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摘要：石油钻井泵是石油钻井装备的重要组成之一，在其使用过程中由于材料、工艺、环境条件和人为因素的影响，其零部件会逐渐被磨损、变形、断裂、蚀损等；随着时间的增加零部件的损坏程度就会增大，钻井泵的技术状态将会产生劣化，不可避免地出现各种各样的故障，从而使设备的功能和精度减低，甚至整机丧失使用价值。如何能够准确诊断钻井泵中存在的问题将其逐一解决，使钻井泵在使用中处于良好状态，提高利用率，延长使用寿命，从而减少在钻井过程中的钻井事故，降低钻井成本，是企业提高经济效益的需要。本文主要对钻井泵的机械故障进行探讨，对隐含的故障进行正确的早期诊断，提出问题、解决故障；减少和防止故障的发生，对提高生产效率、确保生产质量和可靠性有着重要的意义。
关键词：钻井泵、泵压、机械故障、含沙量、活塞、销子。
钻井泵是循环系统的重要组成，钻井泵为钻井提供了足够的钻井液，及时清洗井底、破碎和携带岩屑、保护井壁，并为采用井下动力钻进时，提供高压钻井液驱动螺杆钻具。
1.钻井泵在使用中出现的故障分析
1.1.钻井泵磨损型故障
泵压、泵冲、高压高温、含砂量、材料等都是产生钻井泵磨损型故障的重要因素，在工作中出现泵压下降，冷却系统有大量钻井液出现，是钻井泵缸套和活塞磨损、刺坏到一定程度后造成的。
1.1.1.泵压、泵冲的影响
随着泵压的升高，活塞皮碗与缸套间的接触压力增大，摩擦力也随之变大，产生大量的热量，受表面摩擦热和内摩擦热的影响，加快了橡胶材料的磨耗、老化和水解，造成材料性能与耐磨性下降，弹性模量和抗张强度随温度升高而降低，超过一定温度，耐磨性急剧下降，并失去弹性，活塞丧失密封能力而失效。泵冲增加，活塞速度、惯性力随知增加，这使活塞所受的交变载荷不仅次数增大，同时交变频率变大，产生的恶劣影响也会增加。在相同的工况下泵压和泵冲的增加，活塞的使用寿命大大降低。
1.1.2.摩擦热的影响
活塞是橡胶密封件，摩擦热是影响活塞使用的一个主要因素。橡胶是高分子复合材料，高温使其强度分子间引力减小而降低，活塞处于高压、高速、重载的工作环境中剧烈的摩擦使活塞橡胶温度升高，橡胶随温度升高而老化脆裂，其表面产生永久变形，活塞皮碗受缸套、钢芯及压板的约束，由于橡胶与钢材的受热，膨胀系数不同，皮碗只能在压板与缸套间的空间和钢芯与缸套之间的缝隙里膨胀，从而使压板陷入皮碗，挤出间隙。
1.1.3.含砂量的影响
在钻井过程中，钻井泵输送的钻井液粘度大，含砂量大，温度高具有腐蚀性；特别是在固控设备没有合理的运用下，钻井液的含砂量超出了设计要求，其中有直径小于0.1毫米，进入活塞皮碗与缸套的接触面，这些砂粒对于缸套和活塞都不是静止不动的，而是做一个不大的相对运动，这个速度远远小于活塞运动的速度，正是由于这种砂粒对活塞和缸套的相对运动，形成了活塞和缸套的磨损，加速了缸套活塞的破坏。
1.1.4.有缺陷的缸套对泵块寿命的影响
因缸套大多是由高铬合金用离心浇铸法浇铸成，可能缸套表面存有小气孔和沙眼等缺陷，缸套在运输、存放、安装等过程中，由于人为因素会造成耐磨衬套的损伤。如果有缺陷的部位存有凹槽时，高压钻井液就会切割质软的缸套垫圈，随着时间的推移缸套垫圈被刺穿，从而刺坏了泵块。
1.2.钻井泵松动、撞击型故障
1.2.1.钻井泵在工作中，液力端突然出现间断的敲击声，随着泵体严重的振动，水龙带剧烈跳动。是凡尔体导向爪整体脱落造成的，主要原因是固定不可靠或尺寸不合格，挂碰凡尔座而引起；导向爪断裂与加工的尺寸误差有关，当导向爪尺寸过大时，凡尔体在凡尔座里上下运动时发生刮碰而碰掉。凡尔体导向抓爪落后，使凡尔体出现卡碰，引起金属撞击，造成上水出现很大的波动，以及水龙带的剧烈跳动。
1.2.2钻井泵在工作中，泵压突然下降约1/4，拉杆箱内传出撞击声。是因固定螺杆随着拉杆的运动而逐渐松动、脱落，严重时活塞拉杆在中心拉杆的撞击下，将缸套撞坏，活塞拉杆变形。
2.钻井泵损坏的原因分析
2.1.从疲劳剥蚀的状况分析
