МЕТОДИКА И СТЕНДЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТУПЕНЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫХ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

УДК 621.45.018.2:[622.276.53+622.691.4.052]

В.Н. Ивановский1, e-mail: ivanovskiyvn@yandex.ru; А.А. Сабиров1, e-mail: aibert_sabirov@maii.ru;

Т.Р. Долов1, e-maii: doiovtemir@yandex.ru; И.В. Кузнецов1, e-maii: kuznetsovivi@maii.ru;

Д.А. Косилов2, e-maii: d_kosiiov@rosneft.ru; С.Б. Якимов2, e-maii: s_yakimov@rosneft.ru; В.В. Былков2

1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

2 ПАО «НК «Роснефть» (Москва, Россия).

Методика и стенды для испытания ступеней электроприводных лопастных насосов. Основные результаты испытаний

Анализ фонда скважин механизированной добычи ПАО «НК «Роснефть» показал, что основными причинами отказов установок электроприводных лопастных насосов являются механические примеси, солеотложение и коррозия. Наработка оборудования зависит не только от скважинных условий, но и от конструктивного исполнения насоса, материалов, применяемых для изготовления рабочих ступеней, а также от конструкции самих ступеней насосов. Анализ наработки на отказ и причин отказов установок электроприводных лопастных насосов не позволяет сделать однозначные выводы о влиянии конструктивного исполнения и применяемых материалов на работоспособность насосов. Для уточнения влияния негативных факторов на работоспособность электроприводных лопастных насосов были разработаны методика и стенды для проведения испытаний узлов насосов. Результаты испытаний позволят ответить на вопросы о применимости материалов узлов и конструкций электроцентробежных насосов для работы в различных промысловых условиях с учетом осложняющих факторов. В статье приведены основные положения методики, в том числе методики определения частных и интегральных показателей качества оборудования. Представлены конструктивные схемы стендов для гидродинамических и ресурсных испытаний узлов и деталей электроприводных лопастных насосов. На основе результатов стендовых испытаний сделаны выводы о том, какие конструкции ступеней и подшипников электроприводных лопастных насосов являются наиболее и наименее эффективными при наличии осложняющих факторов. Использование результатов стендовых испытаний обеспечит повышение эффективности добычи нефти с помощью электроприводных лопастных насосов.

Ключевые слова: электроприводной лопастный насос, методика стендовых испытаний, испытательный стенд, ступень насосы, подшипник, конструкция, материал, система рейтингов.

V.N. Ivanovskiy1, e-mail: ivanovskiyvn@yandex.ru; A.A. Sabirov1, e-mail: albert_sabirov@mail.ru;

T.R. Dolov1, e-mail: dolovtemir@yandex.ru; I.V. Kuznetsov1, e-mail: kuznetsovivl@mail.ru;

D.A. Kosilov2, e-mail: d_kosilov@rosneft.ru; S.B. Yakimov2, e-mail: s_yakimov@rosneft.ru; V.V. Bylkov2

1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)" (Moscow, Russia).

2 Rosneft PJSC (Moscow, Russia).

Methods and Stands for Testing Stages of Electric Driven Vane Pumps. Main Test Results

The analysis of the well stock of mechanized extraction of Rosneft PJSC showed that the main causes of failures of electric driven vane pump units are mechanical impurities, scale deposition and corrosion. The operating time of the equipment depends not only on well conditions, but also on the design of the pump, the materials used for manufacturing the working stages, as well as the design of the pump stages themselves. The analysis of the operating time to failure and the causes of failures of the units of electric driven vane pumps doesn't allow making unambiguous conclusions about the impact of the design and the materials used on the pump performance. To clarify the influence of negative factors on the performance of electric driven vane pumps, a methodology and test benches for testing pump units were developed. The test results will answer the questions about the applicability of the materials of elements and designs of electric

64

№ 7-8 август 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

centrifugal pumps for operation in various field conditions, taking into account the complicating factors. The article presents the main provisions of the methodology, including methods for determining the partial and integral indicators of equipment quality. Structural diagrams of stands for hydrodynamic and resource testing of units and parts of electric driven vane pumps are presented. Based on the results of bench tests, conclusions were drawn about which designs of stages and bearings of electric driven vane pumps are the most and least effective in the presence of complicating factors. The use of the results of bench tests will provide an increase in the efficiency of oil production using electric-driven vane pumps.

