Поиск

В нефтедобывающих операциях грязевой насос является критически важным оборудованием, и вкладыш насоса MUP является наиболее важным изнашиваемым компонентом бурового насоса. Буровой раствор характеризуется высоким содержанием песка, высокой вязкостью, высоким давлением и коррозионной активностью. В качестве компонента используется резина. поршень насоса MUP В результате высокочастотных возвратно-поступательных движений внутри футеровки насоса MUP компонент подвергается одновременному износу и коррозии. Выход из строя напрямую приводит к простоям бурения и снижению эффективности разведки. Повышение износостойкости и срока службы футеровок насосов MUP уже давно является ключевой темой исследований в нефтедобывающей промышленности. I. Почему гильзы цилиндров выходят из строя из-за износа? Вкладыш и поршень насоса-перекачивающего устройства образуют основную фрикционную пару грязевого насоса. Резиновый поршень совершает возвратно-поступательные движения внутри вкладыша насоса-перекачивающего устройства с частотой 90 циклов в минуту. При подаче песчаного бурового раствора вкладыш подвергается двум основным механизмам разрушения: Механический истирание: Частицы песка в буровом растворе, под давлением поршня, постоянно истирают внутреннюю поверхность гильзы насоса, что является основной причиной поломки. Химическая коррозия: Коррозионные свойства бурового раствора ускоряют разрушение поверхности футеровки насоса, что еще больше усугубляет износ. Технические требования отрасли четко определяют: Твердость внутренней поверхности после индукционной закалки должна достигать 45–50 HRC, при толщине закаленного слоя ≥ 0,7 мм. Футеровки из стали 40Cr, используемые с грязевыми насосами, рассчитанными на давление 2,5 МПа, часто демонстрировали неудовлетворительные характеристики при традиционных процессах. Отзывы с мест эксплуатации указывали на крайне короткий срок службы, сильный износ внутренней поверхности и частую замену, что серьезно нарушало буровые работы. В ходе испытаний была выявлена ​​основная причина: готовые вкладыши для насосов MUP, изготовленные традиционным способом, достигли твердости всего 25–30 HRC и толщины закаленного слоя всего 0,3 мм, что значительно ниже требуемого стандарта. II. Затвердевший слой удаляется в процессе традиционной обработки. Хотя традиционный процесс изготовления вкладышей для откачки жидких органических отходов кажется завершенным, он содержит критический дефект: 1.1. Распиловка → 2. Черновая токарная обработка (припуск 2–3 мм) → 3. Нормализующая термообработка → 4. Чистовая токарная обработка (припуск на шлифовку внутреннего отверстия 0,5 мм) → 5. Индукционная закалка внутреннего отверстия → 6. Шлифовка внутреннего отверстия до окончательных размеров → 7. Складирование Проблема возникает на этапе индукционной закалки и шлифовки. Индукционная закалка образует износостойкий упрочненный слой на внутренней поверхности, но последующий процесс шлифовки, предназначенный для обеспечения точности размеров, удаляет большую часть этого упрочненного слоя. Таким образом, конечный продукт имеет недостаточную глубину упрочненного слоя, что приводит к резкому снижению износостойкости. Полное исключение шлифовки позволяет сохранить закаленный слой, но приводит к выходу внутренних размеров отверстия за пределы допустимых значений, создавая дилемму: сохранение твердости происходит в ущерб точности, а сохранение точности — в ущерб твердости. III. Использование законов деформации для достижения как твердости, так и точности размеров. Поскольку высокочастотная индукционная закалка вызывает усадку внутреннего отверстия, мы экспериментально изучили закон усадки. Перед закалкой мы предварительно шлифуем внутреннее отверстие до определенного размера, немного превышающего размер, необходимый для вытяжки. После закалки внутреннее отверстие сжимается, точно соответствуя требованиям вытяжки, при этом закаленный слой полностью сохраняется. 