В Перми раскрыли способы экономии при замене оборудования в нефтегазовой отрасли.

Статья опубликована в журнале «Черные металлы». Исследование было осуществлено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Элементы, ответственные за работу глубинных насосов, называются плунжерами. Это полые поршни, которые движутся внутри цилиндра. При движении вверх жидкость всасывается из скважины, а при движении вниз — выталкивается в подъемные трубы. Обычно для таких деталей выбирают никелевый сплав с покрытием NiCrBSi, соответствующим отечественным и международным стандартам. Для его получения используют газопламенное напыление с последующим оплавлением. Данный материал обладает высокой стойкостью к износу и коррозии, но из-за своего состава и технологии производства становится пористым и может содержать нерасплавленные частицы, что увеличивает его износостойкость.

Плунжер функционирует в агрессивной среде, содержащей хлориды и сероводород, и подвергается разрушению при многократных напряжениях. Эти факторы взаимно усиливают друг друга, причиняя значительный ущерб.

Исследователи Пермского Политеха проанализировали поверхность деталей после эксплуатации. Для этого использовались микроскоп и анализатор микроструктуры твердых тел. Выяснилось, что в нефтесодержащей среде присутствует высокая концентрация сероводорода (более 10 процентов) и хлоридов железа. Эти вещества появляются из-за обработки скважин соляной кислотой для растворения сульфидов, которые забивают каналы и полости оборудования.

«Мы полагаем, что при эксплуатации в средах с сероводородом и хлоридами покрытие плунжера подвергается одновременно коррозионному растрескиванию под напряжением и контактной усталости. Трещины располагаются почти перпендикулярно, что приводит к фрагментации и отслоению покрытия. Для снижения влияния этих факторов необходимо скорректировать содержание карбидов и боридов хрома в покрытии путем уменьшения углерода и бора в исходном порошке», – комментирует Юрий Симонов, заведующий кафедрой «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, доктор технических наук.

«Потенциальная экономия от предотвращения даже одного случая разрушения оборудования может превышать 150 тысяч рублей, поэтому небольшое снижение отказов установок от коррозионного растрескивания окажет положительное влияние на отрасль. Инвестиции в разработку новых устойчивых материалов окупятся за счет повышения надежности и снижения затрат на обслуживание, а также увеличат эффективность добычи», – поясняет Станислав Мольцен, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, директор по качеству АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш».

Исследователи Пермского Политеха предлагают уменьшить расходы на ремонт и замену оборудования для нефтяных насосов, корректируя содержание карбидов и боридов хрома в покрытиях деталей насосов, чтобы повысить их стойкость к коррозии и механическим нагрузкам.