Keywords: electric driven vane pump, bench test method, test bench, stage pumps, bearing, design, material, rating system.

В настоящее время около 80 % всей нефти в Российской Федерации добывается с помощью установок электроприводных лопастных (центробежных) насосов (УЭЛН). При этом условия эксплуатации этого вида оборудования все время усложняются. Основными факторами осложненных условий эксплуатации являются наличие в пластовом флюиде механических примесей и кор-розионно-активных веществ, повышен-

ная температура, высокое свободное газосодержание.

Анализ фонда скважин механизированной добычи ПАО «НК «Роснефть» за 2015-2018 гг. [1] показал, что основными причинами отказов УЭЛН за анализируемый период были механические примеси (до 71 %), солеотложение и коррозия (рис. 1). Наработка УЭЛН под воздействием указанных факторов зависит не только

от скважинных условий, но и от конструктивного исполнения насоса (плавающая, пакетная или компрессионная сборка), материалов, применяемых для изготовления рабочих ступеней (серый чугун, нирезист тип 1, тип 2, нержавеющая сталь, порошковые материалы и т. д.), а также конструкции самих ступеней (одноопорная, двухопор-ная, с вихревыми лопатками или без них и т. д.).

Томскнефть Tomskneft Баш нефть Bashneft

Самотлорнефтегаз

SamotLorneftegaz

Юганскнефтегаз

Yuganskneftegaz

Самаранефтегаз

Samaraneftegaz

Удмуртнефть

Udmurtneft

Ставропольнефтегаз

Stavropolneftegaz

га (и и з

га о. >; Е о. С

О О

5 --д

3- 3-

т ¡5

4 а 01

5 i -К -Я

Q)

¥ I

S S-fel %%

° ¿5

« й

jd ч-

ч- о

Ф

OJ LO

£ £ а. з

§ 8.1 s о -5

-в- Е ш

О 4J

CL

(Л <

U О

¡S3

>> э

£ Е

т (U

и *г-

Stf >

Рис. 1. Влияние осложняющих факторов на отказы электроприводных лопастных (центробежных) насосов на объектах ПАО «НК «Роснефть» Fig. 1. Influence of complicating factors on failures of electric driven vane (centrifugal) pumps at Rosneft PJSC facilities

Ссылка для цитирования (for citation):

Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Долов Т.Р., Кузнецов И.В., Косилов Д.А., Якимов С.Б., Былков В.В. Методика и стенды для испытания ступеней электроприводных лопастных насосов. Основные результаты испытаний // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2020. № 7-8. С. 64-71.

Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Dolov T.R., Kuznetsov I.V., Kosilov D.A., Yakimov S.B., Bylkov V.V. Methods and Stands for Testing Stages of Electric Driven Vane Pumps. Main Test Results. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2020;(7-8):64-71. (In Russ.)

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Рис. 4. Промежуточные радиальные подшипники со стандартной и с уменьшенной длиной вращающихся и неподвижных втулок из твердого сплава

Fig. 4. Intermediate radial bearings with standard and reduced length of rotating and fixed bushings made of hard alloy

Рис. 2. Схема рабочего колеса электроприводного лопастного насоса:

1 - передний диск; 2 - задний диск; 3 - лопасти; 4 - входное отверстие

Fig. 2. Diagram of the impeller of an electric driven vane pump (ESP): 1 - front disc;

2 - hub plate; 3 - blades; 4 - inlet

Рис. 3. Hаправляющий аппарат электроприводного лопастного насоса Fig. 3. Stage diffuser (guide device) of the electric driven vane pump (ESP)

Анализ наработки на отказ и причин отказов УЭЛH фонда скважин механизированной добычи ПАО «HK «Роснефть» не позволяет сделать однозначные выводы о влиянии конструктивного исполнения насосов и применяемых материалов на работоспособность ЭЛ^ поскольку условия эксплуатации разных скважин отличаются друг от друга. Кроме того, для эксплуатации таких скважин используются насосы, отличающиеся по конструктивному исполнению и применяемым материалам.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ УЗЛОВ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ

В целях изучения влияния указанных негативных факторов на работоспособность электроприводных лопаст-

