Корректировки в технологический процесс изготовления насосных установок нефтяных скважин, позволяющие увеличить их износостойкость, внесли по результатам проведенного исследования ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 6 ноября сообщает пресс-служба вуза.

Широко использующиеся для добычи нефти штанговые скважинные насосные установки эксплуатируются в агрессивных средах под высоким давлением. В результате цилиндр и поршень насоса изнашиваются. Чтобы повысить износоустойчивость этих деталей, проводится их ионно-плазменное азотирование — насыщение их поверхностей азотом.

Изменения техпроцесса азотирования, внесенные учеными Пермского Политеха, позволят за счет повышения качества азотирования снизить для нефтедобывающих компаний затраты на ремонт скважины и замену насоса.

Биметаллический цилиндр для поршня насоса изготавливают из металлической короткой трубы (обечайки) и вставки (лейнера), изготовленной из нержавеющей стали 08Х17Т. Лейнер поступает на предприятие, производящее насосы, в сварном виде. Для повышения его износостойкости внутреннюю поверхность лейнера азотируют, в результате чего образуется высокотвердое покрытие с определенной структурой и составом.

Однако в зонах сварного шва распределение твердости покрытия происходит неравномерно, что может способствовать разрушению и отделению слоев материала. Так как качественное азотирование получается лишь при стабильной ровной структуры всей насыщаемой поверхности, то именно такая структура может гарантировать высокие эксплуатационные характеристики изделия.

Проведенное учеными Пермского Политеха исследование процесса азотирования лейнера из стали 08Х17Т со сварным швом позволило оценить влияние состава насыщающей среды на конечный результат. Ученые использовали при азотировании азотно-водородные среды с различным содержанием аргона и добавками метана для снижения хрупкости получаемых слоев.

Доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, кандидат технических наук Ольга Силина рассказала о полученных результатах:

«Мы выяснили, что в среде аммиака твердость азотированного слоя в центре сварного шва существенно выше, чем в других его зонах. Это отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Азотирование в среде аргона, азота, водорода и метана при температуре 500 °C и длительности выдержки 12 часов позволяет сформировать по всей внутренней поверхности лейнера равномерный упрочненный слой, включая зону сварного шва».

Результаты исследования ученые представили в статье «Коррозионное растрескивание Ni-Cr-B-Si-покрытий при циклических напряжениях», опубликованной в журнале «Черные металлы» № 10 за 2024 год.

Полученные данные позволили ученым Пермского Политеха откорректировать технологический процесс азотирования биметаллических цилиндров с лейнером из стали 08Х17Т. Эти изменения позволят компаниям-производителям повысить качество изделий, а нефтедобытчикам снизят денежные и временные затраты на ремонт скважины и замену насоса, повысив тем самым эффективность добычи нефти, отмечают разработчики.