Научная статья на тему 'О влиянии фракционного состава абразивных частиц в добываемой жидкости на виды износа деталей электроцентробежных насосов'

О влиянии фракционного состава абразивных частиц в добываемой жидкости на виды износа деталей электроцентробежных насосов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
222
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЫШЕНИЕ НАРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ / INCREASE OF THE RUNNING TIME OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMPS / БОРЬБА С ПЕСКОМ / SAND EXCLUSION / ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ / WELL OPERATION IN COMPLICATED CONDITIONS / ИЗНОС ОБОРУДОВАНИЯ / EQUIPMENT WEAR

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Якимов С. Б., Ивановский В. Н., Деговцов А. В., Елисеев Д. Б., Айгишев Е. В.

В статье с использованием принятых ГОСТ 27674-88 терминов описаны основные виды износа рабочих органов электроцентробежных насосов, имеющие место при добыче жидкости, содержащей абразивные частицы различного фракционного состава. Виды износа оборудования в случае присутствия преимущественно алевролитовых фракций размером до 0,1 мкм и небольшой доли песчаных фракций размером более 0,1 мм показаны на примере песконесущих скважин пластов АВ Самотлорского нефтяного месторождения. В этом случае основными видами износа деталей электроцентробежных насосов с рабочими колесами плавающего типа, рабочими ступенями двухопорной конструкции из материала нирезист тип 1 являются абразивный осевой и абразивный радиальный износы. Поскольку помимо алевролитовых фракций в добываемой жидкости присутствует и небольшое количество песчаных частиц, гидроэрозионный износ также имеет место, хотя в большинстве случаев не является доминирующим. В продукции скважин Ванкорского нефтяного месторождения присутствуют преимущественно песчаные фракции размером 0,3 мм, и основными видами износа являются гидроабразивный промыв направляющих аппаратов и гидроабразивное разрушение лопаток рабочих колес. Приведены примеры типичных видов износа рабочих органов электроцентробежных насосов, обусловленного присутствием в жидкости абразивных частиц различного фракционного состава. Таким образом, на основании изучения видов износа деталей электроцентробежных насосов можно с достаточной для принятия инженерных решений точностью оценить состав твердых фракций, присутствующих в добываемой жидкости. Использование метода анализа видов износа позволит промысловому технологу более точно осуществлять выбор мероприятий по увеличению ресурса работы оборудования, таких как использование технологий защиты от песка и подбор оптимального конструкционного исполнения электроцентробежных насосов и материалов изготовления рабочих ступеней. Представленные в статье примеры видов износа использованы в классификаторе видов отказов оборудования ПАО «НК «Роснефть».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Якимов С. Б., Ивановский В. Н., Деговцов А. В., Елисеев Д. Б., Айгишев Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE INFLUENCE OF THE FRACTION COMPOSITION OF ABRASIVE PARTICLES IN PRODUCED FLUID ON THE WEAR TYPES OF THE ELEMENTS OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMPS

In the terms approved by the State Standard GOST 27674-88, the article describes the principal wear types of the working elements of electric centrifugal pumps which occur in the process of recovering fluid containing the abrasive particles of various fraction compositions. For the cases of predominance of the aleurolitic fractions with particles up to 0.1 μm in size and presence of a small portion of sand fractions with particles size more than 0.1 mm, the wear types of equipment are exemplified by the sand-bearing wells of the AV strata of the Samotlorskoe Oil Field. In this case, the abrasive axial wear and the abrasive radial wear are the principal wear types of the elements for the electric centrifugal pumps with the impeller wheels of a floating type and with the step decks of the double-beat construction from the Ni-Resist Type 1. The produced fluid contains not only the aleurolitic fractions, but also a small amount of the sand particles, therefore the hydraulic erosive wear takes place, though it is not dominating in the majority of cases. The products of the wells of the Vankorskoe Oil Field principally contain sand fractions with particles size of 0.3 mm, and the main wear types are the hydroabrasive washout of guide vanes and the hydroabrasive destruction of impeller blades. The examples of the typical wear types of the working elements of electric centrifugal pumps are given, the wear caused by the presence of abrasive particles from different fractions in the fluid. Based on the study of the wear types of the elements of centrifugal pumps, it is therefore possible to assess the composition of solid fractions in produced fluid with a reasonable degree of accuracy that allows adopting engineering solutions. The use of the wear type analysis method will allow a field production engineer to select measures more precisely to increase the operational life of equipment, such as the use of sand protection technologies and the selection of the best design of electric centrifugal pumps and materials of the step decks. The wear type examples considered in the article are used in the equipment failure type classification of Rosneft Oil Company PJSC.