1. Оптимизированный технологический процесс производства В традиционный процесс были внесены целенаправленные корректировки: 1.1. Распиловка → 2. Черновая токарная обработка (припуск 2–3 мм) → 3. Нормализующая термообработка → 4. Чистовая токарная обработка (шлифовка внутреннего отверстия сохранена, остальные размеры обработаны) → 5. Предварительная шлифовка внутреннего отверстия на 0,3–0,5 мм больше номинального размера → 6. Индукционная закалка внутреннего отверстия (восстановление размеров за счет усадки) → 7. Складирование (окончательная шлифовка исключена) 2. Ключевая технология: контроль деформации при индукционной закалке. Для точного контроля усадки был разработан прецизионный индуктор с внутренним отверстием. Параметры процесса были тщательно стабилизированы в ходе сотен испытаний: Власть: 90–100 кВт; Напряжение: 10–12 кВ продолжительность затвердевания: 40–60 секунд; Скорость вращения лайнера: 40 об/мин. В итоге было установлено устойчивое правило усадки внутреннего отверстия после закалки. IV. Сравнение характеристик: износостойкость удвоена. Разница в производительности футеровок до и после оптимизации процесса очевидна: Параметр Исходный процесс Новый процесс Твердость поверхности 250–300 HBW (≈25–30 HRC) 50–55 HRC Толщина упрочненного слоя 0–0,3 мм ≥ 0,7 мм Износостойкость Плохое качество, частая замена Улучшенная конструкция, срок службы удвоен. Обсадные трубы, изготовленные с использованием оптимизированного процесса, полностью соответствуют техническим требованиям по твердости и глубине упрочненного слоя. Применение в буровых работах показало удвоение срока службы, значительное снижение частоты замены, минимизацию времени простоя оборудования и повышение эффективности затрат на эксплуатацию. V. Четыре важнейших принципа внедрения нового процесса. Для обеспечения стабильной и бесперебойной работы необходимы следующие четыре параметра: 1. Точный контроль размеров до шлифовки: Строгое соблюдение закона усадки для контроля размера внутреннего отверстия перед закалкой является ключом к обеспечению окончательной точности размеров. 2.Специализированный индуктор: Прецизионный индуктор с внутренним отверстием обеспечивает равномерную глубину закаленного слоя и постоянную твердость. 3.Стабильные параметры процесса: Строгий контроль мощности закалки, продолжительности и скорости вращения гарантирует стабильную деформацию отверстия. 4.Полнодиапазонный контроль размеров: мониторинг внутренних размеров отверстия в режиме реального времени предотвращает деформации, выходящие за пределы допустимых значений. VI. Шесть практических методов дальнейшего повышения износостойкости футеровки. Помимо оптимизации основных производственных процессов, мы внедрили действенные меры по улучшению в таких областях, как выбор материалов, обработка поверхностей и проектирование конструкций: 1. Модернизация материалов Для работы в условиях высокой коррозии и абразивного воздействия рекомендуется перейти от традиционной стали 40Cr к среднеуглеродистым легированным сталям, таким как 42CrMo и 35CrMo. Эти марки обладают превосходной закаливаемостью, более высокой твердостью, улучшенной ударной вязкостью, а также значительно повышенной усталостной прочностью и износостойкостью после закалки. 2. Обработка для повышения прочности поверхности Оптимизированная индукционная закалка: Помимо контроля деформации, необходимо отрегулировать закалочную среду (специальное закалочное масло или полимерный раствор) для оптимизации скорости охлаждения, предотвращения растрескивания и улучшения однородности упрочненного слоя, обеспечивая стабильную твердость 50–55 HRC по всему диаметру отверстия. Азотирование / Карбонитридирование: Добавление этапа азотирования после закалки позволяет сформировать поверхностный слой толщиной 0,2–0,3 мм с твердостью более 60 HRC, одновременно улучшая коррозионную стойкость и снижая коррозионный износ, вызванный воздействием бурового раствора. Лазерная наплавка / Упрочнение поверхности: На внутреннюю поверхность гильз наносятся износостойкие порошки сплавов, таких как WC (карбид вольфрама) или Ni60, образуя упрочненный слой с твердостью выше HRC 60. Износостойкость в 3–5 раз выше, чем у обычных упрочненных гильз, что делает их идеальными для сверхглубоких скважин и буровых растворов с высоким содержанием песка. 3. Структурная оптимизация для снижения вероятности начала износа. Улучшение шероховатости поверхности: Снижение шероховатости внутренней поверхности поршня с Ra 1,6 до уровня ниже Ra 0,8 позволит минимизировать микронеровности, снизить сопротивление трению при возвратно-поступательном движении поршня и уменьшить абразивный износ, вызванный частицами. Оптимизация зазора между гильзой поршня и цилиндром: Отрегулируйте зазор в зависимости от условий заноса в грязи, чтобы избежать турбулентности грязи и эрозии песком из-за чрезмерного зазора, а также сухого трения из-за недостаточного зазора. Внутренние смазочные канавки: Для удержания смазки и образования стойкой смазочной пленки, снижающей сухое трение и скорость износа, следует нанести на внутреннюю поверхность отверстия кольцевые или спиральные смазочные канавки. 