Полная версия

Главная arrow География arrow Защита насосного оборудования нефтяных скважин в осложненных условиях эксплуатации

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ВЫБОР И ИСПЫТАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКИ ПРИЁМНЫХ ФИЛЬТРОВ

Обзор технических средств повышения износостойкости рабочих органов насосов с помощью материалов на основе черных и цветных металлов и различных сплавов

В УЭЦН прежде всего изнашиваются поверхности трения осевых и радиальных опор, уплотнения, поверхности каналов, контактирующие с потоком перекачиваемой жидкости. Повышение долговечности и надежности рабочих органов достигается путём уменьшения осевой силы, действующей на рабочие колёса, усиления пары трения опор, использования износо- и коррозионностойких материалов, повышения точности изготовления и сборки рабочих колёс.

Рабочим органом скважинного центробежного насоса является ступень, которая содержит (рис. 50) направляющий аппарат 7, рабочее колесо 2, опорный бурт 5, антифрикционную шайбу 4, металлический диск 5.

Ступень погружного центробежного насоса

Рис. 50. Ступень погружного центробежного насоса: 1 - направляющий аппарат; 2 - рабочее колесо; 3 - опорный бурт; 4 - антифрикционная шайба; 5 - металлический диск

В ЭЦН ступени отличаются друг от друга конструктивным исполнением, а также материалами рабочих органов, пар трения и другими элементами. Для снижения износа осевой опоры ступени насоса между нижней опорной поверхностью рабочего колеса и опорной поверхностью направляющего аппарата устанавливают антифрикционную шайбу, образующую с опорной поверхностью направляющего аппарата пару трения.

Проведён поиск конструктивных решений пары трения ступени погружного центробежного насоса с целью выбора наиболее оптимальной пары трения. Известна текстолитовая антифрикционная шайба, запрессованная в расточку рабочего колеса. Текстолитовые шайбы не обладают в полной мере износостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью, требуемой для обеспечения надёжной работы тяжело нагруженных и высокоскоростных узлов трения. Текстолиты, содержащие в своём составе хлопчатобумажную ткань, не обладают стойкостью к воздействию химически агрессивных веществ, содержащихся в пластовой жидкости, а использование стеклотекстолитовых антифрикционных шайб приводит к быстрому износу ответной металлической поверхности пары трения вследствие абразивного воздействия стекловолокна.

Наибольший эффект получен при использовании антифрикционных шайб из самосмазывающихся композиционных полимерных материалов. Известны антифрикционные композиционные полимерные материалы, состоящие из термореактивного полимерного связующего, волокнистых и твердосмазочных наполнителей [62]. Недостатком данных технических решений является повышенная жёсткость композиционного полимерного материала, что приводит к неэффективной притирке контактируемых поверхностей, сколам и разрушению конструкции антифрикционной шайбы.

Известна конструкция насоса предприятия ООО «Борец» [62], в которой пара трения состоит из двух деталей, при этом поверхностная часть первой детали со стороны второй детали выполнена из композиционного материала, представляющего собой монолитную структуру, состоящую из термореактивного полимерного связующего и, по крайней мере, одного слоя полиэфирного волокнистого наполнителя. Поверхностная часть второй детали со стороны первой детали выполнена из сплава железа, содержащего свободный углерод. Ступень насоса содержит направляющий аппарат, рабочее колесо и, по крайней мере, одну антифрикционную износостойкую шайбу, выполненную из описанного выше композиционного материала. Шайба зафиксирована на одной из деталей с возможностью скольжения по опорной поверхности второй детали, выполненной из сплава железа, содержащего свободный углерод. Преимущество этого насоса состоит в том, что пара трения имеет достаточно высокую износостойкость и ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса с этой парой трения хорошо подходят для работы в скважинах с высоким содержанием механических примесей в перекачиваемой жидкости, а также в условиях повышенной температуры и химической агрессивности пластовой жидкости. Недостатком данного решения является локальный нагрев композиционного материала шайбы при значительных нагрузках и скоростях скольжения, что может привести к её размягчению и деструкции. Это связано с низкой теплопроводностью, а также с небольшой поверхностью теплоотвода.

Известна пара трения [63], в которой одна деталь выполнена из металла, а вторая - из композиционного полимерного материала, дополнительно содержащего фторорганические поверхностно-активные вещества, антифрикционная шайба установлена в сквозной расточке покрывного диска рабочего колеса с возможностью контакта с металлическим диском, расположенным между основным и покрывным дисками рабочего колеса, выполненными из композиционного полимерного материала, и жёстко соединенным сними. Преимуществом технического решения является повышение износостойкости пары трения вследствие увеличения поверхности теплоотвода, за счёт контакта с металлическим диском. Увеличение стоимости ступени насоса составит основной недостаток конструкции.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, имеющая направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненные в виде единого целого с втулкой [64]. Внешняя цилиндрическая поверхность втулки образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата. Направляющий аппарат выполнен из спечённого пористого металлического материала и пропитан сплавом с высоким содержанием меди, а колесо с втулкой - из литейного чугуна нирезиста. Между колесом и направляющим аппаратом установлены антифрикционные шайбы, изготовленные из текстолита. Такое выполнение ступени, где детали выполнены из металла, кроме шайб, делают конструкцию металлоёмкой, при этом направляющий аппарат выполнен из порошка и требует пропитки сплавом меди. Конструкция обладает повышенной себестоимостью.

Металлические элементы в агрессивной среде скважины подвержены коррозии. Взаимодействие двух металлических втулок между собой в агрессивной среде скважины, в которой присутствуют взвешенные механические частицы, приводит к их изнашиванию.

В центробежном насосе, описанном в [65], ступень содержит рабочее колесо с втулкой и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, металлической втулки, нижнего диска и лопастей, при этом рабочее колесо с втулкой, планшайба, лопасти и крышка выполнены из пластмассы. Недостаток данного изобретения заключается в следующем: такое выполнение ступени делает конструкцию металлоёмкой, с повышенной себестоимостью; металлические элементы в агрессивной среде скважины подвержены коррозии; между нижним диском рабочего колеса и верхним диском предыдущего направляющего аппарата скапливаются механические примеси, песок. Преимуществом данной конструкции является то, что направляющий аппарат ступени выполнен составным и комбинированным, а в подвижном соединении (две втулки) применяется металл и пластмасса. Такая модернизация насоса позволит снизить себестоимость, повысить износостойкость и увеличить межремонтный период. Недостатком конструкции является сложность её изготовления.

В данной работе предлагается конструкция с парой трения, состоящей из рабочего колеса с антифрикционной шайбой и направляющего аппарата. Причём рабочее колесо и направляющий аппарат должны быть из разного материала для обеспечения меньшей массы насоса, уменьшения их механического и коррозионного износа и др. Рабочее колесо и антифрикционная шайба должны быть выполнены как две самостоятельные детали. Антифрикционная шайба для максимального охлаждения поверхности трения должна иметь дополнительную поверхность охлаждения, например, на поверхности рабочего колеса. Эта шайба должна быть изготовлена из композиционного материала с фторорганическими поверхностно-активными веществами (ПАВ), что будет способствовать равномерному и плотному распределению частиц наполнителя на поверхности трения. При этом будет осуществляется режим безрасходной смазки.

Фторорганические ПАВ обладают высокой проникающей способностью, заполняют все микропоры и микротрещины. Такое выполнение пары трения позволит увеличить надёжность, ресурс работы, ремонтопригодность, уменьшить металлоёмкость и стоимость насоса [66].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>