ных насосов (ЭЛН) на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина совместно с ПАО «НК «Роснефть» была разработана методика проведения стендовых испытаний узлов лопастных насосов. Эти испытания должны ответить на вопросы о применимости материалов узлов и конструкций электроцентробежных насосов (ЭЦН) для работы в различных промысловых условиях с учетом осложняющих факторов, а также о предпочтительности использования тех или иных конструкций (ступеней ЭЦН, радиальных подшипников, валов и т. д.) с учетом различных критериев оптимизации. Основными требованиями к методике и стендам для испытаний стали условия проведения испытаний, которые должны в максимальной степени соответствовать условиям эксплуатации ЭЛН при осложнениях, связанных с наличием абразивных механических примесей, солей и коррозионно-активных веществ в пластовом флюиде. Методика, в частности, предназначена для:

• определения основных рабочих параметров узлов насосных ЭЛН;

• построения комплексной характеристики ЭЛН и его ступеней;

• определения интенсивности износа и износоустойчивости различных конструкций ЭЛН, ступеней, подшипников, валов и других узлов и деталей лопастного насоса для добычи нефти.

Кроме того, методика регламентирует порядок вычисления величин, определяющих частные и интегральный (комплексный) показатели качества (рейтинг) различных конструкций ЭЛН в целом и его узлов и деталей по таким критериям, как эффективность работы, износоустойчивость и т. д. Объектами стендовых испытаний являются электроприводные лопастные насосы скважинных УЭЛН для добычи нефти.

Основными элементами ЭЛН, которые проходят стендовые испытания, являются рабочие колеса (РК) (рис. 2), направляющие аппараты (НА) (рис. 3), валы, радиальные (рис. 4) и осевые подшипники, концевые и корпусные детали лопастных насосов для добычи нефти. Методика стендовых испытаний ЭЛН предусматривает:

• визуальный контроль поступившего на испытания оборудования;

• замер основных геометрических и массовых параметров узлов и деталей;

• определение химического состава и механических свойств материалов, из которых изготовлены узлы и детали;

• испытания для построения комплексной характеристики ступеней ЭЛН;

• ресурсные испытания для определения износостойкости узлов и деталей ЭЛН;

• повторное построение комплексной характеристики ступеней и определение деградации гидродинамических и иных характеристик узлов и деталей.

66

№ 7-8 август 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

Таблица 1. Удельный вес частных рейтинговых оценок в зависимости от условий эксплуатации Table 1. Relative weight of private ratings depending on operating conditions

Условия работы Operating conditions Напор Head of delivery Коэффициент полезного действия Efficiency factor Износ Wearing out

R1, R7, R8 R2 R3, R9 R4 R5 R6

Не осложненные механическими примесями Not complicated by mechanical impurities По 0,2 0.2 each 0,05 0.05 По 0,05 0.05 each 0,05 0.05 0,1 0.1 0,1 0.1

Осложненные механическими примесями Complicated by mechanical impurities По 0,15 0.15 each 0,05 0.05 По 0,05 0.05 each 0,1 0,15 0.15 0,15 0.15

Рис. 5. Схема вертикального стенда для проведения испытаний ступеней электроприводных лопастных (центробежных) насосов:

I - приводной двигатель; 2 - вал; 3 - сальниково-подшипниковый узел; 4 - система замера момента; 5 - блок управления; 6 - блок управления задвижками, вывод показаний манометров; 7 - всасывающий патрубок; 8,10,16,17,19 - задвижки; 9 - манометр (датчик давления);

II - расходомер; 12 - патрубок подачи жидкости; 13 - датчик температуры; 14 - водомерное стекло; 15 - мерный бак; 18 - манометр (датчик давления); 20 - верхняя крышка

для герметизации испытываемых ступеней; 21 - шпильки для затяжки испытываемых ступеней; 22 - сборка испытываемых ступеней; 23 - основание насоса; 24 - нижняя плита стенда; 25 - рама Fig. 5. Diagram of a vertical stand for testing of the electric driven vane pumps (ESP) stages: 1 - drive motor; 2 - shaft; 3 - packing and bearing assembly; 4 - torque measurement system; 5 - control unit; 6 - valve control unit, output of pressure gauge readings; 7 - suction pipe; 8, 10,16,17,19 - valves; 9 - pressure gauge (pressure sensor); 11 - flow meter; 12 - fluid supply pipe; 13 - temperature sensor; 14 - water measuring glass; 15 - measuring tank; 18 - pressure gauge (pressure sensor); 20 - upper cover for sealing the tested stages; 21 - pins for tightening the tested stages; 22 - assembly of the tested stages; 23 - pump base; 24 - lower plate of the stand; 25 - frame