Текст научной работы на тему «О влиянии фракционного состава абразивных частиц в добываемой жидкости на виды износа деталей электроцентробежных насосов»

УДК 622.276.054+620.1

С.Б. Якимов1, e-mail: [email protected]; В.Н. Ивановский2; А.В. Деговцов2; Д.Б. Елисеев3; Е.В. Айгишев4

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

2 ФГБОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

3 АО «Самотлорнефтегаз» (Нижневартовск, Россия).

4 ООО «РН-Ванкор» (Красноярск, Россия).

О влиянии фракционного состава абразивных частиц в добываемой жидкости на виды износа деталей электроцентробежных насосов

В статье с использованием принятых ГОСТ 27674-88 терминов описаны основные виды износа рабочих органов электроцентробежных насосов, имеющие место при добыче жидкости, содержащей абразивные частицы различного фракционного состава. Виды износа оборудования в случае присутствия преимущественно алевролитовых фракций размером до 0,1 мкм и небольшой доли песчаных фракций размером более 0,1 мм показаны на примере песконесущих скважин пластов АВ Самотлорского нефтяного месторождения. В этом случае основными видами износа деталей электроцентробежных насосов с рабочими колесами плавающего типа, рабочими ступенями двух-опорной конструкции из материала нирезист тип 1 являются абразивный осевой и абразивный радиальный износы. Поскольку помимо алевролитовых фракций в добываемой жидкости присутствует и небольшое количество песчаных частиц, гидроэрозионный износ также имеет место, хотя в большинстве случаев не является доминирующим. В продукции скважин Ванкорского нефтяного месторождения присутствуют преимущественно песчаные фракции размером 0,3 мм, и основными видами износа являются гидроабразивный промыв направляющих аппаратов и гидроабразивное разрушение лопаток рабочих колес. Приведены примеры типичных видов износа рабочих органов электроцентробежных насосов, обусловленного присутствием в жидкости абразивных частиц различного фракционного состава. Таким образом, на основании изучения видов износа деталей электроцентробежных насосов можно с достаточной для принятия инженерных решений точностью оценить состав твердых фракций, присутствующих в добываемой жидкости. Использование метода анализа видов износа позволит промысловому технологу более точно осуществлять выбор мероприятий по увеличению ресурса работы оборудования, таких как использование технологий защиты от песка и подбор оптимального конструкционного исполнения электроцентробежных насосов и материалов изготовления рабочих ступеней. Представленные в статье примеры видов износа использованы в классификаторе видов отказов оборудования ПАО «НК «Роснефть».

Ключевые слова: повышение наработки электроцентробежных насосов, борьба с песком, эксплуатация скважин в осложненных условиях, износ оборудования.

S.B. Yakimov1, e-mail: [email protected]; V.N. Ivanovsky2; A.V. Degovtsov2; D.B. Eliseev3; E.V. Aygishev4

1 Rosneft Oil Company PJSC (Moscow, Russia).

2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas" (Moscow, Russia).

