[科普中国]-泥浆泵缸套

泥浆泵是油田钻井系统的“心脏”，而泥浆泵缸套是泥浆泵液力端的重要易磨损部件，因此泥浆泵缸套的寿命直接影响泥浆泵的寿命。缸套工作表面由于与高温、高压的燃气相接触，有活塞环在其表面作高速往复运动，这就决定缸套不仅要有足够的强度和刚性，而且还必须耐高温、耐腐蚀、耐磨损。

分类常见的泥浆泵缸套下面几种类型：单金属缸套、双金属缸套、陶瓷缸套、镍基合金缸套。

单金属缸套单金属缸套是经过渗碳和高频处理后，硬度可达到HRC58-62，具有光洁度高、耐磨损、抗腐蚀、使用寿命长的特点，适合在较温和腐蚀性泥浆里使用。

双金属缸套双金属缸套是目前应用最为广泛，也是用量最大的泥浆泵液力端配件之一。双金属缸套结合了热锻高磨损外套和高铬耐磨抗腐蚀内套的优点，外套采用优质碳素钢热压一次成型，内套采用高铬铸铁离心浇铸而成，其中外套具有高于900000psi的抗拉强度，内套经热处理之后硬度达到HRC62以上，能承受7000psi的泥浆压力，其内表面光滑如镜，内孔尺寸公差严格，正常使用寿命可达800小时以上。

陶瓷缸套随着人类对全球油气资源的开采范围的不断扩大，并且越来越恶劣，大量的金属类缸套被频繁的更换都难以保证钻机高压和磨损的要求，而陶瓷缸套是采用氧化锆、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）、高性能A-99氧化铝陶瓷三大材料体系。其原材料采用高纯纳米氧化锆和氧化铝微粉，经先进的冷压工艺一次成型、高温烧结、装配，最后经高精度研磨抛光而成，具有很高的抗折、抗张强度，很高的断裂韧性及耐酸碱腐蚀性能。

镍基合金缸套随着科技的不断进步，已研制出采用新材料制成的镍基合金缸套，其工艺为将合金材料覆着在缸套内壁，应用真空烧结技术，形成1.5mm的合金烧结层，烧结层材料选用高性能稀土镍基合金粉材添加一种微米级的硬质合金材料，使烧结层中均匀的分布着微米级的高耐磨硬质点，有效地提高了烧结层整体的抗磨损性能，同时由于合金组织及其微小，不会发生组织剥落等现象。由于粉体形成良 好的合金烧结层，结合强度好，烧结层洛氏硬度达到HRC:60-64。

高性能耐磨耐腐蚀稀土合金粉体同双金属材料相比，首先是以镍为基体，在此基础上由于加入了C、Cr、B、Yb、Mn、Cu等微量元素和稀土，在镍基体中形成NiB、Cr7C3、Cr23C6等细小的、弥散分布的硬质点，有效地提高了合金的高温红硬性和耐磨腐蚀性，具有优异的综合性能，由于Yb、Mn、Cu等元素的作用，晶粒细化、晶界净化，合金的耐磨损性得到了很大的提高，并且抗热冲击性能、抗裂性能得到改善，同时，高耐磨性的合金材料也使涂层的使用寿命达到2000小时以上，最高达到4000小时左右，是普通金属缸套5-10倍，和陶瓷缸套相媲美。耐磨损、耐高温、高强度、高硬度、不易破损，价格远远低于陶瓷缸套，关键是提高了钻井开采进度，降低钻井的运输、维修、人工、储存等各项成本。

缸套加工泥浆泵缸套的加工工艺介绍

泥浆泵缸套作为一种石油钻井泥浆泵易损配件，其在加工时常需要满足的以下三个条件：

第一：首先要了解到的是泥浆泵缸套属于薄壁零件，其中由于薄壁工件的刚性差，在车削过程中受到切削力和夹紧力的作用极易产生变形，影响工件尺寸精度和形状精度。因此，合理地选择装夹方法、刀具几何角度、切削用量及充分地进行冷却润滑，都是保证加工薄壁零件精度的关键。

第二：应该特别注意到的是零件内圆和外圆精度要求较高，加工时应粗、精分开。

第三：另外我们还要特别注意到的是，泥浆泵缸套在最终使用时，是将缸套压入缸体后，应再一次对内径尺寸进行重新加工。1

泥浆泵缸套加工工艺流程：

外套：原材料的检验----外套毛坯加工----粗车外圆----粗车内孔----热装（和内套进行热装)----镗内孔----精磨----精车

内套：离心浇铸----退火处理----粗车外圆----粗车内孔----半精车外圆----淬火----无损探伤----热装（与外套热装)