4. Полный контроль процесса термообработки. Оптимизированная нормализация: Для измельчения зерен и улучшения однородности матрицы необходимо отрегулировать температуру нормализации и время выдержки, что обеспечит прочную микроструктуру для последующего упрочнения. Операция закалки: Сразу после закалки следует провести низкотемпературный отпуск для снятия внутренних напряжений, предотвращения деформации и растрескивания, повышения ударной вязкости и предотвращения отслаивания закаленного слоя. Полный диапазон измерения твердости: После закалки и перед отправкой готовой продукции на склад необходимо отдельно проверить твердость внутреннего слоя и толщину закаленного слоя, чтобы обеспечить 100% соответствие требованиям 45–55 HRC и толщине закаленного слоя ≥ 0,7 мм. 5. Адаптация к условиям эксплуатации и оптимизация технического обслуживания. Разработка индивидуальных технологических решений для футеровки грязевых насосов в соответствии с различными условиями бурения (мелкие скважины / глубокие скважины, низкое содержание песка / высокое содержание песка). В условиях высокого содержания песка предпочтительно использовать композитное упрочняющее решение, включающее лазерную наплавку и азотирование. Модернизация систем очистки бурового раствора: повышение эффективности удаления песка и ила для снижения содержания песчаной крошки в буровом растворе и минимизации абразивного износа в источнике загрязнения. Стандартизированная установка и техническое обслуживание: Обеспечьте соосность во время установки футеровки грязевого насоса, чтобы предотвратить износ боковой поверхности поршня. Регулярно проводите осмотры на предмет износа и своевременно заменяйте уплотнения, чтобы избежать утечки бурового раствора и эрозии. 6. Защитное покрытие для повышения коррозионной стойкости. Для создания коррозионностойкого защитного слоя с низким коэффициентом трения, снижающего коррозию от бурового раствора и уменьшающего коэффициент трения, на внутреннюю поверхность отверстия нанесите керамическое покрытие или покрытие из ПТФЭ (политетрафторэтилена). Для высококоррозионных буровых растворов (таких как солесодержащие и кислые растворы) применяется комбинированное решение, включающее подложку из нержавеющей стали и керамическое покрытие, что позволяет комплексно повысить коррозионную и износостойкость от подложки до поверхности.  

Лайнеры грязевых насосов включают биметаллические вкладыши и керамические вкладыши, каждый из которых имеет свои характеристики. Ниже мы подробно рассмотрим эти два типа лайнеров из следующих аспектов.Ⅰ. Биметаллические лайнеры грязевых насосовА Биметаллический лайнер является цилиндрическим лайнером, состоящим из двух различных металлических материалов, и широко применяется в промышленном поле. Ниже приведено подробное введение к нему:ПреимуществаХорошая устойчивость к износу: обычно внутренний слой изготовлен из износостойких сплавов с высокой устойчивостью, таких как чугун с высоким хромием. Эти материалы имеют высокую твердость и могут эффективно противостоять эрозии и износу материалов, что делает их пригодными для использования при транспортировке среды, содержащих твердые частицы.Высокая прочность и прочность: Внешний слой металла обычно использует сталь с более высокой прочностью, такой как углеродистая сталь, которая обеспечивает хорошую механическую прочность и прочность, что позволяет вкладкам цилиндра противостоять большему давлению и ударов. В некоторых условиях труда со сложными ситуациями и большими силами воздействия биметаллический лайнер может обеспечить нормальную работу оборудования.Хорошая коррозионная стойкость: внутренний слой некоторых биметаллических лайнеров использует металлические материалы с лучшей коррозионной стойкостью, такие как нержавеющая сталь. Это позволяет лайнеру цилиндра в определенной степени противостоять эрозии коррозийных сред, таких как кислоты и щелочи, что делает его подходящим для транспортировки жидкостей с определенной степенью коррозионности.