鉆井泵是鉆機的心臟，是噴射鉆井提高鉆速、降低鉆井成本的關鍵設備。經過40年的發展，三缸單作用鉆井泵以其無可比擬的優越性能，已完全取代了雙缸雙作用鉆井泵。隨著高壓噴射鉆井、超深鉆井、海洋深水鉆井、大位移井和水平井的發展，推動三缸泵正向著高壓(52～69MPa)、大功率(2237kW)和提高可靠性及持久性方向發展。三缸單作用鉆井泵具有功率大、壓力高、工作條件差等特點。鉆井泵損壞將導致鉆井工作停頓造成巨大損失。
目前三缸單作用鉆井泵工作狀態的好壞是依靠現場人員的經驗來判斷。通常現場人員對液力端的故障較易判斷和維修，而動力端由于結構復雜、封閉嚴密和裝拆難度大，則難以進行故障診斷和維修。因此，及時總結動力端故障診斷工作，對于及時掌握鉆井泵工作狀態，保證鉆井工作的正常進行，提高鉆井泵的現代化管理水平，變定期大修為按需維修，節約鉆井及維修成本，提高經濟效益都具有十分重要的意義。
鉆井泵動力端
主要部件的壽命預測
三缸單作用鉆井泵故障主要發生在動力端的軸承、齒輪、十字頭。
軸承壽命預測 鉆井泵用軸承尺寸大，滾子數量多，且易損壞。因此軸承的維修和更換成了泥漿泵大修的主要任務。在安裝、潤滑、維護正常的情況下，絕大多數軸承的破壞是疲勞破壞，因此，一般所說的軸承壽命是指軸承的疲勞壽命。軸承在正常工作生極少的磨損顆粒，一旦發現大的疲勞磨粒產生，軸承也已經進入疲勞狀態。但是及時發現故障的就可以采取控制措施并做好相應維修準備。
齒輪壽命預測 鉆井泵齒輪的常見故障有點蝕、銹蝕和機械劃傷等。由于齒輪的體積大、接觸面積大，一旦齒輪出現非正常磨損，潤滑油中的鐵質磨粒將大量增加，鐵元素含量也會大幅上升。理論上一般采取尺寸標準定義齒輪的失效，即當齒輪的磨損間隙達到1mm時判定齒輪失效。但是在實際使用過程中，由于齒輪的銹蝕、膠合和斷齒等原因使齒輪磨損間隙在小于1mm時就已經無法正常使用，因此齒輪的失效判定大都根據經驗，然后結合齒輪磨損間隙變化作出。根據中石油川慶鉆探公司國際工程公司多年的鉆井泵維修經驗，提出了基于潤滑油分析的齒輪壽命預測方法，其對應關系如表1所示。
十字頭壽命預測 十字頭也是極易出現故障的部件，其最常見故障便是十字頭滑板拉傷和間隙不當。由于十字頭部分的主要摩擦方式就是滑動摩擦，因此在監測過程中，應密切注意是否有嚴重滑動磨粒出現。當有少量嚴重滑動磨粒出現時，應及時檢查機械潤滑狀況和裝配情況。若嚴重滑動磨粒數量有增加的趨勢,就可判定滑板出現故障,必須停機檢修。當嚴重滑動磨粒大量出現時，即判定十字頭滑板部分失效。
鉆井泵動力端
故障診斷及措施
一、鉆井泵響聲異常
診斷:正常情況下,泥漿泵的運轉聲音平穩、均勻;當運轉聲音時高時低,不時伴有沉悶的沖擊聲和無規律的金屬敲擊聲時,說明泥漿泵的某一部位運動異常或是泥漿中含氣量大。
分析及措施：泥漿中含氣量大的因素可以從泥漿檢測中得出結論,除此之外就是泥漿泵本身存在異常。主要原因是十字頭或導板間隙大,導致響聲異常。磨損拉傷是指在較短時間內(一般2h～3h)接觸面上出現深槽迅速失效的一種表現形式。從幾何形狀來看,全磨拉傷發生在導板和十字頭整個或3/4接觸面上,而偏磨發生在局部,特別是角部。從拉傷深度來看全磨溝槽較深一般在2～4mm,粗糙度在50～100μm,偏磨溝槽一般在1～2mm,粗糙度在25μm左右。在現場應用中,當十字頭在曲軸的作用下在導板上平行滑動時,運動間隙超標和潤滑不良,會破壞滑塊間的油膜而干磨發出巨大聲音和大量的熱。嚴重的拉傷十字頭和導板,甚至缸套活塞。