活塞橡胶与凡尔体橡胶大部分是丁晴橡胶制成，在高压高速作用下，橡胶加速发热老化而形成应力集中，并在摩擦力、撞击力的多次重复作用下，使其产生疲劳损伤，并逐渐加速发展，而导致疲劳剥蚀。
2.2.在工作过程中，受泵压影响的分析
橡胶所受的压力超过了某一极限范围，并且由于橡胶存在变形滞后现象，变形中的内部摩擦，使橡胶发热加剧，局部温度升高过快，导致橡胶局部老化变质，橡胶的机械性能降低，在摩擦和撞击的重复做用下造成剥蚀。
2.3.钻井液含砂量的分析
在钻井液中存在着大量的有害固相，有害固相相对活塞的摩损影响严重，活塞在磨砺介质中，工作时，有砂粒物质参与下的磨损，其中直径小于0.1毫米的微小砂粒进入活塞与缸套的接触面，这些砂粒相对于活塞和缸套而言，它们是在不停的运动中，而运动的速度远小于活塞的运动速度，正是砂粒的相对运动造成了活塞和缸套的磨损。
有害固相（砂粒）进入活塞和缸套有以下几种方式
2.3.1.当活塞的吸入过程结束时，压缩运动才刚刚开始，由于吸入关闭滞后的现象，钻井泵缸内压力低于正常大气压的情况下，活塞的橡胶与缸套贴的不够紧，砂粒在压力的作用下挤入缸套的密封面。
2.3.2.有时因安装有误，使活塞轴线与缸套轴线不在同一直线上，活塞与缸套间存在一定的夹角，活塞与缸套偏磨，砂粒从夹角处进入密封面。
2.3.3.当活塞背帽松动时，活塞做压缩过程中，活塞与活塞拉杆间存在间隙，砂粒在压力的作用下，通过间隙进入活塞后面的缸套密封面，造成活塞与缸套间的磨损。当磨损到达一定程度时，较大的砂粒就会再次进入，将拉出的沟槽进一步扩大，同时会伴有冲蚀现象出现，使活塞加速失效。
2.3.4.目前在油田的钻井过程中，钻井液的含砂量一般要求在0.3%以下，但是由于固相设备没有很好的运用和漏洞的存在，大量的砂粒悬浮在钻井液中，钻井液的砂粒自由下沉很快，活塞的运动速度不足以使缸套内的砂粒处于悬浮状态，缸套下部存积着一定量的砂粒，造成了活塞使用寿命缩短的原因。
3.钻井泵故障的应对措施
3.1.根据地层、井深、井眼的直径选择合理的泵压，泵冲。
3.2.钻井泵可以通过良好的散热条件和冷却系统有效地减少摩擦热带来的损伤。如检查喷淋泵上水是否正常，管线是否有堵塞现象，冷却水太脏要及时更换，铲除水箱内的泥砂等。
3.3.当活塞固定螺丝有松动时，可在螺丝外的拉杆上钻开一个小销子的圆孔，插入小销子，上好别针，使螺丝不易松动。
3.4.使用好各级固控设备，控制钻井液的含砂量
关键词：钻井泵、泵压、机械故障、含沙量、活塞、销子。
钻井泵是循环系统的重要组成，钻井泵为钻井提供了足够的钻井液，及时清洗井底、破碎和携带岩屑、保护井壁，并为采用井下动力钻进时，提供高压钻井液驱动螺杆钻具。
1.钻井泵在使用中出现的故障分析
1.1.钻井泵磨损型故障
泵压、泵冲、高压高温、含砂量、材料等都是产生钻井泵磨损型故障的重要因素，在工作中出现泵压下降，冷却系统有大量钻井液出现，是钻井泵缸套和活塞磨损、刺坏到一定程度后造成的。
1.1.1.泵压、泵冲的影响
随着泵压的升高，活塞皮碗与缸套间的接触压力增大，摩擦力也随之变大，产生大量的热量，受表面摩擦热和内摩擦热的影响，加快了橡胶材料的磨耗、老化和水解，造成材料性能与耐磨性下降，弹性模量和抗张强度随温度升高而降低，超过一定温度，耐磨性急剧下降，并失去弹性，活塞丧失密封能力而失效。泵冲增加，活塞速度、惯性力随知增加，这使活塞所受的交变载荷不仅次数增大，同时交变频率变大，产生的恶劣影响也会增加。在相同的工况下泵压和泵冲的增加，活塞的使用寿命大大降低。
1.1.2.摩擦热的影响
活塞是橡胶密封件，摩擦热是影响活塞使用的一个主要因素。橡胶是高分子复合材料，高温使其强度分子间引力减小而降低，活塞处于高压、高速、重载的工作环境中剧烈的摩擦使活塞橡胶温度升高，橡胶随温度升高而老化脆裂，其表面产生永久变形，活塞皮碗受缸套、钢芯及压板的约束，由于橡胶与钢材的受热，膨胀系数不同，皮碗只能在压板与缸套间的空间和钢芯与缸套之间的缝隙里膨胀，从而使压板陷入皮碗，挤出间隙。