Высокая экономическая эффективность: по сравнению с некоторыми высокопроизводительными лайнерами, изготовленными из одного материала (таких как чистые керамические вкладыши), биметаллический лайнер снижает затраты, разумно объединяя два металлических материала при выполнении определенных требований к производительности. Для некоторых проектов, которые чувствительны к затратам, биметаллический лайнер является экономичным и практическим выбором.Сильная ремонтируемость: во время процесса использования, если вкладыш страдает от локального износа или повреждения, поскольку он в основном состоит из металлических материалов, его можно отремонтировать с помощью методов обработки металлов, таких как всплывающая сварка и ремонт сварки. Стоимость ремонта относительно низкая, а операция относительно проста, что может эффективно продлить срок службы оборудования и уменьшить частоту замены оборудования.Процесс производстваЦентробежное литье внутреннего рукава: налейте расплавленную липутную жидкость с высоким хромием в высокоскоростную вращающуюся форму. Под действием центробежной силы железная жидкость равномерно прилипает к внутренней стенке плесени, и после охлаждения образуется внутренний рукав. Этот процесс может сделать внутреннюю рукав иметь плотную структуру без полостей усадки, воздушных отверстий и других дефектов, обеспечивая качество и производительность внутреннего рукава.Горячее прессование формования наружного рукава: нагрейте высококачественную заготовку из углеродистой стали до соответствующей температуры, положите ее в форму и выполните одноразовое горячее прессование, чтобы заставить наружный рукав достигать необходимого размера и формы, получая хорошую прочность и прочность.Вставка и сборка: вставьте и собирайте обработанный внутренний рукав и внешний рукав. Обычно используется метод помещения для помех для того, чтобы два комбинировали комбинацию, чтобы сформировать интегральный биметаллический лайнер для удовлетворения требований использования грязевого насоса.Сценарии приложенияВ поле для бурения нефти: в береговой нефтяной бурении он используется для бурения в обычных формациях и может противостоять обычному давлению и износу. На оффшорных нефтяных буровых платформах он также может в определенной степени удовлетворять требованиям к операциям, обеспечивая надежный канал для циркуляции и транспортировки MUD.Ⅱ. Керамические цилиндрические вкладыши из грязных насосовКерамические лайнеры широко используются в промышленной области. Ниже приведено подробное введение в них:ПреимуществаУстойчивость к износу: керамические материалы имеют чрезвычайно высокую твердость. Например, глиноземная керамика, циркониевая керамика и т. Д. Имеют твердость MOHS около 9, второго только с бриллиантом. Это позволяет керамическому лайнеру эффективно противостоять износу, вызванному твердыми частицами, эрозией жидкости и т. Д. В условиях труда, где транспортируются высокоабразивные среды, такие как минеральные суспензии, угольные порошки и песок и гравий, он демонстрирует превосходную износную стойкость и значительно продлевает срок службы оборудования.Отличная коррозионная устойчивость: керамика обладает хорошей химической стабильностью и вряд ли реагирует с химическими веществами, такими как кислоты, щелочи и соли. Следовательно, керамический лайнер может оставаться стабильным в сильно коррозионной среде. Использование керамического вкладыша может эффективно предотвратить коррозированное оборудование и обеспечить безопасную и стабильную работу производства.Хорошее высокотемпературное сопротивление: многие керамические материалы имеют высокую температуру плавления и хорошую тепловую стабильность и могут сохранить свои физические и химические свойства в высокотемпературной среде.Гладкая поверхность и коэффициент трения: поверхность керамического вкладыша чрезвычайно гладкая, а коэффициент трения намного ниже, чем у других материалов, таких как металлы. Это значительно снижает сопротивление, когда жидкость течет в трубопроводе, не только повышая эффективность транспорта, но и снижает потребление энергии. В то же время гладкая поверхность также уменьшает адгезию и накопление материалов на внутренней стенке трубопровода, что полезно для поддержания беспрепятственного трубопровода.