3 Samotlorneftegaz JSC (Nizhnevartovsk, Russia).

4 RN-Vankor LLC (Krasnoyarsk, Russia).

On the Influence of the Fraction Composition of Abrasive Particles in Produced Fluid on the Wear Types of the Elements of Electric Centrifugal Pumps

In the terms approved by the State Standard GOST 27674-88, the article describes the principal wear types of the working elements of electric centrifugal pumps which occur in the process of recovering fluid containing the abrasive particles of various fraction compositions. For the cases of predominance of the aleurolitic fractions with particles up to 0.1 ^m in size and presence of a small portion of sand fractions with particles size more than 0.1 mm, the wear types of equipment are exemplified by the sand-bearing wells of the AV strata of the Samotlorskoe Oil Field. In this case, the abrasive axial wear and the abrasive radial wear are the principal wear types of the elements for the electric centrifugal pumps with the impeller wheels of a floating type and with the step decks of the double-beat construction from the Ni-Resist Type 1.

PUMPS. COMPRESSORS

The produced fluid contains not only the aleurolitic fractions, but also a small amount of the sand particles, therefore the hydraulic erosive wear takes place, though it is not dominating in the majority of cases. The products of the wells of the Vankorskoe Oil Field principally contain sand fractions with particles size of 0.3 mm, and the main wear types are the hydroabrasive washout of guide vanes and the hydroabrasive destruction of impeller blades. The examples of the typical wear types of the working elements of electric centrifugal pumps are given, the wear caused by the presence of abrasive particles from different fractions in the fluid. Based on the study of the wear types of the elements of centrifugal pumps, it is therefore possible to assess the composition of solid fractions in produced fluid with a reasonable degree of accuracy that allows adopting engineering solutions. The use of the wear type analysis method will allow a field production engineer to select measures more precisely to increase the operational life of equipment, such as the use of sand protection technologies and the selection of the best design of electric centrifugal pumps and materials of the step decks. The wear type examples considered in the article are used in the equipment failure type classification of Rosneft Oil Company PJSC.

Keywords: increase of the running time of electric centrifugal pumps, sand exclusion, well operation in complicated conditions, equipment wear.

Как неоднократно указывалось в публикациях российских и зарубежных авторов, основная доля отказов электроцентробежных насосов (ЭЦН) на многих нефтяных месторождениях с терригенными коллекторами происходит из-за износа и засорения рабочих органов механическими примесями. В процессе эксплуатации рабочие органы ЭЦН подвержены воздействию различных факторов, вызывающих износ, к основным видам которого можно отнести: механическое изнашивание, коррозионно-механическое изнашивание, абразивное изнашивание, гидроабразивное изнашивание и др.

Очень часто при наличии механических примесей в пластовой продукции говорят об абразивном и гидроабразивном износе рабочих органов насоса. В ГОСТ 27674-88, устанавливающем применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области трения, изнашивания и смазки, даются определения этим двум видам износа [1]:

• абразивное изнашивание - механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц;

• гидроабразивное изнашивание -абразивное изнашивание в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости.

Многие авторы при описании износа деталей ЭЦН используют термин «эрозионное изнашивание», что неверно. В ГОСТ 27674-88 термин «эрозионное изнашивание» отсутствует, а для процесса изнашивания металла в результате воздействия потока жидкости, в которой отсутствуют абразивные частицы, устанавливается термин «гидроэрозионное изнашивание». Вместе с тем гидроэрозионное изнашивание в чистом виде встречается редко, даже при длительной эксплуатации ЭЦН. Как сложная техническая система, работающая в различных скважинных условиях преимущественно в вертикальном, наклонном или - реже - в горизонтальном положении, ЭЦН имеют свои специфические виды износа. Так, следует отметить, что в ГОСТ 27674-88 представлен такой вид износа, как изнашивание при фреттинге - механическое изнашивание соприкасающихся тел при колебательном относительном микросмещении.Наличие вибрации при работе насосного оборудования в условиях попадания в радиальные зазоры абразивных частиц может приводить к катастрофическому износу за небольшой промежуток времени. На практике рабочие органы насоса подвержены одновременно нескольким видам износа, кроме того, в большинстве случаев добываемая жидкость является коррозионно активной.