1.1.3.含砂量的影响
在钻井过程中，钻井泵输送的钻井液粘度大，含砂量大，温度高具有腐蚀性；特别是在固控设备没有合理的运用下，钻井液的含砂量超出了设计要求，其中有直径小于0.1毫米，进入活塞皮碗与缸套的接触面，这些砂粒对于缸套和活塞都不是静止不动的，而是做一个不大的相对运动，这个速度远远小于活塞运动的速度，正是由于这种砂粒对活塞和缸套的相对运动，形成了活塞和缸套的磨损，加速了缸套活塞的破坏。
1.1.4.有缺陷的缸套对泵块寿命的影响
因缸套大多是由高铬合金用离心浇铸法浇铸成，可能缸套表面存有小气孔和沙眼等缺陷，缸套在运输、存放、安装等过程中，由于人为因素会造成耐磨衬套的损伤。如果有缺陷的部位存有凹槽时，高压钻井液就会切割质软的缸套垫圈，随着时间的推移缸套垫圈被刺穿，从而刺坏了泵块。
1.2.钻井泵松动、撞击型故障
1.2.1.钻井泵在工作中，液力端突然出现间断的敲击声，随着泵体严重的振动，水龙带剧烈跳动。是凡尔体导向爪整体脱落造成的，主要原因是固定不可靠或尺寸不合格，挂碰凡尔座而引起；导向爪断裂与加工的尺寸误差有关，当导向爪尺寸过大时，凡尔体在凡尔座里上下运动时发生刮碰而碰掉。凡尔体导向抓爪落后，使凡尔体出现卡碰，引起金属撞击，造成上水出现很大的波动，以及水龙带的剧烈跳动。
1.2.2钻井泵在工作中，泵压突然下降约1/4，拉杆箱内传出撞击声。是因固定螺杆随着拉杆的运动而逐渐松动、脱落，严重时活塞拉杆在中心拉杆的撞击下，将缸套撞坏，活塞拉杆变形。
2.钻井泵损坏的原因分析
2.1.从疲劳剥蚀的状况分析
活塞橡胶与凡尔体橡胶大部分是丁晴橡胶制成，在高压高速作用下，橡胶加速发热老化而形成应力集中，并在摩擦力、撞击力的多次重复作用下，使其产生疲劳损伤，并逐渐加速发展，而导致疲劳剥蚀。
2.2.在工作过程中，受泵压影响的分析
橡胶所受的压力超过了某一极限范围，并且由于橡胶存在变形滞后现象，变形中的内部摩擦，使橡胶发热加剧，局部温度升高过快，导致橡胶局部老化变质，橡胶的机械性能降低，在摩擦和撞击的重复做用下造成剥蚀。
2.3.钻井液含砂量的分析
在钻井液中存在着大量的有害固相，有害固相相对活塞的摩损影响严重，活塞在磨砺介质中，工作时，有砂粒物质参与下的磨损，其中直径小于0.1毫米的微小砂粒进入活塞与缸套的接触面，这些砂粒相对于活塞和缸套而言，它们是在不停的运动中，而运动的速度远小于活塞的运动速度，正是砂粒的相对运动造成了活塞和缸套的磨损。
有害固相（砂粒）进入活塞和缸套有以下几种方式
2.3.1.当活塞的吸入过程结束时，压缩运动才刚刚开始，由于吸入关闭滞后的现象，钻井泵缸内压力低于正常大气压的情况下，活塞的橡胶与缸套贴的不够紧，砂粒在压力的作用下挤入缸套的密封面。
2.3.2.有时因安装有误，使活塞轴线与缸套轴线不在同一直线上，活塞与缸套间存在一定的夹角，活塞与缸套偏磨，砂粒从夹角处进入密封面。
2.3.3.当活塞背帽松动时，活塞做压缩过程中，活塞与活塞拉杆间存在间隙，砂粒在压力的作用下，通过间隙进入活塞后面的缸套密封面，造成活塞与缸套间的磨损。当磨损到达一定程度时，较大的砂粒就会再次进入，将拉出的沟槽进一步扩大，同时会伴有冲蚀现象出现，使活塞加速失效。
2.3.4.目前在油田的钻井过程中，钻井液的含砂量一般要求在0.3%以下，但是由于固相设备没有很好的运用和漏洞的存在，大量的砂粒悬浮在钻井液中，钻井液的砂粒自由下沉很快，活塞的运动速度不足以使缸套内的砂粒处于悬浮状态，缸套下部存积着一定量的砂粒，造成了活塞使用寿命缩短的原因。
3.钻井泵故障的应对措施
3.1.根据地层、井深、井眼的直径选择合理的泵压，泵冲。
3.2.钻井泵可以通过良好的散热条件和冷却系统有效地减少摩擦热带来的损伤。如检查喷淋泵上水是否正常，管线是否有堵塞现象，冷却水太脏要及时更换，铲除水箱内的泥砂等。
3.3.当活塞固定螺丝有松动时，可在螺丝外的拉杆上钻开一个小销子的圆孔，插入小销子，上好别针，使螺丝不易松动。
3.4.使用好各级固控设备，控制钻井液的含砂量