В связи с тем что изделия разных фирм-производителей имеют различные первоначальные характеристики, для их сравнения на основе определения частных показателей в мето-

дике предусмотрены комплексные оценки показателя качества - рейтинг. Всего согласно методике определяется девять частных показателей качества:

• R1 - рейтинг напора и напорности ступени;

• R2 - рейтинг удельного энергопотребления;

• КЗ - рейтинг энергоэффективности (коэффициента полезного действия -КПД);

• 1К4 - рейтинг материалоемкости;

• 1К5 - рейтинг износостойкости на основании изменения массовых характеристик (отдельно для РК, НА, валов, подшипников);

• 1К6 - рейтинг износостойкости на основании изменения геометрических характеристик (отдельно для РК, НА, валов, подшипников);

• 1К7 - рейтинг изменения напора и напорности ступени после износа;

• 1К8 - рейтинг изменения подачи в оптимальном режиме после износа;

• 1К9 - рейтинг изменения энергоэффективности (КПД) после износа. Интегральный показатель качества оборудования определяется по формуле:

(1),

7=1

где Я. - частный показатель качества (рейтинг) узла или детали ЭЛН по отдельно взятому показателю; к - удельный вес частного рейтинга в общем рейтинге.

Значение удельного веса частного рейтинга задается в зависимости от условий эксплуатации ЭЛН (наличие механических примесей, содержание коррозионно-активных веществ и др.). Принятый в методике удельный вес рейтинговых оценок представлен в табл. 1.

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ

Для проведения испытаний, предусмотренных методикой,были спроектированы и изготовлены специальные стенды.

Стенд вертикальный для гидродинамических испытаний ступеней электролопастных насосов типа УНГВ-1

Испытания на данном стенде производятся согласно [2].

Стенд гидравлический вертикальный [3] для снятия гидродинамических характеристик ступеней электропогружного насоса (рис. 5) состоит из рамы

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Таблица 2. Технические характеристики стенда УНГВ-1

Table 2. Technical characteristics of the UNGV-1 testing workbench

Показатель Parameter Значение Value

Габаритные размеры: External dimensions: • внутренний диаметр кожуха, мм inner diameter of the casing, mm • максимальная длина кожуха, мм maximum casing length, mm • габариты установки (ВхШхГ), м testing workbench dimensions (HxWxD), m 89-245 4000 4,0x2,0x2,0

Модельная жидкость: Model fluid: • вязкость, мПа.с viscosity, mPa.S • температура, °C temperature, °C • кислотность, pH acid value, pH • емкость бака, м3 reservoir capacity, m3 1-200 До 80 Up to 80 4,0-8,0 0,5

Насос - центробежный, многоступенчатый, тип электроприводных лопастных насосов Pump - centrifugal, multistage, type of electric driven vane pumps

Условный диаметр корпуса, мм Case nominal diameter, mm 60, 86, 92, 103, 114, 130

Расход жидкости, м3/сут Flow rate, m3/day 0-400

Рабочее давление, МПа Working pressure, MPa До 0,6 Up to 0.6

Мощность приводного двигателя, кВт Drive motor power, kW 15

Способ регулирования мощности и частоты вращения вала приводного электродвигателя Method for controlling the power and speed of the drive motor shaft Частотный Frequency

25, приводного электродвигателя 1 с системой замера крутящего момента

4. При этом электродвигатель 1 получает питание через блок управления

5, позволяющий регулировать частоту вращения вала 2. В верхней части рамы вертикально размещен корпус со сборкой 22 ступеней электроприводного насоса. Корпус располагается между нижней 24 и верхней 20 крышками, которые стягиваются шпильками 21. Основание насоса 23 входит в сальни-ково-подшипниковый узел 3 в нижней плите 24. Подвод жидкости осуществляется через всасывающий патрубок 7 с установленными на нем датчиком давления (манометром)9 и запорными устройствами 8 и 10. Верхняя крышка 20 соединена с нагнетательной линией, оснащенной запорными устройствами 16,17,19. В нагнетательной линии сборки установлен датчик давления (манометр) 18. Из нагнетательной ли-

нии жидкость попадает в мерный бак 15, который служит для поверки расходомера 11. Управление задвижками осуществляется через блок управления 6. Нижняя плита 24 и верхняя крышка 20 имеют расточки с различными диаметрами, что позволяет испытывать ступени разного условного диаметра.

