Разработка пермских ученых повысит прочность деталей в нефтяном оборудовании и удешевит их производство

❋ 4.2

Для добычи нефти из скважин больших глубин используют штанговые глубинные насосы, которые в процессе эксплуатации подвергаются высоким нагрузкам. Особенно это сказывается на одной из важнейших частей устройства — насосном штоке. Это цельный металлический пруток, который толкает плунжер, создавая необходимое для перекачки нефти давление. Работа оборудования в суровых условиях приводит к появлению коррозии на резьбе детали, из-за чего его материал в дальнейшем разрушается. Для стабильной работы насосов необходимы методы, предотвращающие быстрое изнашивание таких элементов. Ученые Пермского Политеха предложили способ локального упрочнения насосных штоков с помощью технологии индукционной термической обработки. Применение разработанных рекомендаций на практике обеспечит надежность и долговечность скважинного оборудования в агрессивных условиях, свойственных горнодобывающей отрасли.

ПНИПУ

# детали

# насосный шток

# нефтедобыча

# нефть

# резьба

Микроструктура исследуемых сталей в районе впадины резьбы / © Станислав Мольцен, журнал «Черные металлы»

Статья с результатами опубликована в журнале «Черные металлы». Работа выполнена при поддержке АО «ЭЛКАМ-нефтемаш».

В большинстве случаев разрушение насосного штока нефтедобывающего оборудования происходит из-за появления коррозии во впадинах резьбы. А внешняя нагрузка и возникающие напряжения в детали усугубляют этот процесс. Традиционные методы повышения долговечности, в том числе добавление благородных элементов в металл или химическая очистка от вредных примесей, часто экономически нецелесообразны, особенно для изделий с невысокой рентабельностью. Поэтому для улучшения качества штоков востребовано именно локальное упрочнение, которое сочетает в себе простоту и финансовую выгоду.

Ученые Пермского Политеха предлагают использовать технологию индукционной термической обработки. Это процесс, при котором металл нагревается под действием мощного электромагнитного поля, в ходе чего его структура меняется и становится более прочной.

Сама технология в последнее время все активнее применяется на предприятиях для высокотемпературной обработки металлов. Она отличается быстрым нагревом, низкими затратами и потреблением электроэнергии, высокой производительностью, а также простотой применения, мобильностью оборудования и даже современной высокой экологичностью.

Политехники разработали и апробировали режим локального упрочнения насосного штока индукционной термической обработкой в виде нагрева металла и последующего охлаждения. Для эксперимента использовали заготовки из распространенных в нефтяном машиностроении марок стали 40Х и 38ХГМ.

Индукционным нагревателем образцы закаляли с температуры 850°С и опускали на 600°С или 400°С. Для каждого применяемого режима рассчитывали вероятность разрушения при их нагружении. После обработки испытывали их прочность, создавая переменную нагрузку на внешнюю поверхность на специальном испытательном стенде собственной разработки. Также исследовали микроструктуру и микротвердость полученного материала.

Результаты эксперимента показали, что индукционная термическая обработка значительно повышает усталостную прочность образцов, то есть их стойкость к внешним циклическим нагрузкам. Лучшим режимом оказалась закалка с 850°С и последующий нагрев для отпуска на 400˚С.

«Мы также рассчитали экономический эффект от внедрения приведенных в исследовании результатов и рекомендаций на предприятия. Он формируется за счет существенного снижения затрат на материал. Только для штоков, рассмотренных нами, суммарное снижение производственной себестоимости можно ожидать на уровне 2,2 миллиона в год, что способно повысить рентабельность штанговых глубинных насосов на 7,66 процента», – поделился Станислав Мольцен, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш».

Ученые Пермского Политеха доказали, что технология индукционной термической обработки способна улучшить механические свойства резьбовых деталей нефтяного насосного оборудования. Рекомендованные режимы повысят прочность насосных штоков и обеспечат их надежное использование в глубинной нефтедобыче.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + 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.