热处理方式

正火（去除内应力,增强硬度） 800℃ 保温4-5h 空气冷却

退火（软化） 980℃ 烧5-6h 随炉冷却

淬火（强化硬度） 980℃ 保温30min 风冷

回火（增加材料韧性） 200℃ 保温60min

热装： 450℃-500℃ 烧5-6h, 100%全检，冷却24h后试压

泥浆泵缸套加工中如何防止淬火变形

石油钻井泥浆泵在工作中，缸套由于会受到高速流动泥浆中沙粒的磨损和腐蚀性介质的侵蚀，易出现拉伤、沟纹、剥落、渗漏、脱缸及破碎”等失效现象。为了提高缸套抗磨损及耐腐蚀等性能，现采用Cr26高铬铸铁材料成形，其毛坯经退火、机加工后进行淬火及低温回火处理，要求硬度大于HRC62。但由于缸套壁薄(6=5.5mill，7illm)，热处理中100%出现不同程度的变形，无法满足装配要求，必须附加整形工序，这不仅提高了工艺成本，同时部分缸套因整形过量而开裂报废。可用以下方法防止泥浆泵缸套淬火变形。

第一：石油泥浆泵缸套为了防止淬火变形，应尽量采取较低的加热温度(980℃)，较慢的冷却速度(空冷)，当要求硬度HRC>60时，采用Cr26高铬铸铁材料满足上述工艺的CrC比为8.9～9.6。

第二：防止料筐结构、形状、散热条件对工件造成影响，工件应尽早搬离料筐，散开空冷，但要避免高温下夹持造成变形，因此要控制工件搬离料筐的温度区间。由于料筐反复的加热和冷却，料筐底板上焊接的支撑梁将发生变形，因此应定期检测支撑梁棱刃的平整度，并通过工艺处理使其保持在公差允许的范围内。

注意的事项购买时应注意的事项

在购买泥浆泵缸套的时候，首先应检查标准缸套的标准尺寸及图号，装用的缸套必须与标准缸套的尺寸分组代号相同，只有这样才能保证有标准的配合间隙。

安装使用时应注意的事项

第一：严禁抛掷、摔打、冲击泥浆泵缸套，如需放倒缸套作业，需缓慢进行。

第二：安装时需确保泥浆泵活塞的金属部分与泥浆泵缸套内壁尽量不发生偏磨现象，如果有偏磨现象，需尽快矫正。

第三：严禁用铁锤等重物直接击打该缸套，敲打时必须垫上木头等材料，轻轻敲打以起到缓冲作用。

第四：设备在冬季0℃以下长时间停用时应放掉吸入室内的泥浆，防止泥浆结冰涨裂泥浆泵缸套内衬。

泥浆泵泥浆泵（Mud Pump）也是一种宽泛的泵的一个通俗概念，不同的地域，习惯，最终涉及的泵型不会一样，本词条所阐述的泥浆泵是多数意义上的的一种泵型：石油钻井领域的所应用的泥浆泵。事实上，污水泵，渣浆泵等一些非清水泵和泥浆泵在叫法上也有通用的时候。本词条给读者阐述的是钻井领域的泥浆泵。

性能泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。

排量排量以每分钟排出若干升计算，它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关，即孔径越大，所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底，并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时，一般上返速度在0.4～1.0米/分左右。

压力泵的压力大小取决于钻孔的深浅，冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深，管路阻力越大，需要的压力越高。

随著钻孔直径、深度的变化，要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度，以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表，随时使钻探人员了解泵的运\转情况，同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。2

注意部件泥浆泵的泥浆泵缸套、缸顶套、缸盖、拉杆、活塞、活塞压板、皮碗、活塞座、活塞杆、柱塞杆、进排水阀、进排水阀阀座、十字头、十字头滑套、十字头销轴、曲轴、连杆、连杆上下瓦、连杆铜套、连杆螺钉及母、冠型螺母、骨架油封、O型密封圈、轴承及相配套的齿轮、轴等容易出质量问题，在购买和使用中应当注意。

注意事项泥浆泵开机前，请检查进水管、出水管是否有堵塞，向前后轴承是否加注黄油，检查盘根是否充满。泥浆泵工作时应配备高压清水泵，将大于泥浆泵压力的清水输向防漏填料，对填料进行防护，泥浆泵工作时不得关闭冲洗泵，否则，将使密封部分迅速磨损。叶轮与护板之间的间隙是否合理，对泥浆泵寿命影响很大。间隙不合理，则泵运转时产生振动与噪音，过流部件很快损坏，因此更换叶轮时，应注意使间隙满足图纸要求，间隙调整，可通过后轴承体上的调整螺钉来进行。泥浆泵的允许吸程是在输送清水时测定的，在抽吸泥浆时应考虑泥浆对吸上能力的影响。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学