Контроль температуры модельной жидкости производится электронным термометром 13. Посредством манометров 9 и 18 замеряется давление на входе и выходе из сборки ступеней. При помощи расходомера 11 определяется подача насоса. Момент на валу сборки ступеней определяется системой замера крутящего момента 4. Все измеренные данные используются для построения гидродинамических характеристик. Технические характеристики стенда для проведения испытаний ступеней ЭЛН приведены в табл. 2.

В ходе эксперимента на стенде УНГВ-1 определяются следующие параметры:

• усилие и момент на валу насоса Н, кГс, - датчик усилия;

• мощность на валу насоса, кВт, - датчик мощности станции управления и частотного регулирования;

• частота вращения вала насоса n, об/мин, - датчик частоты вращения станции управления и частотного регулирования;

• давление на входе в насос Рвх, МПа (кг/см2), - датчик давления;

• давление на выходе из насоса Рвых, МПа (кг/см2), - датчик давления;

• подача насоса Q, м3/ч, - расходомер электроиндукционный,а также при помощи мерного бака. Температура рабочей жидкости определяется при помощи электронного термометра ТМ 6801В.

Стенд для ресурсных испытаний электролопастных насосов

Ресурсные испытания рабочих органов ЭЛН проводятся для определения интенсивности изнашивания основных деталей ЭЛН (НА, РК, защитных втулок, концевых и промежуточных подшипников, корпусных деталей) и определения времени работы на модельной жидкости до значительного снижения рабочих характеристик.

Разработанные стенды имеют вертикальную ось. Стенды позволяют проводить испытания укороченных насосных секций ЭЦН (длиной до 1,2 м) диаметральных габаритов от 2А до 6. На стендах установлены приводные двигатели мощностью 5 и 7 кВт, что обеспечивает возможность производить испытания насосных секций ЭЦН при частотах питающего тока до 75 Гц. Для регулирования частоты питающего тока используются частотные преобразователи VLT HVAC Drive FC 102 фирмы Danfoss. Общий вид стенда представлен на рис. 6а. Испытания на данных стендах производятся согласно [2]. Стенд для проведения испытаний ЭЛН на износ (рис. 6) работает следующим образом. Модельная жидкость с механическими примесями, находящаяся в баке 1, поступает через опорный модуль с каналами 6 на прием рабочего лопастного колеса 7, откуда подается

68

№ 7-8 август 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

а) а) б) b)

Рис. 6. Общий вид (а) и конструктивная схема (б) стенда для испытаний электроприводных лопастных (центробежных) насосов на изнашивание:

1 - бак с модельной жидкостью; 2 - модельная жидкость; 3 - патрубок отбора проб; 4 - опоры бака; 5 - сливной патрубок; 6 - опорный модуль с каналами; 7 - рабочее лопастное колесо; 8 - вал насосной секции; 9 - насосная секция; 10 - головка насосной секции; 11 -шлицевая муфта; 12 - шпильки; 13 - крышка стенда; 14 - корпус подшипников и сальников; 15 - приводной двигатель

Fig. 6. General view (a) and design diagram (b) of the the electric driven vane pumps wear testing workbench:

1 - tank with model liquid; 2 - model liquid; 3 - sampling pipe; 4 - tank supports; 5 - drain pipe; 6 - support module with channels; 7 - impeller; 8 - shaft of the pumping section; 9 - pumping section; 10 - head of the pumping section; 11 - spline coupling; 12 - studs; 13 - stand cover; 14 - housing of bearings and seals; 15 - drive motor

на прием насосной секции 9. Рабочее колесо 7 вращается на валу сборки ступеней 8. За счет создаваемого напора рабочего колеса 7 и сборки ступеней 9 поток жидкости направляется через сборку ступеней 9 и головку насосной секции 10 на излив и возвращается обратно в бак 1. В соответствии с методикой каждый час модельная жидкость в стенде заменяется. Пробы модельной жидкости должны отбираться из патрубка 3 через 1/2 часа после очередной смены модельной жидкости. По окончании испытаний модельная жидкость удаляется через сливной патрубок 5.

Вал сборки ступеней 8 через шлицевую муфту 11 соединяется с приводным валом стенда, помещенным в корпус 14, где этот вал соединяется с помощью муфты с валом приводного электродвигателя 15.