Есть также Грязные насосы ZTA Liners и чистые циркониевые цилиндрические вкладыши Среди керамических цилиндрических лайнеров. Следующее вводит характеристики этих двух типов керамических цилиндрических вкладышей.Ⅲ. Керамические цилиндрические вкладыши ZTAПроцесс производстваПерекрытие и смешивание: точно взвесить сырье, такое как глинозем и циркония, в определенной пропорции, добавьте добавки и положите их в шариковую мельницу для равномерного смешивания, образуя равномерное зеленое тело.Литье: Используйте такие методы, как сухое прессование и изостатическое прессование, образуя смешанное сырье в зеленый корпус требуемой формы.Спекание: поместите зеленое тело в высокотемпературную печь для спекания. При высокой температуре 1600-1800 ° C сырье подвергается твердофазной реакции, образуя плотную керамику ZTA.Обработка и сборка: разрезать, измельчить, полировать и выполнять другую обработку на спеченной керамике, чтобы она достигла необходимого размера и точности, а затем используйте процесс вулканизации для составления и сборки керамики ZTA с резиной, стальными пластинами и т. Д.Преимущества по сравнению с другими цилиндрическими вкладышамиПо сравнению с обычными керамическими вкладышами глинозема, керамические вкладыши ZTA имеют лучшую стойкость и сопротивление воздействия и более длительный срок службы. По сравнению с металлическими лайнерами, ZTA Ceramic Liners Иметь более высокую твердость, износостойкость и коррозионную стойкость и может поддерживать хорошую производительность в условиях труда, снижая обслуживание оборудования и затраты на замену.Ⅳ. Чистые циркониевые цилиндрические вкладышиЭто относится к лайнеру, в основном из циркония, а его содержание циркония обычно выше 95%. Ниже приведено подробное введение:Материальные характеристикиВысокая чистота: основным компонентом является циркония, а чистота, как правило, превышает 95%. Небольшое количество стабилизаторов, таких как иттрия, может быть добавлено, чтобы улучшить ее производительность.Высокая плотность: он имеет относительно высокую плотность, как правило, около 6,0 граммов на кубический сантиметр.Стабильные химические свойства: он обладает отличной химической стабильностью и может противостоять коррозии различных кислот, щелочи и других химических веществ.Преимущества производительностиХорошая износостойкость: он обладает отличной износостойкой и может эффективно противостоять эрозии и износу твердых частиц в среде, продлевая срок службы оборудования.Высокая температурная сопротивление: он может выдержать высокую температуру до 800 ° C и обладать хорошей тепловой стабильностью.Сильная коррозионная стойкость: она обладает превосходной толерантностью к различным коррозионным средам и может поддерживать стабильную производительность в суровой химической среде.Хорошая электрическая изоляция: она обладает хорошей электрической изоляцией и может использоваться в некоторых случаях, когда требуется электрическая изоляция.Процесс производстваПодготовка сырья: выберите порошок циркония высокой чистоты в качестве основного сырья, и небольшое количество добавок может быть добавлено в соответствии с потребностями. Однократно смешайте сырье с помощью шарикового фрезерования, чтобы подготовить необходимый порошок.Обработка: вырезать, измельчить, полировать и выполнять другую обработку на спеченном цирконии цилиндра, чтобы его размер и точность достигли необходимых стандартов.Сценарии приложенияПри бурении нефти и природного газа: в грязных насосах для буровых операций нефти и природного газа он может противостоять эрозии грязи высокого давления и твердых частиц.Стоимость и срок службыВысокая стоимость: из -за высокой стоимости сырья и сложного производственного процесса, стоимость производства Чистые циркониевые лайнеры относительно высок, и их цена также дороже, чем у некоторых обычных лайнеров.Длительный срок службы: с отличным выступлением срок службы чистых циркония вкладывает относительно длинный.Ⅴ. Сравнение между керамическими цилиндрами и биметаллическими вкладышами грязевых насосовКерамические лайнеры и металлические биметаллические вкладыши из грязевых насосов имеют свои собственные преимущества и применимые сценарии. Ниже приведен сравнительный анализ из нескольких аспектов:1. Сопротивление одеждыКерамические цилиндрические вкладыши: керамические материалы имеют чрезвычайно высокую твердость. Например, глиноземная керамика, цирконная керамика и т. Д., А их устойчивость к износу обычно намного лучше, чем у металлических материалов. Принимая циркониевую керамику в качестве примера, она может эффективно противостоять эрозии и износу твердых частиц в грязи. Для грязи, содержащей большое количество острых и высоких частиц, скорость износа керамического вкладыша очень медленная, а срок службы длинный.