Применение металлизационных покрытий для защиты погружных электродвигателей насосного оборудования от воздействия осложняющих факторов в нефтяных скважинах

Представлен обзор результатов применения металлизационных покрытий для защиты наружной поверхности оборудования установок электрических центробежных насосов (УЭЦН) от воздействия осложняющих факторов в нефтяных скважинах. Металлизационное покрытие наносится по технологии газотермического напыления, выбор метода основывается исходя из химического состава, используемых материалов и свойств готового покрытия. К наиболее распространенным на рынке РФ покрытиям относятся монель и сплавы на основе аустенитной нержавеющей стали, наносимые методами электродуговой металлизации или высокоскоростного напыления. Получаемые методами газотермического распыления традиционные покрытия характеризуются недостаточно высоким уровнем физических, механических и химических свойств. Исследования аварийных корпусов погружных электродвигателей (ПЭД) показывают, что к числу наиболее существенных недостатков применяемых покрытий относятся: недостаточная стойкость к ударным механическим воздействиям, а также к абразивному износу; более высокий по отношению к основному металлу электрохимический потенциал; нарушения технологии нанесения; значительная пористость покрытий. Одной из основных причин наблюдаемых недостатков является ограниченное число традиционно используемых методов и материалов. Для решения проблемы применения защитных покрытий ПЭД, существенного повышения их свойств, ресурса работы и экономической эффективности необходимо использовать современные достижения науки в разработке покрытий для защиты металлических поверхностей от износа и коррозии, а именно: расширить число методов и материалов для нанесения покрытия; отработать методику оценки качества покрытий; разработать методику оценки экономической эффективности применения защитных покрытий. Решение поставленных задач позволит сделать обоснованный технико-экономический выбор конкретного покрытия ПЭД для конкретных условий эксплуатации.

металлизационное покрытие, газотермическое напыление, погружные электродвигатели, коррозия, износ, механизм

1. Пеняев И.Н. Анализ отказов глубинно-насосного оборудования в условиях высокого солеобразования при добыче нефти на месторождениях Западной Сибири: Бакалавр. работа. Томск: ТПУ, 2019.

2. Ивановский В.Н. Коррозия скважинного оборудования и способы защиты от нее. Коррозия территории нефтегаз. 2011. No. 1. С. 18—25.

3. Ялалов А.А. Методы борьбы с механическими примесями. В сб.: Наука и современность-2017: Матер. LII междунар. науч.-практ. конф. «Наука и современность» (Новосибирск, 21 апр. 2017 г.). Новосибирск: Центр развития научного сотрудничества, 2017. С. 139—144.

4. Акопов Е.Ю. Обоснование и выбор методов повышения ресурса погружных центробежных насосов: Дис. ... канд. техн. наук. М.: МИСиС, 2017.

5. Александров А.А. Рогачев М.К. Повышение эффективности эксплуатации скважин электроцентробежными насосами в условиях образования асфальтосмолопарафиновых отложений. В сб.: Материалы научной сессии ученых Альметьевского государственного нефтяного института. 2016. No. 1. С. 32—34.

6. Рогачева Е.В. Методы борьбы с осложнениями, связанными с АСПО. Новая наука: от идеи к результату. 2017. No. 1—3. С. 40—42.

7. Байбурин И.Р., Булюкова Ф.З., Ямалиев В.У. Особенности эксплуатации УЭЦН в осложненных условиях ООО «РН-Ставропольнефтегаз». Нефтегаз. дело. 2011. No. 1. С. 31—34.

8. Bulchaev N.D., Mintsaev M.Sh., Gairabekov I.G., Abumuslimov A.S. Mining technology using oil installations of electric centrifugal pumps in the harsh conditions (in case of Vankor Field). In: Engineering and earth sciences: Applied and fundamental research (ISEES 2018): Proc. Int. Symp. P. 436—446. https://doi.org/10.2991/isees-18.2018.83.

9. Даминов А.А. Коррозия подземного оборудования добывающих скважин, оборудованных УЭЦН. Территория нефтегаз. 2009. No. 8. С. 32—36.

10. Романов В.С., Гольдштейн В.Г., Васильева Н.С. Статистический анализ технологических нарушений в эксплуатации погружных электродвигателей. Тр. Кольского науч. центра РАН. 2018. No. 3—16 (9). С. 114—121.

11. Мукатдисов Н.И., Фархутдинова А.Р., Елпидинский А.А. Методы борьбы с коррозией и преимущества ингибиторной защиты нефтепромыслового оборудования. Вестн. Казанского технол. ун-та. 2014. No. 3. С. 279—282.

12. О катодной защите скважин и погружного оборудования. URL: http://ehz.su/index.php/publikatsii/item/49-o-katodnoj-zashchite-skvazhini-pogruzhnogo-oborudovaniya (дата обращения 01.10.2019).

13. Апасов Т.К., Апасов Г.Т., Порожняков Д.В., Саранча А.В. Протекторная защита от коррозии в скважинах с УЭЦН. Совр. пробл. науки и образования. 2015. No. 2. С. 283—291.

14. Джаббаров Ш.Н. Подверженность коррозии подземного оборудования по добыче нефти и газа. В сб.: Точная наука: Матер. 18 междунар. науч. конф. «Техноконгресс» (Кемерово, 11 дек. 2017 г.). С. 3—7.

15. Абдрахманов Н.Х., Турдыматов А.А., Абдрахманова К.Н., Ворохобко В.В. Обеспечение безопасности технологических трубопроводных систем на предприятиях нефтегазового комплекса. Нефтегаз. дело. 2015. No. 4. С. 86—105.