По этой причине изнашивание деталей ЭЦН является коррозионно-механиче-ским, хотя коррозионная составляющая, как правило, невелика. Изучение и анализ видов износа рабочих органов ЭЦН является ключевой задачей, позволяющей разработать научно обоснованные эффективные мероприятия по увеличению ресурса работы оборудования путем подбора оптимальных конструкций и установления оптимального технологического режима его эксплуатации. Такого же мнения придерживаются и зарубежные эксперты [2]. В настоящей статье на примере песконесущих скважин Самотлорского и Ванкорского месторождений показаны основные виды износа рабочих органов ЭЦН, при этом был учтен гранулометрический состав присутствующих в добываемой жидкости абразивных частиц. Количественный и качественный состав абразивных частиц, присутствующих в добываемой жидкости Самотлорского месторождения, хорошо изучен. Около 70 % всех установок ЭЦН данного месторождения эксплуатируются на фонде скважин пластов группы АВ со средней концентрацией абразивных частиц (КАЧ) 112 мг/л с индексом агрессивности 76 [3, 4]. Абразивные частицы состоят из кварца (89 %), плагиоклаза (10 %) и обломков горных пород (1 %). Доля алевролитовых фракций песка

Ссылка для цитирования (for citation):

Якимов С.Б., Ивановский В.Н., Деговцов А.В., Елисеев Д.Б., Айгишев Е.В. О влиянии фракционного состава абразивных частиц в добываемой жидкости на виды износа деталей электроцентробежных насосов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 11. С. 32-38.

Yakimov S.B., Ivanovsky V.N., Degovtsov A.V., Eliseev D.B., Aygishev E.V. On the Influence of the Fraction Composition of Abrasive Particles in Produced Fluid on the Wear Types of the Elements of Electric Centrifugal Pumps (In Russ.). Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory, 2017, No. 11, P. 32-38.

0,01-0,025 0,025-0,05 0,05-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 ОЛ-0,5

Средний размер зерен, мм Average grain size, mm

■ Самотлорское ■ Ванкорское

Samotlorskoe oil field Vankorskoe oil field

Рис. 1. Гранулометрический состав абразивных частиц, присутствующих в добываемой жидкости Самотлорского (пласты АВ) и Ванкорского месторождений

Fig. 1. GranuLometric composition of particles contained in produced fluid of the Samotlorskoe oil field (AV Strata) and the Vankorskoe oil field

размером менее 0,1 мм в большинстве случаев составляет 80-90 %, доля песчаных фракций размером более 0,1 мм - 10-20 %.

В отличие от Самотлорского месторождения в добываемом флюиде Ванкорского месторождения доля алевролитовых фракций невелика и составляет в среднем всего 7 %. В добываемой жидкости присутствуют в основном песчаные фракции размером более 0,1 мм, доля которых составляет 92,5 %. Средний размер зерен выно-

симого кварца - 0,3 мм, доля фракций крупнее 0,3 мкм доходит до 47 %. Значения КАЧ варьируют от 50 до 5000 мг/л, средний индекс агрессивности 73. Из приведенных данных видно, что выносимые абразивные частицы на Самот-лорском и Ванкорском месторождениях значительно различаются прежде всего с точки зрения гранулометрического состава (рис. 1).

Основную часть ЭЦН, используемых на Самотлорском месторождении, составляют насосы с рабочими ступенями двух-

опорной конструкции из материала нирезист тип 1 с колесами плавающего типа с промежуточными радиальными подшипниками, установленными на валу через 0,5 м для радиальной стабилизации ротора насоса. Средний дебит скважин Самотлорского месторождения -160 м3/сут. На Ванкорском месторождении используются в основном ЭЦН из аналогичных материалов рабочих ступеней пакетной сборки, т. е. не только с радиальной,но и с осевой стабилизацией. Средний дебит скважин Ванкорского месторождения - 458 м3/сут.