所以，調節好十字頭間隙和提供可靠的潤滑效果非常關鍵。十字頭間隙一般在0.25～0.50mm范圍內。導板固定螺栓上緊扭矩為200～270N•m，同時十字頭和中心拉桿的同心度必須小于0.38mm，保證十字頭是在導板上作平行滑動。
二、人字齒輪剝落
診斷:可以靜聽動力端運轉聲音,正常情況是聲音均勻、平穩,如果異常,且異常聲音出現有一定規律,就說明齒輪傳動部分有問題,必須停泵檢查。
分析及措施:齒輪齒面上有一些均勻的點蝕是正常的,但是點蝕逐漸擴大,造成輪齒掉塊,就會因嚙合不好發出異常聲音,這種異常聲音出現有一定規律。造成輪齒掉塊因素是多方面的。主要因素是與齒的材質有關,如果材質不達標,熱處理不過關,就會造成齒輪耐磨性差,沖擊強度弱,使用時間不長就出現齒面磨損呈研磨狀,繼續使用就會輪齒掉塊。其次，可能是曲軸轉動圓周跳動量大引起的破壞性沖擊,齒根處產生較大彎曲應力,再加上幾何形狀上存在應力集中,使齒根處產生疲勞裂紋并逐步擴展而斷裂。為減小沖擊,可采取選擇間隙在0.30～0.50mm范圍內的支持軸承。為了提高齒輪的使用壽命,通常采用增大齒根過渡圓角,減小應力集中;采用最合理的熱處理方法,使齒芯材料有足夠的韌性和硬度。達到齒面要硬,齒芯要韌。齒輪是整臺泵的核心,如果齒輪的剝落斷齒不及早排除,會導致軸承失效、殼體破裂、瓦蓋斷裂、螺栓切斷,最終整臺泵報廢。
三、主螺栓(瓦蓋螺栓)斷裂
診斷:如果主軸承座附近溫度偏高,而且動力端聲音異常，必須停泵檢查。
分 析及措施:某公司鉆井現場從2006年9月～2007年9月1年時間已經有4臺F-1000泵和2臺F-1300泵發生主螺栓斷裂事故,主螺栓斷裂直接引起曲軸支持軸承因固定不可靠而損傷,同時也損傷了母螺紋,使泵殼無法再使用;同時也可能引起十字頭偏磨等機械失效。經過宏觀斷口、化學成分、力學性能和低倍組織金相分析,鉆井泵主軸承螺栓的斷裂主要是由彎曲疲勞及螺紋根部嚴重的應力集中造成的疲勞破壞。為了提高主軸承螺栓抗疲勞破壞的能力,建議從以下五方面采取措施:
在加工時除按要求對螺紋根部實施滾壓強化外,還應保證螺紋根部R=0.4mm圓角與螺紋良好過渡,消除應力集中;主螺栓材料為40CrNiMoA，調質處理硬度要求達到為305～336HBS,確保調質處理后的鋼材性能。精車螺紋的刀具應嚴格按圖紙要求進行修磨,并用樣板進行檢查;確保泵的地基堅硬結實, 水平度不大于3mm，主軸承蓋上螺栓位置處所在平面的平整;在使用一段時間后,應檢查主螺栓是否有松動，確保螺栓預緊力;保證泵兩個主軸承座同心度不大于 0.30mm。
根據以上原因分析及故障損壞統計(表2)可知，三缸單作用鉆井泵動力端故障產生原因是多方面的，跟多數人管理技術水平、安裝、保養及操作人的素質及重視成度有關。若能充分重視，則能夠將鉆井泵的平均修理間隔期時間延長，使鉆井泵的可靠性和利用率得到大幅提高。
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