Технология ТвР – возможность для применения углеродных керамикоподобных материалов в нефтяном машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология ТвР - возможность для применения углеродных керамикоподобных материалов в нефтяном машиностроении

Пятов И.

Аннотации

Специалисты ООО "РЕАМ-РТИ" решают проблему недостаточной теплостойкости "жидкокристаллических полимеров", полимеров на основе PPS и PEEK для производства рабочих органов ЭЦН, разработав технологию производства деталей нефтепромыслового оборудования (НПО) с керамикоподобными свойствами, в основе которой лежит использование процессов карбонизации углеродсодержащих полимеров. В ходе научно-исследовательских работ изготовлены опытные образцы изделий на основе углеродсодержащих композиций ("Карбул С-С") и углерод-карбидных композиций ("Карбул Si-С"), лабораторные и скважинные испытания которых дали положительные результаты.

The "REAM-RTI" LLC specialists are attempted to solve the problem of heat resistance of liquid crystal polymers for the manufacture of the working bodies ESP, developing the technology of production of parts for oilfield equipment (NGOs) with ceramic carbon properties, which is based on the use of carbon-containing polymers. In the course of research works has created a number of test samples based on the compositions with a content of carbon phases ("Karbul C-C") and carbon carbide phases ("Karbul Si-C"), the laboratory tests are give a positive results. нефтепромысловый керамикоподобный полимер

Преимущества рабочих органов ЭЦН из жидкокристаллических полимеров, к сожалению, не удается реализовать в широком наборе скважинных условий. Причиной этому, прежде всего, служит низкая теплостойкость таких изделий. В то же время известные неметаллические альтернативы слишком дороги для массового применения.

По этой причине в 2003 г. инициативно начата разработка технологии производства деталей с керамикоподобными свойствами. Специалисты ООО "РЕАМ-РТИ" предприняли попытку решения этой проблемы, разработав технологию производства деталей нефтепромыслового оборудования (НПО) с керамикоподобными свойствами, в основе которой лежит использование углеродсодержащих полимеров.

На рис. 1 показана особенность углеродных композитов (рефракторные свойства) - сохранение прочностных параметров при повышении температур. Эта технология получила название ТвР и сегодня представлена такими материалами, как семейства "Карбул C-C" (композиции на основе углеродных фаз) и "Карбул Si-C" (на основе углерод-карбидных фаз).

На рис. 2 приведены примеры изготовления изделий насосной техники из углеродных композитов и по технологии МИМ (вариант ПИМ-технологии).

Как показывают предварительные испытания, изделия, изготовленные по технологии ТвР, обладают рядом преимуществ не только по сравнению с рабочими органами из металлов по традиционным технологиям, но и с изделиями, изготовленными по ПИМ-технологии - из металлических/керамических порошков. При этом основными целями являются придание изделию следующих характеристик:

- длительная работоспособность (теплостойкость) при температурах в пределах 250 - 300 °С;

- химическая стойкость в пределах рН 1 - 14;

- гидрофобность поверхности (низкая способность к отложению солей, угол краевого смачивания водой и растворами солей превышает 90°);

В 2003 г. инициативно начата разработка технологии производства деталей с керамикоподобными свойствами. Специалисты ООО "РЕАМ-РТИ" предприняли попытку решения этой проблемы, разработав технологию производства деталей нефтепромыслового оборудования с керамикоподобными свойствами, в основе которой лежит использование углеродсодержащих полимеров.

- абразивостойкость;

- возможность длительной эксплуатации в условиях сухого трения.

При этих свойствах необходимо сохранение приемлемой стоимости изделия. Технологии производства ООО "РЕАМ-РТИ" позволяют изготавливать изделия:

- с габаритными размерами от 0,5 до 500 мм и толщиной стенок от 0,2 до 20 мм;

- со сложной пространственной формой (например, рабочее колесо);

- свести к минимуму, а в ряде случаев исключить финишную размерную обработку.

В ходе научно-исследовательских работ изготовлен ряд опытных образцов изделий на основе композиций с содержанием углеродных фаз ("Карбул C-C") и углеродкарбидных фаз ("Карбул Si-C"), лабораторные испытания которых дали положительные результаты. Установлены базовые критерии технологических переделов, позволяющие изготавливать и поставлять изделия типа "рабочее колесо" ступени центробежного насоса в ценовом диапазоне изделий из "нирезиста". Накопленный опыт предоставляет возможность приступить к изготовлению пилотных партий деталей для насосной техники и их апробированию в условиях ОПИ.

На рис. 3 представлены наши опытные образцы: рабочее колесо центробежного насоса и поршень для двигателя внутреннего сгорания.

В табл. 1 приведены характеристики технологических особенностей и свойств деталей, производимых по различным технологиям.

Как видно из табл. 1, изделия, выполненные по технологии ТвР, обладают рядом преимуществ не только по сравнению с традиционными металлическими деталями, но и с изделиями, изготовленными по ПИМ-технологии, а именно: способны выдерживать сухое трение, имеют меньшие ограничения по габаритам, меньшую размерную усадку и, кроме того, они доступнее по цене. В табл. 2 представлены физико-математические показатели композиций Карбул С-С и Карбул Si-С, которые демонстрируют основные свойства материалов.

Проведенные в ЗАО "Новомет-Пермь" сравнительные испытания абразивной стойкости рабочих колес (РК), выполненных из материала "Карбул C-C" и порошка ЖГр 1Д 15 (рис. 4) показали, что у РК из "Карбул C-C" наблюдается гидроабразивный износ входных кромок рабочих колес, вызванный вихрем на повороте потока, и частичное повреждение вихревого венца и верхнего диска, в то время как у рабочих колес из ЖГр 1Д 15 подобных разрушений нет. Вместе с тем подтверждено, что абразивная стойкость материала "Карбул C-C" по сравнению с композициями из полифениленсульфида (PPS) выше в 5 раз.

Как показывают предварительные испытания, изделия, изготовленные по технологии ТвР, обладают рядом преимуществ не только по сравнению с рабочими органами из металлов по традиционным технологиям, но и с изделиями, изготовленными по ПИМ-технологии - из металлических/керамических порошков.

Совместно с ООО "НПК "ЛЕПСЕ Нефтемаш" изготовлен героторный насос (ГН), для которого были сделаны опытные детали из материала "Карбул SiC" с содержанием 30% карбида кремния.

Испытания в лаборатории "ЛЕПСЕ Нефтемаша" на абразивную стойкость неподвижных крышек этого насоса, изготовленных из композиции "Карбул Si-C", взаимодействующих с внутренними роторами из традиционных высокопрочных сталей, показали, что износа, эквивалентного металлу, у крышек из композиции "Карбул Si-C" не наблюдается (рис. 4, б).

В настоящее время по технологии ТвР изготавливаются подвижные детали поршневой гидрозащиты погружных электровигателей (ПЭД) (рис. 5):

Основным проблемным вопросом для эффективного применения технологии ТвР остается выбор номенклатуры востребованных на рынке ВСО изделий. Любое сервисное предприятие, каждый производитель оборудования пытается сократить номенклатуру изделий, так как рост номенклатуры всегда сопровождается рядом проблем, связанных с логистикой, тендерными закупками и т.д. В этой связи необходимо четко знать: для каких целей, применительно к каким деталям данная технология была бы эффективна.

К исследовательским задачам по изучению свойств и совершенствованию материалов "Карбул" по технологии ТвР под задачи насосной техники подключился "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС".

Размещено на Allbest.ru