У ПНІПУ знайшли спосіб збільшити термін служби насосів для видобутку нафти.

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

До 75 відсотків усіх випадків несправності насосних штоків виникає через руйнування з'єднувальної різьби. Причина полягає в високих навантаженнях на цю ділянку. Її посилює корозія металу, яку зазвичай не враховують при розрахунках міцності. Вчені вважають, що вирішення проблеми полягає в локальному зміцненні матеріалу деталей.

Зазвичай у свердловинному обладнанні використовують вуглецеві та низьколеговані сталі, при цьому виробники змушені закуповувати матеріал у вигляді термічно обробленої насосної штанги (сталевий циліндричний стержень), а потім самостійно її обрізати, оскільки металургійні підприємства не постачають вироби в необхідні терміни та обсяги. Це значно підвищує вартість виготовлення насосних деталей.

Вчені Пермського Політеху спільно з провідним машинобудівним підприємством міста Перм АО «ЕЛКАМ-Нефтемаш» розробили технологію зміцнення штоків з використанням індукційної термічної обробки. В якості матеріалу використали корозійностійку сталь 40Х.

У порівнянні з іншими видами обробки, метод вчених ПНІПУ забезпечує швидкий нагрів, високу продуктивність, підвищені механічні властивості, економію електроенергії та низькі виробничі витрати. Цей спосіб реалізує відразу три-чотири механізми зміцнення.

«Ми виготовили п’ять серій сталевих зразків, які відрізнялися тим, що мали різну різьбу та проходили індукційну термічну обробку при різних температурах. Далі вони піддавалися втомлювальним випробуванням, тобто перевірці того, як довго вони можуть витримувати циклічні навантаження. Деталі обертали за допомогою спеціального верстата з частотою близько п’яти Гц, що створювало в різьбі виробу чергування розтягування та стиснення», – пояснює Юрій Симонов, завідувач кафедри «Металознавство, термічна та лазерна обробка металів» ПНІПУ, доктор технічних наук.

«Найкращі результати продемонстрували зразки після обробки з режимом закалювання 850 °C та подальшого нагрівання 400 °C. Практично однаково довговічними виявилися зразки, які виготовляли при такому ж режимі з відпусткою 600 °C. Трохи поступаються їм ті, що були з накатаною різьбою замість нарізаної», – розповідає Станіслав Мольцен, аспірант кафедри «Металознавство, термічна та лазерна обробка металів» ПНІПУ, директор з якості АО «ЕЛКАМ-Нефтемаш».

Впровадження розробленої технології зміцнення штоків не тільки зменшить ймовірність руйнування деталей, але й зробить штангові глибинні насоси міцнішими. За розрахунками вчених Пермського Політеху, це може знизити собівартість виробництва лише одного виду деталей на 2,2 мільйона на рік і підвищити рентабельність виробів у цілому на 2,5 відсотка.