У Пермi дізналися, як заощадити на заміні обладнання для нафтогазової промисловості.

Стаття опублікована у журналі «Чорні метали». Дослідження проведене в рамках програми стратегічного академічного лідерства «Пріоритет 2030».

Елементи, які забезпечують роботу глибинних насосів, називаються плунжерами. Це порожнисті поршні, що рухаються всередині циліндра. При переміщенні вгору рідина всмоктується з свердловини, а вниз — виштовхується в підйомні труби. Для таких деталей традиційно обирають нікелевий сплав із складом покриття NiCrBSi, передбачений вітчизняними та закордонними стандартами. Для його отримання проводять газоплазмове напилення та подальше розплавлення. Матеріал має високу стійкість до зносу та корозії, але через склад і спосіб виготовлення стає пористим і може містити нерозплавлені частинки, що робить його більш схильним до зношування.

Плунжер працює в високоагресивному середовищі з хлоридами та сірководнем, а також підлягає руйнуванню при багаторазовому впливі напружень. Ці фактори взаємно посилюють один одного, завдаючи більше шкоди.

Вчені Пермського Політеху вивчили поверхню деталей після експлуатації. Для дослідження використовували мікроскоп та аналізатор фрагментів мікроструктури твердих тіл. Виявилося, що в складі нафтосодержащого середовища є суттєва концентрація сірководню (більше 10 відсотків) та хлоридів заліза. Їх наявність пояснюється тим, що свердловини обробляють соляною кислотою для розчинення сульфідів, які забивають канали та порожнини обладнання.

«Ми вважаємо, що при експлуатації в середовищах з вмістом сірководню та хлоридів покриття плунжера підлягає одночасному впливу корозійного растрескування під напруженням та контактної втоми. Трещини розташовані майже перпендикулярно, що призводить до фрагментації та відшарування покриття. Щоб зменшити вплив цих факторів, необхідна корекція вмісту карбідів та боридів хрому в покритті за рахунок зменшення вмісту вуглецю та бору в початковому порошку», – коментує Юрій Симонов, завідувач кафедри «Металознавство, термічна та лазерна обробка металів» ПНІПУ, доктор технічних наук.

«Потенційне скорочення витрат від запобігання навіть одному випадку руйнування обладнання може досягати понад 150 тисяч рублів, тому певне зменшення відмов установок від корозійного растрескування матиме позитивне галузеве значення. Інвестиції в розробку нових стійких матеріалів окупляться за рахунок підвищення надійності та зменшення витрат на обслуговування і підвищать ефективність видобутку», – пояснює Станіслав Мольцен, аспірант кафедри «Металознавство, термічна та лазерна обробка металів» ПНІПУ, директор з якості АТ «ЕЛКАМ-Нефтемаш».

Вчені Пермського Політеху пропонують знизити витрати на ремонт і заміну обладнання для нафтових насосів за рахунок корекції вмісту карбідів та боридів хрому в покриттях для деталей насосів, щоб зробити їх більш стійкими до корозії та механічних навантажень.