16. Лурье А.З. Применение газотермических покрытий для повышения ННО УЭЦН. Инж. практика. 2011. No. 04. С. 78—81.

17. Dorfman M.R. Thermal spray coatings. In.: Handbook of environmental degradation of materials. 3-rd ed. Eds. M. Kutz, W. Andrew. Applied Science Publ., 2018. P. 469—488. DOI: 10.1016/B978-0-323-52472-8.00023-X.

18. Oksa M., Turunen E., Suhonen T., Varis T., Hannula S.-P. Optimization and characterization of high velocity oxy-fuel sprayed coatings: techniques, materials, and applications. Coatings. 2011. No. 1. P. 17—52. DOI: 10.3390/coatings1010017.

19. Assadi H., Kreye H., Gartner F., Klassen T. Cold spraying. A materials perspective. Acta Mater. 2016. Vol. 116. P. 382—407. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.06.034.

20. Лобанов Л.М., Кардонина Н.И., Россина Н.Г. Юровских А.С. Защитные покрытия: Учеб. пос. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014.

21. Pardo A., Merino M.C., Coy A.E., Viejo F., Arrabal R., Matykina E. Pitting corrosion behavior of austenitic stainless steels — combining effects of Mn and Mo additions. Corros. Sci. 2008. No. 50. P. 1796—1806. DOI: 10.1016/j.corsci.2008.04.005.

22. Tomio A., Sagara M., Doi T., Amaya H., Otsuka N., Kudo T. Role of alloyed molybdenum on corrosion resistance of austenitic Ni—Cr—Mo—Fe alloys in H 2 S—Clenvironments. Corros. Sci. 2015. No. 98. P. 391—398. http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2015.05.053.

23. Zhang H., Zhang C.H., Wang Q.., Wu C.L., Zhang S., Chen J., Abdullah A.O. Effect of Ni content on stainless steel fabricated by laser melting deposition. Opt. Laser Technol. 2018. No. 101. P. 363—371. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2017.11.032.

24. Garcia-Rodriguez S., Lopez A.J., Torres B., Rams J. 316L stainless steel coatings on ZE41 magnesium alloy using HVOF thermal spray for corrosion protection. Surf. Coat. Techol. 2016. Vol. 287. P. 9—19. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.12.075.

25. Sousa C.A.C., Kuri S.E. Relationship between niobium content and pitting corrosion resistance in ferritic stainless steels. Mater. Lett. 2004. No. 25. P. 57—60. DOI: 10.1016/0167-577X(95)00134-4.

26. Alonso-Falleiros N., Wolynec S. Effect of niobium on corrosion resistance to sulfuric acid of 430 ferritic stainless steel. Mater. Res. 1998. Vol. 1. No. 1. P. 39—45. DOI: 10.1590/S1516-14391998000100007.

27. Sarkar K., Rai P.K., Katiyar P.K. Composite (glass + crystalline) coatings from blast furnace pig iron by high velocity oxy-fuel (HVOF) process and their electrochemical behavior. Surf. Coat. Techol. 2019. No. 372. P. 72—83. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.05/025.

28. Sousa C.A.C., Ribeiro D.V., Kiminami C.S. Corrosion resistance of Fe—Cr-based amorphous alloys: An overview. J. Non-Cryst. Solids. 2016. Vol. 442. P. 46—66. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.04.009.

29. Syrek-Gerstenkorn B., Paul S., Davenport A.J. Use of thermally sprayed aluminium (TSA) coatings to protect offshore structures in submerged and splash zones. Surf. Coat. Techol. 2019. Vol. 374. P. 124—133. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.048.

30. Spencer K., Fabijanic D.M., Zhang M.-X. The use of AlAl 2 O 3 cold spray coatings to improve the surface properties of magnesium alloys. Surf. Coat. Techol. 2009. Vol. 204. P. 336—344. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.07.032.

31. Bu H., Yandouzi M., Lu C., Jodoin B. Effect of heat treatment on the intermetallic layer of cold sprayed aluminum coatings on magnesium alloy. Surf. Coat. Techol. 2011. Vol. 205. P. 4665—4671. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2011.04.018.

32. Балдаев Л.Х., Борисов В.Н., Вахалин В.А., Затока А.Е., Захаров Б.М. Газотермическое напыление: Учеб. пос. Под ред. Л.Х. Балдаева. М.: ООО «Старая Басманная», 2015.

33. Левашов Е.А., Штанский Д.В. Многофункциональные наноструктурированные пленки. Успехи химии. 2007. Т. 76. No. 5. С. 501—509.

34. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Int. Mater. Reviews. 2017. Vol. 62. No. 4. P. 203—239. DOI: 10.1080/09506608.2016.1243291.

35. Амосов А.П. Наноматериалы технологии СВС для триботехнического применения: Обзор. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. No. 4. С. 17—33. DOI: 10.17073/1997-308X-2016-4-17-33.

36. Штанский Д.В., Бондарев А.В., Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Левашов Е.А. Нанокомпозиционные антифрикционные покрытия для инновационных триботехнических систем. Металловедение и терм. обраб. металлов. 2015. No. 7. С. 77—84.

37. Montemor M.F. Functional and smart coatings for corrosion protection: A review of recent advances. Surf. Coat. Techol. 2014. Vol. 258. P. 17—37. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.06.031.

38. Князева Ж.В., Юдин П.Е., Амосов А.П., Петров С.С., Максимук А.В. Классификация причин разрушения металлизационного покрытия погружных электродвигателей при эксплуатации. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. No. 9. С. 25—32. DOI: 10.30987/article_5d2df0884cc457.62830322.