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.