一、钻井泵概述
从泵的分类上来讲，钻井泵属于往复泵。
钻井泵又称为泥浆泵。使用钻井泵的目的是：在钻井过程中，通过钻井泵向井底输送和循环钻井液，用于携带出井底的岩屑或为井底动力钻具的提供动力。
二、钻井泵的工作原理
1.钻井泵组成示意图
如图所示，钻井泵主要由动力端与液力端组成。
动力端:皮带轮、传动轴、齿轮、连杆、十字头和装有曲柄(或偏心轮)的主轴等组成。
液力端:工作缸、活（柱）塞、拉杆和铸造的阀箱（凡尔箱）。阀（凡尔）有吸入阀和排出阀，每个阀都有阀座（凡尔座）、阀体（凡尔体）及可换的胶皮，在阀箱的排出部分装有空气包和安全阀。
2.钻井泵的工作原理：
钻井泵的工作原理（过程）主要包括液体如何吸入、液体压力如何升高、液体如何排出等过程。
其工作原理见如下视频：
钻井泵工作的本质是将机械能转化成液体的压力能。使泥浆经过钻井吸入、挤压后，排出高压的泥浆。
三、钻井泵的分类
往复泵按液缸数分为：单缸、双缸、三缸、多缸；按活塞往返一次，吸排液次数分为：单作用泵、双作用泵。按液缸布置分为：卧式、立式、V形、星形泵。按液体被挤压方式分为：活塞、住塞、隔膜泵。按传动或驱动方式分为：机械传动泵、蒸汽驱动泵、液压驱动泵等。
我国用于石油、天然气勘探开发的钻井泵已经标准化，并形成了NB和F两大系列泵，统一的代号为：
如 F—1300，表示输入功率为1300马力（960KW）的三缸单作用钻井泵。
对于钻井泵，广泛采用三缸单作用和双缸双作用卧式活塞泵；压裂、固井及注水泵常采用三缸、五缸单作用卧式柱塞泵及其他类型的往复泵。
四、钻井泵的基本参数
1.泵的排量： 钻井泵的曲轴旋转一周(o～2π），泵所排出或吸入的液体体积。它只与泵的液缸数目及几何尺寸有关，而与时间无关。
2.泵压p : 通常是指泵排出口处单位面积上所受到的液体作用力，即压强，代表符号为p，单位为MPa。
3.功率N和效率η：
单位时间内动力机传到往复泵主动轴上的能量，称泵的输入功率或主轴功率，用Na表示；而单位时间内液体经泵作用后所增加的能量，称有效功率，或输出功率，用N表示；功率单位为kW。泵的总效率η是指有效功率与输入功率的比值。
4.冲程S：活塞移动的距离，用mm表示。
5.冲次n ： 单位时间内活塞或柱塞的往复次数，简称冲次，用n表示，单位为min-1。冲次同曲柄的转速相等。
图示为某钻井泵的主要参数：
五、钻井泵的结构组成
3NB、F系列钻井泵主要由动力端、液力端、喷淋系统、润滑系统、灌注系统等组成。
喷淋系统由喷淋泵、冷却水箱、喷管等组成，为钻井泵的介杆提供冷却；润滑系统由润滑油池、油泵、润滑管线等组成，为泵内的旋转和滑动部件提供润滑油；灌注系统由离心泵、吸入空气包等组成，以保证离心泵能正常吸入泥浆。
其安装和布置如图片所示。
1. 动力端：主要由机架、传动轴、主轴、齿轮、曲轴、连杆、十字头等组成。
1）动力端的作用：实现动力的输入和运动方式的转换。通过输入轴、曲轴、齿轮将动力输入并实现减速；通过曲柄连杆、十字头将旋转运动转换为活塞的往复直线运动。
2）动力端的主要零部件有：
机架 输入轴
曲轴（总成） 曲柄连杆
齿轮 十字头+连杆
2.液力端：由泵头、缸套、活塞、活塞杆、盘根盒、阀、空气包等组成。
1）液力端的作用：液体工作场所，实现对液体的吸入、压缩、排出、流量的平衡、限压等。
2）液力端的主要零部件有：
六、钻井泵的主要易损件
钻井泵的易损（部）件质量的优劣，直接影响着泵的工作性能和寿命，必须高度重视，必要时应即时更换。
其主要易损件有：
1.活塞-缸套总成
活塞在缸套内作往复运动，有规律地反复挤出带有固体磨砺颗粒的液体，活塞与缸套之间既是一对密封副，又是一对摩擦副，容易磨损或被高压液体刺漏而失效。活塞皮碗应根据情况进行更换。
2.介杆-密封总成
介杆的一端与十字头相连接，处于润滑机油环境中，另一端与活塞杆相连接，经常受到漏失泥浆、污水等的冲刷或污染。为了防止各类污染液体窜人动力端机油箱破坏机油的润滑性能，避免机油外漏，必须采用介杆密封装置将动力端与液力端严格地隔离。介杆的密封件损坏或密封效果不好时，应即时进行更换。
