Найден способ повысить надежность оборудования для добычи нефти

4.6

Чтобы увеличить нефтедобычу, сегодня используют различные технологии — например, гидравлический разрыв пласта. Он заключается в создании трещины в нефтяном пласте с помощью жидкости, которую подают под давлением. Это позволяет обеспечить приток «черного золота» к забою скважины. Но в процессе происходит изнашивание технологического оборудования. Оно может разрушаться, что приводит к аварийным ситуациям, простою скважин и снижению добычи нефти. Для упрочнения важных деталей используют электромеханическую обработку. Исследователи из Пермского Политеха определили наиболее эффективные параметры этого процесса. Это позволило в 2,5-3 раза повысить твердость поверхностного слоя детали.

ПНИПУ

# компрессор

# надежность

# насос

# нефтедобыча

# нефть

Найден способ повысить надежность оборудования для добычи нефти / ©Getty images / Автор: Caristania Fabricius

Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». В исследовании приняли участие декан механико-технологического факультета Пермского Политеха, доктор технических наук Михаил Песин и аспирант кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Евгений Макаренков. Результаты работы ученые опубликовали в сборнике материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Химия. Экология. Урбанистика».

Наземное оборудование включает насосные и пескосмесительные агрегаты для подготовки и закачки рабочих жидкостей, автоцистерны для их доставки, специальную обвязку устья скважины с оборудованием и другие емкости. К подземным установкам относятся стальные насосно-компрессорные трубы, по которым течет жидкость для гидроразрыва, и уплотнители, разделяющие фильтровую зону скважины и ее верхнюю часть. В качестве материала для образования трещин в породе также используют песок и другие материалы.

Образец для определения твердости поверхностного слоя на стали 40Х_ 1 – исходный материал; 2 – обработанная поверхность; 3 – глубина обработки 0,2 мм; 4 – глубина обработки 0,4 мм; 5 – глубина обработки 0,6 мм / ©Пресс-служба Пермского Политеха

«Разрушение оборудования при прокачивании материалов и жидкостей с механическими примесями происходит по двум причинам. Во-первых, это обусловлено высоким уровнем абразивного износа, при котором увеличиваются диаметр проходного канала трубы и технологического оборудования. Второй причиной становится коррозия из-за использования жидкостей разрыва, воды, пен, соляной кислоты, углекислоты и других веществ. Под ее действием разрушаются даже стойкие стали. Смесь закачивают в скважину в большом количестве и под высоким давлением. Поэтому чаще всего разрушаются насосы высокого давления и их поршни, а также отверстия и резьба насосно-компрессорных труб», — рассказывает руководитель проекта, декан механико-технологического факультета Пермского Политеха, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения», доктор технических наук Михаил Песин.

По словам ученых, важное место в повышении долговечности деталей отводится качеству металла не всего сечения изделия, а структурному состоянию и физико-механическим свойствам поверхностного слоя. Именно поверхность определяет износостойкость, сопротивление материала разрушению, выносливость, стойкость к коррозии и другие характеристики.

Для увеличения устойчивости деталей применяют различные способы. Их поверхность можно сделать тверже с помощью химико-термической обработки, лазерного и термодиффузионного упрочнения, а также отделочно-упрочняющей обработки за счет поверхностного пластического деформирования. Одним из наиболее эффективных методов является электромеханическая обработка поверхности деталей с помощью концентрированных потоков энергии.

Декан механико-технологического факультета Пермского Политеха, доктор технических наук Михаил Песин /©Пресс-служба Пермского Политеха

В результате комплексного воздействия электрического тока и поверхностного пластического деформирования деталь становится более прочной. На глубине 0,2-0,3 мм ее твердость увеличивается в 3-4 раза. На отдельных материалах на глубине 1-2 мм этот показатель повышается в 2-3 раза. Это обеспечивает его сопротивление разрушению. Технологичный метод позволяет не проводить дополнительную обработку деталей, повысить их стойкость к износу в 12 раз и увеличить выносливость до 200 процентов.

«Мы нашли наиболее эффективные режимы электромеханической поверхностной закалки стальных деталей. Для этого наша научная группа провела серию экспериментов по упрочнению деталей. Их мы реализовали на научном стенде исследования физических параметров процесса резания материалов. Результаты экспериментов показали, что твердость поверхности образцов стала в 3-4 раза выше, по сравнению с базовыми параметрами. До экспериментов твердость материала в сердцевине составляла 18-20 HRC, а после упрочнения стала 48-68 HRC», — поясняет ученый.

Результаты работы можно использовать в сфере производства и реновации оборудования для нефтехимической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также в области нефтедобычи, считают разработчики.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.