ИЗНОС ОСЕВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ

В случаях, когда в добываемой жидкости присутствуют в основном относительно мелкие алевролитовые фракции песка, доминирующими видами износа, вызывающими возникновение параметрического или физического отказа ЭЦН, являются осевой и радиальный. Эти два вида износа характерны для оборудования, используемого при эксплуатации скважин Самотлорского, а также большинства других месторождений Западной Сибири. Данный факт легко объясняется высокой долей абразивных частиц со средним диаметром менее 0,25 мм, способных проникать в зазоры между осевыми и радиальными сопряжениями насоса. В работе [5] было отмечено, что осевой износ возникает даже в случае полного отсутствия абразивных частиц

а) а) б) b) в) с) г) d)

Рис. 2. Виды осевого износа деталей ЭЦН:

а) износ (уменьшение толщины) и разрушение опорной шайбы; б) износ осевых сопряжений рабочего колеса после полного износа опорных шайб, вызванного присутствием в добываемой жидкости мелких фракций песка; в) осевой износ бурта направляющего аппарата при наличии в добываемой жидкости мелких фракций песка; г) осевое изнашивание рабочего колеса до полного разрушения при присутствии в добываемой жидкости мелких фракций песка

Fig. 2. Types of axial wear of the components of electric centrifugal pumps:

а) wear (thickness loss) and destruction of the bearing disc; b) wear of the axial conjugations of the impeller wheel after the wear-out of the bearing discs because of the presence of fine fractions in produced fluid; c) axial wear of the clamp of the guide vane in the presence of fine fractions in produced fluid; d) axial wear of the impeller wheel until its wear-out in the presence of fine fractions in produced fluid

What Really Drives Us?

The power to set the world in motion

50%

of global trade is powered by MAN marine engines

120+

34.000+

megawatts of power and heat are generated at MAN plants

locations make up our global service network

Marine Engines & Systems Power Plants Turboniachinery After Sales

MAN Diesel & Turbo is a major driver of global commerce and energy production. Our highly efficient transportation and energy solutions deliver reliable shipping and sustainable power worldwide. And with our extensive and ever-expanding service network, we're ready to meet your after-sales needs wherever you are in the world. On water or on land. MAN Diesel & Turbo is your ideal partner for power that sets the world in motion. Find out more at: www.mandieselturbo.com

Engineering the Future - since 1758.

MAN Diesel & Turbo

MAN

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Рис. 3. Виды радиального износа деталей ЭЦН:

а) радиальный абразивный износ втулки подшипника при наличии в добываемой жидкости мелких фракций песка; б) радиальный абразивный износ ступицы направляющего аппарата; в) радиальный абразивный износ ступицы рабочего колеса; г) радиальный абразивный износ ступицы рабочего колеса до полного разрушения при наличии в добываемой жидкости мелких фракций песка; д) радиальный односторонний износ вала насоса; е) радиальный износ и слом вала насоса

Fig. 3. Types of radial wear of the components of electric centrifugal pumps:

a) radial abrasive wear of the bearing bush in the presence of fine fractions in produced fluid;

b) radial abrasive wear of the clamp of the guide vane; c) radial abrasive wear of the clamp of the impeller wheel; d) radial abrasive wear of the clamp of the impeller wheel until its wear-out in the presence of fine fractions in produced fluid; e) radial lopsided abrasive wear of the pump shaft;

f) radial wear and destruction of the pump shaft

в добываемой жидкости, т. е. процесс изнашивания осевых сопряжений может быть механическим. Однако при эксплуатации скважин Самотлорского и Ванкорского месторождений абразивные частицы присутствуют всегда, хотя бы в малых концентрациях, поэтому имеющиеся факты осевого износа деталей ЭЦН авторы статьи относят к абразивному изнашиванию. Процесс осевого изнашивания начинается с изнашивания опорных шайб рабочих ступеней, изготовленных чаще всего из карбонита или текстолита (рис. 2а). После полного разрушения опорных шайб начинается процесс абразивного изнашивания опорных проточек рабочих колес (рис. 2б) и опорных буртов направляющих аппаратов (рис. 2в). При высоких осевых нагрузках, например при работе ЭЦН в левой части расход-но-напорной характеристики, интенсивность абразивного изнашивания осевых сопряжений значительно возрастает, что в конечном счете приводит к полному износу и разрушению рабочих колес (рис. 2г).

