Baldenko_F.D._i_dr._Montazh_i_ekspluataciya_skvazhinnyh_shtangovyh_VNU
.pdfкоэффициенты трения (статический и динамический) и работоспособность в условиях сухого трения;
сопротивление «взрывной» декомпрессии («кессонная» стойкость) – способность выдерживать неоднократные снижения внешнего давления газонасыщенной среды;
динамика старения (изменение физико-механических свойств во времени в заданных условиях эксплуатации);
коэффициенты усадки эластомера и стабильность усадки в условиях адгезионного (клеевого) крепления эластичной обкладки к поверхности корпуса статора;
технологичность при подготовке и заливке эластомера в пресс-форму статора.
При выборе эластомера для обкладок статоров одновинтовых
гидромашин их физико-механические свойства твердость, относительное удлинение при разрыве и даже прочность при разрыве должны рассматриваться, в большинстве случаев, как справочные данные конкретных эластомерных композиций (прежде всего для контроля качества процесса вулканизации).
Это обусловлено тем, что механическое контактное взаимодействие между эластичной обкладкой статора и твердой поверхностью ротора (рис. 17) происходит в форме сжатия материалов и сдвигающих усилий (скольжение под нагрузкой), зависящих от глубины деформации и коэффициента трения. В результате появляются гистерезисные зоны, где происходит внутреннее тепловыделение и, как следствие, возрастает вероятность термической деструкции полимерной основы эластомера.
Гистерезисное тепловыделение происходит из-за повторяющихся деформаций профиля статора и изменений давления в камерах рабочих органов. Поскольку эластомеры – вязкоупругие материалы, часть энергии деформации преобразуется в тепловую.
41
Тепловыделение увеличивается с ростом частоты вращения, перепада давления и натяга в паре.
Рис. 17. Изолинии перемещения точек ротора и статора в характерных сечениях рабочих органов с различным кинематическим отношением
(2:3 и 9:10)
Если температура внутри эластомера превысит свой предел, то результатом этого будет: во-первых, снижение физических свойств эластомера, а во-вторых, расширение эластомера и, как следствие, увеличение натяга в паре, а это значит рост потребляемой мощности и снижение КПД.
42
Необходимо считаться с неудовлетворительной теплопроводностью эластомеров и высоким коэффициентом теплового (температурного) расширения. В зависимости от рецептур эластомеров эти их коэффициенты составляют:
= 0,035–0,080 Вт /(м·град); |
= 7–22·10–5 град–1. |
Для стали = 9,5–12,0·10–6 град–1, поэтому при работе насоса и нагреве эластомера в клеевом слое возникают значительные напряжения, которые способны разрушить адгезионную связь между эластомером и металлом остова статора.
Работоспособность эластомеров зависит от сочетания напря- женно-деформированного состояния обкладки и агрессивных свойств перекачиваемой жидкости.
Поскольку одновинтовые гидромашины применяются практически во всех отраслях промышленности, в качестве обкладки статора используется весьма широкий ассортимент эластомеров,
вбольшинстве случаев синтетических резин.
Вроссийской практике производства статоров одновинтовых гидромашин для нефтяной промышленности используются резиновые смеси на базе синтетических бутадиен-нитрильных каучуков (СКН-40, СКН-26 и др.), обладающие хорошими физикомеханическими свойствами и маслобензостойкостью.
Отечественные фирмы-производители обойм винтовых насосов используют следующие марки эластомеров: 2Д-405 (Ливгидромаш, Технооснастка – РТД); ИРП-1226 (Буровая техника – ВНИИБТ, Технооснастка – РТД); МБМ (завод им. Гаджиева); РС-26ч-5 (РЕАМ – РТИ). Их физико-механические свойства (по ГОСТ 269-66 и 270-75) представлены в табл. 3.
Используемая в течение многих десятилетий резина марок 2Д405 (насосы типа ЭВН), ИРП-1226 (винтовые забойные двигатели) и их производные не могут удовлетворять разнообразным
43
условиям применения при перекачке углеводородов с различными физико-химическими свойствами. Это снижает эффективность использования насосов и ограничивает возможности конструкторов.
Таблица 3
Физико-механические свойства резин, применяемых в отечественных винтовых гидромашинах
Показатели |
|
Марка резины |
|||
|
|
|
|
||
2Д-405 |
ИРП-1226 |
РС-26ч-5 |
|||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Прочность при разрыве, МПа |
14 |
|
20 |
12,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Относительное удлинение при разрыве, |
|
|
|
|
|
% |
150 |
|
300-350 |
120 |
|
|
|
|
|
|
|
Равновесный модуль упругости при 100 |
9 |
|
8 |
8,5 |
|
% удлинении, МПа |
|
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Изменение массы образца после воздей- |
|
|
|
|
|
ствия стандартной жидкости Б в течение |
13 |
|
20,1 |
7,3 |
|
24 ч |
|
||||
|
|
|
|
||
при t = 23○С, % |
|
|
|
|
|
Твердость по Шору А, усл. ед. |
80 |
|
70-80 |
75-85 |
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление раздиру, Н/мм |
90 |
|
65 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
Прочность связи с металлом, МПа |
6,0 |
|
9,4 |
6,7 |
|
|
|
|
|
|
|
Усталостная выносливость при знакопе- |
|
|
|
|
|
ременном изгибе с вращением (деформа- |
|
|
206 / 165 |
394 / 125 |
|
ция 17,5%), тыс. циклов / температура |
|
||||
|
|
|
|
||
образца при разрушении, ○С |
|
|
|
|
|
Максимальная температура эксплуата- |
80 |
|
100 |
140 |
|
ции, ○С |
|
||||
|
|
|
|
||
Западные компании придают выбору эластомеров первостепенное значение, образно называя эластомер статора «сердцем» насоса. Так, например, фирмы РСМ/Kudu и Netzsch предлагают заказчику широкую гамму эластомеров, каждый из которых предназначен для эксплуатации насоса в определенных условиях (фрикционный износ, воздействие сероводорода, углекислого газа, ароматических веществ, обводненность). Термостойкость резин находится в пределах 80–180 °С (табл. 4, 5).