3.泵阀
钻井泵工作时，阀盘和阀座的表面受到含有磨砺性颗粒液流的冲刷，产生磨砺性磨损；此外，阀盘滞后下落到阀座上，也会产生冲击性磨损。泵阀的密封件磨损后和弹簧失效后，应进行更换。
4.空气包
空气包内的胶囊因压力的变化而不断的膨胀和收缩，且处于泥浆介质中，易磨损。胶囊磨损后应即时更换。
5.安全阀
安全阀的阀片受高压，且处于泥浆介质中，易磨损。弹簧易失效。阀片磨损和弹簧失效后应即时更换。
七、钻井泵的理论分析
平均排量：单位时间内泵理论上输送的体积。
多缸单作用泵：
多缸双作用泵：
瞬时排量：泵在极短暂的时间△t内的排量。
F-活塞面积，S-冲程，n-冲次，
对于某一定型号的钻井泵，其瞬时排量与曲柄运转的夹角的正弦成正比。
所以，钻井泵的排量是波动的。波动的大小可用排量不均度来δq表示：
三缸单作用：
四缸单作用 （双缸双作用）：
由于钻井泵的结构和工作原理决定了钻井泵的流量是按正弦规律波动的，所以，佔井泵的液力端必须通过安装排出空气包来减小流量和压力的波动。
八、往复泵的有效压头、功率、效率
1.有效压头H
2.泵的功率
1）有效功率（N）：单位时间内液体由泵获得的总能量。有效功率又称泵的水功率或输出功率。
N＝QρgH × 10-3 (kW) 式中 γ—被输送液体的重度，kg／m3； Q—泵的实际平均流量，m3／s。
2）主轴功率（Na）：发动机输送到泵主轴上的功率。主轴功率又称泵输入功率。
3.泵的效率
往复泵工作过程中的功率损失。
1）机械损失及机械效率：
机械效率的大小则表示其机械传动部分的完善程度。
2）容积损失及容积效率：
3）水力损失及水力效率：
转化效率：
转化效率的大小表示液力部分的完善程度。
总效率：
九、钻井泵的特性曲线
1.往复泵的特性曲线
1) 泵的理论排量与压力无关；
2）泵的特性曲线与泵的管路特性曲线的交点称为泵的工况点；
3）在排出管线长度一定的情况下，泵排量不同，泵压也不同，降低排量，可使泵压相应降低。在排量一定的情况下，排出管线长度增加，泵压也增加。
2.钻井泵的临界特性曲线
钻井泵在设计和使用过程中，一般受到两种条件的限制。
1）泵的冲次n不能超过额定值。
冲次过高，不仅会加速活塞和缸套的磨损，使泵的吸入条件恶化；还会使泵阀产生严重的冲击，缩短泵阀的使用寿命。对于钻井泵，冲程不变，泵的流量与冲次和活塞面积成正比。在第i级缸套下工作时，泵的流量不允许超过Qi，否则泵的冲次就可能超过允许值。
2) 每一级缸套都受到最大工作压力或极限泵压的限制。
泵的活塞杆和曲顶连杆机构、缸套的壁厚等的机械强度是有限的。为了满足机械强度的要求，每一级缸套的最大活塞力不应超过某一常数， 即PiFi=常数
钻井泵的临界特性曲线下是根据这两个限制条件作出的。
折线1-1"-2-2"-3-3"-4-4"-5为钻井泵的临界工作特性曲线。
钻井泵的临界特性曲线表明：
1）随着井深的增加，钻井泵每级缸套的泵压近似按垂直线增加，但在同一级缸套下，泵压存在极限值。
如泵在Q0工作时，井深由L0增至L1，泵压只能由P0增至P1，要继续增加泵压，需更换小一级的缸套。
2）任何一级缸套下的流量和泵压都限制在一定范围内。
如使用第二级缸套，泵压和流量只能在矩形Q2 2 P2 0范围内。
3) 在泵的冲次不变的条件下，各级缸套下泵的有效功率N=P1Q1=P2Q2=PiQi=常数。1，2，3......5的连线是一条等功率曲线。
十、钻井泵的性能调节
1．流量调节
由于泵的流量与泵的缸数i、活塞面积F、冲次n及冲程S成正比关系，改变其中任一个参数，都可改变泵的流量。钻井泵中常用的调节流量方法有以下几种：
1) 更换不同直径的缸套 2) 调节泵的冲次
3) 减少泵的工作室 4) 旁路调节
2．泵的并联运行
泵并联工作是为了加大流量。应注意的是，并联工作的总压力P必须小于各泵在用缸套的极限压力，各泵冲次应不超过额定值。