ИЗНОС РАДИАЛЬНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ

Во всех случаях, когда в добываемой жидкости присутствуют абразивные частицы в виде алевролитовых и мелких песчаных фракций, процесс абразивного изнашивания осевых сопряжений ЭЦН происходит одновременно с абразивным изнашиванием сопряжений радиальных,износ которых может приводить к увеличению вибрационных нагрузок на вал насоса и его усталостному разрушению. Абразивному изнашиванию подвержены защитные втулки вала насоса (рис. 3а) и поверхности ступиц направляющих аппаратов (рис. 3б). Изнашиванию в большой степени подвержены и удлиненные ступицы рабочих колес (рис. 3в). На рис. 3г представлен пример радиального износа ступицы рабочего колеса до полного разрушения, а на рис. 3д -односторонний радиальный износ вала насоса, на рис. 3е - радиальный износ вала (более чем на 50 %) и его слом. Часто радиальный износ является причиной преждевременных отказов (например, износ валов на Ванкорском месторождении).

ГИДРОАБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС

Поскольку, как было показано, в добываемой жидкости нефтяных месторождений стерригенным коллектором присутствуют в основном абразивные частицы кварца и плагиоклаза диаметром 0,05-0,1 мм, гидроабразивное изнашивание в большинстве случаев не является основным видом износа деталей ЭЦН. Скорость гидроабразивного износа зависит не только от среднего диаметра абразивных частиц, но и от их концентрации, размера, плотности, отношения твердости изнашиваемой детали и твердости абразивных частиц, коррозионного фактора, силы прижатия к поверхности и частоты вращения насоса. Данная зависимость описана в [6]. В случае наличия в добываемой жидкости алевролитовых фракций песка и незначительной доли более крупных песчаных фракций, а также при подачах насосов до 250 м3/сут ги-

дроабразивному изнашиванию прежде всего подвержена внутренняя поверхность корпуса направляющего аппарата в зоне выхода жидкости из рабочего колеса, в результате чего вначале появляются сквозные промывы (рис. 4а), а затем происходит полное разрушение корпуса направляющего аппарата (рис. 4б). Гидроабразивному изнашиванию подвергается и проточная часть корпуса направляющего аппарата в зоне выхода жидкости в следующее рабочее колесо (рис. 4в). На рис. 4г представлен типичный пример гидроабразивного износа проходных отверстий опорного подшипника ЭЦН. Поскольку в данных условиях гидроабразивное изнашивание лопаток рабочих колес незначительно, заметной деградации расходно-напорной характеристики в процессе эксплуатации ЭЦН обычно не происходит. Как правило, параметрический отказ из-за снижения расход-

36

№ 11 ноябрь 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

Рис. 4. Виды гидроабразивного износа деталей ЭЦН:

а) гидроабразивный износ (промыв) направляющих аппаратов с возникновением сквозного отверстия в корпусе; б) гидроабразивный износ (промыв) по нижней образующей направляющего аппарата до его полного разрушения при наличии в добываемой жидкости мелких фракций песка; в) гидроабразивное изнашивание проточной части направляющего аппарата; г) гидроабразивный износ проходных отверстий опорного подшипника ЭЦН; д) гидроабразивный износ (промыв) корпуса опорного подшипника при наличии в добываемой жидкости крупных песчаных фракций;

е) гидроабразивный износ (промыв) направляющего аппарата при наличии в добываемой жидкости крупных песчаных фракций;

ж) гидроабразивный износ рабочего колеса и его лопаток при наличии в добываемой жидкости крупных песчаных фракций Fig. 4. Types of the hydroabrasive wear of the components of electric centrifugal pumps:

а) hydroabrasive wear (washout) of the guide vanes resulting in a through hole in the frame; b) hydroabrasive wear (washout) along the lower generating line of the guide vane until its wear-out in the presence of fine fractions in produced fluid; c) hydroabrasive wear of the flow part of the guide vane; d) hydroabrasive wear of the through holes of the supporting bearers of the electric centrifugal pump; e) hydroabrasive wear (washout) of the frame of the supporting bearer in the presence of coarse fractions in produced fluid; f) hydroabrasive wear (washout) of the guide vanes in the presence of coarse fractions in produced fluid; g) hydroabrasive wear of the impeller wheel and its blades in the presence of coarse fractions in produced fluid