44
Перспективным направлением совершенствования одновинтовых гидромашин является переход на статор с равномерной толщиной эластичной обкладки, а также на применение композитных материалов и пластмасс.
Таблица 4
Ассортимент эластомеров фирмы РСМ/Kudu и условия их применения [5]
Сопротивление к воздействию
Марка Тип эластомера
159 Стандартный нитрил
194 Мягкий нитрил
198Гидрированный
нитрил
Плотность, oAPI
35
30
25
,температура Максимальнаяо С
120
80
140
Мехпримеси |
H2S CO2 |
Ароматические соединения |
Вода |
Декомпрессия |
|
|
|
|
|||
ОВ |
В |
В |
С |
В |
ОВ |
В |
В |
Н |
Н |
В |
С |
В |
ОВ |
С |
С |
В |
С |
|
|
|
|
|
|
199 |
Акрилонитрил |
40 |
100 |
В |
В |
С |
В |
В |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
204 |
Фторкаучук |
45 |
130 |
С |
В |
ОВ |
ОВ |
С |
С |
Примечание: Н – низкое; С – среднее; В – высокое; ОВ – очень высо-
кое.
Таблица 5
Ассортимент эластомеров фирмы Netzsch и условия их применения [6]
|
|
Максимальная |
Работоспособность |
|
Допускаемое |
|||
Марка |
Плотность, |
температура, |
при содержании |
|
содержание, % |
|||
oAPI |
мехпримесей |
|
|
|
|
|
||
|
оС |
H2S |
CO2 |
Газ |
Вода |
|||
|
|
более 3% |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NTR400 |
45 |
180 |
– |
7 |
|
10 |
80 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HNBR01 |
20 |
140 |
+ |
7 |
|
10 |
80 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HBR02 |
30 |
80 |
+ |
2 |
|
5 |
5 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HBR01 |
12 |
80 |
+ |
2 |
|
5 |
5 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: API |
141,5 |
131,5 , где ρ* – относительная плотность |
||
|
* |
|
||
|
|
|
||
жидкости (по воде). |
|
|
|
|
45
6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
1)При монтаже и эксплуатации привода должны быть соблюдены требования: «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности России», утвержденных Госгортехнадзором России, 1998 г.; «Правил устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов, ПБОЗ-108-96»; «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты,
ГОСТ 12.1.019».
2)Основным источником опасности при эксплуатации привода является утечка нефти в сальниковом узле.
3)Эксплуатация привода разрешена только с защитным кожухом.
4)Регламентные и ремонтные работы (замена сальниковой набивки, клиновых ремней, смена масла и т.п.) допустимы только после отключения электродвигателя и сброса давления в напорном трубопроводе. На пусковом устройстве станции управления следует вывешивать табличку: «Не включать. Работают люди».
5)Монтаж и демонтаж электрооборудования, осмотр, ремонт
иего наладку должен проводить электротехнический персонал.
6)Замену клиновых ремней или демонтаж привода проводить согласно инструкции по монтажу, выждав 10 ... 15 мин после остановки насоса для высвобождения упругодеформированного состояния колонны штанг и выравнивания уровней жидкости внутри колонны насосно-компрессорных труб и затрубном пространстве скважины.
46
Литература
1.Протасов В.Н., Султанов Б.З., Кривенков С.В. Эксплуатация обору-
дования для бурения скважин и нефтегазодобычи. М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2004.
2.Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидрав-
лические машины. В 2 т. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005-2007.
3. Верхний привод винтового штангового насоса ПВН2–7,5/50 («Крепыш»). Руководство по эксплуатации ПВН2.38.00.000 РЭ. Дмитровский экспериментальный механический завод (ДЭМЗ), 2001.
4. Установки погружных винтовых сдвоенных электронасосов У1ЭВНТ5А и УЭВН5. Руководство по эксплуатации УЭВН74 РЭ. ОКБ БН, 1984.
5.B. Gaymard. Винтовые насосы фирмы Kudu для нефтяных скважин.
Kudu, 2001.
6.PC Pump System Manual. Каталог фирмы Netzsch.
47
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
БАЛДЕНКО Федор Дмитриевич КРИВЕНКОВ Сергей Валерьевич ПРОТАСОВ Виктор Николаевич
МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Редактор: Л. А. Суаридзе
Компьютерная верстка: И. В. Севалкина
Подписано в печать 10.12.2018. Формат 60×841/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 3,0. Тираж 35 экз. Заказ № 603
Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
119991, Москва, Ленинский проспект, дом 65 тел./факс: (499) 507 82 12