Биметал Количество цилиндров: износостойкие металлические материалы, такие как чугун с высоким содержанием хромия, также имеют хорошую износостойкость, но все еще существует зазор по сравнению с керамикой. При долгое транспортировку высокой абразивной грязи износ биметаллического лайнера относительно быстрый, и вкладыш необходимо заменять чаще, увеличивая стоимость технического обслуживания и простоя.2.Coсопротивление RrosionКерамические цилиндрические вкладыши: керамика обладает хорошей химической стабильностью и вряд ли реагирует с химическими веществами, такими как кислоты и щелочи. При транспортировке сильно коррозионной грязи они могут поддерживать целостность и стабильность производительности лайнера.Биметал Лайнеры: некоторые биметаллические лайнеры (такие как дуплекс из нержавеющей стали белого железа и т. Д.) имеют определенную степень коррозионной стойкости, но в сильно коррозионной среде металл все еще может коррозировать, что приводит к повреждению лайнера. Даже металлические материалы с лучшей коррозионной стойкостью трудно сравнить с керамикой с точки зрения коррозионной устойчивости.3. Сила и прочностьГрязные насосы с керамическими вкладышами: недостаток керамических материалов заключается в том, что их прочность относительно низкая, и они более хрупкие. Когда подвергается большим воздействию нагрузки, керамический вкладыш может взломать или даже сломаться. Хотя некоторые технологии устранения керамики развивались в последние годы, выносливость керамики по -прежнему не так хороша, как у металлов. В условиях труда, где грязевой насос может столкнуться с большими силами воздействия, надежность керамического вкладыша будет затронута в определенной степени.Грязные насосы с биметаллическими вкладышами: металлические материалы имеют хорошую прочность и прочность и могут противостоять большим воздействиям и давлениям. В некоторых условиях труда со сложными ситуациями и возможными силами больших воздействий, например, когда буровой грязевой насос работает в нестабильном образовании, биметаллический лайнер может лучше адаптироваться к таким условиям труда и снизить риск повреждения, вызванных воздействиями.4. РасходыКерамические лайнеры: из -за относительно высокой цены самих керамических материалов и относительно сложного производственного процесса первоначальная стоимость покупки грязевых насосов с керамическими вкладышами относительно высока. Кроме того, из -за высоких требований к обработке и установке керамических вкладов стоимость технического обслуживания также относительно высока.Би-металлические вкладыши: производственные затраты на биметаллические лайнеры относительно низки, а технологии переработки и обслуживания металлических материалов являются относительно зрелыми, а стоимость технического обслуживания также низкая.5. Применимые условия трудаКерамические лайнеры: они более подходят для использования в условиях труда с высокой истираемой, высокой коррозией, высокими требованиями к чистоте грязи (керамика вряд ли загрязняет грязь), но с небольшими ударами.Би-металлические вкладыши: они подходят для условий труда с более сложными ситуациями, возможными большими воздействиями и где требования к устойчивости к износу и коррозионной стойкости не являются чрезвычайно высокими.6. Служба жизниБи-металлические вкладыши: в нормальных условиях труда срок службы, как правило, составляет более 800 часов.Циркониевые керамические лайнеры: он имеет относительно длительный срок службы, обычно достигая более 4000 часов, что в несколько раз больше, чем в биметаллическом цилиндре.В заключение, если условия труда в основном характеризуются высоким истиранием и высокой коррозией с небольшими воздействиями, керамический лайнер является лучшим выбором; Хотя если условия работы являются сложными, с большими воздействиями нагрузки и чувствительностью к затратам, биметаллический лайнер более подходит.Цилиндрические вкладыши для моделей, таких как F1000 Грязевой насос вкладыша и F1600 Грязевой насос вкладыша доступны в различных материалах.