но-напорной характеристики наступает из-за увеличения утечек жидкости, вызванных увеличением радиальных и осевых зазоров вследствие процесса абразивного изнашивания и реже вследствие гидроабразивного промыва направляющего аппарата. Данные выводы подтверждают исследования зависимости деградации расходно-на-порной характеристики ЭЦН, эксплуатирующих скважины пластов группы АВ Самотлорского месторождения [7]. Как было установлено, после сравнитель-

но длительного периода нормальной эксплуатации, в течение которой деградации расходно-напорной характеристики не происходит, наступает момент, после которого скорость деградации резко увеличивается, что и приводит к параметрическому отказу оборудования. Меньшая часть параметрических отказов ЭЦН вследствие резкого снижения расхода жидкости происходит из-за гидроабразивного изнашивания. Процесс гидроабразивного изнашивания направляющих аппаратов

происходит даже на скважинах Самотлорского месторождения с дебитом до 40 м3/сут [8]. Анализ актов дефектации рабочих ступеней ЭЦН, отработавших на скважинах пластов АВ Самотлорского месторождения более года, показал, что гидроабразивный износ направляющих аппаратов наблюдается в 12,7 % случаях при непрерывной и в 6,1 % случаях при периодической эксплуатации. В большой степени гидроабразивному износу подвержены и газосепараторы классического типа

с вращающимися рабочими органами (шнек, рабочее колесо и т. д.), причем количество изнашиваний до полного разрушения корпуса прямо пропорционально среднему диаметру абразивных частиц, присутствующих в жидкости [9]. При этом причиной отказа насосного оборудования не всегда является гидроабразивный износ. В то же время в случае наличия в добываемой жидкости песчаных фракций со средним диаметром 0,3 мм и расходе насосов более 250 м3/сут, что характерно для Ванкорского месторождения, гидроабразивный износ может доминировать над осевым и радиальным и приводить к отказу оборудования.

Характерные для высокодебитных скважин виды износа корпуса опорного подшипника, корпуса направляющего аппарата и рабочей ступени ЭЦН показаны на рис. 4д-з. При сравнении рис. 4б и 4ж видно, что зоны охвата гидроабразивным износом сильно различаются. Если в случае преимущественного присутствия алевролито-вых фракций песка при относительно небольших расходах гидроабразивный износ направляющих аппаратов происходит по нижней образующей, то в случае наличия относительно крупных песчаных фракций и при высоких расходах жидкости гидроабразивный промыв происходит по центру корпуса.

ВЫВОДЫ

1. Виды абразивного и гидроабразивного изнашивания насосного оборудования в значительной степени зависят от гранулометрического состава присутствующих в добываемом пластовом флюиде абразивных частиц.

2. Анализ характерных видов износа деталей ЭЦН и основных параметров работы системы «пласт - скважина -насосная установка» обеспечивает возможность оценочного понимания фракционного состава выносимого песка и, на основании данной возможности, разработки и внедрения мероприятий по повышению ресурса работы сква-жинного оборудования.

References:

1. State Standard GOST 27674-88. Friction, Wear and Lubrication. Terms and Definitions [Electronic source]. Access mode: http://docs.cntd.ru/ document/1200010805 (Access date: November 20, 2017). (In Russian)

2. Dewidar M. Electric Submersible Pumps. Chapter 10 "Recommended Practice for ESP Dismantle, Inspection & Failure Analysis (DIFA)" [Electronic source]. Access mode: https://ru.scribd.com/doc/233901860/Chapter-10-Recommended-Practice-for-ESP-FaiLure-AnaLysis (Access date: November 20, 2017).