Испытываемая сборка ступеней 9 подвешивается на шпильках 12 к крышке 13, которая препятствует разбрызгиванию модельной жидкости при работе стенда. Испытания ЭЛН на износ проводятся на модельной жидкости «техническая вода». Для моделирования коррозионной активности среды к модельной жидкости добавляется 3 % (по массе) NаCL + 3 % (по массе) HCL. В качестве модельного при испытаниях на износ использовался песок кварцевый 100 mesh со следующими характеристиками:

• плотность пикнометрическая -3,1-3,4 г/см3;

• твердость - не менее 7 ед. по шкале Мооса (микротвердость - около HV 1200).

Распределение гранулометрического состава механических примесей представлено в табл. 3 и на рис. 7. Внешний вид некоторых ступеней после испытаний на изнашивание представлен на рис. 8.

КРАТКИЕ ИТОГИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

По итогам стендовых испытаний ЭЛН разных фирм-производителей были сделаны следующие выводы: 1) износ РК, НА, опорных шайб, валов, подшипниковых узлов и т. д., полученный в результате стендовых испытаний,

полностью соответствует характеру, качественному и в основном количественным показателям износа деталей ЭЛН в промысловых условиях; 2) комплексные и частные гидродинамические характеристики новых ступеней ЭЛН, испытанных на вертикальном стенде, в основном соответствуют характеристикам ЭЛН, представленным в каталогах и технических паспортах продукции фирм-производителей. Это позволяет использовать каталожные характеристики насосов типа ЭЛН для пополнения баз данных компьютерных программ подбора и диагностики состояния УЭЛН, используемых на сегодняшний день в российском нефтегазовом комплексе;

3) ступени из серого чугуна не выдерживают работу с модельной жидкостью с твердыми механическими примесями и потому не могут использоваться в большей части скважин ПАО «НК «Роснефть»;

4) ступени с рабочими колесами из пластмасс показали высокую износостойкость при частотах вращения до 3000 об/мин, однако при повышении частоты до 3600 об/мин и выше их износостойкость резко снижается. Слабым звеном рабочих колес из пластмасс (РКП) являются их втулки, которые в присутствии механических примесей имеют высокую скорость изнашивания. Для РКП с импеллерами выявлен недостаток, связанный со всплытием рабо-

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 7-8 August 2020

69

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Таблица 3. Гранулометрический состав 100 mesh по BASF

Table 3. Granulometric composition of 100 Mesh according to BASF

Остаток на сите Oversize product Фракция, % Fraction, %

№ 40 (0,425 мм) No 40 (0.425 mm) 0,20

№ 50 (0,297 мм) No 50 (0.297 mm) 1,7

№ 60 (0,251 мм) No 60 (0.251 mm) 6,8

№ 70 (0,211 мм) No 70 (0.211 mm) 21,7

№ 100 (0,152 мм) No 100 (0.152 mm) 46,1

№ 140 (0,105 мм) No 140 (0.105 mm) 18,7

чих колес при подачах, превышающих подачи в номинальном режиме;

5) штампосварные ступени из нержавеющей стали имеют высокую износостойкость и малую деградацию рабочих характеристик, однако их энергоэффективность находится в основном на уровне, соответствующем классу энергоэффективности е1;

6) ступени из никельсодержащего чугуна (нирезисттип 1) имеют высокие показатели по износостойкости, в т. ч. в присутствии коррозионно-активных веществ. Это позволяет рекомендовать ступени ЭЛН из нирезиста тип 1

60

50

s t?

И

Ï о. 30

S! 01

о N

te Ъ

1з §г го

О о

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3

Размер ячейки сита, мм Sieve mesh size, mm

Рис. 7. Гранулометрический состав модельных механических примесей Fig. 7. Granulometric composition of model mechanical impurities

на большинстве объектов нефтедобычи ПАО «НК «Роснефть»; 7) ступени, выполненные по методу порошковой металлургии, имеют высокие показатели износостойкости (малые потери массы и изменение геометрических размеров), что позволяет говорить о низких уровнях отбраковки РК и НА из порошковых материалов даже при их использовании в осложненных условиях эксплуатации. Однако практически все порошковые ступени, оснащенные импеллерами,после ресурсных испытаний изменили свою характеристику: всплытие рабочих ко-

лес начинается задолго до достижения правой границы рабочего диапазона напорно-расходной характеристики;

