

　　故障诊断及措施

　　一、钻井泵响声异常

　　诊断:正常情况下,泥浆泵的运转声音平稳、均匀;当运转声音时高时低,不时伴有沉闷的冲击声和无规律的金属敲击声时,说明泥浆泵的某一部位运动异常或是泥浆中含气量大。

　　分析及措施：泥浆中含气量大的因素可以从泥浆检测中得出结论,除此之外就是泥浆泵本身存在异常。主要原因是十字头或导板间隙大,导致响声异常。磨损拉伤是指在较短时间内(一般2h～3h)接触面上出现深槽迅速失效的一种表现形式。从几何形状来看,全磨拉伤发生在导板和十字头整个或3/4接触面上,而偏磨发生在局部,特别是角部。从拉伤深度来看全磨沟槽较深一般在2～4mm,粗糙度在50～100μm,偏磨沟槽一般在1～2mm,粗糙度在25μm左右。在现场应用中,当十字头在曲轴的作用下在导板上平行滑动时,运动间隙超标和润滑不良,会破坏滑块间的油膜而干磨发出巨大声音和大量的热。严重的拉伤十字头和导板,甚至缸套活塞。

　　所以，调节好十字头间隙和提供可靠的润滑效果非常关键。十字头间隙一般在0.25～0.50mm范围内。导板固定螺栓上紧扭矩为200～270N•m，同时十字头和中心拉杆的同心度必须小于0.38mm，保证十字头是在导板上作平行滑动。

　　二、人字齿轮剥落

　　诊断:可以静听动力端运转声音,正常情况是声音均匀、平稳,如果异常,且异常声音出现有一定规律,就说明齿轮传动部分有问题,必须停泵检查。

　　分析及措施:齿轮齿面上有一些均匀的点蚀是正常的,但是点蚀逐渐扩大,造成轮齿掉块,就会因啮合不好发出异常声音,这种异常声音出现有一定规律。造成轮齿掉块因素是多方面的。主要因素是与齿的材质有关,如果材质不达标,热处理不过关,就会造成齿轮耐磨性差,冲击强度弱,使用时间不长就出现齿面磨损呈研磨状,继续使用就会轮齿掉块。其次，可能是曲轴转动圆周跳动量大引起的破坏性冲击,齿根处产生较大弯曲应力,再加上几何形状上存在应力集中,使齿根处产生疲劳裂纹并逐步扩展而断裂。为减小冲击,可采取选择间隙在0.30～0.50mm范围内的支持轴承。为了提高齿轮的使用寿命,通常采用增大齿根过渡圆角,减小应力集中;采用最合理的热处理方法,使齿芯材料有足够的韧性和硬度。达到齿面要硬,齿芯要韧。齿轮是整台泵的核心,如果齿轮的剥落断齿不及早排除,会导致轴承失效、壳体破裂、瓦盖断裂、螺栓切断,最终整台泵报废。

　　三、主螺栓(瓦盖螺栓)断裂

　　诊断:如果主轴承座附近温度偏高,而且动力端声音异常，必须停泵检查。

　　分 析及措施:某公司钻井现场从2006年9月～2007年9月1年时间已经有4台F-1000泵和2台F-1300泵发生主螺栓断裂事故,主螺栓断裂直接引起曲轴支持轴承因固定不可靠而损伤,同时也损伤了母螺纹,使泵壳无法再使用;同时也可能引起十字头偏磨等机械失效。经过宏观断口、化学成分、力学性能和低倍组织金相分析,钻井泵主轴承螺栓的断裂主要是由弯曲疲劳及螺纹根部严重的应力集中造成的疲劳破坏。为了提高主轴承螺栓抗疲劳破坏的能力,建议从以下五方面采取措施:

　　在加工时除按要求对螺纹根部实施滚压强化外,还应保证螺纹根部R=0.4mm圆角与螺纹良好过渡,消除应力集中;主螺栓材料为40CrNiMoA，调质处理硬度要求达到为305～336HBS,确保调质处理后的钢材性能。精车螺纹的刀具应严格按图纸要求进行修磨,并用样板进行检查;确保泵的地基坚硬结实, 水平度不大于3mm，主轴承盖上螺栓位置处所在平面的平整;在使用一段时间后,应检查主螺栓是否有松动，确保螺栓预紧力;保证泵两个主轴承座同心度不大于 0.30mm。

　　根据以上原因分析及故障损坏统计(表2)可知，三缸单作用钻井泵动力端故障产生原因是多方面的，跟多数人管理技术水平、安装、保养及操作人的素质及重视成度有关。若能充分重视，则能够将钻井泵的平均修理间隔期时间延长，使钻井泵的可靠性和利用率得到大幅提高。