Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) представили инновационный подход, который значительно улучшает эксплуатационные характеристики оборудования для нефтедобычи. Речь идет о штанговых скважинных насосных установках, которые используются в агрессивных средах под высоким давлением. Главной проблемой этих установок является износ цилиндров и поршней, что приводит к значительным затратам на ремонт и замену оборудования. В ходе исследований ученые Пермского Политеха предложили новые методы улучшения износостойкости стали, используемой в этих установках.
Метод, разработанный в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030», включает в себя корректировки в процессе азотирования стали 08Х17Т — материала, который активно применяется в машиностроении, строительстве, пищевой промышленности и автомобилестроении. Для повышения износостойкости внутреннюю поверхность лейнера — вставки из нержавеющей стали, которая используется в биметаллических цилиндрах насосов, — подвергают процессу ионно-плазменного азотирования. Этот процесс позволяет создать на поверхности стали специальное покрытие, которое значительно повышает ее прочностные характеристики. Однако прежняя технология имела недостатки: неравномерное распределение твердости по сварным швам могло приводить к разрушению и отделению слоев материала, что снижало долговечность компонентов.
Команда ученых Пермского Политеха исследовала влияние состава насыщаемой среды на процесс азотирования и предложила улучшенную технологию. Использование азотно-водородной смеси с добавками метана и аргона при температуре 500 °C позволяет создать равномерный упрочненный слой по всей внутренней поверхности лейнера, включая зоны сварных швов, что значительно повышает долговечность и устойчивость материала к износу.
«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», — отметила доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, кандидат технических наук Ольга Силина.
Результаты исследования ученых Пермского Политеха позволили внести корректировки в технологический процесс азотирования биметаллических цилиндров с лейнером из стали 08Х17Т. Для компаний-производителей это значительно снизит репутационные риски, а также уменьшит затраты на ремонт скважины и замену насоса, повысив эффективность добычи нефти.