8) валы ЭЛН, выполненные из высоколегированных сталей и из никелевых сплавов типа К-монель и Инконель показали высокую износостойкость в осложненных условиях эксплуатации. Их химический состав и механические свойства остались неизменными. Валы из указанных материалов могут многократно использоваться для работы на объектах нефтедобычи ПАО «НК «Роснефть»;

9) промежуточные радиальные подшипники ЭЛН, втулки которых выполнены

а) a) б) b)

Рис. 8. Детали ступеней разных конструкций после испытаний на изнашивание:

а) износ рабочего колеса из пластмассы за счет всплытия; б) износ и разрушение ступени из серого чугуна; в) ступень из порошкового материала после испытания в модельной среде с механическими примесями, хлоридом натрия и соляной кислотой; г) износ рабочего колеса из порошкового материала за счет всплытия

Fig. 8. Details of stages of different designs after wear tests:

a) wear of the plastic impeller due to surfacing; b) wear and destruction of the gray cast iron stage; c) the powder material stage after testing in a model environment with mechanical impurities, sodium chloride and hydrochloric acid; d) wear of the powder material impeller due to surfacing

70

№ 7-8 август 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

из твердых сплавов, показали высокую работоспособность и низкий уровень изнашивания. При этом укороченные по длине вращающиеся втулки из твердого сплава (обеспечивается уменьшение массы и стоимости твердосплавных втулок на 30-40 % по сравнению со стандартными) имеют интенсивность изнашивания практически равную с аналогичной характеристикой стандартных изделий. Промежуточные под-

шипники ЭЛН с парой трения «сталь -бронза» для работы в осложненных условиях эксплуатации применять не рекомендуется;

10) концевые и корпусные детали ЭЛН, поставленные для стендовых испытаний различными заводами-изготовителями, практически не изменили своих массовых и геометрических параметров, однако необходимо учесть, что эти детали работали при стендовых испытаниях

в облегченных условиях: в отсутствие трения по обсадной колонне, при небольших избыточных давлениях; 11) частные и интегральные (комплексные) показатели качества узлов и деталей позволили предварительно определить возможность и области рационального применения различных видов оборудования электроприводных лопастных насосов на объектах нефтедобычи ПАО «НК «Роснефть».

Литература:

1. Якимов С.Б., Каверин М.Н., Русскин Е.Н., Колпаков М.А. Анализ эффективности применения сепараторов песка для защиты установок электроцентробежных насосов в скважинах Самотлорского месторождения // Нефтяное хозяйство. 2018. № 11. С. 64-69.

2. ГОСТ 6134-2007 (ИСО 9906:2007). Насосы динамические. Методы испытаний [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/ document/1200060193 (дата обращения 27.08.2020).

3. Долов Т.Р., Донской Ю.А., Ивановский А.В. и др. К вопросу о зависимости характеристик ступеней лопастных насосов от условий испытаний // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2020. № 2 (116). С. 23-26.

References:

1. Yakimov S.B., Kaverin M.N., Russkin E.N., Kolpakov M.A. Analysis of the Efficiency of Sand Separators for Protecting the Electric Submersible Centrifugal Pump Units at the Wells of the Samotlorskoye Field. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 2018;(11):64-69. (In Russ.)

2. Interstate Standard (GOST) 6134-2007 (ISO 9906:2007). Rotodynamic Pumps. Test Methods. Weblog. Available from: http://docs.cntd.ru/ document/1200060193 [Accessed 27th August 2020]. (In Russ.)

3. Dolov T.R., Donskoy Yu.A., Ivanovsky A.V. To the Question of the Characteristics Dependence of Vane Pumps Stages on the Test Conditions. Oborudovaniye i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2020;2(116):23-26. (In Russ.)

Неделя нефтепереработки,

газа и нефтехимии в Москве — 2020

8 состав Недели входят:

GPTC

«Нефтегазохимия» - технологическая конференция и выставка России и стран СНГ 26-27 октября

Russia & CIS ВВТС

14-я Конференция России и стран СНГ по технологиям переработки нефтяных остатков

28-29 октября

RRTC

20-я Конференция и выставка России и стран СНГ по технологиям переработки нефти

29-30 октября

Приглашаем всех, кто заинтересован, представить доклад на любой из конференций, выступить спонсором или принять участие в выставке.

www,ейropetro.com +7 (495) 517 77 09 moscow@europetro.com