Исследование эрозионной стойкости материалов УЭЦН

Представлены результаты исследования эрозионного изнашивания материалов УЭЦН и насосных ступеней («промыв»). Показано, что механизм эрозионного изнашивания включает деформационное изнашивание и микрорезание. Разработан стенд центробежного типа для проведения испытаний материалов УЭЦН с параметрами опытов: скорость струи жидкости 11 и 16м/с; угол установки образцов 450 и 900; абразив-кварц F100, корунд F100, F40, F24. Получено, что наибольшее воздействие на интенсивность эрозионного изнашивания оказывают скорость абразивных частиц при соударении с материалом, их тип, размер и концентрация. Выбор материала для насосных ступеней должен производиться как по абразивной износостойкости, так и по коррозионной стойкости в зависимости от эксплуатационных условий.

 

В процессе эксплуатации электропогружных центробежных насосов (УЭЦН) в пластовой жидкости, содержащей механические примеси, коррозионно-активные соединения, происходят процессы поверхностного разрушения, одним из которых является эрозионное изнашивание. Оно заключается в удалении материала деталей воздействием потока пластовой жидкости и наиболее часто встречается в насосных ступенях, газосепараторах, обратных клапанах, муфтовых соединениях насосно-компрессорных труб и обозначается слэнговым термином «промыв». Механизм эрозионного разрушения деталей УЭЦН мало изучен, отсутствуют рекомендации по применению материалов в зависимости от перекачиваемой среды.

            В настоящей работе проведены исследования механизма эрозионного разрушения материалов, влияния различных факторов на интенсивность изнашивания, получены расчетные зависимости. Также представлены результаты испытаний насосных ступеней на эрозионную стойкость.

Для определения возможного механизма «промыва» исследовали направляющий аппарат из порошкового материала ПК70Д15, эксплуатировавшийся в составе УЭЦН. Из него  изготовили микрошлиф, рис.1. Пластовая жидкость предположительно содержала сероводород, а также проводилась кислотная обработка скважины. Анализировали структуру материала, рис. 2, на основе карты распределения элементов, полученной на растровом электронном микроскопе РЭМ «Hitachi S-3400N». На микрофотографиях видно, что поверхностный слой содержит большое количество серы, а также медь.  На границе слоя возникли межструктурные трещины. Следующий подслой состоит из меди, сосредоточенной в порах, оксида железа. На границе подслоя с основным металлом видны скопления хлора, при этом возможно образование хлоридов меди и железа. По-видимому, ионы HCl диффундируют вглубь материала через поры и дефекты.  Окисленный слой неравномерный, его толщина ~ 200 – 300 мкм.