3. Yakimov S.B. Aggressiveness Index of Carried out Particles at the Fields of TNK-BP in Western Siberia. NeftepromysLovoe DeLo = Oilfield Engineering, 2008, No. 9, P. 33-39. (In Russian)

4. Yakimov S.B. On the Perspectives of Radial Stabilized Compression Electric Submersible Pumps Application for Wells Operation Efficiency Improvement at AB Group of the Samotlor Field Formations. Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory, 2016, No. 7-8, P. 78-86. (In Russian)

5. Brown L. Wilson. The Effect of Abrasives on Electric Submersible Pumps. SPE Drilling Engineering, 1990, Vol. 5, Issue 02, P. 171-175.

6. Ostrovsky V.G., Peshcherenko S.N., Kaplan A.L. Method of Hydro-Abrasive Wear Simulation of Centrifugal Pump Stages. Gornoe Oborudovanie i Elektromekhanika = Mining Equipment and Electromechanics, 2011, No. 12, P. 38-42. (In Russian)

7. Yakimov S.B., Kaverin M.N., Tarasov V.P., et al. Research of Mechanisms of ESP Flow Rate Decline in Operation of Wells at Samotlor Field. Nauchno-Tekhnicheskiy Vestnik OAO "NK "Rosneft" = Research and Engineering Bulletin of Rosneft Oil Company OJSC, 2016, No. 3, P. 83-87. (In Russian)

8. Yakimov S.B., Kaverin M.N., Golub I.M., et al. Study of ESP Advantages Operated in a Periodical Mode in the Wells Complicated by Sand Removal. Oborudovanie i Tekhnologii dlya Neftegazovogo Kompleksa = Equipment and Technologies for the Oil and Gas Complex, 2017, No. 5, P. 16-20. (In Russian)

9. Yakimov S.B., Shportko A.A., Shalagin Yu.Yu. Ways of Improving Gas Separators Reliability Used to Protect Electric Centrifugal Pumps (ESP) in the Deposits of PJSC "NK "Rosneft". Oborudovanie i Tekhnologii dlya Neftegazovogo Kompleksa = Equipment and Technologies for the Oil and Gas Complex, 2017, No. 1, P. 33-40. (In Russian)

Литература:

1. ГОСТ 27674-88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200010805 (дата обращения: 20.11.2017).

2. Dewidar M. Electric Submersible Pumps. Chapter 10 «Recommended Practice for ESP Dismantle, Inspection & Failure Analysis (DIFA)» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.scribd.com/doc/233901860/Chapter-10-Recommended-Practice-for-ESP-Failure-Analysis (дата обращения: 20.11.2017).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Якимов С.Б. Индекс агрессивности выносимых частиц на месторождениях ТНК-ВР в Западной Сибири // Нефтепромысловое дело. 2008. № 9. С. 33-39.

4. Якимов С.Б. О перспективах использования радиально стабилизированных компрессионных электроцентробежных насосов для повышения эффективности эксплуатации скважин пластов группы АВ Самотлорского месторождения // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 7-8. С. 78-86.

5. Brown L. Wilson. The effect of abrasives on electric submersible pumps. SPE Drilling Engineering, 1990, Vol. 5, Issue 02, P. 171-175.

6. Островский В.Г., Пещеренко С.Н., Каплан А.Л. Методика моделирования гидроабразивного износа ступеней нефтяных насосов // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 12. С. 38-42.

7. Якимов С.Б., Каверин М.Н., Тарасов В.П. и др. Исследование закономерностей деградации установок электроцентробежных насосов при эксплуатации скважин Самотлорского месторождения // Науч.-техн. вестник ОАО «НК «Роснефть». 2016. № 3. С. 83-87.

8. Якимов С.Б., Каверин М.Н., Голубь И.М. и др. Исследование преимуществ эксплуатации УЭЦН в периодическом режиме на скважинах, осложненных выносом песка // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2017. № 5. С. 16-20.

9. Якимов С.Б., Шпортко А.А., Шалагин Ю.Ю. О путях повышения надежности газосепараторов ЭЦН на месторождениях ПАО «НК «Роснефть» // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2017. № 1. С. 33-40.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.